光伏組件是光伏電站的核心組成部分。在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，不可避免地會(huì)因?yàn)榉e灰、鳥(niǎo)糞、落葉等遮擋在組件表面產(chǎn)生陰影，形成熱斑，進(jìn)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(yáng)能組件在陽(yáng)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(dá)到臨界條件后該電池將從發(fā)電變?yōu)楹哪埽鳛樨?fù)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(yuǎn)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(diǎn)熔化、封裝材料老化等永久損壞，嚴(yán)重影響組件的使用壽命。
圖1 熱斑示意圖
二、組件熱斑常見(jiàn)誤區(qū)
誤區(qū)一：組件尺寸越大，熱斑風(fēng)險(xiǎn)越大。
誤區(qū)二：組件電流越大，熱斑風(fēng)險(xiǎn)越大。
事實(shí)上，熱斑的嚴(yán)重程度與組件本身設(shè)計(jì)密切相關(guān)。阿特斯研究發(fā)現(xiàn)，單個(gè)二極管保護(hù)的電池?cái)?shù)量對(duì)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(shí)，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(shí)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(fù)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(gè)正常電池片的輸出功率，S-1為單個(gè)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(xiǎn)越大。
阿特斯實(shí)驗(yàn)測(cè)試并對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果可以清晰地看出，210-132半片、210-120半片組件單個(gè)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(gè)二極管并聯(lián)24片整片電池)有明顯降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二極管保護(hù)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(jì)，有效降低組件熱斑風(fēng)險(xiǎn)。
圖2 不同版型組件熱斑溫度對(duì)比
三、降低熱斑風(fēng)險(xiǎn)的措施
1、嚴(yán)苛的電池漏電流管控和CSIR紅外監(jiān)測(cè)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(jì)之外，電池片質(zhì)量對(duì)組件熱斑同樣有重要影響。理想情況下，當(dāng)一個(gè)二極管(單個(gè)太陽(yáng)能電池也可以視作一個(gè)大的二極管)反向偏置時(shí)，只有很小的電流可以通過(guò)，稱(chēng)之為漏電流。然而，實(shí)際的太陽(yáng)能電池不可避免地會(huì)有一定程度的缺陷，在反向偏置時(shí)這些缺陷通常會(huì)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(guò)，該位置溫度會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速升高。因此，通過(guò)電池片漏電流的管控可有效降低組件熱斑風(fēng)險(xiǎn)。
但是，并不是所有的高漏電流都會(huì)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(xiǎn)也會(huì)更高。阿特斯進(jìn)一步通過(guò)CSIR技術(shù)(紅外熱成像在線管控技術(shù))進(jìn)行精確篩選，有效規(guī)避了電池端局部高漏電帶來(lái)的組件熱斑風(fēng)險(xiǎn)。
圖3 左：反向偏置和紅外測(cè)試儀右：兩個(gè)熱斑點(diǎn)的電池紅外圖片
2、旁路二極管保護(hù)
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(gè)旁路二極管，其工作原理為：組件正常工作時(shí)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(wèn)題導(dǎo)致該電池處于反向偏置狀態(tài)，旁路二極管開(kāi)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(guò)，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。
圖4 旁路二極管工作原理示意圖
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(duì)于組件長(zhǎng)期可靠性表現(xiàn)十分重要。阿特斯通過(guò)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(shí)現(xiàn)更低正向?qū)妷?、更低的發(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(guò)了高達(dá)1200次循環(huán)的熱逃逸檢測(cè)，是業(yè)內(nèi)對(duì)這項(xiàng)測(cè)試要求最嚴(yán)苛的公司之一。詳情請(qǐng)見(jiàn)《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(yùn)維防護(hù)措施
除了組件本身設(shè)計(jì)和工藝管控之外，在組件運(yùn)輸安裝以及電站日常維護(hù)中同樣需要注意防護(hù)，如：
● 運(yùn)輸、搬運(yùn)組件時(shí)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(niǎo)糞、落葉等異物;
● 及時(shí)清除組件附近雜草，盡量避免固定建筑物、樹(shù)木陰影遮擋組件;
● 在電站日常維護(hù)中也可使用紅外熱成像儀對(duì)組件進(jìn)行檢查，及時(shí)更換已損壞組件等。
并非所有遮擋/電池缺陷都會(huì)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(duì)于組件長(zhǎng)期可靠運(yùn)行和系統(tǒng)發(fā)電性能的影響，通過(guò)合理的組件設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的工藝管控和規(guī)范的日常維護(hù)，盡可能規(guī)避或減小熱斑風(fēng)險(xiǎn)，確保光伏系統(tǒng)的安全性和保持良好的功率輸出。
（阿特斯陽(yáng)光電力）
