光伏组件是光伏电站的核心组成部分。在长期使用过程中，不可避免地会因为积灰、鸟粪、落叶等遮挡在组件表面产生阴影，形成热斑，进而影响组件发电性能，甚至造成安全隐患。
一、组件热斑原理及影响
太阳能组件在阳光照射下，如果有一片或一组电池被遮挡或存在自身缺陷(如隐裂、断栅、虚焊等)，在达到临界条件后该电池将从发电变为耗能，作为负载消耗电池串中其他正常电池片所产生的能量，导致该电池的温度远高于电池串中其他正常电池的温度。这不仅降低组件了输出功率，还可能导致电池局部烧毁形成暗斑、焊点熔化、封装材料老化等永久损坏，严重影响组件的使用寿命。
图1 热斑示意图
二、组件热斑常见误区
误区一：组件尺寸越大，热斑风险越大。
误区二：组件电流越大，热斑风险越大。
事实上，热斑的严重程度与组件本身设计密切相关。阿特斯研究发现，单个二极管保护的电池数量对热斑产生很大影响。被遮挡或损坏的电池产生的光生电流小于组件工作电流时，该电池处于反向偏置状态，它上面的反偏电压就是电池串中剩余未遮挡的电池片电压之和。此时被遮挡的电池消耗功率可表示为：
其中，Pillu为光照中不能转换成电能直接转换成热能的能量，Pph为遮挡电池片光生电流在负偏压下消耗功率产生的热量，Prev为反偏漏电流消耗功率产生的热量，Pm为单个正常电池片的输出功率，S-1为单个二极管并联的正常电池片数量。
从以上公式可以看出，旁路二极管并联的电池片数量越多，热斑电池的发热功率越高，热斑风险越大。
阿特斯实验测试并对比了210-132半片、210-120半片、182-144半片、166-144半片组件的热斑温度表现。从实验结果可以清晰地看出，210-132半片、210-120半片组件单个二极管并联电池片数量分别只有22片和20片(整片)，同样情况下的组件热斑温度较182-144半片和166-144半片组件(单个二极管并联24片整片电池)有明显降低。实验结果表明，二极管保护的电池片数量越少，组件热斑温度越低。阿特斯210系列组件采用了更少的电池片设计，有效降低组件热斑风险。
图2 不同版型组件热斑温度对比
三、降低热斑风险的措施
1、严苛的电池漏电流管控和CSIR红外监测技术，确保电池电性能均匀稳定性
除了组件本身设计之外，电池片质量对组件热斑同样有重要影响。理想情况下，当一个二极管(单个太阳能电池也可以视作一个大的二极管)反向偏置时，只有很小的电流可以通过，称之为漏电流。然而，实际的太阳能电池不可避免地会有一定程度的缺陷，在反向偏置时这些缺陷通常会成为电流传导的路径，如果这些缺陷处有足够大的反向电流通过，该位置温度会在短时间内迅速升高。因此，通过电池片漏电流的管控可有效降低组件热斑风险。
但是，并不是所有的高漏电流都会导致产生热斑，一定程度上还与电池漏电流密度有关，相同漏电流大小的两片电池，漏电流密度高的电池热斑风险也会更高。阿特斯进一步通过CSIR技术(红外热成像在线管控技术)进行精确筛选，有效规避了电池端局部高漏电带来的组件热斑风险。
图3 左：反向偏置和红外测试仪
右：两个热斑点的电池红外图片
2、旁路二极管保护
目前，降低热斑效应影响的有效措施是在每串电池串的两端并联一个旁路二极管，其工作原理为：组件正常工作时旁路二极管截止，不起任何作用。如果某一电池片被遮挡或出现其他问题导致该电池处于反向偏置状态，旁路二极管开始工作，将被遮挡的电池片所处的整串电池串旁路掉，组件电流从旁路二极管流过，减少被遮挡的电池片消耗的功率，并确保其他两路正常的电池串依旧可以正常工作。
图4 旁路二极管工作原理示意图
基于上述原理，旁路二极管的散热性能、正向压降、载流性能等对于组件长期可靠性表现十分重要。阿特斯通过选用高可靠性沟槽二极管和更优的导热基座材料，可以实现更低正向导通电压、更低的发热温度和更优的散热性能(二极管结温可分别降低12℃和10℃)。另外，阿特斯组件产品的接线盒和二极管通过了高达1200次循环的热逃逸检测，是业内对这项测试要求最严苛的公司之一。详情请见《小器件，大作用!不可忽视的组件二极管》。
3、组件安装及电站运维防护措施
除了组件本身设计和工艺管控之外，在组件运输安装以及电站日常维护中同样需要注意防护，如：
运输、搬运组件时尽量减少组件碰撞，以防止组件内部损伤隐裂;
定期清理组件表面积灰、鸟粪、落叶等异物;
及时清除组件附近杂草，尽量避免固定建筑物、树木阴影遮挡组件;
在电站日常维护中也可使用红外热成像仪对组件进行检查，及时更换已损坏组件等。
并非所有遮挡/电池缺陷都会引起热斑，组件热斑虽属正常现象，不必谈“斑”色变，但也需重视它对于组件长期可靠运行和系统发电性能的影响，通过合理的组件设计、严格的工艺管控和规范的日常维护，尽可能规避或减小热斑风险，确保光伏系统的安全性和保持良好的功率输出。
责任编辑：周末
