太陽(yáng)能光伏組件熱斑效應(yīng)檢測(cè)及控制

胡馨蕓

摘要：太陽(yáng)能光伏組件運(yùn)行中，一旦出現(xiàn)“熱斑效應(yīng)”等質(zhì)量問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致光伏組件性能下降，影響發(fā)電效率，縮短使用壽命，并且還會(huì)對(duì)光伏電站運(yùn)行安全性構(gòu)成影響，減少光伏發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。為了對(duì)熱斑效應(yīng)的危害加以控制，本文探討了檢測(cè)的方法、流程，并探索了相應(yīng)的控制策略，期望能為太陽(yáng)能光伏組件發(fā)電項(xiàng)目運(yùn)行高效性、安全性提供保障。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能光伏組件;熱斑效應(yīng);檢測(cè);控制

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)包含光伏組件、電力電纜、逆變器、匯流箱等諸多設(shè)備，其中最核心的設(shè)備是光伏組件。光伏組件光電實(shí)際轉(zhuǎn)化率，與太陽(yáng)能光伏發(fā)電陣列發(fā)電量和經(jīng)濟(jì)效益之間存在正相關(guān)關(guān)系。由于光伏組件被遮擋部位無(wú)法完成光能的正常吸收，電池電流持續(xù)縮小，一旦該電流比電路電流更小，組件會(huì)成為串聯(lián)電路接入負(fù)載，加大能量消耗并有熱量產(chǎn)生，形成熱斑效應(yīng)。熱斑效應(yīng)的存在，不僅會(huì)損壞光伏組件，且會(huì)降低發(fā)電功率，進(jìn)而影響光伏電站運(yùn)行安全性及項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。因此，有必要圍繞太陽(yáng)能光伏組件熱斑效應(yīng)展開(kāi)檢測(cè)與控制。

1“熱斑效應(yīng)”概念及形成原因

光伏組件中一串聯(lián)支路一旦有脫層、氣泡、裂紋、臟物、被遮擋、內(nèi)部連接失效等情況產(chǎn)生，該串聯(lián)支路會(huì)呈現(xiàn)出更大的電流與電壓之積，同時(shí)組件串會(huì)被當(dāng)成負(fù)載，將其他有光照的組件串能量消耗，此時(shí)組件串就會(huì)有局部溫升的情況產(chǎn)生，即為“熱斑效應(yīng)”。熱斑效應(yīng)會(huì)對(duì)組件輸出功率及使用壽命構(gòu)成嚴(yán)重的影響，同時(shí)會(huì)損壞電池永久性、導(dǎo)致組件封裝材料老化、破壞柵線等。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)得知，一旦光伏組件出現(xiàn)熱斑效應(yīng)后，其使用壽命會(huì)縮減10%左右。

太陽(yáng)能電池出現(xiàn)局部遮擋的情況后，會(huì)阻礙電池對(duì)光能的正常吸收，此時(shí)硅半導(dǎo)體光電效應(yīng)被阻斷，遮擋部位電池片PN結(jié)處于禁止?fàn)顟B(tài)，保持電中性[1]。相鄰電池組光電效應(yīng)維持不變，硅半導(dǎo)體P極電壓會(huì)比N極電壓更高，有電位差出現(xiàn)在遮擋電池片兩側(cè)，且有電壓產(chǎn)生;被遮擋電池片暗電流與內(nèi)阻變化顯著，轉(zhuǎn)化為耗電部件，會(huì)有P極向N極的正向?qū)娏鳟a(chǎn)生，該電流通過(guò)內(nèi)阻時(shí)會(huì)有熱量產(chǎn)生，遮擋時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)有熱量積累，導(dǎo)致電池片被燒毀，阻斷電池組串整體供電，進(jìn)而對(duì)光伏組件正常運(yùn)行構(gòu)成影響。

2“熱斑效應(yīng)”檢測(cè)

2.1檢測(cè)工具及條件

本文擬采用紅外熱成像儀進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)紅外探測(cè)器與光學(xué)成像物鏡的運(yùn)用，在紅外探測(cè)器光敏元件上反映不可見(jiàn)的被測(cè)對(duì)象紅外線輻射能力分布狀態(tài)后，向紅外熱像圖轉(zhuǎn)化，使熱像圖保持與被測(cè)物體表面相同的能量分布狀態(tài)，同時(shí)將被測(cè)物體各個(gè)溫度用對(duì)應(yīng)的顏色表示，此時(shí)能更清晰地觀察能量分布狀態(tài)。此外，檢測(cè)中也涉及了便攜式太陽(yáng)能I-V測(cè)試儀的應(yīng)用，體積小、重量輕、便于攜帶，主要用于對(duì)電站各組件電壓電流特性檢測(cè)，能將光伏組件投入電站運(yùn)行后各項(xiàng)性能參數(shù)便捷地獲取。

檢測(cè)太陽(yáng)能光伏組件熱斑前，需將表面污物清除并擦拭干凈，測(cè)試組件不得被測(cè)試人員、儀器等遮擋。一般情況下，熱斑檢測(cè)開(kāi)展時(shí)間以夏季、秋初上午11：00至下午16：00之間最為適宜，因不同區(qū)域存在不同的地理分布，且環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻照度方面也有差異，所以熱斑檢測(cè)也有不同的最佳時(shí)間段。

2.2檢測(cè)方法

紅外熱像儀掃描物體表面后能夠得到熱像圖，在太陽(yáng)能光伏組件工作情況與熱斑效應(yīng)檢測(cè)中發(fā)揮著重要作用。該方法無(wú)需直接接觸物體即可迅速完成光伏組件表面熱斑的準(zhǔn)確檢測(cè)，并以熱像圖為根據(jù)研究熱斑[2]。具體檢測(cè)中，方法為：紅外熱像儀與被測(cè)光伏組件對(duì)準(zhǔn)后，依次迅速掃描，完成每個(gè)光伏組件紅外熱像圖的獲取，并以此為依據(jù)對(duì)有熱斑現(xiàn)象的光伏組件和電池片數(shù)量展開(kāi)統(tǒng)計(jì)。同時(shí)，挑選被測(cè)組件中具備典型的光伏組件，如正常與有熱斑現(xiàn)象存在的組件，同時(shí)結(jié)合便攜式太陽(yáng)能I-V測(cè)試儀展開(kāi)測(cè)試，并對(duì)組件性能參數(shù)展開(kāi)對(duì)比分析。

2.3熱斑判斷及“耐久試驗(yàn)”檢測(cè)

2.3.1熱斑判斷

正常工作中的光伏組件，溫度一般維持在37（±5）℃，存在不穩(wěn)定性。一旦局部溫度與相鄰區(qū)域間超過(guò)6℃的溫差，基本可判定局部出現(xiàn)熱斑效應(yīng)。因組件熱斑檢測(cè)中存在工作溫度、環(huán)境溫度、輻照度、熱斑形成原因、組件輸出功率等影響因素的緣故，所以在判斷時(shí)難免有誤差產(chǎn)生，此時(shí)應(yīng)以熱成像儀采集的數(shù)據(jù)為根據(jù)展開(kāi)分析。長(zhǎng)時(shí)間遮擋后光伏組件的熱斑成像、組件裂紋或燒毀處的熱斑成像，彼此間都有區(qū)別。

2.3.2“耐久試驗(yàn)”檢測(cè)

通過(guò)檢測(cè)太陽(yáng)能光伏組件熱斑加熱承受能力，能判定光伏組件使用的耐久性與可靠性，此類試驗(yàn)即為熱斑“耐久試驗(yàn)”。該試驗(yàn)內(nèi)容需以標(biāo)準(zhǔn)GB/T9535要求為根據(jù)嚴(yán)格開(kāi)展，待檢測(cè)結(jié)構(gòu)滿足“太陽(yáng)能光伏組件外觀無(wú)嚴(yán)重缺陷”和“太陽(yáng)能光伏組件最大輸出功率不超過(guò)試驗(yàn)前測(cè)試值5%的衰減”兩個(gè)條件時(shí)，即可判定獲取了合格的組件“熱斑效應(yīng)”檢測(cè)結(jié)果。

3熱斑效應(yīng)控制

在控制光伏組件熱斑效應(yīng)時(shí)，可通過(guò)旁路二極管的加裝達(dá)成目標(biāo)。光伏組件在制備過(guò)程中，為了避免“熱斑效應(yīng)”的產(chǎn)生，會(huì)在相鄰組串間反向偏置并聯(lián)一旁路二極管[4]。通常而言，處于反偏壓的旁路二極管，不會(huì)影響光伏組件的工作，一旦光伏組件出現(xiàn)被局部遮擋的情況時(shí)，通過(guò)導(dǎo)通二極管，即可將組件過(guò)熱受損的情況規(guī)避，同時(shí)被遮擋組件串僅會(huì)對(duì)所在一塊組件發(fā)電能力構(gòu)成影響[3]。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，在二極管加裝后，遮擋電池兩側(cè)電壓明顯下降，能阻斷過(guò)大電流，避免出現(xiàn)高熱導(dǎo)致電池片被擊穿。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文在闡述太陽(yáng)能光伏組件“熱斑效應(yīng)”形成原因的基礎(chǔ)上，結(jié)合紅外熱成像儀的應(yīng)用掃描光伏組件，以獲取的熱像圖為根據(jù)判定熱斑，完成熱斑檢測(cè)。同時(shí)，提出加裝二極管對(duì)熱斑效應(yīng)加以控制的措施，能大幅降低電池兩側(cè)電壓，阻斷過(guò)大電流通過(guò)，在控制熱斑效應(yīng)方面發(fā)揮著顯著作用。

參考文獻(xiàn)

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[4]楊江海，龔露，蔣忠偉，孫小菩.熱斑效應(yīng)原理簡(jiǎn)介及模擬實(shí)驗(yàn)[J].綠色環(huán)保建材，2017（08）：96-97.