相信大多數光伏從業者都聽說過“熱斑效應”及其危害的宣傳。常見的資料對熱斑效應解釋為:
在一定條件下,光伏系統中的部分電池會被周圍其它物體所遮擋,造成局部陰影,這將引起被遮擋某些電池發熱,產生所謂“熱斑”現象。
但上述解釋還不夠完整,局部遮擋只是形成熱斑的原因之一,另外一個原因是電池本身的缺陷。因此,比較準確的定義應該是:
熱斑是互相連接(主要是串聯方式)的電池工作在不同的條件下或者沒有相同的性能造成的,它的本質原因是電池之間的失配(對于光伏系統來說,組件之間的失配原理和此相同)。
換句話說,熱斑產生的原理是:
一個串聯電路中,電池由于某些原因,導致其所表現出的工作狀態不一致。這些原因包括遮擋(如周圍物體的陰影、落葉、鳥糞等)導致部分電池所表現出的性能和其它電池)不同,或者是電池本身的性能就不同(比較嚴重的情況是部分電池存在明顯缺陷)。
事實上,電池之間性能完全一致的可能性是很小的。因此,從嚴格意義上來說,熱斑效應是一種正常現象。
在什么樣的情況下,熱斑現象是可以接受的呢?
有權威檢測機構基于大量數據積累和資料調研表明,在輻照度大于800W/m2時,熱斑最高溫度與組件平均溫度之間的溫度差值小于10度是可以接受的;如果少數組件存在溫差超過10℃的情況,只要這個比例不超過5%,系統功率輸出正常,也是可以接受的(例如組件上有直徑3-125px的鳥糞,組件邊緣有塵土積聚,輕微焊接問題,電池片輕微缺陷,蓋板部分玻璃臟污等)。
熱斑效應的產生機理
理想太陽能電池和非理想太陽能電池比較
上圖體現了太陽電池的完整工作曲線,圖中:
第一象限:是我們常見的電池發電時的IV曲線;
第二象限:給太陽電池加反向偏壓時,電池由發電變為耗電(分界點是縱軸短路電流處);
第四象限:給太陽電池加正向偏壓時,正向電壓產生的電流方向是從P區流向N區,和光生電流方向相反,所以當正向偏壓大于電池的開路電壓時,電流反向,電池由發電變為耗電(分界點是橫軸開路電壓處)。
熱斑現象是因為電池的工作點位于第二象限。反向偏壓越大,流經電池的電流就越大,電池消耗的能量就越多,電池溫度就會越高,可能會導致焊帶熔斷、EVA黃變、背板鼓包燒穿等不可恢復的后果,嚴重影響系統的壽命和發電能力,更嚴重者能引起火災等災難性后果。
同時,也不難看出,如果電池工作在第一象限,那么它依舊充當發電的作用,而不是成為負載耗電。
因此,即使存在陰影遮擋或電池性能缺陷,該部分電池也不一定就是負載,不一定會發生熱斑效應,還要看電池所處的工作狀態。即便發生了熱斑效應,其嚴重程度也和多個因素有關,例如鳥糞之類的遮擋,只會讓系統損失部分功率。
為避免產生過大的反向偏壓,現在的晶硅組件一般會有兩到三個并聯二極管,防止出現熱斑的電池片溫度過高。實際上,熱斑發生溫度過高甚至造成火災的情況是很少的,即便出現也基本上是由于部分電池的性能存在嚴重缺陷,造成局部電流過高導致。
光伏組件熱斑效應雖屬正常,也需盡量避免
嚴格意義的熱斑效應是正常現象。我們既不必談“斑”色變,認為有熱斑就會產生火災;但也不該忽略它造成的不良影響,應盡可能減小或減弱熱斑產生的可能性。