光伏 PID 系列①：高电压差，PID 的“入场券”
光伏 PID 系列 · 第 1 篇
在高压直流电场的持续驱动下，光伏玻璃中的钠离子（Na⁺）发生定向迁移，最终穿过封装材料、破坏电池片的微观结构——这就是人们最熟悉的 PID。而这一切的起点，是“电压差”。
01高电压差：PID 的“入场券”
光伏 PID（Potential Induced Degradation，电势诱导衰减）并不是单一现象，按机理通常分为三类：
| 类型 | 全称 | 一句话特征 |
|---|---|---|
| PID-s | 分流型（Shunting） | Na⁺ 侵入电池，形成漏电通道 |
| PID-p | 极化型（Polarization） | 电荷在钝化层积聚，表面复合增加 |
| PID-c | 腐蚀型（Corrosion） | 电化学反应腐蚀膜层或电极 |
三者的机理和表现各不相同，留待后续几篇细说。这一篇只讨论一件事：无论哪一种 PID，都有一个共同的前置条件——电池片与接地边框之间存在高电压差。
必要：没有电压差，就没有驱动离子迁移和电荷积聚的电场，PID 无从谈起。
非充分：有了电压差，还要叠加高温、高湿，以及玻璃、胶膜、电池本身的“配合”，PID 才会真正发生。
图1 高电压差如何驱动 PID（以 P 型组件 PID-s 为例）
02电压差从哪里来？看三种接地方式
组件边框通过支架接地，电位恒为 0 V；而电池片的对地电位，取决于它在组串中的位置，以及电站直流侧的接地方式。
1 串 30 块组件，每块按约 50 V 计，整串按 1500 V 计；从正极端起依次编为第 1～30 块。
① 浮地（不接地）系统
目前主流的 1500 V 电站大多采用这种方式：搭配无变压器逆变器，组串正、负极都不直接接地。系统电位通常以大地为中心，呈对称或近似对称分布，1500 V 被“均摊”到两侧——最正端对地约 +750 V，最负端对地约 −750 V。
| 组件位置 | 正极对地 | 负极对地 |
|---|---|---|
| 第 1 块（正极端） | +750 V | +700 V |
| 第 15 块 | +50 V | 0 V |
| 第 16 块 | 0 V | −50 V |
| 第 30 块（负极端） | −700 V | −750 V |
图2 浮地系统：组串电位以大地为中心对称分布
靠近负极端的几块组件，电池片（约 −750 V）与接地边框（0 V）之间存在高达 750 V 的负向电压差。这里正是传统 P 型组件钠离子迁移（PID-s）的重灾区。
② 负极接地系统（主动防 PID）
把组串负极直接接地，整串的最负端被锚定在 0 V，最正端则被抬升到 +1500 V。
| 组件位置 | 正极对地 | 负极对地 |
|---|---|---|
| 第 1 块（正极端） | +1500 V | +1450 V |
| 第 15 块 | +800 V | +750 V |
| 第 30 块（负极端） | +50 V | 0 V |
图3 负极接地系统：全串对地均为正电位
在这个系统里，没有任何一块组件处于对地负压。失去了负电场的“吸引”，玻璃中的 Na⁺ 不再向电池片方向迁移，常规的 PID-s 风险也就被规避了。
③ 正极接地系统（早期特定 N 型组件）
这种设计相对少见，早期主要用于某些特定结构的 N 型电池，典型代表是早期 SunPower 的背接触（IBC）组件：为了抑制其正面的表面极化衰减，厂家要求把组串正极接地。
此时整串最正端为 0 V，最负端为 −1500 V，所有组件都处于对地负压之下。
| 组件位置 | 正极对地 | 负极对地 |
|---|---|---|
| 第 1 块（正极端） | 0 V | −50 V |
| 第 15 块 | −700 V | −750 V |
| 第 30 块（负极端） | −1450 V | −1500 V |
图4 正极接地系统：全串对地均为负电位
三种方式一表看懂
| 接地方式 | 对地电位范围 | 最大负偏压 | 典型场景 |
|---|---|---|---|
| 浮地 | −750 ~ +750 V | 约 −750 V | 当前主流 1500 V 电站 |
| 负极接地 | 0 ~ +1500 V | 无 | 早期 P 型防 PID |
| 正极接地 | −1500 ~ 0 V | −1500 V | 早期特定 N 型电池 |
03既然负极接地能防 PID，为什么现在很少用？
对传统 P 型组件来说，负极接地确实“对症”。但它正在退出主流，原因主要有四点。
- 安全风险与运维难度更高。负极接地后，正极对地电位高达 1500 V。一旦正极侧线缆破损并搭接到地，就会与负极接地点直接构成回路，也就是短路，存在起火风险。浮地系统没有固定接地点，单点破损或搭地不会直接形成短路回路，逆变器的绝缘阻抗检测还能及时报警；但若再出现第二个接地点，回路依然会形成，所以告警后要尽快排查。
- 逆变器基本“无变压器化”。早期逆变器内部带有隔离变压器，直流侧与交流电网电气隔离，负极接地不影响电网。如今的组串式和集中式逆变器普遍采用无变压器拓扑（成本低、体积小、效率高），直流侧与交流侧直接电气连通。此时若在直流侧强行将负极接地，会经电网接地点形成故障回路，漏电流剧增，逆变器无法正常并网。
- 组件技术迭代，“药方”不再通用。P 型组件怕的是负偏压（吸引 Na⁺，造成 PID-s），负极接地让整串带正电位，所以能“治病”。而 TOPCon 等 N 型组件的 PID 以极化型（PID-p）为主，是电荷在钝化层中积聚，而非钠离子分流；它对偏压极性的敏感程度取决于电池结构（正面还是背面、单面还是双面）和封装材料。NREL 2024 年的研究显示，TOPCon 组件的 PID-p 主要出现在负偏压下的正面，且在光照下明显减轻、在暗态下可达约 30% 的功率损失。双面组件的背面钝化层同样可能出现极化，所以把整串推到 +1500 V，并不能保证 N 型组件“免疫”，负极接地不再是一剂通用的解药。
- 有了成本更低的替代方案。一是逆变器端，二是材料端，下面分别说。
逆变器端：虚拟接地 + 夜间修复。不少逆变器内置或可选配 Anti-PID 功能（也有独立的 PID 修复箱）。白天通过“虚拟接地”抬升组串对地电位，使负极对地不再为负；夜间组件不发电时，再给组串施加一个对地正偏压，把白天迁移出来的 Na⁺“赶回去”，相当于每晚给组件做一次“理疗”。具体采用哪种方式，以逆变器厂家的说明为准。
图5 逆变器 Anti-PID 的两种工作方式
材料端：从源头“断路”。采用双玻结构，搭配高体积电阻率、低水汽透过率的 POE 或 EPE 胶膜，可以明显削弱离子迁移通道，改善组件的抗 PID 能力。组件出厂前，还要通过 IEC 61215 中的 PID 测试（MQT 21，按 IEC TS 62804-1 的方法，在 85 °C / 85 %RH 下施加系统电压 96 小时）来验证。
04写在最后
● 高电压差是 PID-s、PID-p、PID-c 共同的必要条件，但不是充分条件。
● 电压差的大小和极性，由组件在组串中的位置和系统接地方式共同决定。
● 主流浮地系统中，负极端组件承受约 −750 V 的对地偏压，是 PID-s 的高风险区。
● 负极接地因安全、逆变器拓扑和技术迭代等原因逐步退场，逆变器 Anti-PID 与材料方案成为主流。
有了电压差这张“入场券”，PID 还需要哪些条件才会真正发生？三种 PID 的机理又有什么不同？我们下一篇接着聊。本文为光伏 PID 系列第 1 篇，欢迎关注后续更新，也欢迎与我们交流。
参考资料
- IEC TS 62804-1, Photovoltaic (PV) modules – Test methods for the detection of potential-induced degradation – Part 1: Crystalline silicon
- IEC 61215-2:2021, Terrestrial photovoltaic (PV) modules – Design qualification and type approval – Part 2: Test procedures（MQT 21 电势诱导衰减测试）
- Kiwa PVEL, PV Module Reliability Scorecard – PID 测试方法：scorecard.pvel.com/pid
- P. Hacke, S. Spataru, B. Habersberger, Y. Chen. Field-representative evaluation of PID-polarization in TOPCon PV modules by accelerated stress testing. Progress in Photovoltaics 32(5), 2024. NREL/JA-5K00-88644
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