光伏组件中的“热斑效应”原理
光伏板热斑效应
光伏板热斑效应光伏板热斑效应是指在光伏发电过程中，由于光线聚焦或其他原因，光伏电池表面产生的局部高温区域，从而影响光伏电池的发电效率和寿命。
本文将从光伏板热斑效应的成因、影响及防治措施等方面进行探讨。
一、成因光伏电池是利用太阳能将光能转化为电能的一种设备，而太阳能是通过太阳辐射照射到光伏电池表面产生电能的。
然而，当太阳光线聚焦到一个局部区域时，会产生高温，从而导致光伏电池表面产生热斑。
热斑的形成主要有以下原因：1. 光线聚焦：当光线穿过玻璃或其他透明材料的时候，由于折射率的不同，会产生光线聚焦现象，从而导致光线在光伏电池表面的聚集，产生局部高温区域。
2. 非均匀辐照：由于太阳能的辐照并不是均匀的，当光伏电池表面的不同区域受到的太阳光线强度不同时，也会产生热斑。
3. 光伏电池本身的不均匀性：光伏电池的制造过程中难免会存在一些不均匀性，比如材料的分布不均匀、结晶缺陷等，这些因素也会导致光伏板热斑效应的产生。
二、影响光伏板热斑效应的产生会对光伏电池的发电效率和寿命产生影响。
1. 发电效率：当光伏电池表面产生热斑时，会导致该区域的电流和电压下降，从而影响了光伏电池的发电效率。
2. 寿命：光伏板热斑效应会导致光伏电池的热应力增大，从而导致光伏电池的寿命缩短。
三、防治措施为了减少光伏板热斑效应的产生，需要采取相应的防治措施。
1. 优化光伏电池结构：可以通过优化光伏电池的结构、材料、制造工艺等方面，减少光伏电池本身的不均匀性，从而降低光伏板热斑效应的产生。
2. 选择适当的材料：可以选择透过率较高的玻璃或其他材料，减少光线的聚焦现象，从而减少光伏板热斑效应的产生。
3. 风冷散热：可以通过在光伏电池表面安装散热器或其他散热设备，将热量散发出去，减少局部高温区域的产生。
4. 防止非均匀辐照：可以通过安装防反射膜等设备，使太阳能辐射均匀分布在光伏电池表面，从而减少光伏板热斑效应的产生。
光伏板热斑效应是光伏电池中的一种常见问题，产生的原因主要包括光线聚焦、非均匀辐照和光伏电池本身的不均匀性等。
光伏热斑效应_概述及解释说明
光伏热斑效应概述及解释说明1. 引言1.1 概述光伏热斑效应是指在光伏发电过程中，由于光照强度不均匀或材料表面特性等因素的影响，产生局部温度升高的现象。
这种现象对光伏发电系统的性能和寿命有着重要的影响。
因此，深入了解和解决光伏热斑效应问题具有重要的实际意义。
1.2 文章结构本文将首先概述光伏热斑效应的定义和原理，并分析其产生的主要影响因素。
其次，我们将探讨一些解决光伏热斑效应问题的方法，并讨论各种方案的优劣与适用性。
最后，在结论部分，我们将总结已经取得的研究成果并展望未来在该领域可能面临的挑战。
1.3 目的本文旨在提供一个综合而清晰地概述光伏热斑效应的文章。
通过对相关知识点进行介绍和讲解，读者可以更好地理解光伏热斑效应及其相关原理，进而为解决该问题提供一定参考。
同时，通过分析已有的研究成果和存在的问题，我们可以为未来的研究方向提出展望，并希望能够对光伏产业的发展和应用提供一定启示。
2. 光伏热斑效应概述：2.1 光伏效应简介：光伏效应是指当光辐射照射到半导体材料上时，产生的电荷对电流的响应。
光伏效应是太阳能电池转换太阳能为电能的基础原理，也是光伏热斑效应产生的前提条件之一。
2.2 热斑效应简介：热斑效应是指在高浓度光照射下，光伏组件表面形成的局部区域温度升高现象。
当太阳能辐射聚焦在一个小区域上时，该区域会受到更高的温度影响，并且可能降低整个光伏系统的性能和寿命。
2.3 光伏热斑效应定义与原理解释：光伏热斑效应是指在高浓度太阳能辐射条件下，由于光线聚焦导致局部区域温度增加，进而引发出现局部失效或性能降低现象。
当太阳能集中在一个小区域上时，这个小区域将吸收更多的能量并产生显著的局部温升，而其他部分的温度保持相对稳定。
这会导致光伏组件中电流产生不均匀分布，降低整个系统的效率。
光伏热斑效应产生的原理主要涉及两个方面。
首先是热载流子效应，高浓度光照射下，热载流子（由高能量光激发生成的载流子）在表面局部区域堆积并增加物质界面处的复合速率。
组件热斑效应
组件热斑效应众所周知为了使组件达到最高的功率输出，光伏组件中的单体电池须具有相似的特性，对于组串及阵列也是如此。
但在实际使用过程中，可能出现电池裂纹或不匹配、内部连接失效、局部被遮光或弄脏等情况，导致一个或一组电池的特性与整体不谐调。
失谐电池不但对组件输出没有贡献，而且会消耗其他电池产生的能量，导致局部过热。
这种现象称为热斑效应。
当组件被短路时，内部功率消耗最大，热斑效应也最严重。
热斑效应不仅会严重影响组件的性能和使用寿命，还有可能引发燃烧及火灾，给电站带来财产损失和人员伤害，因此有效的判断热斑效应的发生及严重性是电站长期的工作。
下左图是电站现场发生的组件背板灼烧现象。
对于热斑效应的判断，切记勿用手去触摸组件，因为当热斑发生时，组件的局部温度非常高，极有可能造成灼伤。
运维人员应选择相应的测试仪器去对组件整体温度进行测试判断，并提早发现组件是否已经存在局部温度异常。
此时选用最方便最快捷的测试仪器即是红外热像仪。
红外热像仪可以全方位拍摄整个组件甚至阵列的温度分布情况，及时发现热斑所在。
并通过软件全面了解组件当前的发热情况，对于明显有热斑的组件可以清楚判断，同时可对组件中尚不明显的热点进行分析判断。
如上右图所示。
从图中可看出组件靠近地面的部位均存在一定程度的热斑效应，这是热斑效应发生概率较高的部位，原因是：（1）这部分组件最容易被遮挡，被遮挡的时间也最长；（2）灰尘覆盖最严重，有时候清洗的不干净时，这部分囤积的灰尘也越多。
（3）靠近地面，通风较差，散热不佳。
因此发生热斑效应的概率较高。
当然引起热斑效应的原因并不止这些，组件本身的性能差别，是否存在隐裂，是否有损伤等等也会造成热斑效应。
HT测试仪器建议在运维过程中，对于已经存在热斑效应的组件，需要对其进行I-V曲线测试判断其功率下降的比例，对于热斑效应较严重的组件可考虑更换组件，避免对整个组串造成过大影响。
对于尚未存在热斑效应的组件，最好进行抽查，对部分组件的I-V曲线进行测试，这样可以提前发现造成组件功率下降的原因，并及时改进。
光伏组件热斑效应研究
光伏组件热斑效应研究光伏组件热斑效应是指在光伏组件工作过程中，由于各种原因导致组件表面出现局部热斑现象。
这种现象会对光伏组件的性能产生不利影响，因此对光伏组件热斑效应进行研究具有重要意义。
光伏组件是将太阳光转化为电能的装置，其工作原理是利用光伏效应将光能转化为电能。
在正常工作情况下，光线通过光伏组件的表面玻璃覆盖层，进入光伏电池层，然后被光伏电池层吸收并转化为电能。
然而，光伏组件在工作过程中会受到多种因素的影响，从而导致热斑效应的产生。
光伏组件的表面玻璃覆盖层具有一定的吸收性，会吸收部分光线并将其转化为热能。
这些被吸收的光线会在玻璃覆盖层内部产生热斑，从而使组件局部温度升高。
其次，光伏电池层的材料本身也会存在一定的光吸收能力，这会导致光伏电池层吸收光线后产生热斑。
此外，光伏组件的背面通常有一层金属反射层，该反射层会将未被光伏电池层吸收的光线反射回来，从而形成光热效应。
光伏组件热斑效应的存在对组件性能产生了多重影响。
首先，热斑会使组件局部温度升高，从而导致光伏电池层的工作温度升高。
光伏电池的工作效率与温度密切相关，温度升高会降低光伏电池的转换效率。
此外，热斑还会引起光伏电池层的热应力，从而降低光伏组件的可靠性和寿命。
为了研究光伏组件热斑效应并寻找相应的解决办法，科研人员进行了大量的实验和理论分析。
实验方面，他们通过在实验室中搭建光伏组件测试平台，模拟不同工况下的光伏组件工作情况，然后通过红外热成像技术等手段对组件表面的温度分布进行测量和分析。
理论方面，他们运用热传导和光学等相关理论，建立了热斑效应的数学模型，从而对热斑的形成机制进行解释和预测。
根据研究结果，科研人员提出了一些减轻光伏组件热斑效应的方法。
首先是优化组件结构和材料，使其具有更好的光吸收和热传导性能，从而减少热斑的产生。
其次是改进光伏组件的散热设计，增加散热设备和通风孔，提高组件的散热效果。
另外，科研人员还提出了一些新颖的解决方案，如利用热管技术和热电联供等方法来处理热斑问题。
热斑效应原理简介及模拟实验
热斑效应原理简介及模拟实验杨江海，龚露，蒋忠伟，孙小菩（东莞南玻光伏科技有限公司，东莞，523141）摘要：热斑效应在太阳电池的实际应用中非常普遍，而且热斑效应严重影响太阳电池的性能和寿命，并有很大的危险性。
研究热斑效应的影响因素，降低热斑效应危害性至关重要。
本文首先介绍了组件产生热斑效应的原因，模拟了组件发生热斑效应时遮挡电池片和对应二极管的电压电流曲线以及组件的I-V曲线，并对其进行了解释。
最后，通过等效电路在理论上分析了影响组件热斑效应大小的关键因素。
关键词：光伏，组件，热斑效应，二极管引言随着太阳能电池的广泛应用，一些影响光伏组件发电性能及其寿命的不利因素也随之出现，热斑效应就是其中之一。
目前，大部分人认为发生在光伏组件上的热斑是由于光伏组件被局部遮阴引起的，而根据实际观察，正常组件在毫无遮挡的环境下，热斑现象也十分普遍。
由于发生热斑效应严重的地方局部温度可能较高，有的甚至超过150℃，导致组件局部区域烧毁或形成暗斑、焊点融化、封装材料老化、玻璃炸裂、焊带腐蚀等永久性破坏，给组件的安全性和可靠性造成极大地的隐患[1~5]。
因此，有必要开展一些基础性实验，详细了解热斑效应产生的原因、热斑效应时热斑电池片的电压电流特性以及电池那些性能参数会影响组件热变效应。
1、热斑形成的原因热斑效应是指光伏组件处于工作状态时，组件中某个单体电池或几个单体电池由于遮光或本身原因导致电流降低，当工作电流超过该单体电池或几个单体电池时，则该部分电池被置于反向偏置状态，在电路中的功能由电源变为负载，消耗能量，从而在组件内部形成局部过热现象。
因此，造成组件产生热斑效应有先天性的电池间微小差异原因（硅片质量，电池工艺导致电池EQE曲线不一致即不同光照强度下电池电性能出现差异）和后天性的遮蔽等原因。
为减轻、避免热斑效应，组件在制备过程中会在相邻串之间反向偏置并联一旁路二极管[6~7]，如图1所示。
在正常情况下，旁路二极管处于反向偏置状态，当组件中某一片单体电池或几片单体电池被遮蔽时，如果组件工作电流大于遮挡片电流时则该片电池将处于反向偏置状态，当该电池片两端的反向电压大于该串电池电压加上二极管启动电压之和时，该旁路二极管启动，故障串被隔离出组件。
光伏组件热斑效应.
• 在一定的条件下，一串联支路中被遮藏的 太阳能电池组件将被当作负载消耗其他被 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，这 就是“热斑效应”。 • 这种效应会严重地破坏太阳能电组件。有 光照的电池组件所产生的部分能量或所有 能量，都可能被遮蔽的组件所消耗。
• (5)应当注意到，从c点到d点的工作区间， 电池组件2都处于接收功率的状态。 • 并联电池组处于开路或接近开路状态在实 际工作中也有可能， • 脉宽调制控制器要求只有一个输入端，当 系统功率较大，太阳能电池组件会采用多 组并联，在蓄电池接近充满时，脉冲宽度 变窄，开关晶体管处于临近截止状态，太 阳能电池组件的工作点向开路方向移动， 如果没有在各并联支路上加装阻断二极管， 发生热斑效应的概率就会很大。
• 为防止太阳能电池组 件由于热斑效应而被 破坏，需要在太阳能 电池组件的正负极间 并联一个旁路二极管， 以避免串联回路中光 照组件所产生的能量 披遮蔽的组件所消耗。 • 同样，对于每一个并 联支路，需要串接一 只二极管，以避免并 联回路中光照组什所 产生的能量被遮蔽的 组件所吸收，串接二 极管在独立光伏发电 系统中可同时起到防 止蓄电池在夜间反充 电的功能。
• 假定太阳能电池组件的串联回路中某一块被部分 遮挡，调节负载电阻R，可使太阳能电池组件的工 作状态由开路到短路。
• 从d、c、b、a四种工作状态进行分析： • (1)调整太阳能电池组的输出阻抗，使其工作在开路（d 点），此时工作电流为0，组开路电压UGd等于电池组件1 和电池组件2的开路电压之和。 • (2)当调整阻抗使电池组工作在c点，电池组件l郓电池组件2 都有正的功率输出。 • (3)当电池组工作在b点，此时电池组件1仍然工作在正功率 输出，而受遮挡的电池组件2已经工作在短路状态，没有 功率输出，但也还没有成为功率的接收体，还投有成为电 池组件1的负载。 • (4)当电弛组工作在短路状态（a点）．此时电池组件1仍然 有正的功率输出，而电池组件2上的电压已经反向，电池 组件2成为电池组件1的负载，不考虑回路中串联电阻的话， 此时电池组件l的功率全部加到了电池组件2 t， • 如果这种状态持续时间很长或电j组件1的功率很大，就会 在被遮挡的电池组件2上造成热斑损伤。
9-组件热斑效应的原因与防护
组件热斑效应原因与运维防护措施曹晓宁1闻震利2吴达1( 1、中广核太阳能开发有限公司１0004８; 2、镇江大全太阳能有限公司212211）摘要：光伏电站中组件在运行中存在很多因素引起功率损耗并可能导致安全问题,热斑效应会造成组件功率得大幅度下降,而且就是比较严重得安全隐患。
在组件生产过程、现场施工与运行维护中可以对技术指标提出要求或采取相应得措施来防护热斑效应。
为了减少运维工作量,提供效率,监控系统可以对组件得电流与电压进行监测并进行逻辑判断,可帮助运维人员进行针对性得排查，提高光伏电站运行得安全可靠性。
光伏发电就是人类解决能源危机与环境问题得必由之路,在过去得二十年里光伏发电产业有了迅猛得发展，权威能源机构预测在本世纪中叶光伏发电会能为人类主要得供电方式之一。
太阳电池组件就是光伏电站得核心元件，组件得性能与安全可靠性直接决定了光伏电站得运行效率。
目前组件得标称功率就是在标准测试环境下(标准条件具体就是指:温度25℃,光谱分布AM１、5,辐照强度就是1０0０W/m2)得发电功率，而在实际运行环境中，由于温度、辐照强度、光谱失配等因素会影响组件得实际发电功率。
在实际应用中,组件得阴影遮蔽就是不可避免得问题，阴影遮蔽会造成功率损失,而且会导致局部发热,产生安全隐患，即热斑效应。
本文对热斑得成因与热斑效应得防护措施进行探讨。
1、热斑效应晶硅组件就是由多个太阳电池片串联组成,当串联支路中得一个太阳电池被遮挡时,将被当作负载消耗其她得太阳电池所产生得能量,被遮蔽得太阳电池此时会严重发热，称为热斑效应，如图１所示．热斑效应会严重影响组件得输出功率，同时会破坏太阳电池得性能。
有光照得太阳电池所产生得部分能量，都可能被遮蔽得电池所消耗,热斑效应时组件温度分布如图２所示，可以瞧到被遮挡电池得温度明显高于其它电池。
图1 热斑效应原理示意图图2 热板效应时组件得温度分布图2、热斑效应得防护措施电池发热,,应2、1组件生产过程控制首先对太阳电池进行电流分档，减少组件中串联太阳电池之间得电流失配,另外对组件进行功率分档后，仍要进行电流分档；其次在电池两端并联旁路二极管,即在组件中安装旁路二极管;再次对太阳电池得反向漏电进行控制，太阳电池承受12V 反向电压时漏电流不超过1。
光伏板热斑效应产生的原因
光伏板热斑效应产生的原因一、光伏板热斑效应产生的原因1、电池片功率混档、栅线虚焊或电池片自身存在缺陷（气泡、脱层、内部连接失败等）。
此类情况引起热斑效应的频次较少。
2.组件存在严重隐裂或碎片，隐裂主要原因有自身缺陷和后期使用中造成。
组件在运输安装过程中过度的震动、外力撞击或安装时玻璃面受力不均匀都可能造成电池片隐裂。
隐裂也是电池片的一种缺陷，对于组件通路来说隐裂部位电阻增大，易造成热斑效应。
3.组件表面粘贴顽固性污渍或杂物、植被异物的遮挡。
由于遮挡部分电池片电子跃迁活跃度降低，对应电阻增大，由P=I2R可知，这些部位因电阻增大而耗损升高，而损耗则以温度形式释放，遮挡部位温度升高，造成热斑效应。
此类原因引起的热斑效应频次较高。
二、防护措施1、从原理来讲，在电池片旁并联一个旁路二极管，可以降低热斑效应对组件发电的影响。
正常情况下，旁路二极管处于反偏压，二极管不导通也不影响组件正常工作，当出现遮挡时，由于是串联回路，其它电池片促其反偏成为大电阻，此时二极管导通，把遮挡电池片从回路中短接剔除，回路由二极管连通。
其最理想的是每块电池片都并联一个旁路二极管，即使局部电池片效率低下也不会影响整体组件，以此来提高组件转换效率。
2.优化制造工艺，组件生产时使用同一档次的电池片、焊接前检查隐裂片、防止漏焊虚焊、增加组件整体强度等。
3.及时清除组件附近的杂草等异物，及时清理组件表面的灰尘、鸟粪等异物，保证组件表面无杂物。
4.合理设定组件清洗时间，防止出现气温过低结冰等现象。
5.搬运组件时尽量减少组件碰撞等现象，禁止在组件上放置重物，以防组件内部损伤。
6.在日常维护中借助红外线热成像仪等设备进行热斑判断，如下图组件白色区域便是出现热斑的地方。
及时更换已损坏的组件也是防止出现热斑效应的重要举措。
补充：什么是光伏组件热斑效应光伏组件热斑效应是指在一定条件下，处于发电状态的光伏组件串联支路中被遮挡或有缺陷的区域被当做负载，消耗其他区域所产生的能量，导致局部过热，这种现象称为光伏组件的“热斑效应”。
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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”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。