一、什么是“熱斑效應(yīng)”？

相信大多數(shù)光伏從業(yè)者都聽說過“熱斑效應(yīng)”及其危害的宣傳。常見的資料對(duì)熱斑效應(yīng)解釋為：

在一定條件下，光伏系統(tǒng)中的部分電池會(huì)被周圍其它物體所遮擋，造成局部陰影，這將引起被遮擋某些電池發(fā)熱，產(chǎn)生所謂“熱斑”現(xiàn)象。

但上述解釋還不夠完整，局部遮擋只是形成熱斑的原因之一，另外一個(gè)原因是電池本身的缺陷。因此，比較準(zhǔn)確的定義應(yīng)該是：

熱斑是互相連接(主要是串聯(lián)方式)的電池工作在不同的條件下或者沒有相同的性能造成的，它的本質(zhì)原因是電池之間的失配(對(duì)于光伏系統(tǒng)來說，組件之間的失配原理和此相同)。

換句話說，熱斑產(chǎn)生的原理是：

一個(gè)串聯(lián)電路中，電池由于某些原因，導(dǎo)致其所表現(xiàn)出的工作狀態(tài)不一致。這些原因包括遮擋(如周圍物體的陰影、落葉、鳥糞等)導(dǎo)致部分電池所表現(xiàn)出的性能和其它電池)不同，或者是電池本身的性能就不同(比較嚴(yán)重的情況是部分電池存在明顯缺陷)。

事實(shí)上，電池之間性能完全一致的可能性是很小的。因此，從嚴(yán)格意義上來說，熱斑效應(yīng)是一種正常現(xiàn)象。

有權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)基于大量數(shù)據(jù)積累和資料調(diào)研表明，在輻照度大于800W/m2時(shí)，熱斑最高溫度與組件平均溫度之間的溫度差值小于10度是可以接受的;如果少數(shù)組件存在溫差超過10℃的情況，只要這個(gè)比例不超過5%，系統(tǒng)功率輸出正常，也是可以接受的(例如組件上有直徑3-125px的鳥糞，組件邊緣有塵土積聚，輕微焊接問題，電池片輕微缺陷，蓋板部分玻璃臟污等)。

二、“熱斑效應(yīng)”的產(chǎn)生機(jī)理

那么產(chǎn)生熱斑的基本機(jī)理是什么呢?

圖1：理想太陽能電池和非理想太陽能電池比較

圖1所示是太陽電池的完整工作曲線，圖中：

第一象限：

是我們常見的電池發(fā)電時(shí)的IV曲線;

第二象限：

代表給太陽電池加反向偏壓時(shí)，電池由發(fā)電變?yōu)楹碾?分界點(diǎn)是縱軸短路電流處);

第四象限：

代表給太陽電池加正向偏壓，正向電壓產(chǎn)生的電流方向是從P區(qū)流向N區(qū)，和光生電流方向相反，所以當(dāng)正向偏壓大于電池的開路電壓時(shí)，電流反向，電池由發(fā)電變?yōu)楹碾?分界點(diǎn)是橫軸開路電壓處)。

光伏系統(tǒng)中常見的熱斑現(xiàn)象是因?yàn)殡姵氐墓ぷ鼽c(diǎn)位于第二象限!

從圖1中很容易看出，反向偏壓越大，流經(jīng)電池的電流就越大(此電流雖和光生電流方向一致，但其大小已超過了電池的短路電流，本質(zhì)是由其它電池所貢獻(xiàn))，電池消耗的能量就越多，電池溫度就會(huì)越高，可能會(huì)導(dǎo)致焊帶熔斷、EVA黃變、背板鼓包燒穿等不可恢復(fù)的后果，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的壽命和發(fā)電能力，更嚴(yán)重者能引起火災(zāi)等災(zāi)難性后果。

同時(shí)，也不難看出，如果電池工作在第一象限，那么它依舊充當(dāng)發(fā)電的作用，而不是成為負(fù)載耗電。

上述描述很難理解?不妨這樣假設(shè)，在公路上行駛的汽車，如果有一輛出現(xiàn)了問題，速度比別的車輛低很多，那么它就會(huì)整個(gè)交通產(chǎn)生障礙，其它車輛為了較快速度通過，必須推著問題車輛行駛，使問題車輛速度超過它的最高速度，但同時(shí)，完好車輛的行駛速度也會(huì)比正常速度要小，此時(shí)，問題車輛就是負(fù)載。

但如果路況不佳或受天氣影響，所有車輛都要保持在較低的速度運(yùn)行，那么問題車輛就不會(huì)對(duì)整體交通造成影響，但此時(shí)整體運(yùn)輸效率較低。

因此，即使存在陰影遮擋或電池性能缺陷，該部分電池也不一定就是負(fù)載，不一定就會(huì)發(fā)生熱斑效應(yīng)，要看電池所處的工作狀態(tài)。即便發(fā)生了熱斑效應(yīng)，其嚴(yán)重程度也和多個(gè)因素有關(guān)，例如出現(xiàn)鳥糞之類的遮擋，系統(tǒng)只是會(huì)損失部分功率，為避免產(chǎn)生過大的反向偏壓，現(xiàn)在的晶硅組件一般都會(huì)有兩個(gè)或三個(gè)并聯(lián)二極管，防止出現(xiàn)熱斑的電池片溫度過高，因?yàn)闊岚甙l(fā)生溫度過高甚至造成火災(zāi)的情況是很少的，這種情況下也是因?yàn)椴糠蛛姵氐男阅艽嬖趪?yán)重缺陷，造成局部電流過高導(dǎo)致。

三、小結(jié)

嚴(yán)格意義的熱斑效應(yīng)是正常現(xiàn)象。我們既不必談“熱斑”色變，認(rèn)為有熱斑就會(huì)產(chǎn)生火災(zāi);但也不該忽略它造成的不良影響，應(yīng)盡可能減小或減弱熱斑產(chǎn)生的可能性。

近年來，關(guān)于避免“熱斑效應(yīng)”相關(guān)的研究也有很多。

組件生產(chǎn)段的措施有：控制電池的逆電流、控制電池內(nèi)部的雜質(zhì)、組件采用并聯(lián)二極管保護(hù)等。

應(yīng)用端的措施有：采用性能一致性好的電池(或組件)，安裝時(shí)盡量保證組件不被遮擋，上面有污穢時(shí)及時(shí)清理和打掃等，使光伏系統(tǒng)保持良好的功率輸出。