一、熱斑效應(yīng)成因

通常，光伏組件被安裝于地域開闊、陽光充足的地帶，而且光伏組件設(shè)計(jì)使用壽命較長，如晶硅光伏組件的設(shè)計(jì)使用壽命處于20~25年之間。在光伏組件被使用期間，難免出現(xiàn)飛鳥、塵土、落葉等遮擋物落于其上并遮擋其部分表面的情況。

當(dāng)光伏組件部分表面形成陰影，而其余表面未被遮擋仍處于陽光暴曬之中時(shí)，光伏組件被遮擋的部分不能發(fā)電并變?yōu)樨?fù)載，該負(fù)載所需的電能由光伏組件其余未被遮擋的部分提供，光伏組件內(nèi)部形成回路，該回路等效于光伏組件反向供電于二極管。

當(dāng)?shù)刃в诙O管光伏組件被反向通電時(shí)，其電阻較大，可使該光伏組件（被遮擋的光伏組件）發(fā)熱，此現(xiàn)象即為熱斑效應(yīng)。熱斑效應(yīng)可使焊點(diǎn)熔化、封裝材料破壞，嚴(yán)重時(shí)可使光伏組件失效。

二、太陽能電池片（光伏組件）等效于二極管的原理

太陽能電池片的發(fā)電原理是半導(dǎo)體所形成的PN結(jié)在受到光照的條件下，電子趨向N型半導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，空穴趨向P型半導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，當(dāng)太陽能電池片外接負(fù)載后，流向N型半導(dǎo)體的電子通過導(dǎo)線、負(fù)載流回至P型半導(dǎo)體。因此，太陽能電池片發(fā)電時(shí)N型半導(dǎo)體為負(fù)極，P型半導(dǎo)體為正極。

二極管單向?qū)щ姷脑硎抢肞N結(jié)的單向?qū)щ娞匦裕琍N結(jié)在沒有發(fā)電條件時(shí)，PN結(jié)內(nèi)部具有N型半導(dǎo)體為正極、P型半導(dǎo)體為負(fù)極的內(nèi)電場(chǎng)。當(dāng)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，PN結(jié)反向截止，即二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反時(shí)，內(nèi)外電場(chǎng)相互抵消，PN結(jié)正向?qū)ǎ炊O管處于正向?qū)顟B(tài)。

因?yàn)樘柲茈姵仄c二極管均包含PN結(jié)結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)太陽能電池片不發(fā)電時(shí)，其負(fù)載特性類似于二極管。

又因?yàn)楣夥M件中太陽能電池片間的連接是通過一個(gè)太陽能電池片的N型半導(dǎo)體端與另一個(gè)太陽能電池片的P型半導(dǎo)體端串聯(lián)連接，所以當(dāng)太陽能電池片因被遮擋而變?yōu)樨?fù)載時(shí)，其他正常發(fā)電的太陽能電池片的正極（P型半導(dǎo)體端）與該負(fù)載的內(nèi)電場(chǎng)的正極（N型半導(dǎo)體端）連接，其他正常發(fā)電的太陽能電池片的負(fù)極（N型半導(dǎo)體端）與該負(fù)載的內(nèi)電場(chǎng)的負(fù)極（P型半導(dǎo)體端）連接，PN結(jié)處于內(nèi)外電場(chǎng)方向相同的狀態(tài)，即此時(shí)被遮擋的太陽能電池片可等效于反向截止?fàn)顟B(tài)的二極管。

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圖中正負(fù)極為外電場(chǎng)正負(fù)極，圖片來源：網(wǎng)絡(luò)資料

三、熱斑效應(yīng)的解決辦法

為了防止光伏組件因熱斑效應(yīng)而被破壞，可在光伏組件的的正負(fù)極間并聯(lián)旁路二極管。當(dāng)光伏陣列中的某個(gè)光伏組件或光伏組件中的某一部分因被遮擋或故障停止發(fā)電時(shí)，該旁路二極管可導(dǎo)通，工作電流可經(jīng)旁路二極管繞過故障組件，防止光伏組件的熱斑效應(yīng)，同時(shí)，使其他光伏組件可繼續(xù)正常發(fā)電。

一般，旁路二極管被安裝于接線盒中，安裝數(shù)量根據(jù)光伏組件的功率值確定。通常，一個(gè)接線盒中安裝1~3個(gè)旁路二極管。



圖片來源：中國慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》

審核編輯：劉清