光伏电池的发电原理及热斑效应
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。
简述热斑效应,如何防止热斑效应
热斑效ห้องสมุดไป่ตู้的概念
太阳能电池（组件）通常安装在地域开阔、阳光充足的地带，在长期使用中 难免落上飞鸟、尘土、落叶等遮挡物，这些遮挡物在太阳电池组件上就形成 了阴影，在大型太阳电池组件方阵中行间距不适合也能互相形成阴影。 ， 但组件的其余部分仍处于阳光暴晒之下，这样局部被遮挡的太阳能电池（或 组件）就要由未被遮挡的那部分太阳能电池（或组件）来提供负载所需的功 率，使该部分太阳电池如同一个工作在反向偏置下的二极管，其电阻和压降 较大，从而消耗功率而导致发热，这就是热斑效应。
防止热斑效应
• 为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极
间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消 耗。
• 有时为了防止鸟类的排泄物沾污方阵表面，还要在太阳电池方阵顶端安装驱
鸟装置
• 但是光伏组件热斑需要专用的热成像仪方可检测，通过光伏面板温度差，来
热斑效应的危害
在实际应用中，太阳能电池一般是由多块电池组件串联或并联起来，以获得所 期望的电压或电流的。为了达到较高的光电转换效率，电池组件中的每一块电 池片都须具有相似的特性。在使用过程中，可太能阳电出池现各一组件个故或障一率 组电池不匹配， 如：出现裂纹、内部连接失效或遮光等情况，导致其特性与整体不谐调。 在一 定条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光 照的太阳电池组件所产生的能量。这种效应能严重地破坏太阳能电池，有光照 的太阳能电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗，严重的可能使 焊点融化、封装材料破坏，甚至会使整个组件失效。
检测判断面板是否存在隐患。如今的光伏电站大多为人工巡检，由于电站面 积庞大且受地形影响因素，需要耗费大量时间人力成本，容易产生巡检盲点， 建议采用配备高精度热成像红外相机的无人机进行检测。
太阳能光伏发电工作原理
太阳能光伏发电工作原理太阳能光伏发电是一种利用太阳辐射能将光能转化为电能的技术。
这种技术通过使用光伏效应发电，将太阳能转化为直流电能，然后再通过逆变器将其转化为交流电能，供给家庭、工业及商业用途。
其工作原理如下：1. 光伏效应：光伏效应是指某些特定材料在太阳光照射下产生电能的现象。
当太阳光照射到光伏电池上时，电池中的半导体材料会吸收光子能量，激发电子跃迁，并在电场的作用下形成电流。
这个过程可通过光伏电池的PN结实现。
2. 光伏电池：光伏电池是太阳能光伏发电系统的核心部件。
它由具有p型和n型半导体材料组成的PN结构构成。
当太阳光照射到光伏电池表面时，光子会“击穿”PN结，并使电子从p区域跃迁到n区域，形成电流。
光伏电池可根据具体需求选择不同的材料，如单晶硅、多晶硅、非晶硅等。
3. 光伏组件：光伏组件由多个光伏电池串联或并联组合而成，以提高输出电压和电流。
光伏组件通常由铝框架和防反射玻璃保护。
所产生的直流电能将通过组件输出端子进行集中输送。
4. 逆变器：逆变器是光伏发电系统中的关键设备，其作用是将直流电能转换为交流电能，以供应给电网或直接供电。
逆变器将光伏组件输出的直流电经过变压器和电子器件的处理，调整电压和频率，使其符合电网要求。
逆变器还具有监测系统和保护功能，可实现对光伏发电系统的实时监测和故障保护。
5. 输电与储能：经由逆变器转换为交流电后，光伏发电系统可以将电能输送到电网上，供给用户的家庭、工业和商业需求。
此外，光伏发电系统也可以通过电池组进行储能，将白天产生的多余电能储存起来，在夜间或阴天使用。
通过以上的工作原理，太阳能光伏发电系统可以实现清洁、可再生的电能转换。
它不仅可以减少对传统能源的依赖，减少温室气体排放，还可以为社会提供可持续发展的能源解决方案。
在未来，太阳能光伏发电技术将继续得到改进和推广，成为世界能源结构的重要组成部分。
光伏发电站主要设备设施危险、有害因素辨识与分析
光伏发电站主要设备设施危险、有害因素辨识与分析一、光伏发电系统1.热斑效应太阳电池组件安装在地域开阔、阳光充足的地带。
在长期使用中难免落上飞鸟、尘土、落叶等遮挡物，这些遮挡物在太阳电池组件上就形成了阴影，由于局部阴影的存在，太阳电池组件中某些电池单片的电流、电压发生了变化。
其结果使太阳电池组件局部电流与电压之积增大，从而在这些电池组件上产生了局部温升。
太阳电池组件中某些电池单片本身缺陷也可能使组件在工作时局部发热，这种现象叫“热斑效应”。
在一定条件下一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。
被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这种效应能严重的破坏太阳电池。
2.逆变器故障（1）逆变器质量不过关，运行过程中将导致逆变器损坏。
（2）逆变器主要元件绝缘栅双极型晶体管若失效，将导致逆变器损坏，其失效原因如下。
1）器件持续短路，大电流产生的功耗将引起温升，由于芯片的热容量小，其温度迅速上升，若芯片温度超过硅本征温度，器件将失去阻断能力，栅极控制就无法保护，从而导致绝缘栅双极型晶体管失效。
2）绝缘栅双极型晶体管为PNPN4层结构，因体内存在一个寄生晶闸管，当集电极电流增大到一定程度时，则能使寄生晶闸管导通，门极失去控制作用，形成自锁现象，这就是所谓的静态擎住效应。
发生擎住效应后，集电极电流增大，产生过高功耗，导致器件失效。
3）瞬态过电流绝缘栅双极型晶体管在运行过程中所承受的大幅值过电流除短路、直通等故障外，还有续流二极管的反向恢复电流、缓冲电容器的放电电流及噪声干扰造成的尖峰电流。
若不采取措施，瞬态过电流将增加IGBT的负担，可能会导致绝缘栅双极型晶体管失效。
4）过电压造成集电极发射极击穿或造成栅极发射极击穿。
（3）逆变器由于功率较大，发热亦大。
若逆变器散热设备损坏或安装不当，内部热量不能及时散出，轻则影响元器件寿命，重则有产生火灾的危险。
（4）逆变器接入的直流电压标有正负极，若光伏电池与逆变器相连输电线接错，将导致逆变器故障。
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。
光伏知识点总结图解
光伏知识点总结图解一、光伏发电原理光伏发电是利用光电效应将光能转化为电能的过程。
光电效应是指当光照射到半导体材料上时，光子能量被半导体材料的电子吸收，并激发电子跃迁到导带上，从而产生电流。
光伏发电原理是通过太阳能板上的光电池将太阳能转换为电能，再经过逆变器将直流电转换为交流电，最终输出供电。
二、光伏发电系统的组成1. 太阳能电池板：太阳能电池板是光伏发电系统的核心组件，其作用是将太阳能转化为电能。
2. 逆变器：逆变器是光伏发电系统中非常重要的组件，它的作用是将直流电转换为交流电，以满足家庭或工业用电的需求。
3. 支架及支架系统：支架及支架系统是太阳能电池板的支撑结构，用于固定和支撑太阳能电池板的安装。
4. 电池储能系统：电池储能系统是用于储存光伏发电系统产生的电能，以便日间发电用电不匹配时使用。
5. 配电系统：配电系统是用于将光伏发电系统产生的电能输送到电网或用户装置中的系统。
6. 监控及数据采集系统：监控及数据采集系统用于实时监测光伏发电系统的运行状态，以及采集系统运行数据。
三、光伏发电系统的运行原理1. 太阳能电池板接收太阳能：太阳能电池板接收太阳能并将其转化为直流电能。
2. 逆变器将直流电转换为交流电：逆变器将直流电转换为交流电，以满足家庭或工业用电的需要。
3. 发电系统供电或并网发电：发电系统将产生的电能供电给用户装置，或者将电能输入电网。
4. 电池储能系统储存多余电能：当系统产生的电能超过用电需求时，多余的电能将被储存到电池储能系统中。
5. 监控系统实时监测运行情况：监控系统实时监测光伏发电系统的运行情况，并将运行数据反馈到操作者。
四、光伏发电系统的优势1. 环保：光伏发电系统不产生二氧化碳等污染物，对环境友好。
2. 可再生能源：太阳能是一种可再生能源，不会耗尽。
3. 长期收益：安装光伏发电系统可以在未来几十年内获得稳定的收益。
4. 分布式发电：光伏发电系统可实现分布式发电，使能源利用更加灵活。
光伏电池热斑效应分析(教学课件PPT)
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如果不考虑电池作为二 极管消耗的功率，遮挡 电池片消耗的总功率可 写成：
整体实训步骤说明：
步骤1：完成受遮挡单体电池输出功率特 性测试。(遮挡其中一个电池) 步骤2：完成3个没有遮挡电池方阵输出 功率特性测试。 步骤3：4个电池并联输出功率特性测试。 (遮挡其中一个电池) 步骤4：在受遮挡的电池支路上连接旁路 二极管，测试4个电池并联输出功率特性 测试。(遮挡其中一个电池)
其他正常组件 受遮挡组件
为什么调节负载：调节负载改变电池输出电流。
综合功率曲线
整体实训步骤说明：
步骤1：完成受遮挡单体电池 输出功率特性测试。 步骤2：完成3个没有遮挡电 池方阵输出功率特性测试。 步骤3：4个电池串联（注意 受遮挡的电池组件遮挡程度 不能变）输出功率特性测试。 步骤4：在受遮挡的电池旁路 上并联旁路二极管，测试4个 电池串联输出功率特性测试。
旁路，当该组件的某一部分有故障时，可以做到只旁路组件的1/3，其余部分仍然
可以正常工作。
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-+
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2.当调整负载使电池组工 作在b点，电池1和电池2 都有正的功率输出；
3.当电池组工作在c点，此时电池1 仍然工作在正功率输出，而受遮挡 的电池2已经工作在开路状态，没 有功率输出，但也还没有成为电池 1的负载； 4.当电池组工作在开路状态d点， 此时电池1仍然有正的功率输出， 而电池2上的电流已经反向，电池2 成为电池1的负载，此时电池1的功 率全部加到了电池2上，如果这种 状态持续时间很长或电池1的功率 很大，也会在被遮挡的电池2上造 成热斑损伤。
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。