太陽能檢測的熱斑效應和試驗方法
 太陽能檢測之光伏組件的熱斑效應和試驗方法光伏電池是將太陽光輻射能量直接轉換成電能的器件。單個硅晶體光伏電池能得到的zui大電壓約為0.6V，zui大電流約為30mA/cm2。因此光伏電池很少單個使用，而是串聯或并聯起來，以獲得所期望的電壓或電流。光伏組件正是由多個光伏電池連接和封裝而成的產品，是光伏發電系統中電池方陣的基本單元 為了達到較高轉換效率，光伏組件中的單體電池須具有相似的特性。在實際使用過程中，可能出現電池裂紋或不匹配、內部連接失效、局部被遮光或弄臟等情況，導致一個或一組電池的特性與整體不諧調。失諧電池不但對組件輸出沒有貢獻，而且會消耗其他電池產生的能量，導致局部過熱。這種現象稱為熱斑效應。當組件被短路時，內部功率消耗zui大，熱斑效應也zui嚴重。
     一、熱斑效應原理     當然，并不是所有的電池都可以通過調整遮光比例達到*阻抗匹配。*遮光情況下，不同特性的Y電池I-V曲線如圖3所示。斜率越低，表明電池的并聯電阻越大。考慮（S-1）個電池串的zui大輸出功率點所限定的“試驗界限”，根據I-V曲線與“試驗界限”的交點，把電池分為電壓限制型（A類）和電流限制型（B類）。A類電池并聯電阻較大，可以通過減少遮光面積，達到*阻抗比配；B類電池的并聯電阻較小，*遮光已是Y電池消耗功率zui大的狀態。      二、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*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zui壞情況的確定、5小時熱斑試驗以及試驗后的診斷測量，分為以下4個步驟。      1、選定zui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zui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，被遮光后穩定溫度zui高者為zui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。*種方法是：將組件短路，不遮光，直接尋找穩定工作溫度zui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zui大的電池。本文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zui壞遮光比例      選定zui差電池之后，還要確定在何種遮光比例下熱斑的溫度zui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，監測電池被遮部位背面的穩定溫度，看何時達到zui高溫度。目前zui常見的電池規格有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，可以是穩態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%，瞬時穩定度在±5%以內。如果氣候條件允許，可優先選擇自然陽光。南方的實驗室在這方面優勢明顯。以深圳為例，根據*統計（表一），年太陽輻射量平均為 5225 MJ/m2，年日照時數平均為2060小時，可計算平均太陽輻射強度為705W/m2。另外，低緯度地區的太陽輻射季節分配相對均勻。實測數據表明，深圳冬季的太陽輻射強度，晴天正午前后仍可達850 W/m2以上。這種太陽輻射條件，同樣適宜進行光伏組件的另外一個試驗項目——電池額定工作溫度（NOCT）的測量。      3、5小時熱斑耐久試驗      標準要求輻射源為C類或更好的穩態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%的穩定度，因此須采用穩態太陽模擬器。光譜近似日光的氙燈是*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%；同時配備穩壓電源，保證試驗期間輻照不穩定度小于10%。      4、試驗后的診斷測量      組件經過熱斑耐久試驗之后，首*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。如果發現標準第7章規定的嚴重外觀缺陷，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。試驗后不再發現外觀缺陷，則算合格。此外，組件在標準試驗條件下的zui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。      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，如圖1所示。此時被遮擋電池只影響其所在電池組的發電能力