太陽能光伏組件熱斑效應檢測及控制

胡馨蕓

摘要：太陽能光伏組件運行中，一旦出現“熱斑效應”等質量問題，會導致光伏組件性能下降，影響發電效率，縮短使用壽命，并且還會對光伏電站運行安全性構成影響，減少光伏發電項目經濟效益。為了對熱斑效應的危害加以控制，本文探討了檢測的方法、流程，并探索了相應的控制策略，期望能為太陽能光伏組件發電項目運行高效性、安全性提供保障。

關鍵詞：太陽能光伏組件;熱斑效應;檢測;控制

太陽能光伏發電系統包含光伏組件、電力電纜、逆變器、匯流箱等諸多設備，其中最核心的設備是光伏組件。光伏組件光電實際轉化率，與太陽能光伏發電陣列發電量和經濟效益之間存在正相關關系。由于光伏組件被遮擋部位無法完成光能的正常吸收，電池電流持續縮小，一旦該電流比電路電流更小，組件會成為串聯電路接入負載，加大能量消耗并有熱量產生，形成熱斑效應。熱斑效應的存在，不僅會損壞光伏組件，且會降低發電功率，進而影響光伏電站運行安全性及項目經濟效益。因此，有必要圍繞太陽能光伏組件熱斑效應展開檢測與控制。

1“熱斑效應”概念及形成原因

光伏組件中一串聯支路一旦有脫層、氣泡、裂紋、臟物、被遮擋、內部連接失效等情況產生，該串聯支路會呈現出更大的電流與電壓之積，同時組件串會被當成負載，將其他有光照的組件串能量消耗，此時組件串就會有局部溫升的情況產生，即為“熱斑效應”。熱斑效應會對組件輸出功率及使用壽命構成嚴重的影響，同時會損壞電池永久性、導致組件封裝材料老化、破壞柵線等。結合相關數據得知，一旦光伏組件出現熱斑效應后，其使用壽命會縮減10%左右。

太陽能電池出現局部遮擋的情況后，會阻礙電池對光能的正常吸收，此時硅半導體光電效應被阻斷，遮擋部位電池片PN結處于禁止狀態，保持電中性[1]。相鄰電池組光電效應維持不變，硅半導體P極電壓會比N極電壓更高，有電位差出現在遮擋電池片兩側，且有電壓產生;被遮擋電池片暗電流與內阻變化顯著，轉化為耗電部件，會有P極向N極的正向導通電流產生，該電流通過內阻時會有熱量產生，遮擋時間一長會有熱量積累，導致電池片被燒毀，阻斷電池組串整體供電，進而對光伏組件正常運行構成影響。

2“熱斑效應”檢測

2.1檢測工具及條件

本文擬采用紅外熱成像儀進行檢測，通過紅外探測器與光學成像物鏡的運用，在紅外探測器光敏元件上反映不可見的被測對象紅外線輻射能力分布狀態后，向紅外熱像圖轉化，使熱像圖保持與被測物體表面相同的能量分布狀態，同時將被測物體各個溫度用對應的顏色表示，此時能更清晰地觀察能量分布狀態。此外，檢測中也涉及了便攜式太陽能I-V測試儀的應用，體積小、重量輕、便于攜帶，主要用于對電站各組件電壓電流特性檢測，能將光伏組件投入電站運行后各項性能參數便捷地獲取。

檢測太陽能光伏組件熱斑前，需將表面污物清除并擦拭干凈，測試組件不得被測試人員、儀器等遮擋。一般情況下，熱斑檢測開展時間以夏季、秋初上午11：00至下午16：00之間最為適宜，因不同區域存在不同的地理分布，且環境溫度和太陽輻照度方面也有差異，所以熱斑檢測也有不同的最佳時間段。

2.2檢測方法

紅外熱像儀掃描物體表面后能夠得到熱像圖，在太陽能光伏組件工作情況與熱斑效應檢測中發揮著重要作用。該方法無需直接接觸物體即可迅速完成光伏組件表面熱斑的準確檢測，并以熱像圖為根據研究熱斑[2]。具體檢測中，方法為：紅外熱像儀與被測光伏組件對準后，依次迅速掃描，完成每個光伏組件紅外熱像圖的獲取，并以此為依據對有熱斑現象的光伏組件和電池片數量展開統計。同時，挑選被測組件中具備典型的光伏組件，如正常與有熱斑現象存在的組件，同時結合便攜式太陽能I-V測試儀展開測試，并對組件性能參數展開對比分析。

2.3熱斑判斷及“耐久試驗”檢測

2.3.1熱斑判斷

正常工作中的光伏組件，溫度一般維持在37（±5）℃，存在不穩定性。一旦局部溫度與相鄰區域間超過6℃的溫差，基本可判定局部出現熱斑效應。因組件熱斑檢測中存在工作溫度、環境溫度、輻照度、熱斑形成原因、組件輸出功率等影響因素的緣故，所以在判斷時難免有誤差產生，此時應以熱成像儀采集的數據為根據展開分析。長時間遮擋后光伏組件的熱斑成像、組件裂紋或燒毀處的熱斑成像，彼此間都有區別。

2.3.2“耐久試驗”檢測

通過檢測太陽能光伏組件熱斑加熱承受能力，能判定光伏組件使用的耐久性與可靠性，此類試驗即為熱斑“耐久試驗”。該試驗內容需以標準GB/T9535要求為根據嚴格開展，待檢測結構滿足“太陽能光伏組件外觀無嚴重缺陷”和“太陽能光伏組件最大輸出功率不超過試驗前測試值5%的衰減”兩個條件時，即可判定獲取了合格的組件“熱斑效應”檢測結果。

3熱斑效應控制

在控制光伏組件熱斑效應時，可通過旁路二極管的加裝達成目標。光伏組件在制備過程中，為了避免“熱斑效應”的產生，會在相鄰組串間反向偏置并聯一旁路二極管[4]。通常而言，處于反偏壓的旁路二極管，不會影響光伏組件的工作，一旦光伏組件出現被局部遮擋的情況時，通過導通二極管，即可將組件過熱受損的情況規避，同時被遮擋組件串僅會對所在一塊組件發電能力構成影響[3]。根據相關數據不難發現，在二極管加裝后，遮擋電池兩側電壓明顯下降，能阻斷過大電流，避免出現高熱導致電池片被擊穿。

4結語

綜上所述，本文在闡述太陽能光伏組件“熱斑效應”形成原因的基礎上，結合紅外熱成像儀的應用掃描光伏組件，以獲取的熱像圖為根據判定熱斑，完成熱斑檢測。同時，提出加裝二極管對熱斑效應加以控制的措施，能大幅降低電池兩側電壓，阻斷過大電流通過，在控制熱斑效應方面發揮著顯著作用。

參考文獻

[1]賈力.太陽能光伏組件熱斑效應的檢測與控制措施研究[J].山東工業技術，2017（4）：73-75.

[2]潘文峰，陸晨，王加鴻，等.晶體硅光伏組件的熱斑效應詳解[J].太陽能，2019，000（001）：48-52.

[3]張映斌，夏登福，全鵬，等.晶體硅光伏組件熱斑失效問題研究[J].太陽能學報，2017，38（007）：1854-1861.

[4]楊江海，龔露，蔣忠偉，孫小菩.熱斑效應原理簡介及模擬實驗[J].綠色環保建材，2017（08）：96-97.