热斑效应的成因及其解决办法

一、热斑效应成因  

通常，光伏组件被安装于地域开阔、阳光充足的地带，而且光伏组件设计使用寿命较长，如晶硅光伏组件的设计使用寿命处于20~25年之间。在光伏组件被使用期间，难免出现飞鸟、尘土、落叶等遮挡物落于其上并遮挡其部分表面的情况。  

当光伏组件部分表面形成阴影，而其余表面未被遮挡仍处于阳光暴晒之中时，光伏组件被遮挡的部分不能发电并变为负载，该负载所需的电能由光伏组件其余未被遮挡的部分提供，光伏组件内部形成回路，该回路等效于光伏组件反向供电于二极管。  

当等效于二极管光伏组件被反向通电时，其电阻较大，可使该光伏组件（被遮挡的光伏组件）发热，此现象即为热斑效应。热斑效应可使焊点熔化、封装材料破坏，严重时可使光伏组件失效。  

二、太阳能电池片（光伏组件）等效于二极管的原理  

太阳能电池片的发电原理是半导体所形成的PN结在受到光照的条件下，电子趋向N型半导体运动，空穴趋向P型半导体运动，当太阳能电池片外接负载后，流向N型半导体的电子通过导线、负载流回至P型半导体。因此，太阳能电池片发电时N型半导体为负极，P型半导体为正极。  

二极管单向导电的原理是利用PN结的单向导电特性，PN结在没有发电条件时，PN结内部具有N型半导体为正极、P型半导体为负极的内电场。当外电场与内电场方向相同时，内电场加强，PN结反向截止，即二极管处于反向截止状态；当外电场与内电场方向相反时，内外电场相互抵消，PN结正向导通，即二极管处于正向导通状态。  

因为太阳能电池片与二极管均包含PN结结构，所以当太阳能电池片不发电时，其负载特性类似于二极管。  

又因为光伏组件中太阳能电池片间的连接是通过一个太阳能电池片的N型半导体端与另一个太阳能电池片的P型半导体端串联连接，所以当太阳能电池片因被遮挡而变为负载时，其他正常发电的太阳能电池片的正极（P型半导体端）与该负载的内电场的正极（N型半导体端）连接，其他正常发电的太阳能电池片的负极（N型半导体端）与该负载的内电场的负极（P型半导体端）连接，PN结处于内外电场方向相同的状态，即此时被遮挡的太阳能电池片可等效于反向截止状态的二极管。  

 

图中正负极为外电场正负极，图片来源：网络资料    

三、热斑效应的解决办法  

为了防止光伏组件因热斑效应而被破坏，可在光伏组件的的正负极间并联旁路二极管。当光伏阵列中的某个光伏组件或光伏组件中的某一部分因被遮挡或故障停止发电时，该旁路二极管可导通，工作电流可经旁路二极管绕过故障组件，防止光伏组件的热斑效应，同时，使其他光伏组件可继续正常发电。  

一般，旁路二极管被安装于接线盒中，安装数量根据光伏组件的功率值确定。通常，一个接线盒中安装1~3个旁路二极管。  



图片来源：中国慕课大学《光伏发电工程技术》  

审核编辑：刘清