隨著科技日新月異的發(fā)展，光伏發(fā)電技術在國內外均得到了廣泛的應用，其應用形式多種多樣，應用場所分布廣泛，主要用于大型地面光伏電站、住宅和商用建筑物的屋頂、建筑光伏建筑一體化、光伏路燈等。在這些場所，不可避免的會出現建筑物、樹蔭、煙囪、灰塵、云朵等對太陽能電池組件造成遮擋。因此，人們關心的是此類情況對太陽能電池的發(fā)電效率影響有多大，又該如何解決。

在實際應用中，太陽能電池一般是由多塊電池組件串聯或并聯起來，以獲得所期望的電壓或電流的。為了達到較高的光電轉換效率，電池組件中的每一塊電池片都須具有相似的特性。在使用過程中，可能出現一個或一組電池不匹配，如：出現裂紋、內部連接失效或遮光等情況，導致其特性與整體不諧調。

在一定條件下，一串聯支路中被遮蔽的太陽電池組件，將被當作負載消耗其他有光照的太陽電池組件所產生的能量。被遮蔽的太陽電池組件此時會發(fā)熱，這就是熱斑效應。這種效應能嚴重的破壞太陽電池。有光照的太陽能電池所產生的部分能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽電池由于熱斑效應而遭受破壞，最好在太陽電池組件的正負極間并聯一個旁路二極管，以避免光照組件所產生的能量被受遮蔽的組件所消耗。

關于組件熱斑產生的原因、問題電池的來源及相應對策

(一) 組件熱斑產生的原因

光伏組件的核心組成部分是太陽電池，一般說來，每個組件所用太陽電池的電特性要基本一致，否則將在電性能不好或被遮擋的電池(問題電池)上產生所謂熱斑效應。

為防止熱斑產生應該在每一片電池上都并聯一個旁路二極管，在當電池發(fā)生問題或被遮擋時，其它電池產生的大于問題電池的電流將被旁路二極管旁路。

而事實上，在每一片電池上都并聯一個二極管是不現實的。一般在組件上是18片(36片或54片電池串聯的組件)或24片(72片電池串聯的組件)電池串聯后并聯一個二極管。

可以想象，當這18片或24片電池中產生的電流不一致時，也就是有問題電池存在時，通過這串電池的電流將在問題電池上引起熱斑。若電池串與串之間電流不一致，可以在接了旁路二極管的組件特性曲線上看到所謂臺階曲線或異常曲線。

如果組件內太陽電池性能本來就不一致，必然導致組件發(fā)生熱斑現象。我們可以通過組件的輸出特性曲線和紅外成像看到組件熱斑現象的存在。

若是由于組件內太陽電池光衰減后效率下降，引起的組件內太陽電池性能不一致。我們可以通過測試組件衰減前和衰減后的輸出特性曲線以及紅外成像看到組件在光照前后發(fā)生的變化。

若組件未接旁路二極管，即使有問題電池存在，組件的輸出特性曲線也看不到臺階曲線，但短路電流應比正常組件要小，這表明熱斑現象存在。

(二) 問題電池的來源

1. 硅材料自身的缺陷

2. 電池制造的原因

1) 去邊不徹底、邊緣短路

2) 去邊過頭，P型層向N型層中心延伸，邊緣柵線引起局部短路

3) 燒結不良，正電極或背電極與硅片接觸不良，串聯電阻增大

4) 燒結過度，即將使PN結燒透，短路

以上幾種有可能在分選測試時尚未暴露，而做成組件后在長期的使用過程中，逐漸變化而導致愈演愈烈

3. 同一檔次的電池片性能不一致

1) 電池分選測試時的誤判

a) 分選測試儀自身誤差

b) 測試儀與測試儀之間的差異

c) 分選測試儀的誤動作

2) 電池自身的衰減不一致

3) 人為的混片

如電池上信息不準確，有可能貼錯標簽、混包，電池外觀檢驗時的混片等

4. 組件制造的原因

1) 焊接前混片或補片時混片

2) 電池片自身的隱裂

3) 手工焊接過程造成的裂片或隱裂片，機器焊接曲線異常的比例一般小于手工焊接

4) 虛焊，每天的巡檢報告中幾乎都有焊接不良的報道

5) 組件生產過程中產生的隱裂，如玻璃彎曲引起裂片或溫度過高時裝框，萬向球頂裂電池

6) 返修組件時的焊接不良，互連條之間的搭接，接觸電阻大

7) 組件中異物引起短路

8) 焊背面時，正面互連條脫開，使互連條與電池間存在錫粒，層壓造成電池破裂

(三) 已經采取的措施

1. 電池生產線采用72片一包的包裝，避免組件生產線再次數片帶來的混片

2. 電池生產線先外觀檢驗，后測試分選，防止測試分選后再外觀檢驗造成混片

3. 組件生產時用整包的電池片，不用散包，防止混片

4. 組件補片原則，一定要補同一檔次的電池，(正在準備試75片一包的試驗)

5. 焊接前檢查隱裂片

6. 焊串模板定期檢查，防止互連條脫焊

7. 嚴格檢查異物

8. 加強虛焊檢查，防止虛焊

9. 搬運時盡量減少玻璃彎曲

10. 大組件采用4毫米玻璃，以減少彎曲，增加強度

11. 搬運周轉車改為玻璃垂直放置

12. 不允許>50℃時裝框

13. 返修時不允許互連條對接

14. 散包電池必須重新分選測試，湊成整包后再做組件

15. 庫存超過一定期限的電池在做組件前應經過二次分選測試

16. 測試時，組件一定要在規(guī)定溫度范圍內

17. 給出發(fā)現曲線異常后的處理方法，防止不良組件流到客戶手中

18. 電池先光衰減后再分選測試(正在試驗實施中)

雖然采取了以上部分措施，目前曲線異常依然存在，很多組件都有不同程度的熱斑，有些措施實施起來有些難度，進展還需要時間和相關設備，還有措施實施的還不徹底。如何保證每個組件都用一包72片或54片同一檔次的電池，且不會衰減，仍然需要持續(xù)改進。

光伏組件的熱斑效應和試驗方法

熱斑耐久試驗：

熱斑效應可導致電池局部燒毀形成暗斑、焊點熔化、封裝材料老化等永久性損壞，是影響光伏組件輸出功率和使用壽命的重要因素，甚至可能導致安全隱患。因此，IEC 61215:2005《地面用晶體硅光伏組件設計鑒定和定性》專門設置了熱斑耐久試驗，以考核光伏組件經受熱斑加熱效應的能力。

熱斑耐久試驗過程包括最壞情況的確定、5小時熱斑試驗以及試驗后的診斷測量，過程分為以下4 個步驟。

1、選定最差電池

由于受到檢測時間和成本的限制，熱斑耐久試驗不能針對組件中的每一個電池進行。因此，正式試驗之前先比較和選擇熱斑加熱效應最顯著的電池。具體方法是，在一定光照條件下，將組件短路，依次遮擋每個電池，被遮光后穩(wěn)定溫度最高者為最差電池片。電池溫度可以用熱成像儀等儀器測量。對于串聯-并聯-串聯連接方式的大型組件，標準允許隨機選擇其中30%的電池進行比較。

對于串聯和串聯-并聯連接方式的組件，IEC61215 標準給出了兩種快速的方法。第一種方法是：將組件短路，不遮光，直接尋找穩(wěn)定工作溫度最高的電池。第二種方法是：將組件短路，依次遮擋每個電池，選擇遮光后組件短路電流減少最大的電池。不過大部分推薦采用第二種方法，這主要是考慮到測量短路電流精度較高，測量結果可以用于下一個步驟的判斷，而且短路電流跟失諧電池消耗的功率有直接關系。

2、確定最壞遮光比例

選定最差電池之后，還要確定在何種遮光比例下熱斑的溫度最高。即用一組遮光增量為5%的一組不透明蓋板，逐漸減少對該電池的遮光面積，監(jiān)測電池被遮部位背面的穩(wěn)定溫度，看何時達到最高溫度。目前最常見的電池規(guī)格有156mm*156mm 和125mm*125mm 兩種，因此實驗室需要準備兩組不透明蓋板。

以上兩個步驟所使用的輻射源，可以是穩(wěn)態(tài)太陽模擬器或自然陽光，輻照度不低于700W/m2，不均勻度不超過±2%，瞬時穩(wěn)定度在±5%以內。如果氣候條件允許，可優(yōu)先選擇自然陽光。南方的實驗室在這方面優(yōu)勢明顯。

3、5小時熱斑耐久試驗

標準要求輻射源為C 類或更好的穩(wěn)態(tài)太陽模擬器或自然陽光，其輻照度為1000W/m2±10%。實際上自然陽光很難在5 小時的長時間內保持10%的穩(wěn)定度，因此須采用穩(wěn)態(tài)太陽模擬器。光譜近似日光的氙燈是最佳選擇，全光譜金鹵燈也可以滿足光譜要求。須注意燈陣列的設計，使測試平面的輻照不均勻度小于±10%;同時配備穩(wěn)壓電源，保證試驗期間輻照不穩(wěn)定度小于10%。

4、試驗后的診斷測量

組件經過熱斑耐久試驗之后，首先進行外觀檢查，對任何裂紋、氣泡或脫層等情況進行記錄或照相。如果發(fā)現嚴重外觀缺陷，則視為不合格。如果存在外觀缺陷但不屬于嚴重外觀缺陷，則對另外2 塊電池重復熱斑耐久試驗。試驗后不再發(fā)現外觀缺陷，則算合格。此外，組件在標準試驗條件下的最大輸出功率Pm 的衰減不能超過5%;絕緣電阻應滿足初始試驗的同樣要求。

總結：

解決熱斑效應問題的通常做法，是在組件上加裝旁路二極管。通常情況下，旁路二極管處于反偏壓，不影響組件正常工作。當一個電池被遮擋時，其他電池促其反偏成為大電阻，此時二極管導通，總電池中超過被遮電池光生電流的部分被二極管分流，從而避免被遮電池過熱損壞。光伏組件中一般不會給每個電池配一個旁路二極管，而是若干個電池為一組配一個。此時被遮擋電池只影響其所在電池組的發(fā)電能力。