光伏组件的热斑效应和试验方法
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。
太阳能光伏组件热斑效应的检测与控制措施研究
太阳能光伏组件热斑效应的检测与控制措施研究在光伏组件长期运行过程中，会出现一些影响光伏组件性能的质量问题，如“热斑效应”、“EV A黄变”、“隐裂”等，直接影响到光伏组件的发电效率和使用寿命，从光伏组件性能的统計数据来分析，其中“热斑效应”对光伏组件性能影响最大，已成为导致光伏组件损坏、发生火灾、发电功率下降的主要因素，对光伏发电项目经济效益，光伏电站安全运行等都带来了严重影响。
因此，为了控制“热斑效应”的危害，我们通过仿真实验、研究分析其形成原因，制定有效的控制措施，保证光伏光伏组件发电项目的安全、高效运行。
标签：光伏组件；热斑效应；控制措施1 引言能源是推动当今社会前进的动力，传统的煤炭、石油、天然气等化石能源及新兴的核能、风能、太阳能、地热能源等共同推动着社会的进步，现当人们拼命消耗能源，发展经济时，我们也面临着一个新的困境，一是传统能源数量逐渐减少，二是在使用这些传统能源时，这些能源所产生的排放物对环境造成的危害问题也变得日益突出。
在这个时候，人们都希望有一种无污染、无排放、可再生的能源，希望可以通过这种能源来替代原有的类的能源供给结构，以保障今后的可持续发展。
这时太阳能获得了人们的关注，这主要因为太阳能资源丰富，取之不尽、用之不竭、无污染且能为人类自由开发利用的天然资源。
太阳能光伏发电就是利用太阳能组件直接将太阳能转变成电能，运用的是光生伏特效应原理，根据此原理，太阳能组件吸收太阳辐射能量，将太阳光能转化为电能，最后通过一系列的转变处理，将此电能转换成我们可以直接利用的电能的过程。
光伏发电系统中的主要设备包括光伏组件、汇流箱、逆变器、升压变压器、电力电缆及监控系统等，而在这些设备里，光伏组件是光伏发电系统中最核心的设备，光伏组件光电转换率的高低和使用寿命直接决定了太阳能光伏发电阵列发电量和经济效益的多少，因此提高光伏组件的光电转换效率和使用寿命是太阳能光伏发电项目成功的关键。
在光伏组件长期运行过程中，会出现一些影响光伏组件性能的质量问题，如“热斑”、“EV A黄变”、“隐裂”等，直接影响到光伏组件的发电效率和使用寿命，从光伏组件性能的统计数据来分析，其中“热斑效应”对光伏组件性能影响最大，已成为导致光伏组件损坏、发生火灾、发电功率下降的主要因素，对光伏发电项目经济效益，光伏电站安全运行等都带来了严重影响。
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。
光伏组件中的“热斑效应”原理
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）。
太阳能光伏组件热斑效应的检测与控制措施研究
太阳能光伏组件热斑效应的检测与控制措施研究摘要：随着社会的不断发展，人类与生态环境之间的矛盾也越来越突出，已经严重威胁到人类的生存和发展。
在这种情况下，我国制定了生态环保政策，积极使用清洁能源，减少对生态环境的破坏。
太阳能以高效的利用率以及清洁、可再生等因素，成为应用最为广泛的一种清洁能源。
目前而言，我国的太阳能技术也取得了显著的发展，但是，太阳能光伏组件在长期的运行过程中，会出现一些影响光伏组件性能的质量问题，比如“热斑效应”，不仅影响光伏组件的工作效率，同时也对光伏组件的使用寿命造成了严重的影响。
基于此，需要相关的技术人员深入分析“热斑效应”的形成原因以及控制措施，保证太阳能光伏组件的高效运行。
关键词：太阳能；光伏组件；热斑效应；控制措施引言：能源是推动社会发展的重要动力，传统的能源是以石油、煤炭以及天然气为代表，新型能源则是以核能、风能、太阳能以及地热能为代表，共同组建了当今社会的能源体系。
但是，随着我国节能环保政策的不断深入，逐步压缩了对传统能源开采，积极发展新型清洁能源，以此来降低生态环境破坏带来的影响。
在这种情况下，太阳能成为了人们关注的重点，因为太阳能取之不尽、用之不竭，而且，太阳能的转化效率也比较高，是最为理想的一种新能源。
在太阳能系统当中，光伏组件就是其中的核心，光伏组件在长期的运行过程汇总，会出现一些影响光伏组件性能的质量问题，其中以“热斑效应”为代表，不仅影响光伏组件的使用效率，还严重地威胁到了光伏组件的使用寿命。
基于此，我们需要对光伏组件的数据进行详细的分析，分析一下出现“热斑效应”的根本原因，以及带来的影响，并且还需要进行深入的分析，制定科学合理的控制措施，以此来保证光伏组件的工作效率和工作质量，提高光伏组件的使用寿命。
一、“热斑效应”的概念在光伏组件当中，如果一串联支路出现了被遮挡、裂缝、气泡、起皮等情况，内部的连接构件也有可能出现失效的情况。
出现这种之后，通过这一串联支路的电阻就会增加，串联支路就会出现严重的发热情况，进而严重地消耗光伏组件所产生的能量，不仅如此，随着消耗能源的不断增多，串联支路的发热情况也会越来越严重，这种情况被称之为“热斑效应”。
光伏 热斑常用检测方法
光伏热斑常用检测方法光伏热斑是指光伏电池组件中出现的局部温度升高区域。
由于光伏热斑会导致光伏组件的性能下降甚至破坏，因此及时检测和定位光伏热斑对于光伏发电系统的运行和维护非常重要。
本文将介绍一些常用的光伏热斑检测方法。
一、红外热像法红外热像法是目前最常用的光伏热斑检测方法之一。
通过使用红外热像仪，可以实时地获取光伏组件的温度分布图像。
在正常工作状态下，光伏组件表面的温度基本均匀，如果存在热斑，则在红外热像图上会显示出明显的高温区域。
利用红外热像法可以快速、准确地检测和定位光伏热斑，提高维护效率。
二、电流热检测法电流热检测法是一种基于电流热效应的光伏热斑检测方法。
通过在光伏组件表面布置一系列温度传感器，可以实时地测量光伏组件不同位置的温度变化。
当出现热斑时，由于热斑的存在导致局部温度升高，从而引起传感器的温度变化。
通过对传感器温度的监测和分析，可以检测和定位光伏热斑。
三、电阻热检测法电阻热检测法是一种基于电阻热效应的光伏热斑检测方法。
通过在光伏组件表面布置一系列细微电阻，可以实时地测量光伏组件不同位置的电阻变化。
当出现热斑时，由于热斑的存在导致局部温度升高，从而引起电阻的变化。
通过对电阻的监测和分析，可以检测和定位光伏热斑。
四、电压热检测法电压热检测法是一种基于电压热效应的光伏热斑检测方法。
通过在光伏组件表面布置一系列细微电压传感器，可以实时地测量光伏组件不同位置的电压变化。
当出现热斑时，由于热斑的存在导致局部温度升高，从而引起电压的变化。
通过对电压的监测和分析，可以检测和定位光伏热斑。
五、光谱热检测法光谱热检测法是一种基于光谱热效应的光伏热斑检测方法。
通过在光伏组件表面布置一系列光谱传感器，可以实时地测量光伏组件不同位置的光谱变化。
当出现热斑时，由于热斑的存在导致局部温度升高，从而引起光谱的变化。
通过对光谱的监测和分析，可以检测和定位光伏热斑。
总结：通过红外热像法、电流热检测法、电阻热检测法、电压热检测法和光谱热检测法等多种方法，可以对光伏热斑进行快速、准确的检测和定位。
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。
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光伏组件的热斑效应和试验方法
光伏电池是将太阳光辐射能量直接转换成电能的器件。
单个硅晶体光伏电池能得到的最大电压约为0.6V，最大电流约为30mA/cm2。
因此光伏电池很少单个使用，而是串联或并联起来，以获得所期望的电压或电流。
光伏组件正是由多个光伏电池连接和封装而成的产品，是光伏发电系统中电池方阵的基本单元。
为了达到较高转换效率，光伏组件中的单体电池须具有相似的特性。
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。
一、热斑效应原理
当然，并不是所有的电池都可以通过调整遮光比例达到最佳阻抗匹配。
完全遮光情况下，不同特性的Y电池I-V曲线如图3所示。
斜率越低，表明电池的并联电阻越大。
考虑（S-1）个电池串的最大输出功率点所限定的“试验界限”，根据I-V 曲线与“试验界限”的交点，把电池分为电压限制型（A类）和电流限制型（B 类）。
A类电池并联电阻较大，可以通过减少遮光面积，达到最佳阻抗比配；B
类电池的并联电阻较小，完全遮光已是Y电池消耗功率最大的状态。
二、热斑耐久试验
热斑效应可导致电池局部烧毁形成暗斑、焊点熔化、封装材料老化等永久性损坏，是影响光伏组件输出功率和使用寿命的重要因素，甚至可能导致安全隐患。
因此，IEC 61215:2005《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定性》专门设置了热斑耐久试验，以考核光伏组件经受热斑加热效应的能力。
热斑耐久试验过程包括最坏情况的确定、5小时热斑试验以及试验后的诊断测量，分为以下4个步骤。
1、选定最差电池
由于受到检测时间和成本的限制，热斑耐久试验不能针对组件中的每一个电池进行。
因此，正式试验之前先比较和选择热斑加热效应最显著的电池。
具体方法是，在一定光照条件下，将组件短路，依次遮挡每个电池，被遮光后稳定温度最高者为最差电池片。
电池温度可以用热成像仪等仪器测量。
对于串联-并联-
串联连接方式的大型组件，标准允许随机选择其中30%的电池进行比较。
对于串联和串联-并联连接方式的组件，IEC61215标准给出了两种快速的方法。
第一种方法是：将组件短路，不遮光，直接寻找稳定工作温度最高的电池。
第二种方法是：将组件短路，依次遮挡每个电池，选择遮光后组件短路电流减少最大的电池。
本文推荐采用第二种方法，这主要是考虑到测量短路电流精度较高，测量结果可以用于下一个步骤的判断，而且短路电流跟失谐电池消耗的功率有直接关系。
2、确定最坏遮光比例
选定最差电池之后，还要确定在何种遮光比例下热斑的温度最高。
即用一组遮光增量为5%的一组不透明盖板，逐渐减少对该电池的遮光面积，监测电池被遮部位背面的稳定温度，看何时达到最高温度。
目前最常见的电池规格有
156mm*156mm和125mm*125mm两种，因此实验室需要准备两组不透明盖板。
以上两个步骤所使用的辐射源，可以是稳态太阳模拟器或自然阳光，辐照度不低于700W/m2，不均匀度不超过±2%，瞬时稳定度在±5%以内。
如果气候条件允许，可优先选择自然阳光。
南方的实验室在这方面优势明显。
以深圳为例，根据气象局统计（表一），年太阳辐射量平均为5225 MJ/m2，年日照时数平均为2060小时，可计算平均太阳辐射强度为705W/m2。
另外，低纬度地区的太阳辐射
季节分配相对均匀。
实测数据表明，深圳冬季的太阳辐射强度，晴天正午前后仍可达850 W/m2以上。
这种太阳辐射条件，同样适宜进行光伏组件的另外一个试验项目——电池额定工作温度（NOCT）的测量。
3、5小时热斑耐久试验
标准要求辐射源为C类或更好的稳态太阳模拟器或自然阳光，其辐照度为1000W/m2±10%。
实际上自然阳光很难在5小时的长时间内保持10%的稳定度，因此须采用稳态太阳模拟器。
光谱近似日光的氙灯是最佳选择，全光谱金卤灯也可以满足光谱要求。
须注意灯阵列的设计，使测试平面的辐照不均匀度小于±10%；同时配备稳压电源，保证试验期间辐照不稳定度小于10%。
4、试验后的诊断测量
组件经过热斑耐久试验之后，首先进行外观检查，对任何裂纹、气泡或脱层等情况进行记录或照相。
如果发现标准第7章规定的严重外观缺陷，则视为不合格。
如果存在外观缺陷但不属于严重外观缺陷，则对另外2块电池重复热斑耐久试验。
试验后不再发现外观缺陷，则算合格。
此外，组件在标准试验条件下的最大输出功率Pm的衰减不能超过5%；绝缘电阻应满足初始试验的同样要求。
解决热斑效应问题的通常做法，是在组件上加装旁路二极管。
通常情况下，旁路二极管处于反偏压，不影响组件正常工作。
当一个电池被遮挡时，其他电池促其反偏成为大电阻，此时二极管导通，总电池中超过被遮电池光生电流的部分被二极管分流，从而避免被遮电池过热损坏。
光伏组件中一般不会给每个电池配一个旁路二极管，而是若干个电池为一组配一个，如图1所示。
此时被遮挡电池只影响其所在电池组的发电能力。