热斑

热斑效应

在一定条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。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。为了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。

孤岛效应：太阳能发电系统与市电系统并联供电时，当市电发生故障系统未能及时检知并切离市电系统，而产生独立供电现象。一旦发生孤岛运转现象时，会造成人员受伤与设备之损坏，故系统设计须具备该效应侦测保护功能。改善的方法就是采用“反孤岛检测”。

太阳电池组件热斑效应介绍及检测方法：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针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，这种现象叫“热斑效应”。

在实际使用太阳电池中，若热斑效应产生的温度超过了一定极限将会使电池组件上的焊点熔化并毁坏栅线，从而导致整个太阳电池组件的报废。据国外权威统计，热斑效应使太阳电池组件的实际使用寿命至少减少10%。

热斑现象是不可避免的，尽管太阳电池组件安装时都要考虑阴影的影响，并加配保护装置以减少热斑的影响。为表明太阳电池能够在规定的条件下长期使用，需通过合理的时间和过程对太阳电池组件进行检测，确定其承受热斑加热效应的能力。确定太阳电池组件承受热斑加热能力的检测试验叫“热斑耐久试验”。热斑耐久试验过程需严格遵循国际标准IEC 61215-2005，试验内容大致如下：

1. 装置(1)辐照源1，稳态太阳模拟器或自然光，辐照度不低于700W/m2，不均匀度不超过±2%，瞬时不稳定度在±5%以内。(2)辐照源2，C类(或更好)的稳态太阳模拟器或自然光，其辐照度为1000W/m2±10%。(3)太阳电池组件I-V 曲线测试仪。(4)一组对试验太阳电池组件遮光增量为5%的不透明盖板。(5)一个适当的温度探测器。

2. 程序在太阳电池组件试验前应安装厂商推荐的热斑保护装置。(1)将不遮光的组件在辐照源1下照射，测试其I-V特性和最大功率点。(2)使组件短路，组件在稳定的辐照源1照射下，用适当的温度探测器测定最热的电池单片。(3)完全挡住选定的电池单片，用辐照源2照射组件。在此过程中组件的温度应该在50℃±10℃。(4)保持此状态经过5小时的曝晒。(5)再次测定组件的I-V特

性和最大功率点。

3. 要求(1)太阳电池组件无严重外观缺陷；(2)太阳电池组件最大输出功率的衰减不超过试验前测试值的5%；由试验过程得知，热斑耐久试验的最终目的是对太阳电池组件厂商的产品质量有严格要求，而试验过程也对试验装置有准确的规定。试验中，关键装置辐照源的选择有稳态太阳模拟器和自然光这2种。众所周知，自然光具有众多非人为的不稳定因素，诸如地区分布、气候变化、风向、温度等。根据实地测试，上海地区夏季正常晴天的中午自然光辐照度仅为700-800W/m2，很难达到1000W/m2的试验要求，更谈何持续5小时的曝晒。

综上，热斑耐久试验通常使用稳态太阳模拟器对太阳电池组件进行检测。中心自主研发的热斑耐久检测设备是实验室模拟热斑条件的必需设备，利用此设备进行热斑耐久加速试验可以尽早暴露质量问题，降低质量风险，提高产品可靠性和使用寿命，不仅适用于组件热斑试验，同时也满足早期光衰减试验要求。设备参数如下：(1)有效照射面积：1600mm*1000 (2)最大辐射强度：>1000W/m2 (3)光源光谱分布：C级(4)均匀度：±9.2%，C级(5)瞬时不稳定度：±3%，C级(6)人机界面控制：PLC控制，样品温度、稳定度、副照度实时显示和积分功能。

太阳电池热斑现象的研究

时间：2008-09-28 10:20:00 来源：电源技术作者：王军王鹤杨宏张伶

0 引言

随着社会对能源的需求量越来越大，“能源安全危机”的问题也愈发突显。对此，经济和社会学家舍尔赫尔曼曾提出“阳光型世界经济”的概念，指出利用阳光型能源和阳光型原材料即可再生能源来满足人类对能源和原材料的总体需求，可为世界经济发展提供一个可持续增长的长远战略和出路。因此，开发利用可再生能源、实现能源工业可持续发展的任务更加迫切，更具深远的意义。

太阳辐射能具有取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、能够自由利用等特点，引起了人们对研究太阳电池的浓厚兴趣。太阳电池具有质量轻、使用安全、不污染环境、工作时不产生热量等优点，是一种电压稳定性良好的纯直流电源。近年来，太阳电池应用于太阳光发电的技术已经取得了很大进展，很可能成为人类未来主要电力来源之一。因此，太阳电池的研究有极其重要的意义。

随着太阳电池的广泛应用，一些影响电池寿命的不利因素也出现在我们面前。热斑就是其中之一。

1 热斑的成因

太阳电池热斑是指太阳电池组件在阳光照射下，由于部分组件受到遮挡无法工作，使得被遮盖的部分升温远远大于未被遮盖部分，致使温度过高出现烧坏的暗斑，如图1所示。热斑可能导致整个电池组件损坏，造成损失。因此，需要研究造成热斑的内在原因，从而减小热斑形成的可能性。太阳电池热斑的形成主要由两个内在因素构成，分别与内阻和太阳电池自身暗电流大小有关。

通常简化假定其温度取决于下列几个主要因素：日照强度L、环境温度T，以及内阻产生的温升Ti，组件温度(阵列温度)T可近似地按下式计算：

式中：死为L=0，Ts=0，Ti=0时阵列的温度；

To、a1、a2为根据实验数据按最小二乘法处理

后所得的系数，与所使用的太阳电池的类

型、安装地点、支架形式等因素都有关系。

由式(1)可见，当光伏阵列中太阳电池被云、树叶或其它物体遮挡时，由于光照的变化，其温度将明显不同于阵列中那些未被遮挡的部分。同样，当光伏电池处于开路、短路或典型负载等不同工作状态时，由于流过的电流和内阻均有变化，其温度亦有所不同。当太阳电池组件中部分电池损坏时，其温度差异将更加明显。

2 热斑与暗电流的关系

由于一个太阳电池组件一般包含36或72块太阳电池硅片，不同的硅片的暗电流是不一样的，由图2所示太阳电池简略示意图可分析如下。