太阳能光伏组件热斑效应检测及控制

胡馨芸

摘要：太阳能光伏组件运行中，一旦出现“热斑效应”等质量问题，会导致光伏组件性能下降，影响发电效率，缩短使用寿命，并且还会对光伏电站运行安全性构成影响，减少光伏发电项目经济效益。为了对热斑效应的危害加以控制，本文探讨了检测的方法、流程，并探索了相应的控制策略，期望能为太阳能光伏组件发电项目运行高效性、安全性提供保障。

关键词：太阳能光伏组件;热斑效应;检测;控制

太阳能光伏发电系统包含光伏组件、电力电缆、逆变器、汇流箱等诸多设备，其中最核心的设备是光伏组件。光伏组件光电实际转化率，与太阳能光伏发电阵列发电量和经济效益之间存在正相关关系。由于光伏组件被遮挡部位无法完成光能的正常吸收，电池电流持续缩小，一旦该电流比电路电流更小，组件会成为串联电路接入负载，加大能量消耗并有热量产生，形成热斑效应。热斑效应的存在，不仅会损坏光伏组件，且会降低发电功率，进而影响光伏电站运行安全性及项目经济效益。因此，有必要围绕太阳能光伏组件热斑效应展开检测与控制。

1“热斑效应”概念及形成原因

光伏组件中一串联支路一旦有脱层、气泡、裂纹、脏物、被遮挡、内部连接失效等情况产生，该串联支路会呈现出更大的电流与电压之积，同时组件串会被当成负载，将其他有光照的组件串能量消耗，此时组件串就会有局部温升的情况产生，即为“热斑效应”。热斑效应会对组件输出功率及使用寿命构成严重的影响，同时会损坏电池永久性、导致组件封装材料老化、破坏栅线等。结合相关数据得知，一旦光伏组件出现热斑效应后，其使用寿命会缩减10%左右。

太阳能电池出现局部遮挡的情况后，会阻碍电池对光能的正常吸收，此时硅半导体光电效应被阻断，遮挡部位电池片PN结处于禁止状态，保持电中性[1]。相邻电池组光电效应维持不变，硅半导体P极电压会比N极电压更高，有电位差出现在遮挡电池片两侧，且有电压产生;被遮挡电池片暗电流与内阻变化显著，转化为耗电部件，会有P极向N极的正向导通电流产生，该电流通过内阻时会有热量产生，遮挡时间一长会有热量积累，导致电池片被烧毁，阻断电池组串整体供电，进而对光伏组件正常运行构成影响。

2“热斑效应”检测

2.1检测工具及条件

本文拟采用红外热成像仪进行检测，通过红外探测器与光学成像物镜的运用，在红外探测器光敏元件上反映不可见的被测对象红外线辐射能力分布状态后，向红外热像图转化，使热像图保持与被测物体表面相同的能量分布状态，同时将被测物体各个温度用对应的颜色表示，此时能更清晰地观察能量分布状态。此外，检测中也涉及了便携式太阳能I-V测试仪的应用，体积小、重量轻、便于携带，主要用于对电站各组件电压电流特性检测，能将光伏组件投入电站运行后各项性能参数便捷地获取。

检测太阳能光伏组件热斑前，需将表面污物清除并擦拭干净，测试组件不得被测试人员、仪器等遮挡。一般情况下，热斑检测开展时间以夏季、秋初上午11：00至下午16：00之间最为适宜，因不同区域存在不同的地理分布，且环境温度和太阳辐照度方面也有差异，所以热斑检测也有不同的最佳时间段。

2.2检测方法

红外热像仪扫描物体表面后能够得到热像图，在太阳能光伏组件工作情况与热斑效应检测中发挥着重要作用。该方法无需直接接触物体即可迅速完成光伏组件表面热斑的准确检测，并以热像图为根据研究热斑[2]。具体检测中，方法为：红外热像仪与被测光伏组件对准后，依次迅速扫描，完成每个光伏组件红外热像图的获取，并以此为依据对有热斑现象的光伏组件和电池片数量展开统计。同时，挑选被测组件中具备典型的光伏组件，如正常与有热斑现象存在的组件，同时结合便携式太阳能I-V测试仪展开测试，并对组件性能参数展开对比分析。

2.3热斑判断及“耐久试验”检测

2.3.1热斑判断

正常工作中的光伏组件，温度一般维持在37（±5）℃，存在不稳定性。一旦局部温度与相邻区域间超过6℃的温差，基本可判定局部出现热斑效应。因组件热斑检测中存在工作温度、环境温度、辐照度、热斑形成原因、组件输出功率等影响因素的缘故，所以在判断时难免有误差产生，此时应以热成像仪采集的数据为根据展开分析。长时间遮挡后光伏组件的热斑成像、组件裂纹或烧毁处的热斑成像，彼此间都有区别。

2.3.2“耐久试验”检测

通过检测太阳能光伏组件热斑加热承受能力，能判定光伏组件使用的耐久性与可靠性，此类试验即为热斑“耐久试验”。该试验内容需以标准GB/T9535要求为根据严格开展，待检测结构满足“太阳能光伏组件外观无严重缺陷”和“太阳能光伏组件最大输出功率不超过试验前测试值5%的衰减”两个条件时，即可判定获取了合格的组件“热斑效应”检测结果。

3热斑效应控制

在控制光伏组件热斑效应时，可通过旁路二极管的加装达成目标。光伏组件在制备过程中，为了避免“热斑效应”的产生，会在相邻组串间反向偏置并联一旁路二极管[4]。通常而言，处于反偏压的旁路二极管，不会影响光伏组件的工作，一旦光伏組件出现被局部遮挡的情况时，通过导通二极管，即可将组件过热受损的情况规避，同时被遮挡组件串仅会对所在一块组件发电能力构成影响[3]。根据相关数据不难发现，在二极管加装后，遮挡电池两侧电压明显下降，能阻断过大电流，避免出现高热导致电池片被击穿。

4结语

综上所述，本文在阐述太阳能光伏组件“热斑效应”形成原因的基础上，结合红外热成像仪的应用扫描光伏组件，以获取的热像图为根据判定热斑，完成热斑检测。同时，提出加装二极管对热斑效应加以控制的措施，能大幅降低电池两侧电压，阻断过大电流通过，在控制热斑效应方面发挥着显著作用。

参考文献

[1]贾力.太阳能光伏组件热斑效应的检测与控制措施研究[J].山东工业技术，2017（4）：73-75.

[2]潘文峰，陆晨，王加鸿，等.晶体硅光伏组件的热斑效应详解[J].太阳能，2019，000（001）：48-52.

[3]张映斌，夏登福，全鹏，等.晶体硅光伏组件热斑失效问题研究[J].太阳能学报，2017，38（007）：1854-1861.

[4]杨江海，龚露，蒋忠伟，孙小菩.热斑效应原理简介及模拟实验[J].绿色环保建材，2017（08）：96-97.