隨著科技日新月異的發(fā)展，光伏發(fā)電技術(shù)在國(guó)內(nèi)外均得到了廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用形式多種多樣，應(yīng)用場(chǎng)所分布廣泛，主要用于大型地面光伏電站、住宅和商用建筑物的屋頂、建筑光伏建筑一體化、光伏路燈等。在這些場(chǎng)所，不可避免的會(huì)出現(xiàn)建筑物、樹蔭、煙囪、灰塵、云朵等對(duì)太陽(yáng)能電池組件造成遮擋。因此，人們關(guān)心的是此類情況對(duì)太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率影響有多大，又該如何解決。

在實(shí)際應(yīng)用中，太陽(yáng)能電池一般是由多塊電池組件串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)，以獲得所期望的電壓或電流的。為了達(dá)到較高的光電轉(zhuǎn)換效率，電池組件中的每一塊電池片都須具有相似的特性。在使用過(guò)程中，可能出現(xiàn)一個(gè)或一組電池不匹配，如：出現(xiàn)裂紋、內(nèi)部連接失效或遮光等情況，導(dǎo)致其特性與整體不諧調(diào)。

在一定條件下，一串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽(yáng)電池組件，將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他有光照的太陽(yáng)電池組件所產(chǎn)生的能量。被遮蔽的太陽(yáng)電池組件此時(shí)會(huì)發(fā)熱，這就是熱斑效應(yīng)。這種效應(yīng)能嚴(yán)重的破壞太陽(yáng)電池。有光照的太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的部分能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽(yáng)電池由于熱斑效應(yīng)而遭受破壞，最好在太陽(yáng)電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁路二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被受遮蔽的組件所消耗。

關(guān)于組件熱斑產(chǎn)生的原因、問(wèn)題電池的來(lái)源及相應(yīng)對(duì)策

(一) 組件熱斑產(chǎn)生的原因

光伏組件的核心組成部分是太陽(yáng)電池，一般說(shuō)來(lái)，每個(gè)組件所用太陽(yáng)電池的電特性要基本一致，否則將在電性能不好或被遮擋的電池(問(wèn)題電池)上產(chǎn)生所謂熱斑效應(yīng)。

為防止熱斑產(chǎn)生應(yīng)該在每一片電池上都并聯(lián)一個(gè)旁路二極管，在當(dāng)電池發(fā)生問(wèn)題或被遮擋時(shí)，其它電池產(chǎn)生的大于問(wèn)題電池的電流將被旁路二極管旁路。

而事實(shí)上，在每一片電池上都并聯(lián)一個(gè)二極管是不現(xiàn)實(shí)的。一般在組件上是18片(36片或54片電池串聯(lián)的組件)或24片(72片電池串聯(lián)的組件)電池串聯(lián)后并聯(lián)一個(gè)二極管。

可以想象，當(dāng)這18片或24片電池中產(chǎn)生的電流不一致時(shí)，也就是有問(wèn)題電池存在時(shí)，通過(guò)這串電池的電流將在問(wèn)題電池上引起熱斑。若電池串與串之間電流不一致，可以在接了旁路二極管的組件特性曲線上看到所謂臺(tái)階曲線或異常曲線。

如果組件內(nèi)太陽(yáng)電池性能本來(lái)就不一致，必然導(dǎo)致組件發(fā)生熱斑現(xiàn)象。我們可以通過(guò)組件的輸出特性曲線和紅外成像看到組件熱斑現(xiàn)象的存在。

若是由于組件內(nèi)太陽(yáng)電池光衰減后效率下降，引起的組件內(nèi)太陽(yáng)電池性能不一致。我們可以通過(guò)測(cè)試組件衰減前和衰減后的輸出特性曲線以及紅外成像看到組件在光照前后發(fā)生的變化。

若組件未接旁路二極管，即使有問(wèn)題電池存在，組件的輸出特性曲線也看不到臺(tái)階曲線，但短路電流應(yīng)比正常組件要小，這表明熱斑現(xiàn)象存在。

(二) 問(wèn)題電池的來(lái)源

1. 硅材料自身的缺陷

2. 電池制造的原因

1) 去邊不徹底、邊緣短路

2) 去邊過(guò)頭，P型層向N型層中心延伸，邊緣柵線引起局部短路

3) 燒結(jié)不良，正電極或背電極與硅片接觸不良，串聯(lián)電阻增大

4) 燒結(jié)過(guò)度，即將使PN結(jié)燒透，短路

以上幾種有可能在分選測(cè)試時(shí)尚未暴露，而做成組件后在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，逐漸變化而導(dǎo)致愈演愈烈

3. 同一檔次的電池片性能不一致

1) 電池分選測(cè)試時(shí)的誤判

a) 分選測(cè)試儀自身誤差

b) 測(cè)試儀與測(cè)試儀之間的差異

c) 分選測(cè)試儀的誤動(dòng)作

2) 電池自身的衰減不一致

3) 人為的混片

如電池上信息不準(zhǔn)確，有可能貼錯(cuò)標(biāo)簽、混包，電池外觀檢驗(yàn)時(shí)的混片等

4. 組件制造的原因

1) 焊接前混片或補(bǔ)片時(shí)混片

2) 電池片自身的隱裂

3) 手工焊接過(guò)程造成的裂片或隱裂片，機(jī)器焊接曲線異常的比例一般小于手工焊接

4) 虛焊，每天的巡檢報(bào)告中幾乎都有焊接不良的報(bào)道

5) 組件生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的隱裂，如玻璃彎曲引起裂片或溫度過(guò)高時(shí)裝框，萬(wàn)向球頂裂電池

6) 返修組件時(shí)的焊接不良，互連條之間的搭接，接觸電阻大

7) 組件中異物引起短路

8) 焊背面時(shí)，正面互連條脫開，使互連條與電池間存在錫粒，層壓造成電池破裂

(三) 已經(jīng)采取的措施

1. 電池生產(chǎn)線采用72片一包的包裝，避免組件生產(chǎn)線再次數(shù)片帶來(lái)的混片

2. 電池生產(chǎn)線先外觀檢驗(yàn)，后測(cè)試分選，防止測(cè)試分選后再外觀檢驗(yàn)造成混片

3. 組件生產(chǎn)時(shí)用整包的電池片，不用散包，防止混片

4. 組件補(bǔ)片原則，一定要補(bǔ)同一檔次的電池，(正在準(zhǔn)備試75片一包的試驗(yàn))

5. 焊接前檢查隱裂片

6. 焊串模板定期檢查，防止互連條脫焊

7. 嚴(yán)格檢查異物

8. 加強(qiáng)虛焊檢查，防止虛焊

9. 搬運(yùn)時(shí)盡量減少玻璃彎曲

10. 大組件采用4毫米玻璃，以減少?gòu)澢黾訌?qiáng)度

11. 搬運(yùn)周轉(zhuǎn)車改為玻璃垂直放置

12. 不允許>50℃時(shí)裝框

13. 返修時(shí)不允許互連條對(duì)接

14. 散包電池必須重新分選測(cè)試，湊成整包后再做組件

15. 庫(kù)存超過(guò)一定期限的電池在做組件前應(yīng)經(jīng)過(guò)二次分選測(cè)試

16. 測(cè)試時(shí)，組件一定要在規(guī)定溫度范圍內(nèi)

17. 給出發(fā)現(xiàn)曲線異常后的處理方法，防止不良組件流到客戶手中

18. 電池先光衰減后再分選測(cè)試(正在試驗(yàn)實(shí)施中)

雖然采取了以上部分措施，目前曲線異常依然存在，很多組件都有不同程度的熱斑，有些措施實(shí)施起來(lái)有些難度，進(jìn)展還需要時(shí)間和相關(guān)設(shè)備，還有措施實(shí)施的還不徹底。如何保證每個(gè)組件都用一包72片或54片同一檔次的電池，且不會(huì)衰減，仍然需要持續(xù)改進(jìn)。

光伏組件的熱斑效應(yīng)和試驗(yàn)方法

熱斑耐久試驗(yàn)：

熱斑效應(yīng)可導(dǎo)致電池局部燒毀形成暗斑、焊點(diǎn)熔化、封裝材料老化等永久性損壞，是影響光伏組件輸出功率和使用壽命的重要因素，甚至可能導(dǎo)致安全隱患。因此，IEC 61215:2005《地面用晶體硅光伏組件設(shè)計(jì)鑒定和定性》專門設(shè)置了熱斑耐久試驗(yàn)，以考核光伏組件經(jīng)受熱斑加熱效應(yīng)的能力。

熱斑耐久試驗(yàn)過(guò)程包括最壞情況的確定、5小時(shí)熱斑試驗(yàn)以及試驗(yàn)后的診斷測(cè)量，過(guò)程分為以下4 個(gè)步驟。

1、選定最差電池

由于受到檢測(cè)時(shí)間和成本的限制，熱斑耐久試驗(yàn)不能針對(duì)組件中的每一個(gè)電池進(jìn)行。因此，正式試驗(yàn)之前先比較和選擇熱斑加熱效應(yīng)最顯著的電池。具體方法是，在一定光照條件下，將組件短路，依次遮擋每個(gè)電池，被遮光后穩(wěn)定溫度最高者為最差電池片。電池溫度可以用熱成像儀等儀器測(cè)量。對(duì)于串聯(lián)-并聯(lián)-串聯(lián)連接方式的大型組件，標(biāo)準(zhǔn)允許隨機(jī)選擇其中30%的電池進(jìn)行比較。

對(duì)于串聯(lián)和串聯(lián)-并聯(lián)連接方式的組件，IEC61215 標(biāo)準(zhǔn)給出了兩種快速的方法。第一種方法是：將組件短路，不遮光，直接尋找穩(wěn)定工作溫度最高的電池。第二種方法是：將組件短路，依次遮擋每個(gè)電池，選擇遮光后組件短路電流減少最大的電池。不過(guò)大部分推薦采用第二種方法，這主要是考慮到測(cè)量短路電流精度較高，測(cè)量結(jié)果可以用于下一個(gè)步驟的判斷，而且短路電流跟失諧電池消耗的功率有直接關(guān)系。

2、確定最壞遮光比例

選定最差電池之后，還要確定在何種遮光比例下熱斑的溫度最高。即用一組遮光增量為5%的一組不透明蓋板，逐漸減少對(duì)該電池的遮光面積，監(jiān)測(cè)電池被遮部位背面的穩(wěn)定溫度，看何時(shí)達(dá)到最高溫度。目前最常見的電池規(guī)格有156mm*156mm 和125mm*125mm 兩種，因此實(shí)驗(yàn)室需要準(zhǔn)備兩組不透明蓋板。

以上兩個(gè)步驟所使用的輻射源，可以是穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器或自然陽(yáng)光，輻照度不低于700W/m2，不均勻度不超過(guò)±2%，瞬時(shí)穩(wěn)定度在±5%以內(nèi)。如果氣候條件允許，可優(yōu)先選擇自然陽(yáng)光。南方的實(shí)驗(yàn)室在這方面優(yōu)勢(shì)明顯。

3、5小時(shí)熱斑耐久試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)要求輻射源為C 類或更好的穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器或自然陽(yáng)光，其輻照度為1000W/m2±10%。實(shí)際上自然陽(yáng)光很難在5 小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持10%的穩(wěn)定度，因此須采用穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器。光譜近似日光的氙燈是最佳選擇，全光譜金鹵燈也可以滿足光譜要求。須注意燈陣列的設(shè)計(jì)，使測(cè)試平面的輻照不均勻度小于±10%;同時(shí)配備穩(wěn)壓電源，保證試驗(yàn)期間輻照不穩(wěn)定度小于10%。

4、試驗(yàn)后的診斷測(cè)量

組件經(jīng)過(guò)熱斑耐久試驗(yàn)之后，首先進(jìn)行外觀檢查，對(duì)任何裂紋、氣泡或脫層等情況進(jìn)行記錄或照相。如果發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重外觀缺陷，則視為不合格。如果存在外觀缺陷但不屬于嚴(yán)重外觀缺陷，則對(duì)另外2 塊電池重復(fù)熱斑耐久試驗(yàn)。試驗(yàn)后不再發(fā)現(xiàn)外觀缺陷，則算合格。此外，組件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下的最大輸出功率Pm 的衰減不能超過(guò)5%;絕緣電阻應(yīng)滿足初始試驗(yàn)的同樣要求。

總結(jié)：

解決熱斑效應(yīng)問(wèn)題的通常做法，是在組件上加裝旁路二極管。通常情況下，旁路二極管處于反偏壓，不影響組件正常工作。當(dāng)一個(gè)電池被遮擋時(shí)，其他電池促其反偏成為大電阻，此時(shí)二極管導(dǎo)通，總電池中超過(guò)被遮電池光生電流的部分被二極管分流，從而避免被遮電池過(guò)熱損壞。光伏組件中一般不會(huì)給每個(gè)電池配一個(gè)旁路二極管，而是若干個(gè)電池為一組配一個(gè)。此時(shí)被遮擋電池只影響其所在電池組的發(fā)電能力。