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组件热斑是如何产生的?如何解决高功率组件的热斑风险?

发表于:2019-10-28 09:30:53    

来源:光伏测试网

热斑效应的概念

太阳电池组件通常安装在地域开阔、阳光充足的地带。在长期使用中难免落上飞鸟、尘土、落叶等遮挡物,这些遮挡物在太阳电池组件上就形成了阴影,在大型太阳电池组件方阵中行间距不适合也能互相形成阴影。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。太阳电池组件中某些电池单片本身缺陷也可能使组件在工作时局部发热,此时,串联支路中被遮蔽的部分将被当作负载,消耗其他未被遮蔽的太阳电池所产生的能量,因此被遮蔽的部分此时会发热,这就是热斑效应。

1组件热斑是如何产生的

当组件中的一片或一组电池被遮挡或有隐裂损坏时,该电池片的发电量受影响,电流会低于其周围正常发电的电池。当组件的工作电流超过了该电池的短路电流时,被遮挡的电池就会从发电变为耗能,导致组件局部温度升高。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量,都可能被遮蔽的电池所消耗。而造成热斑效应的,可能仅仅是一块鸟粪。

热斑示意图

2组件热斑产生的主要原因

①电池缺陷:隐裂、断栅、虚焊等;

②外部因素:组件表面局部遮挡、积灰、脏污等。

电池缺陷可以通过各种监测和质量管理系统来控制。目前已有很多第一梯队的组件厂在生产过程中引进了电致发光红外监测系统,防止有缺陷的电池用在组件中。但是,组件运输过程中的颠簸和电站安装不规范的的操作搬运,也会导致隐裂的产生,尤其对整片单晶电池组件而言,热斑产生的外部因素比较难杜绝。

3热斑的安全隐患有哪些

热斑除了影响组件的发电量,还会导致组件局部温度急剧上升,造成安全隐患。组件温度过高时,会引起火灾。我们在实验测试时观察到,有些单晶PERC电池的热斑温度高达170度。所以说,当整片电池组件的功率输出提高的时候,热斑电池聚集的能耗也变大,温度会升得更高,安全隐患就越大。

为防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏,最好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。当热斑效应严重时,旁路二极管可能会被击穿,令组件烧毁,如下图:

热斑导致组件损毁

4热斑温度随组件功率增长而上升

经过IEC 61215(2016)最新标准进行热斑测试,我们发现热斑温度与组件功率相关。组件功率越高,热斑测试温度越高,热斑风险越大。355瓦72整片单晶PERC组件的热斑处温度可达到170℃左右。如下图。

72整片单晶PERC组件的热斑测试结果

测试结果显示,热斑温度170℃左右的时候,背板会出油、鼓包,接线盒出现变形、脱落等情况,如下图所示:

常规72整片单晶PERC组件的热斑测试失效图片

5如何解决高功率组件的热斑风险

常规组件用的方法主要是靠接线盒里面的旁路二极管来降低热斑风险,但如果热斑情况严重会导致二极管击穿,引起组件着火,甚至发生火灾。

对于高功率的组件,目前的半片工艺(如下图所示:增加组件内部电路)随着组件功率越来越大,同样的组件尺寸半片PERC工艺甚至已突破400W,同样的功率,电流和热斑能降低一半,由此可带来热斑温度大幅下降。同样条件下从之前的170℃下降到148℃左右。在IEC标准规定的安全范围。因此,对高功率组件目前此方法效果最好。

组件半片工艺示意图

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