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光伏组件中的“热斑效应”原理

发布日期:2016-06-07  来源:上海伯镭  作者:上海伯镭无人机我要投稿我要评论
             一、什么是“热斑效应”?

  相信大多数光伏从业者都听说过“热斑效应”及其危害的宣传。常见的资料对热斑效应解释为:

  在一定条件下,光伏系统中的部分电池会被周围其它物体所遮挡,造成局部阴影,这将引起被遮挡某些电池发热,产生所谓“热斑”现象。

  但上述解释还不够完整,局部遮挡只是形成热斑的原因之一,另外一个原因是电池本身的缺陷。因此,比较准确的定义应该是:

  热斑是互相连接(主要是串联方式)的电池工作在不同的条件下或者没有相同的性能造成的,它的本质原因是电池之间的失配(对于光伏系统来说,组件之间的失配原理和此相同)。

  换句话说,热斑产生的原理是:

  一个串联电路中,电池由于某些原因,导致其所表现出的工作状态不一致。这些原因包括遮挡(如周围物体的阴影、落叶、鸟粪等)导致部分电池所表现出的性能和其它电池)不同,或者是电池本身的性能就不同(比较严重的情况是部分电池存在明显缺陷)。

  事实上,电池之间性能完全一致的可能性是很小的。因此,从严格意义上来说,热斑效应是一种正常现象。

  有权威检测机构基于大量数据积累和资料调研表明,在辐照度大于800W/m2时,热斑最高温度与组件平均温度之间的温度差值小于10度是可以接受的;如果少数组件存在温差超过10℃的情况,只要这个比例不超过5%,系统功率输出正常,也是可以接受的(例如组件上有直径3-125px的鸟粪,组件边缘有尘土积聚,轻微焊接问题,电池片轻微缺陷,盖板部分玻璃脏污等)。

  二、“热斑效应”的产生机理

  那么产生热斑的基本机理是什么呢?

  图1:理想太阳能电池和非理想太阳能电池比较

  图1所示是太阳电池的完整工作曲线,图中:

  第一象限:是我们常见的电池发电时的IV曲线;

  第二象限:代表给太阳电池加反向偏压时,电池由发电变为耗电(分界点是纵轴短路电流处);

  第四象限:代表给太阳电池加正向偏压,正向电压产生的电流方向是从P区流向N区,和光生电流方向相反,所以当正向偏压大于电池的开路电压时,电流反向,电池由发电变为耗电(分界点是横轴开路电压处)。

  光伏系统中常见的热斑现象是因为电池的工作点位于第二象限!

  从图1中很容易看出,反向偏压越大,流经电池的电流就越大(此电流虽和光生电流方向一致,但其大小已超过了电池的短路电流,本质是由其它电池所贡献),电池消耗的能量就越多,电池温度就会越高,可能会导致焊带熔断、EVA黄变、背板鼓包烧穿等不可恢复的后果,严重影响系统的寿命和发电能力,更严重者能引起火灾等灾难性后果。

  同时,也不难看出,如果电池工作在第一象限,那么它依旧充当发电的作用,而不是成为负载耗电。

  上述描述很难理解?不妨这样假设,在公路上行驶的汽车,如果有一辆出现了问题,速度比别的车辆低很多,那么它就会整个交通产生障 碍,其它车辆为了较快速度通过,必须推着问题车辆行驶,使问题车辆速度超过它的最高速度,但同时,完好车辆的行驶速度也会比正常速度要小,此时,问题车辆 就是负载。

  但如果路况不佳或受天气影响,所有车辆都要保持在较低的速度运行,那么问题车辆就不会对整体交通造成影响,但此时整体运输效率较低。

  因此,即使存在阴影遮挡或电池性能缺陷,该部分电池也不一定就是负载,不一定就会发生热斑效应,要看电池所处的工作状态。即便发生 了热斑效应,其严重程度也和多个因素有关,例如出现鸟粪之类的遮挡,系统只是会损失部分功率,为避免产生过大的反向偏压,现在的晶硅组件一般都会有两个或 三个并联二极管,防止出现热斑的电池片温度过高,因为热斑发生温度过高甚至造成火灾的情况是很少的,这种情况下也是因为部分电池的性能存在严重缺陷,造成 局部电流过高导致。

  三、小结

  严格意义的热斑效应是正常现象。我们既不必谈“热斑”色变,认为有热斑就会产生火灾;但也不该忽略它造成的不良影响,应尽可能减小或减弱热斑产生的可能性。

  近年来,关于避免“热斑效应”相关的研究也有很多。

  组件生产段的措施有:控制电池的逆电流、控制电池内部的杂质、组件采用并联二极管保护等。

  应用端的措施有:采用性能一致性好的电池(或组件),安装时尽量保证组件不被遮挡,上面有污秽时及时清理和打扫等,使光伏系统保持良好的功率输出。

 
本文链接:https://www.81uav.cn/uav-news/201606/07/15623.html
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