太陽能光伏組件致命傷害-熱斑效應(yīng)

隨著社會對能源的需求量越來越大，能源安全危機的問題也愈發(fā)突顯。對此，經(jīng)濟和社會學(xué)家舍爾赫爾曼曾提出陽光型世界經(jīng)濟的概念，指出利用陽光型能源和陽光型原材料即可再生能源來滿足人類對能源和原材料的總體需求，可為世界經(jīng)濟發(fā)展提供一個可持續(xù)增長的長遠戰(zhàn)略和出路。因此，開發(fā)利用可再生能源、實現(xiàn)能源工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的任務(wù)更加迫切，更具深遠的意義。

太陽輻射能具有取之不盡、用之不竭、無污染、廉價、能夠自由利用等特點，引起了人們對研究太陽電池的濃厚興趣。太陽電池具有質(zhì)量輕、使用安全、不污染環(huán)境、工作時不產(chǎn)生熱量等優(yōu)點，是一種電壓穩(wěn)定性良好的純直流電源。近年來，太陽電池應(yīng)用于太陽光發(fā)電的技術(shù)已經(jīng)取得了很大進展，很可能成為人類未來主要電力來源之一。因此，太陽電池的研究有極其重要的意義。

隨著太陽電池的廣泛應(yīng)用，一些影響電池壽命的不利因素也出現(xiàn)在我們面前。熱斑就是其中之一。

一、熱斑的成因

太陽電池熱斑是指太陽電池組件在陽光照射下，由于部分組件受到遮擋無法工作，使得被遮蓋的部分升溫遠遠大于未被遮蓋部分，致使溫度過高出現(xiàn)燒壞的暗斑，如圖1所示。熱斑可能導(dǎo)致整個電池組件損壞，造成損失。因此，需要研究造成熱斑的內(nèi)在原因，從而減小熱斑形成的可能性。太陽電池熱斑的形成主要由兩個內(nèi)在因素構(gòu)成，分別與內(nèi)阻和太陽電池自身暗電流大小有關(guān)。

圖1太陽組件出現(xiàn)熱斑損壞的實驗照片

通常簡化假定其溫度取決于下列幾個主要因素：日照強度L、環(huán)境溫度T，以及內(nèi)阻產(chǎn)生的溫升Ti，組件溫度(陣列溫度)T可近似地按下式計算：

式中：L=0，Ts=0，Ti=0時陣列的溫度；To、a1、a2為根據(jù)實驗數(shù)據(jù)按最小二乘法處理后所得的系數(shù)，與所使用的太陽電池的類型、安裝地點、支架形式等因素都有關(guān)系。由式(1)可見，當光伏陣列中太陽電池被云、樹葉或其它物體遮擋時，由于光照的變化，其溫度將明顯不同于陣列中那些未被遮擋的部分。同樣，當光伏電池處于開路、短路或典型負載等不同工作狀態(tài)時，由于流過的電流和內(nèi)阻均有變化，其溫度亦有所不同。當太陽電池組件中部分電池損壞時，其溫度差異將更加明顯。

二、熱斑與暗電流的關(guān)系

由于一個太陽電池組件一般包含36或72塊太陽電池硅片，不同的硅片的暗電流是不一樣的，由圖2所示太陽電池簡略示意圖可分析如下。

圖2太陽電池簡略示意圖

在短路情況下，當太陽電池組件其中某個硅片被遮擋時，它就不再正常工作，發(fā)揮太陽電池的作用，而是相當于一個內(nèi)阻，此時由其他太陽電池組件進行供電，由

可知，此硅片生熱主要取決于電流I的大小，而

可知，此硅片生熱主要取決于電流I的大小，而式中：I為逆電流；Id為暗電流；

Ish為流過并聯(lián)電阻的電流)對于不同的太陽電池硅片來說，每一塊太陽電池硅片的暗電流是不一樣的。因此由式(2)我們可以得出結(jié)論，逆電流較大的太陽電池硅片，在外界環(huán)境相同的條件下，其產(chǎn)生熱斑的可能性較大。

三、結(jié)語

多晶硅太陽電池用作地面上的電源時，根據(jù)需要將單片電池先進行串并聯(lián)組合，然后密封在透明外殼中以構(gòu)成太陽能組件。外殼通常用強化玻璃和透明的耐水性樹脂構(gòu)成。多晶硅太陽電池在構(gòu)成組件后，已裝有旁路二極管用以消除熱斑。

對于暗電流的分析，由于在此實驗不易單獨區(qū)分出暗電流與逆電流。但二者所反映的函數(shù)特征是一致的。因為逆電流在現(xiàn)實實驗中較暗電流容易測出，故可用逆電流代替暗電流，試驗結(jié)果反映曲線的特性也是沒有改變的。通過對7片電池進行遮擋，測量溫度變化率及電池的暗電流，進行分析得出結(jié)論逆電流大的電池更易產(chǎn)生熱斑。