太阳能光伏组件热斑效应检测及控制措施探究.doc

太阳能光伏组件热斑效应检测及控制措施探究 　　摘 要：在光伏组件长期运行过程中，会出现一些影响光伏组件性能的质量问题，如“热斑效应”、“EVA黄变”、“隐裂”等，直接影响到光伏组件的发电效率和使用寿命，从光伏组件性能的统?数据来分析，其中“热斑效应”对光伏组件性能影响最大，已成为导致光伏组件损坏、发生火灾、发电功率下降的主要因素，对光伏发电项目经济效益，光伏电站安全运行等都带来了严重影响。因此，为了控制“热斑效应”的危害，我们通过仿真实验、研究分析其形成原因，制定有效的控制措施，保证光伏光伏组件发电项目的安全、高效运行 关键词：光伏组件；热斑效应；控制措施 DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.062 1 引言 能源是推动当今社会前进的动力，传统的煤炭、石油、天然气等化石能源及新兴的核能、风能、太阳能、地热能源等共同推动着社会的进步，现当人们拼命消耗能源，发展经济时，我们也面临着一个新的困境，一是传统能源数量逐渐减少，二是在使用这些传统能源时，这些能源所产生的排放物对环境造成的危害问题也变得日益突出。在这个时候，人们都希望有一种无污染、无排放、可再生的能源，希望可以通过这种能源来替代原有的类的能源供给结构，以保障今后的可持续发展。这时太阳能获得了人们的关注，这主要因为太阳能资源丰富，取之不尽、用之不竭、无污染且能为人类自由开发利用的天然资源 太阳能光伏发电就是利用太阳能组件直接将太阳能转变成电能，运用的是光生伏特效应原理，根据此原理，太阳能组件吸收太阳辐射能量，将太阳光能转化为电能，最后通过一系列的转变处理，将此电能转换成我们可以直接利用的电能的过程。光伏发电系统中的主要设备包括光伏组件、汇流箱、逆变器、升压变压器、电力电缆及监控系统等，而在这些设备里，光伏组件是光伏发电系统中最核心的设备，光伏组件光电转换率的高低和使用寿命直接决定了太阳能光伏发电阵列发电量和经济效益的多少，因此提高光伏组件的光电转换效率和使用寿命是太阳能光伏发电项目成功的关键 在光伏组件长期运行过程中，会出现一些影响光伏组件性能的质量问题，如“热斑”、“EVA黄变”、“隐裂”等，直接影响到光伏组件的发电效率和使用寿命，从光伏组件性能的统计数据来分析，其中“热斑效应”对光伏组件性能影响最大，已成为导致光伏组件损坏、发生火灾、发电功率下降的主要因素，对光伏发电项目经济效益，光伏电站安全运行等都带来了严重影响。因此，为了控制“热斑效应”的危害，我们通过仿真实验、研究分析其形成原因，制定有效的控制措施，保证光伏光伏组件发电项目的安全、高效运行 2 “热斑效应”的概念 当光伏组件中一串联支路中出现被遮蔽、裂纹、气泡、脱层、脏污、内部连接失效的情况后，相应的这一串联支路的电流与电压之积增大，而该光伏组件串被当作负载消耗了其它有光照的光伏组件串所产生的能量后，从而在这些光伏组件串上产生了局部温升，这种现象我们称之为“热斑效应” “热斑效应”是影响光伏组件使用寿命和输出功率的重要因素，可造成电池永久性损坏，造成组件封装材料老化、焊点熔化、破坏栅线、局部烧毁形成暗斑等缺陷，据相关统计数据，“热斑效应”能减少10%以上的太阳能光伏组件使用寿命，是产生光伏组件安全隐患和整个方阵失效的重要因素，是光伏组件内阻和暗电流变化的主要原因 3 “热斑效应”的成因 （1）硅材料自身的质量问题引起的电池性能不一致，产生“热斑效应” （2）电池制造工艺不符合标准，由电池质量缺陷引起的“热斑效应” （3）电池被阴影遮蔽，引起的“热斑效应” 本文主要研究光伏组件被阴影遮蔽时，引起的“热斑效应” 3.1 光伏组件发电原理 如果太阳光照射在光伏组件上，并且光现在界面层被吸收后，将在硅半导体的PN结上产生电子-空穴对，P型硅半导体端产生空穴，N型硅半导体端产生电子，在PN结内部电场的作用下，光生空穴流向P区，光生电子流向N区，并且空穴和电子分别在硅导体两端聚集，产生电位差，这时将导体两端用电极接通后，系统就形成了一个闭合回路，就有电流产生，这就是硅电池PN结的光生伏特效应。当具体说，当光伏组件在界面层吸收到足够的能量后，就能激发出P型硅半导体和N型硅半导体共价键中的电子，产生电子-空穴对现象，由于受到内部电场的作用，N区带正电聚集了电子，P区带负电聚集了空穴，即在P区和N区之间产生了电压。通过光伏组件所吸收的能量来分析，吸收的能量越多，产生的电子-空穴对就越多，电流就越大。光伏组件的面积越大，形成的电流也越大。下图为硅半导体P区、N区的电荷运动情况图1： 3.2 “热斑效应”形成原因 太阳能电池局部被遮挡后，电池不能正常吸收光能，就阻断了硅半导体光电效应的发生，遮挡部位的电池片PN