光伏组件的“热斑效应”

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光伏组件的“热斑效应”

兔子君导读

兔子君在之前的姊妹文《光伏组件的隐裂、识别及预防》中提到,隐裂、热斑、PID效应，是影响光伏组件性能的三个重要因素。今天兔子君带大家了解一下电池片热斑形成的原因、检测方法及应对措施。

一

什么是“热斑效应”

相信大部分光伏圈的小伙伴都听说过“热斑效应”及其危害。常见的资料对于热斑的解释为：在一定条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。

但是上述解释并不全面，其实形成热斑的根本原因是，在一个串联电路中，电池的工作状态不一致，而造成这种“不一致”的，除了局部遮挡外，还可能是电池本身的缺陷或不同。使用红外热像仪可以简便快捷检测出组件热斑（下图）。

实际上，就好像没有两片一样的树叶，也没有两片一模一样的电池，电池之间性能完全一样的可能性是很小的。由此可见，热斑效应是光伏组件中一种常见的正常现象，大家也不必谈“热斑”色变。

二

“热斑”对组件的影响

对于晶硅太阳能电池，小的遮挡也可引起大的功率损失。严重时，热斑效应可导致电池局部烧毁形成暗斑、焊点熔化、栅线毁坏、封装材料老化等永久性损坏，甚至造成整个太阳能组件的报废或重大火灾。据国外权威统计，热斑效应使太阳电池组件的实际使用寿命至少减少10%。

焊接问题引起电池热斑烧毁

材料或工艺问题引起的封装材料脱层

然而，薄膜太阳能电池（如铜铟镓硒、碲化镉等）普遍弱光性能好，所以阴影遮挡对于薄膜电池影响比对晶硅电池小得多。

三

热斑耐久试验

在标准IEC61215:2005《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定性》中，专门设置了热斑耐久试验，以测定光伏组件经受热斑效应的能力，试验内容大致如下：

1. 装置

(1)辐照源1，稳态太阳模拟器或自然光，辐照度不低于700W/㎡，不均匀度不超过±2%，瞬时不稳定度在±5%以内。

(2)辐照源2，C类(或更好)的稳态太阳模拟器或自然光，其辐照度为1000W/㎡±10%。

(3)太阳电池组件I-V曲线测试仪。

(4)一组对试验太阳电池组件遮光增量为5%的不透明盖板。

(5)一个适当的温度探测器。

2. 程序

在太阳电池组件试验前应安装厂商推荐的热斑保护装置。

(1)将不遮光的组件在辐照源1下照射，测试其I-V特性和最大功率点。

(2)使组件短路，组件在稳定的辐照源1照射下，用适当的温度探测器测定最热的电池单片。

(3)完全挡住选定的电池单片，用辐照源2照射组件。在此过程中组件的温度应该在50℃±10℃。

(4)保持此状态经过5小时的曝晒。

(5)再次测定组件的I-V特性和最大功率点。

3. 要求

(1)太阳电池组件无严重外观缺陷。

(2)太阳电池组件最大输出功率的衰减不超过试验前测试值的5%。

四

应对“热斑”的措施

生产阶段措施：

1. 控制电池内部的杂质。

2. 在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。

应用中的措施：

1. 为表明太阳电池能够在规定的条件下长期使用，需通过合理的时间和过程对太阳电池组件进行检测，确定其承受热斑加热效应的能力。

2. 采用性能一致性好的电池或组件。

3. 安装位置应保证组件尽量不被遮挡。

4. 及时清理维护，除去组件表面污染物。

【文中图片来源于网络】

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