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光伏组件中的“热斑效应”原理

2022-04-25 12:26:43 • 来源：[db:来源]

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2022年4月24日发(作者：成都杜甫草堂)

光伏组件中的“热斑效应”原理

一、什么是“热斑效应”？

相信大多数光伏从业者都听说过“热斑效应”及其危害的宣传。常见的资料对热斑效应

解释为：

在一定条件下，光伏系统中的部分电池会被周围其它物体所遮挡，造成局部阴影，这将

引起被遮挡某些电池发热，产生所谓“热斑”现象。

但上述解释还不够完整，局部遮挡只是形成热斑的原因之一，另外一个原因是电池本身

的缺陷。因此，比较准确的定义应该是：

热斑是互相连接（主要是串联方式）的电池工作在不同的条件下或者没有相同的性能造

成的，它的本质原因是电池之间的失配（对于光伏系统来说，组件之间的失配原理和此相同）。

换句话说，热斑产生的原理是：

一个串联电路中，电池由于某些原因，导致其所表现出的工作状态不一致。这些原因包

括遮挡（如周围物体的阴影、落叶、鸟粪等）导致部分电池所表现出的性能和其它电池）不

同，或者是电池本身的性能就不同（比较严重的情况是部分电池存在明显缺陷）。

事实上，电池之间性能完全一致的可能性是很小的。因此，从严格意义上来说，热斑效

应是一种正常现象。

有权威检测机构基于大量数据积累和资料调研表明，在辐照度大于800W/m2时，热斑

最高温度与组件平均温度之间的温度差值小于10度是可以接受的；如果少数组件存在温差

超过10℃的情况，只要这个比例不超过5%，系统功率输出正常，也是可以接受的（例如组

件上有直径3-125px的鸟粪，组件边缘有尘土积聚，轻微焊接问题，电池片轻微缺陷，盖板

部分玻璃脏污等）。

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”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。

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