热斑效应:是指在一定条件下,串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件将当做负载,消耗其他被光照的太阳能电池组件所产生的能量,被遮挡的太阳能电池组件此时将会发热的现象。
被遮挡的光伏组件、将会消耗有光照的光伏组件所产生的部分能量或所有能量,降低输出功率;严重将会永久性破坏太阳能电池组件、甚至烧毁组件。
产生的原因:1.造成热斑效应的根源是有个别坏电池的混入、电极焊片虚焊、电池由裂纹演变为破碎、个别电池特性变坏、电池局部受到阴影遮挡等。2.由于局部阴影的存在,太阳电池组件中某些电池单片的电流、电压发生了变化。其结果使太阳电池组件局部电流与电压之积增大,从而在这些电池组件上产生了局部温升。
防护措施:在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管,以增加方阵的可靠性。通常情况下,旁路二极管处于反偏压,不影响组件正常工作。原理:当一个电池被遮挡时,其他电池促其反偏成为大电阻,此时二极管导通,总电池中超过被遮电池光生电流的部分被二极管分流,从而避免被遮电池过热损坏。以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。
二、“热斑效应”的产生机理那么产生热斑的基本机理是什么呢?
图1:理想太阳能电池和非理想太阳能电池比较
图1所示是太阳电池的完整工作曲线,图中:
第一象限:是我们常见的电池发电时的IV曲线;
第二象限:代表给太阳电池加反向偏压时,电池由发电变为耗电(分界点是纵轴短路电流处);
第四象限:代表给太阳电池加正向偏压,正向电压产生的电流方向是从P区流向N区,和光生电流方向相反,所以当正向偏压大于电池的开路电压时,电流反向,电池由发电变为耗电(分界点是横轴开路电压处)。
光伏系统中常见的热斑现象是因为电池的工作点位于第二象限!
从图1中很容易看出,反向偏压越大,流经电池的电流就越大(此电流虽和光生电流方向一致,但其大小已超过了电池的短路电流,本质是由其它电池所贡献),电池消耗的能量就越多,电池温度就会越高,可能会导致焊带熔断、EVA黄变、背板鼓包烧穿等不可恢复的后果,严重影响系统的寿命和发电能力,更严重者能引起火灾等灾难性后果。
同时,也不难看出,如果电池工作在第一象限,那么它依旧充当发电的作用,而不是成为负载耗电。
上述描述很难理解?不妨这样假设,在公路上行驶的汽车,如果有一辆出现了问题,速度比别的车辆低很多,那么它就会整个交通产生障碍,其它车辆为了较快速度通过,必须推着问题车辆行驶,使问题车辆速度超过它的最高速度,但同时,完好车辆的行驶速度也会比正常速度要小,此时,问题车辆就是负载。
但如果路况不佳或受天气影响,所有车辆都要保持在较低的速度运行,那么问题车辆就不会对整体交通造成影响,但此时整体运输效率较低。
因此,即使存在阴影遮挡或电池性能缺陷,该部分电池也不一定就是负载,不一定就会发生热斑效应,要看电池所处的工作状态。即便发生了热斑效应,其严重程度也和多个因素有关,例如出现鸟粪之类的遮挡,系统只是会损失部分功率,为避免产生过大的反向偏压,现在的晶硅组件一般都会有两个或三个并联二极管,防止出现热斑的电池片温度过高,因为热斑发生温度过高甚至造成火灾的情况是很少的,这种情况下也是因为部分电池的性能存在严重缺陷,造成局部电流过高导致。
三、小结
严格意义的热斑效应是正常现象。我们既不必谈“热斑”色变,认为有热斑就会产生火灾;但也不该忽略它造成的不良影响,应尽可能减小或减弱热斑产生的可能性。
近年来,关于避免“热斑效应”相关的研究也有很多。
组件生产段的措施有:控制电池的逆电流、控制电池内部的杂质、组件采用并联二极管保护等。
应用端的措施有:采用性能一致性好的电池(或组件),安装时尽量保证组件不被遮挡,上面有污秽时及时清理和打扫等,使光伏系统保持良好的功率输出。
责任编辑:solar_robot