光伏 PID 系列③：温度、湿度、玻璃与胶膜，决定 PID 发不发生的另一半条件
光伏 PID 系列 · 第 3 篇
同样的 1500 V 系统、同样处在负极端，为什么有的组件十年无恙，有的两三年就明显衰减？第一篇说过，高电压差只是“必要条件”。这一篇，我们把另一半条件补齐：环境和材料。
01先认识一个中间量：漏电流
电压差本身不会伤害电池。它要变成 PID，必须先在边框（大地）和电池片之间驱动出一股微弱的电流，也就是漏电流。前两篇讲到的钠离子迁移、电荷积聚，都是搭着这股电流发生的。
所以可以把问题简化成一句话：漏电流越大、持续时间越长，PID 来得越快。
图1 边框与电池片之间的四条漏电流路径（示意）
漏电流有好几条路可走，其中最重要的是第 1 条：沿玻璃表面铺开，再穿过玻璃和胶膜到达电池片。原因很直接，PID-s 的钠离子就来自正面玻璃。
漏电流 ≈ 电压差 ÷ 回路电阻
回路电阻由玻璃表面、玻璃体、胶膜三段串联而成。环境主要改变玻璃表面和材料的电阻，材料决定玻璃体和胶膜的电阻。后面所有的影响因素，都可以放回这个式子里理解。
02环境因素：温度和湿度
温度：让一切“跑得更快”
玻璃和胶膜都是绝缘体，但它们的电阻率会随温度升高而指数式下降，离子在其中的迁移也随之加快。经验上，组件温度每升高十来度，漏电流就可能成倍增加。
夏季正午，组件工作温度可以比环境温度高出二三十度。这也是为什么 PID 在炎热地区发展得更快，以及加速测试为什么都选在高温下进行：IEC TS 62804-1 的常用条件是 60 °C / 85 %RH，IEC 61215 中的 MQT 21 则用 85 °C / 85 %RH。
湿度：把整块玻璃变成“接地电极”
干燥的玻璃表面电阻很高，接地的只有边框，电场主要集中在靠近边框的那一圈电池片上，所以 PID 常常从组件边缘开始。
一旦玻璃表面结露、淋雨或处于高湿环境，表面会形成一层导电的水膜，整块玻璃表面都近似变成了 0 V，每一片电池都直接暴露在完整的电压差之下。
湿度还有第二重作用：水汽会慢慢渗入胶膜，降低胶膜本身的电阻率；对 EVA 来说，水汽还会促使其水解产生醋酸，进一步恶化绝缘和腐蚀环境。
两者叠加：一天里的两个高峰
图2 户外组件漏电流的日变化规律（示意）
户外监测研究发现，漏电流在一天之中有两个高峰：清晨的峰由露水主导，午间较宽的峰由温度主导。清晨组件表面还挂着露水，太阳一出来组串电压就已建立，“又湿又有电压”，是一天里应力最集中的时段。
放大到气候：哪里最容易出问题
图3 不同温湿度组合下的 PID 风险（定性示意）
行业对出现 PID 的电站做过归纳：相当大的比例位于气候温暖、靠近海岸的地区。除了高温高湿，沿海的盐雾会进一步提高玻璃表面的导电性。近几年大量上马的水面电站、渔光互补项目，也属于需要重点关注的场景。
干燥地区并非可以高枕无忧：昼夜温差大的地方夜间容易结露，组件表面的积灰吸潮后同样能导电。
03材料因素之一：玻璃
光伏玻璃普遍使用钠钙玻璃，氧化钠含量在百分之十几的水平，是 PID-s 中钠离子的主要来源。早期研究做过对照：把正面玻璃换成不含钠的材料（如石英玻璃），PID-s 基本不再出现。
问题在于，无钠或低钠的特种玻璃成本高得多，在大规模组件上并不现实。所以行业的主流思路不是“换玻璃”，而是“把路堵在玻璃后面”，也就是下一节的胶膜。
需要额外留意的是双玻组件。背面也换成玻璃后，背面多了一个钠源和一条漏电路径（图 1 中的第 4 条）；而双面电池的背面恰好没有整面铝层保护。上一篇讲的双面 PERC 背面 PID-p 和 PID-c，根源就在这里。
此外，边框和安装方式也有影响：无边框组件、用夹具固定的组件，接地金属与玻璃的接触面积小，漏电流的“入口”也相应变窄。
04材料因素之二：封装胶膜
胶膜夹在玻璃和电池片之间，是漏电回路上最关键的一段。衡量它的核心指标是体积电阻率：电阻率越高，漏电流越小，离子越难穿过。
图4 EVA、POE、EPE 三种封装胶膜对比
| 指标 | EVA | POE |
|---|---|---|
| 体积电阻率（常温） | 常规约 10¹⁴ Ω·cm 量级，抗 PID 型可达 10¹⁵ | 高，可达 10¹⁵～10¹⁶ Ω·cm |
| 水汽透过率 | 较高 | 低，约为 EVA 的几分之一 |
| 老化副产物 | 水解产生醋酸 | 不产生醋酸 |
| 成本与工艺 | 成本低，工艺成熟 | 成本高，层压窗口窄 |
表中为典型量级，不同厂家、不同牌号差异明显，请以具体规格书和实测为准。有两点值得强调：
- 同是 EVA，差别可以很大。不同供应商的 EVA，体积电阻率可以相差一个数量级；所谓“抗 PID 型 EVA”，就是通过配方把电阻率做高的产品。只看“EVA”三个字，判断不了抗 PID 能力。
- 电阻率不是一个固定值。它会随温度升高、吸湿而明显下降。常温干燥下看起来够用的胶膜，在湿热环境里可能差出很多。这正是 POE 的优势所在：电阻率高，而且吸水少、不产生醋酸，高温高湿下更稳定。选型时，最好同时看 60 °C 左右的电阻率数据，而不只看常温值。
EPE 是把两者做成三层共挤结构：中间的 POE 负责绝缘和阻水，两侧的 EVA 负责与玻璃、电池片粘接并改善层压工艺性，是目前性能和成本之间应用较广的折中方案。对 PID 更敏感的双玻、N 型组件，POE 或 EPE 已基本成为标配。
05材料因素之三：电池自身的膜层
最后一段回路在电池表面。同样的离子和电荷到了电池跟前，电池“吃不吃这一套”，取决于表面膜层的设计。
- 针对 PID-s：早期的做法是提高 SiNx 减反射膜的折射率（让膜层更“富硅”、导电性更好，电荷不易在膜上堆积），代价是带来一些光学损失。后来更主流的做法，是在 SiNx 与硅之间增加一层很薄的致密氧化层作为阻挡层。研究还表明，发射极表面的掺杂浓度同样影响 PID-s 的敏感性，并非只由折射率决定。
- 针对 PID-p：关键在钝化叠层的设计，例如 AlOx 的厚度、SiNx 的组分和叠层结构。这部分各家工艺差异很大，也是同为 TOPCon、不同产品 PID 表现相差悬殊的主要原因。
今天市面上的“抗 PID 电池”，指的就是在这一层做过针对性优化的产品。
06把它们串起来：三道防线
图5 电池、组件、系统三个层面的抗 PID 措施
业内通常把抗 PID 的措施分成电池、组件、系统三个层面。三道防线不是三选一，而是层层叠加：电池层面降低敏感性，组件层面切断离子和电荷的通路，系统层面消除或缩短电压差的作用时间。
| 影响因素 | 作用环节 | 越怎样，PID 风险越高 |
|---|---|---|
| 系统电压与极性 | 驱动力 | 对地电压差越大 |
| 组件温度 | 材料电阻率、离子迁移 | 温度越高 |
| 湿度 / 表面湿润 | 玻璃表面电阻 | 越潮湿，结露越频繁 |
| 玻璃 | 钠源、体电阻 | 钠含量高、电阻率低 |
| 封装胶膜 | 回路电阻、阻水 | 电阻率低、透水率高 |
| 电池膜层 | 自身敏感性 | 未做抗 PID 设计 |
07写在最后
● 电压差通过漏电流起作用；漏电流 ≈ 电压差 ÷ 回路电阻。
● 温度让材料电阻率下降，湿度让玻璃表面导电；清晨带露水的时段和湿热沿海地区风险最高。
● 玻璃是钠源，胶膜是最关键的一道“闸”，体积电阻率和阻水性是核心指标。
● 抗 PID 靠电池、组件、系统三道防线叠加，而不是某一项单独解决。
到这里，PID“为什么会发生”已经讲完了。接下来的问题更实际：一款组件抗不抗 PID，怎么测？厂家给的 PID 测试报告又该怎么看？下一篇，我们聊测试方法与标准。本文为光伏 PID 系列第 3 篇，欢迎关注后续更新，也欢迎与我们交流。
参考资料
- W. Luo, et al. Potential-induced degradation in photovoltaic modules: a critical review. Energy & Environmental Science 10, 43–68 (2017)
- S. Hoffmann, M. Koehl. Effect of humidity and temperature on the potential-induced degradation. Progress in Photovoltaics 22, 173–179 (2014)
- P. Hacke, et al. Accelerated testing and modeling of potential-induced degradation as a function of temperature and relative humidity. NREL：osti.gov/biblio/1250678
- S. Pingel, et al. Potential induced degradation of solar cells and panels. 35th IEEE PVSC, 2010
- IEC TS 62804-1, Photovoltaic (PV) modules – Test methods for the detection of potential-induced degradation – Part 1: Crystalline silicon；IEC 61215-2:2021（MQT 21）
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