光伏組件中的“熱斑效應”原理

一、什么是“熱斑效應”？

相信大多數(shù)光伏從業(yè)者都聽說過“熱斑效應”及其危害的宣傳。常見的資料對熱斑效應

解釋為：

在一定條件下，光伏系統(tǒng)中的部分電池會被周圍其它物體所遮擋，造成局部陰影，這將

引起被遮擋某些電池發(fā)熱，產生所謂“熱斑”現(xiàn)象。

但上述解釋還不夠完整，局部遮擋只是形成熱斑的原因之一，另外一個原因是電池本身

的缺陷。因此，比較準確的定義應該是：

熱斑是互相連接（主要是串聯(lián)方式）的電池工作在不同的條件下或者沒有相同的性能造

成的，它的本質原因是電池之間的失配（對于光伏系統(tǒng)來說，組件之間的失配原理和此相同）。

換句話說，熱斑產生的原理是：

一個串聯(lián)電路中，電池由于某些原因，導致其所表現(xiàn)出的工作狀態(tài)不一致。這些原因包

括遮擋（如周圍物體的陰影、落葉、鳥糞等）導致部分電池所表現(xiàn)出的性能和其它電池）不

同，或者是電池本身的性能就不同（比較嚴重的情況是部分電池存在明顯缺陷）。

事實上，電池之間性能完全一致的可能性是很小的。因此，從嚴格意義上來說，熱斑效

應是一種正?，F(xiàn)象。

有權威檢測機構基于大量數(shù)據(jù)積累和資料調研表明，在輻照度大于800W/m2時，熱斑

最高溫度與組件平均溫度之間的溫度差值小于10度是可以接受的；如果少數(shù)組件存在溫差

超過10℃的情況，只要這個比例不超過5%，系統(tǒng)功率輸出正常，也是可以接受的（例如組

件上有直徑3-125px的鳥糞，組件邊緣有塵土積聚，輕微焊接問題，電池片輕微缺陷，蓋板

部分玻璃臟污等）。

二、“熱斑效應”的產生機理

那么產生熱斑的基本機理是什么呢？

圖1：理想太陽能電池和非理想太陽能電池比較

圖1所示是太陽電池的完整工作曲線，圖中：

第一象限：是我們常見的電池發(fā)電時的IV曲線；

第二象限：代表給太陽電池加反向偏壓時，電池由發(fā)電變?yōu)楹碾姡ǚ纸琰c是縱軸短路電

流處）；

第四象限：代表給太陽電池加正向偏壓，正向電壓產生的電流方向是從P區(qū)流向N區(qū)，

和光生電流方向相反，所以當正向偏壓大于電池的開路電壓時，電流反向，電池由發(fā)電變?yōu)?/p>

耗電（分界點是橫軸開路電壓處）。

光伏系統(tǒng)中常見的熱斑現(xiàn)象是因為電池的工作點位于第二象限！

從圖1中很容易看出，反向偏壓越大，流經(jīng)電池的電流就越大（此電流雖和光生電流方

向一致，但其大小已超過了電池的短路電流，本質是由其它電池所貢獻），電池消耗的能量

就越多，電池溫度就會越高，可能會導致焊帶熔斷、EVA黃變、背板鼓包燒穿等不可恢復的

后果，嚴重影響系統(tǒng)的壽命和發(fā)電能力，更嚴重者能引起火災等災難性后果。

同時，也不難看出，如果電池工作在第一象限，那么它依舊充當發(fā)電的作用，而不是成

為負載耗電。

上述描述很難理解？不妨這樣假設，在公路上行駛的汽車，如果有一輛出現(xiàn)了問題，速

度比別的車輛低很多，那么它就會整個交通產生障礙，其它車輛為了較快速度通過，必須推

著問題車輛行駛，使問題車輛速度超過它的最高速度，但同時，完好車輛的行駛速度也會比

正常速度要小，此時，問題車輛就是負載。

但如果路況不佳或受天氣影響，所有車輛都要保持在較低的速度運行，那么問題車輛就

不會對整體交通造成影響，但此時整體運輸效率較低。

因此，即使存在陰影遮擋或電池性能缺陷，該部分電池也不一定就是負載，不一定就會

發(fā)生熱斑效應，要看電池所處的工作狀態(tài)。即便發(fā)生了熱斑效應，其嚴重程度也和多個因素

有關，例如出現(xiàn)鳥糞之類的遮擋，系統(tǒng)只是會損失部分功率，為避免產生過大的反向偏壓，

現(xiàn)在的晶硅組件一般都會有兩個或三個并聯(lián)二極管，防止出現(xiàn)熱斑的電池片溫度過高，因為

熱斑發(fā)生溫度過高甚至造成火災的情況是很少的，這種情況下也是因為部分電池的性能存在

嚴重缺陷，造成局部電流過高導致。

三、小結

嚴格意義的熱斑效應是正?，F(xiàn)象。我們既不必談“熱斑”變，認為有熱斑就會產生火

災；但也不該忽略它造成的不良影響，應盡可能減小或減弱熱斑產生的可能性。

近年來，關于避免“熱斑效應”相關的研究也有很多。

組件生產段的措施有：控制電池的逆電流、控制電池內部的雜質、組件采用并聯(lián)二極管

保護等。

應用端的措施有：采用性能一致性好的電池（或組件），安裝時盡量保證組件不被遮擋，

上面有污穢時及時清理和打掃等，使光伏系統(tǒng)保持良好的功率輸出。