太陽能電池組件“熱斑效應(yīng)”分析

隨著科技日新月異的發(fā)展，光伏發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)外均得到了廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用形式多種多樣，應(yīng)用場所分布廣泛，主要用于大型地面光伏電站、住宅和商用建筑物的屋頂、建筑光伏建筑一體化、光伏路燈等。在這些場所，不可避免的會出現(xiàn)建筑物、樹蔭、煙囪、灰塵、云朵等對太陽能電池組件造成遮擋。因此，人們關(guān)心的是此類情況對太陽能電池的發(fā)電效率影響有多大，又該如何解決。

在實際應(yīng)用中，太陽能電池一般是由多塊電池組件串聯(lián)或并聯(lián)起來，以獲得所期望的電壓或電流的。為了達到較高的光電轉(zhuǎn)換效率，電池組件中的每一塊電池片都須具有相似的特性。在使用過程中，可能出現(xiàn)一個或一組電池不匹配，如：出現(xiàn)裂紋、內(nèi)部連接失效或遮光等情況，導(dǎo)致其特性與整體不諧調(diào)。 

在一定條件下，一串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽電池組件，將被當(dāng)作負載消耗其他有光照的太陽電池組件所產(chǎn)生的能量。被遮蔽的太陽電池組件此時會發(fā)熱，這就是熱斑效應(yīng)。這種效應(yīng)能嚴重的破壞太陽電池。有光照的太陽能電池所產(chǎn)生的部分能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽電池由于熱斑效應(yīng)而遭受破壞，最好在太陽電池組件的正負極間并聯(lián)一個旁路二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被受遮蔽的組件所消耗。

關(guān)于組件熱斑產(chǎn)生的原因、問題電池的來源及相應(yīng)對策 

(一)組件熱斑產(chǎn)生的原因 

光伏組件的核心組成部分是太陽電池，一般說來，每個組件所用太陽電池的電特性要基本一致，否則將在電性能不好或被遮擋的電池(問題電池)上產(chǎn)生所謂熱斑效應(yīng)。 

為防止熱斑產(chǎn)生應(yīng)該在每一片電池上都并聯(lián)一個旁路二極管，在當(dāng)電池發(fā)生問題或被遮擋時，其它電池產(chǎn)生的大于問題電池的電流將被旁路二極管旁路。 

而事實上，在每一片電池上都并聯(lián)一個二極管是不現(xiàn)實的。一般在組件上是18片(36片或54片電池串聯(lián)的組件)或24片(72片電池串聯(lián)的組件)電池串聯(lián)后并聯(lián)一個二極管。 

可以想象，當(dāng)這18片或24片電池中產(chǎn)生的電流不一致時，也就是有問題電池存在時，通過這串電池的電流將在問題電池上引起熱斑。若電池串與串之間電流不一致，可以在接了旁路二極管的組件特性曲線上看到所謂臺階曲線或異常曲線。 

如果組件內(nèi)太陽電池性能本來就不一致，必然導(dǎo)致組件發(fā)生熱斑現(xiàn)象。我們可以通過組件的輸出特性曲線和紅外成像看到組件熱斑現(xiàn)象的存在。 

若是由于組件內(nèi)太陽電池光衰減后效率下降，引起的組件內(nèi)太陽電池性能不一致。我們可以通過測試組件衰減前和衰減后的輸出特性曲線以及紅外成像看到組件在光照前后發(fā)生的變化。

若組件未接旁路二極管，即使有問題電池存在，組件的輸出特性曲線也看不到臺階曲線，但短路電流應(yīng)比正常組件要小，這表明熱斑現(xiàn)象存在。 

(二)問題電池的來源 

1.硅材料自身的缺陷 

2.電池制造的原因 

1)去邊不徹底、邊緣短路 

2)去邊過頭，P型層向N型層中心延伸，邊緣柵線引起局部短路 

3)燒結(jié)不良，正電極或背電極與硅片接觸不良，串聯(lián)電阻增大 

4)燒結(jié)過度，即將使PN結(jié)燒透，短路 

以上幾種有可能在分選測試時尚未暴露，而做成組件后在長期的使用過程中，逐漸變化而導(dǎo)致愈演愈烈 

3.同一檔次的電池片性能不一致 

1)電池分選測試時的誤判 

a)分選測試儀自身誤差 

b)測試儀與測試儀之間的差異 

c)分選測試儀的誤動作 

2)電池自身的衰減不一致 

3)人為的混片 

如電池上信息不準(zhǔn)確，有可能貼錯標(biāo)簽、混包，電池外觀檢驗時的混片等 

4.組件制造的原因 

1)焊接前混片或補片時混片

2)電池片自身的隱裂 

3)手工焊接過程造成的裂片或隱裂片，機器焊接曲線異常的比例一般小于手工焊接 

4)虛焊，每天的巡檢報告中幾乎都有焊接不良的報道 

5)組件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的隱裂，如玻璃彎曲引起裂片或溫度過高時裝框，萬向球頂裂電池 

6)返修組件時的焊接不良，互連條之間的搭接，接觸