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光伏組件是光伏電站的核心組成部分。在長期使用過程中，不可避免地會因為積灰、鳥糞、落葉等遮擋在組件表面產(chǎn)生陰影，形成熱斑，進而影響組件發(fā)電性能，甚至造成安全隱患。

一、組件熱斑原理及影響

太陽能組件在陽光照射下，如果有一片或一組電池被遮擋或存在自身缺陷(如隱裂、斷柵、虛焊等)，在達到臨界條件后該電池將從發(fā)電變?yōu)楹哪?，作為負載消耗電池串中其他正常電池片所產(chǎn)生的能量，導(dǎo)致該電池的溫度遠高于電池串中其他正常電池的溫度。這不僅降低組件了輸出功率，還可能導(dǎo)致電池局部燒毀形成暗斑、焊點熔化、封裝材料老化等永久損壞，嚴重影響組件的使用壽命。


二、組件熱斑常見誤區(qū)

誤區(qū)一：組件尺寸越大，熱斑風(fēng)險越大。

誤區(qū)二：組件電流越大，熱斑風(fēng)險越大。

事實上，熱斑的嚴重程度與組件本身設(shè)計密切相關(guān)。阿特斯研究發(fā)現(xiàn)，單個二極管保護的電池數(shù)量對熱斑產(chǎn)生很大影響。被遮擋或損壞的電池產(chǎn)生的光生電流小于組件工作電流時，該電池處于反向偏置狀態(tài)，它上面的反偏電壓就是電池串中剩余未遮擋的電池片電壓之和。此時被遮擋的電池消耗功率可表示為：


其中，Pillu為光照中不能轉(zhuǎn)換成電能直接轉(zhuǎn)換成熱能的能量，Pph為遮擋電池片光生電流在負偏壓下消耗功率產(chǎn)生的熱量，Prev為反偏漏電流消耗功率產(chǎn)生的熱量，Pm為單個正常電池片的輸出功率，S-1為單個二極管并聯(lián)的正常電池片數(shù)量。

從以上公式可以看出，旁路二極管并聯(lián)的電池片數(shù)量越多，熱斑電池的發(fā)熱功率越高，熱斑風(fēng)險越大。

阿特斯實驗測試并對比了210-132半片、210-120半片、182-144半片、166-144半片組件的熱斑溫度表現(xiàn)。從實驗結(jié)果可以清晰地看出，210-132半片、210-120半片組件單個二極管并聯(lián)電池片數(shù)量分別只有22片和20片(整片)，同樣情況下的組件熱斑溫度較182-144半片和166-144半片組件(單個二極管并聯(lián)24片整片電池)有明顯降低。實驗結(jié)果表明，二極管保護的電池片數(shù)量越少，組件熱斑溫度越低。阿特斯210系列組件采用了更少的電池片設(shè)計，有效降低組件熱斑風(fēng)險。


三、降低熱斑風(fēng)險的措施

1、嚴苛的電池漏電流管控和CSIR紅外監(jiān)測技術(shù)，確保電池電性能均勻穩(wěn)定性

除了組件本身設(shè)計之外，電池片質(zhì)量對組件熱斑同樣有重要影響。理想情況下，當一個二極管(單個太陽能電池也可以視作一個大的二極管)反向偏置時，只有很小的電流可以通過，稱之為漏電流。然而，實際的太陽能電池不可避免地會有一定程度的缺陷，在反向偏置時這些缺陷通常會成為電流傳導(dǎo)的路徑，如果這些缺陷處有足夠大的反向電流通過，該位置溫度會在短時間內(nèi)迅速升高。因此，通過電池片漏電流的管控可有效降低組件熱斑風(fēng)險。

但是，并不是所有的高漏電流都會導(dǎo)致產(chǎn)生熱斑，一定程度上還與電池漏電流密度有關(guān)，相同漏電流大小的兩片電池，漏電流密度高的電池?zé)岚唢L(fēng)險也會更高。阿特斯進一步通過CSIR技術(shù)(紅外熱成像在線管控技術(shù))進行精確篩選，有效規(guī)避了電池端局部高漏電帶來的組件熱斑風(fēng)險。


2、旁路二極管保護

目前，降低熱斑效應(yīng)影響的有效措施是在每串電池串的兩端并聯(lián)一個旁路二極管，其工作原理為：組件正常工作時旁路二極管截止，不起任何作用。如果某一電池片被遮擋或出現(xiàn)其他問題導(dǎo)致該電池處于反向偏置狀態(tài)，旁路二極管開始工作，將被遮擋的電池片所處的整串電池串旁路掉，組件電流從旁路二極管流過，減少被遮擋的電池片消耗的功率，并確保其他兩路正常的電池串依舊可以正常工作。


基于上述原理，旁路二極管的散熱性能、正向壓降、載流性能等對于組件長期可靠性表現(xiàn)十分重要。阿特斯通過選用高可靠性溝槽二極管和更優(yōu)的導(dǎo)熱基座材料，可以實現(xiàn)更低正向?qū)妷骸⒏偷陌l(fā)熱溫度和更優(yōu)的散熱性能(二極管結(jié)溫可分別降低12℃和10℃)。另外，阿特斯組件產(chǎn)品的接線盒和二極管通過了高達1200次循環(huán)的熱逃逸檢測，是業(yè)內(nèi)對這項測試要求最嚴苛的公司之一。詳情請見《小器件，大作用!不可忽視的組件二極管》。

3、組件安裝及電站運維防護措施

除了組件本身設(shè)計和工藝管控之外，在組件運輸安裝以及電站日常維護中同樣需要注意防護，如：

運輸、搬運組件時盡量減少組件碰撞，以防止組件內(nèi)部損傷隱裂;

定期清理組件表面積灰、鳥糞、落葉等異物;

及時清除組件附近雜草，盡量避免固定建筑物、樹木陰影遮擋組件;

在電站日常維護中也可使用紅外熱成像儀對組件進行檢查，及時更換已損壞組件等。

并非所有遮擋/電池缺陷都會引起熱斑，組件熱斑雖屬正?，F(xiàn)象，不必談“斑”色變，但也需重視它對于組件長期可靠運行和系統(tǒng)發(fā)電性能的影響，通過合理的組件設(shè)計、嚴格的工藝管控和規(guī)范的日常維護，盡可能規(guī)避或減小熱斑風(fēng)險，確保光伏系統(tǒng)的安全性和保持良好的功率輸出。

原標題：防患于未“燃”！高功率組件的熱斑影響及阿特斯管控方法