Il Potential Induced Degradation (PID) è una delle cause di perdita di efficienza più temute negli impianti fotovoltaici moderni. È un fenomeno di natura elettrofisica che si manifesta quando, in determinate condizioni, gli ioni — in genere sodio (Na⁺) presenti nel vetro frontale — migrano verso la superficie attiva delle celle in silicio. Questo spostamento, apparentemente impercettibile, può portare a una significativa riduzione della potenza erogata, arrivando in certi casi a oltre il 30% in pochi mesi.
La combinazione di elevata tensione di sistema, condizioni ambientali gravose (alta umidità, temperature elevate) e una polarizzazione sfavorevole rispetto a terra crea il contesto ideale per l’innesco del PID. Nei sistemi “transformerless”, ossia senza trasformatore di isolamento (come se fosse un sistema IT, nessun riferimento a terra, detto anche terra flottante o potenziale flottante), metà della stringa si trova a potenziale positivo e metà a potenziale negativo rispetto a terra; proprio in quest’ultima porzione si registrano i danni più evidenti.
Il principio fisico alla base del PID
A livello microscopico, il campo elettrico generato tra celle e telaio messo a terra spinge gli ioni Na⁺ dal vetro e dagli strati incapsulanti verso la giunzione p–n.
Questo provoca:
- contaminazione della giunzione, con creazione di percorsi di dispersione interna;
- aumento delle correnti di perdita e riduzione della resistenza di isolamento;
- alterazioni delle proprietà semiconduttrici, con conseguente calo del punto di massima potenza (MPP).
Contrariamente a quanto si possa pensare, nelle fasi iniziali Voc (tensione a vuoto) e Isc (corrente di corto circuito) possono rimanere quasi invariati, ma la potenza effettiva crolla per la riduzione del fattore di riempimento (fill factor).
All’interno di un singolo modulo fotovoltaico, l’effetto PID tende a concentrarsi nelle celle situate in prossimità della cornice metallica. Questa posizione favorisce un maggiore accoppiamento capacitivo con il telaio, creando un campo elettrico più intenso e quindi condizioni più favorevoli alla migrazione ionica. Nei moduli collegati in serie, il fenomeno risulta più pronunciato nei pannelli posti sul lato negativo della stringa, soprattutto quando il loro potenziale rispetto a terra raggiunge valori compresi tra –200 e –500 volt. Questa differenza di potenziale, se mantenuta per tempi prolungati, accelera la penetrazione degli ioni di sodio negli strati attivi delle celle, generando un degrado progressivo delle loro prestazioni.
La velocità con cui il PID si sviluppa non dipende soltanto dal potenziale elettrico. L’ambiente circostante gioca un ruolo fondamentale: un’elevata umidità relativa, in combinazione con temperature alte, riduce la resistenza di isolamento e rende più facile la migrazione degli ioni. Anche la presenza di contaminanti sulla superficie del vetro, come polveri conduttive, residui salini o sostanze acide e alcaline, può contribuire a peggiorare la situazione. Persino la tipologia di cella ha un’influenza: le celle di tipo P risultano mediamente più suscettibili al PID rispetto a quelle di tipo N, per via delle diverse caratteristiche di drogaggio e struttura interna.
Il processo di degrado può rimanere silente nelle prime fasi. Spesso i valori di tensione a vuoto (Voc) e corrente di corto circuito (Isc) non mostrano variazioni significative, inducendo a pensare che il modulo sia in condizioni normali. In realtà, la contaminazione della giunzione p–n provoca un crollo del fattore di riempimento e, di conseguenza, una riduzione del punto di massima potenza (MPP), che rappresenta l’indicatore più sensibile dell’insorgenza del PID. A livello visivo, il problema si rende evidente solo con tecniche di diagnostica avanzata: le immagini a elettroluminescenza rivelano aree scure nelle celle danneggiate, mentre le indagini termografiche mettono in luce hotspot e distribuzioni termiche anomale.
La certificazione “PID-Free” e i suoi limiti
Proseguendo il discorso, la certificazione cosiddetta “PID-free” rappresenta un importante indicatore di qualità ma non deve essere interpretata come garanzia assoluta di immunità. Lo standard IEC 62804, adottato a livello internazionale, stabilisce procedure di prova accelerate in condizioni controllate di temperatura, umidità e tensione applicata. Durante il test, il modulo viene esposto per novantasei ore a 60 °C e a un’umidità relativa dell’85%, con la tensione nominale di sistema applicata fra celle e telaio. Un calo di potenza inferiore al cinque per cento viene considerato indice di resistenza al PID. Tuttavia, la realtà operativa può facilmente superare i parametri di laboratorio: cicli termici più ampi, picchi di umidità, contaminanti non previsti nei test e polarizzazioni negative mantenute per tempi molto più lunghi. Per questo motivo sarebbe più corretto parlare di moduli “altamente resistenti” piuttosto che completamente esenti dal fenomeno.
Soluzioni di recupero su impianti esistenti
Affrontare il PID richiede una strategia su due fronti: prevenzione in fase di progettazione e intervento sugli impianti esistenti. La prevenzione parte dalla scelta di moduli realizzati con materiali a basso contenuto di sodio e incapsulanti in EVA additivati con barriere alla migrazione ionica. Un’attenta progettazione elettrica è altrettanto cruciale: limitare la lunghezza delle stringhe, contenere la tensione massima di lavoro, studiare il sistema di messa a terra per evitare polarizzazioni negative persistenti e, dove consentito, adottare il collegamento a terra del polo negativo nei sistemi con trasformatore di isolamento. Anche la scelta dell’inverter può fare la differenza: modelli che includono funzioni di prevenzione e recupero PID contribuiscono a ridurre il rischio fin dall’avvio dell’impianto.
Sugli impianti già in esercizio, le possibilità di intervento dipendono dal tipo di configurazione. Nei sistemi con trasformatore, collegare a terra il polo negativo sposta il potenziale delle celle verso valori positivi e riduce l’innesco del fenomeno; tuttavia, questa soluzione non è sempre compatibile con le normative di sicurezza o con le caratteristiche dell’inverter. Nei sistemi senza trasformatore, un rimedio efficace è l’uso di dispositivi esterni, come i box anti-PID, in grado di applicare di notte una tensione positiva alla stringa per invertire la polarizzazione accumulata durante le ore di produzione. Alcuni inverter di nuova generazione integrano direttamente la funzione anti PID, eliminando la necessità di dispositivi aggiuntivi e riducendo così costi e complessità.
Il recupero non è sempre totale e la sua efficacia dipende dal livello di degrado già presente: moduli con PID avanzato possono recuperare solo una parte della potenza originaria. Per questo motivo la prevenzione resta l’approccio più sicuro e conveniente. In ogni caso, un sistema di monitoraggio continuo è essenziale per rilevare i primi segnali. L’analisi periodica delle curve I–V consente di individuare cali anomali del punto di massima potenza, mentre le immagini a elettroluminescenza e la termografia forniscono una mappatura visiva dello stato delle celle, evidenziando zone scure e hotspot che indicano la presenza di degrado. Il confronto nel tempo di queste misurazioni permette di valutare la progressione del fenomeno e l’efficacia delle azioni intraprese.
Il recupero non è sempre totale e la sua efficacia dipende dal livello di degrado già presente: moduli con PID avanzato possono recuperare solo una parte della potenza originaria. Per questo motivo la prevenzione resta l’approccio più sicuro e conveniente. In ogni caso, un sistema di monitoraggio continuo è essenziale per rilevare i primi segnali. L’analisi periodica delle curve I–V consente di individuare cali anomali del punto di massima potenza, mentre le immagini a elettroluminescenza e la termografia forniscono una mappatura visiva dello stato delle celle, evidenziando zone scure e hotspot che indicano la presenza di degrado. Il confronto nel tempo di queste misurazioni permette di valutare la progressione del fenomeno e l’efficacia delle azioni intraprese.
Conclusione
Il PID è un fenomeno complesso, che combina aspetti elettrici, materiali e ambientali. Prevenirlo è sempre più economico che correggerlo, ma anche in presenza di degrado già avviato esistono soluzioni tecniche efficaci. La chiave è un approccio integrato: progettazione attenta, scelta di componenti resistenti, funzioni di recupero attive e un monitoraggio regolare.
In un settore dove ogni kWh conta, padroneggiare la gestione del PID è una competenza imprescindibile per garantire la redditività e la durata nel tempo di un impianto fotovoltaico.
Sandun Palliya.