教你正确认知认识光伏组件中的“热斑效应”

热斑效应是指在一定条件下，串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件将当做负载，消耗其他被光照的太阳能电池组件所产生的能量，被遮挡的太阳能电池组件此时将会发热的现象。
热斑效应：是指在一定条件下，串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件将当做负载，消耗其他被光照的太阳能电池组件所产生的能量，被遮挡的太阳能电池组件此时将会发热的现象。

被遮挡的光伏组件、将会消耗有光照的光伏组件所产生的部分能量或所有能量，降低输出功率；严重将会永久性破坏太阳能电池组件、甚至烧毁组件。

产生的原因：1.造成热斑效应的根源是有个别坏电池的混入、电极焊片虚焊、电池由裂纹演变为破碎、个别电池特性变坏、电池局部受到阴影遮挡等。2.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。

防护措施：在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以增加方阵的可靠性。通常情况下，旁路二极管处于反偏压，不影响组件正常工作。原理：当一个电池被遮挡时，其他电池促其反偏成为大电阻，此时二极管导通，总电池中超过被遮电池光生电流的部分被二极管分流，从而避免被遮电池过热损坏。以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。


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。