9-組件熱斑效應(yīng)的原因與防護(hù)

1、組件熱斑效應(yīng)原因與運(yùn)維防護(hù)措施曹曉寧1聞?wù)鹄?吳達(dá)1（1、中廣核太陽能開發(fā)有限公司 1 00048 ; 2、 鎮(zhèn)江大全太陽能有限公司212211）摘要：光伏電站中組件在運(yùn)行中存在很多因素引起功率損耗并可能導(dǎo)致安全問 題，熱斑效應(yīng)會造成組件功率得大幅度下降，而且就是比較嚴(yán)重得安全隱患。在組件 生產(chǎn)過程、現(xiàn)場施工與運(yùn)行維護(hù)中可以對技術(shù)指標(biāo)提出要求或采取相應(yīng)得措施來防 護(hù)熱斑效應(yīng)。為了減少運(yùn)維工作量，提供效率,監(jiān)控系統(tǒng)可以對組件得電流與電壓進(jìn) 行監(jiān)測并進(jìn)行邏輯判斷，可幫助運(yùn)維人員進(jìn)行針對性得排查，提高光伏電站運(yùn)行得安 全可靠性。光伏發(fā)電就是人類解決能源危機(jī)與環(huán)境問題得必由之路，在過去得二十年里光伏發(fā)

2、電產(chǎn)業(yè)有了迅猛得發(fā)展，權(quán)威能源機(jī)構(gòu)預(yù)測在本世紀(jì)中葉光伏發(fā)電會能為人類 主要得供電方式之一。太陽電池組件就是光伏電站得核心元件，組件得性能與安全 可靠性直接決定了光伏電站得運(yùn)行效率。目前組件得標(biāo)稱功率就是在標(biāo)準(zhǔn)測試環(huán)境 下（標(biāo)準(zhǔn)條件具體就是指：溫度25C,光譜分布AM 1、5,輻照強(qiáng)度就是1 0 0 0 W/m2） 得發(fā)電功率，而在實際運(yùn)行環(huán)境中，由于溫度、輻照強(qiáng)度、光譜失配等因素會影響 組件得實際發(fā)電功率。在實際應(yīng)用中，組件得陰影遮蔽就是不可避免得問題， 陰影遮 蔽會造成功率損失，而且會導(dǎo)致局部發(fā)熱，產(chǎn)生安全隱患，即熱斑效應(yīng)。本文對熱斑 得成因與熱斑效應(yīng)得防護(hù)措施進(jìn)行探討。1、熱斑效應(yīng)晶硅組件

3、就是由多個太陽電池片串聯(lián)組成，當(dāng)串聯(lián)支路中得一個太陽電池被遮擋時,將被當(dāng)作負(fù)載消耗其她得太陽電池所產(chǎn)生得能量 ，被遮蔽得太陽電池此時會嚴(yán) 重發(fā)熱，稱為熱斑效應(yīng)，如圖1所示熱斑效應(yīng)會嚴(yán)重影響組件得輸出功率，同時 會破壞太陽電池得性能。有光照得太陽電池所產(chǎn)生得部分能量，都可能被遮蔽得電 池所消耗，熱斑效應(yīng)時組件溫度分布如圖2所示，可以瞧到被遮擋電池得溫度明顯高 于其它電池。s片電油片電池發(fā)熱，為了防止熱斑效應(yīng)對 該在組件生產(chǎn)、現(xiàn)場施 風(fēng)險，降低其危害。,應(yīng)應(yīng)發(fā)生得圖1熱斑效應(yīng)原理示意圖圖2熱板效應(yīng)時組件得溫度分布圖2、熱斑效應(yīng)得防護(hù)措施組件中電池片得電流失配、電池片破損、組件虛焊與污損遮擋等原因都

4、會引起 光伏電站造成發(fā)電量損失及對太陽電池造成損傷 運(yùn)行維護(hù)過程中采取相應(yīng)得措施來減少熱斑2、1組件生產(chǎn)過程控制首先對太陽電池進(jìn)行電流分檔，減少組件中串聯(lián)太陽電池之間得電流失配，另外 對組件進(jìn)行功率分檔后，仍要進(jìn)行電流分檔；其次在電池兩端并聯(lián)旁路二極管，即在 組件中安裝旁路二極管；再次對太陽電池得反向漏電進(jìn)行控制，太陽電池承受12V反向電壓時漏電流不超過1。5A，最后，對電池得隱裂與組件焊接工藝可靠性進(jìn)行控 制，組件在生產(chǎn)過程中需進(jìn)行兩次電致發(fā)光測試（EL測試）。電流分檔：如果串聯(lián)太陽電池得工作電流相差較大，則電池串得總電流將受到小 電流電池得限制。則大電池產(chǎn)生得額外電流（比小電流電池高出得那

5、部分電流） 將變 成小電流電池得前置偏壓。當(dāng)數(shù)量很多得串聯(lián)電池一起把前置偏壓變成小電流電池 得反向電壓時，在小電流電池處將會有大得能量耗散，這就就是熱點加熱現(xiàn)象巨大得 能量消耗在一片小小得區(qū)域，局部過熱就會發(fā)生，或者叫 熱點”，極端情況下導(dǎo)致破 壞性影響，例如電池或玻璃破碎、焊點熔化或電池性能得退化針對這個問題，電池片進(jìn)行效率分檔得同時，對效率相同得電池片進(jìn)行電流分檔，同一檔位得電流相差不超 過0。1A。在光伏電站得設(shè)計中，組件要先進(jìn)行串聯(lián)組成一個組件串，然后通過匯流 箱匯流，最后接入逆變器，因此也應(yīng)減少組件之間得電流失配，組件進(jìn)行功率分檔，然后對同一功率檔位得組件進(jìn)行工作電流分檔，同一檔位得

6、電流相差不超過O.1A。旁路二極管保護(hù)：在太陽電池并聯(lián)一個旁路二極管，當(dāng)電池正常工作時，旁路二 極管承受方向電壓，處于反向截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)電池被遮擋時，旁路二極管會導(dǎo)通，起到分 流得作用,可以避免光照組件所產(chǎn)生得能量被受遮蔽得組件全部消耗，同時起到保護(hù)電池得作用,原則上每個電池片應(yīng)并聯(lián)一個旁路二極管，以便更好保護(hù)并減少在非正 常狀態(tài)下無效電池片數(shù)目，但因為旁路二極管價格成本得影響與暗電流損耗以及工 作狀態(tài)下壓降得存在，目前由60片電池片封裝成得多晶硅組件就是每二十個電池可并聯(lián)一個旁路二極管。組件得電路結(jié)構(gòu)如圖 3所示。圖3 晶硅組件電路結(jié)構(gòu)圖太陽電池漏電流控制：旁路二極管作為組件得保護(hù)元件，可以提

7、高組件被遮擋 時得安全可靠性，旁路二極管得保護(hù)原理就就是依賴其單向?qū)щ姷锰匦?，而旁路二極 管兩端得電壓就是由與之并聯(lián)得電池片得電流電壓特性決定得，在被遮擋情況下，電池片得暗特性決定了旁路二極管兩端得電壓極性，也決定了旁路二極管能否導(dǎo)通起 到保護(hù)作用。當(dāng)組件被遮擋時，若要旁路二極管導(dǎo)通，則被遮擋電池兩端得壓降應(yīng)大 于與同一個旁路二極管并聯(lián)且未被遮擋電池得電壓之與，因此太陽電池得反向漏電 流要足夠小,否則電池被遮擋時旁路二極管導(dǎo)通需要較大得電流 ，被遮擋電池得發(fā)熱 較大，在光照條件較差得情況，旁路二極管可能會無法導(dǎo)通，起不到保護(hù)作用；在極端 情況下，例如電池在承受反向12 V電壓時得漏電流大小超

8、過其短路電流，則電池在 被遮擋時旁路二極管無法導(dǎo)通。對于晶硅電池片得漏電流大小得控制標(biāo)準(zhǔn)，有得研 究人員曾利用軟件模擬與試驗驗證得方法進(jìn)行分析，結(jié)果表明電池片得在承受12V 反向電壓時漏電流應(yīng)小于1.9A,否則旁路二極管在電池被遮擋時不能導(dǎo)通起到 保護(hù)作用。E L測試:組件得虛焊、過焊等都可能導(dǎo)致焊點接觸電阻過大 ，造成局部發(fā)熱；硅 片得彎曲與扭曲與組件生產(chǎn)工藝過程可能引起電池片隱裂，在戶外使用時，裂紋將會演變?yōu)樗槠?導(dǎo)致組件功率損失甚至開路，嚴(yán)重影響組件得使用壽命與可靠性。在組 件生產(chǎn)過程中，在層壓工藝前后對組件進(jìn)行兩次 EL測試，用以監(jiān)控焊接質(zhì)量與組件 得隱裂。2、2現(xiàn)場施工過程控制在光伏

9、電站得施工現(xiàn)場，安裝組件時主要注意兩點，第一就是杜絕搬運(yùn)與安裝組 件時野蠻施工，不能蹬踏、拖拽及亂摔組件 ，以免產(chǎn)生隱裂；第二就是在進(jìn)行組件安 裝時，根據(jù)組件包裝箱上電流分檔標(biāo)示，保證同一個支架上得組件就是相同得電流檔 位2、3、運(yùn)行維護(hù)措施在實際組件得實際運(yùn)行中，灰塵遮蔽、組件破損等原因都會引起熱斑效應(yīng)，運(yùn) 維人員應(yīng)對電站進(jìn)行必要巡檢，對于灰塵遮蔽嚴(yán)重時應(yīng)及時清洗組件，而且特別注意 要避免組件局部清洗不干凈，因此組件得遮蔽面積比例與造成得功率損失比例不對等，例如遮蔽一片電池（即面積得1/60）會引起功率損失1/3,因此如圖4中得情 況一定要杜絕.對于光伏電站中以外導(dǎo)致得破損組件應(yīng)立即予以更換

10、 ，例如圖5中所 示以外碰撞導(dǎo)致組件玻璃破碎.圖5玻璃破損組件當(dāng)組件發(fā)生熱斑效應(yīng)時，電池片得溫度會明顯升高，在日常維護(hù)中可以通過監(jiān) 測陣列得溫度來進(jìn)行判別。在組件采購得技術(shù)協(xié)議中，已要求組件廠家提供備品備件、鉗表、紅外熱成像儀等設(shè)備，便于日常維護(hù)與檢修。針對組件得熱斑效應(yīng)問題 可以使用紅外熱成像儀監(jiān)測組件陣列得溫度，如果發(fā)現(xiàn)局部發(fā)熱點，如圖4所示，應(yīng) 該檢查發(fā)熱原因，如果就是污損遮蔽引起，應(yīng)對組件進(jìn)行清洗，如果就是組件自身問題,應(yīng)更換損壞組件。圖 4 組件溫度紅外成像圖3、組件運(yùn)行情況監(jiān)測在大型光伏電站中都采用集中逆變得方式，即一臺逆變器控制多個組件串,大型光伏電站中常用逆變器得規(guī)格為 500K W.光伏并網(wǎng)逆變器均為電流型逆變器，即逆 變器控制得組件串得工作電壓相同 ,若某一組件串出現(xiàn)熱斑 ,那么其電流與其它組串 得電流會有明顯差別 ,目前匯流箱會采集各個組串得電流值與電壓值， 并通過通訊模 塊傳到監(jiān)控后臺，監(jiān)控后臺對每串得電流電壓得不平衡度進(jìn)行邏輯判斷,對于電流