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光伏電池是將太陽光輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能的器件,。單個(gè)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(gè)使用,，而是串聯(lián)或并聯(lián)起來,，以獲得所期望的電壓或電流。光伏組件正是由多個(gè)光伏電池連接和封裝而成的產(chǎn)品,，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中電池方陣的基本單元為了達(dá)到較高轉(zhuǎn)換效率,，光伏組件中的單體電池須具有相似的特性。在實(shí)際使用過程中,，可能出現(xiàn)電池裂紋或不匹配,、內(nèi)部連接失效、局部被遮光或弄臟等情況,，導(dǎo)致一個(gè)或一組電池的特性與整體不諧調(diào),。失諧電池不但對(duì)組件輸出沒有貢獻(xiàn)，而且會(huì)消耗其他電池產(chǎn)生的能量,，導(dǎo)致局部過熱,。這種現(xiàn)象稱為熱斑效應(yīng)。當(dāng)組件被短路時(shí),，內(nèi)部功率消耗zui大,，熱斑效應(yīng)也zui嚴(yán)重。
一,、熱斑效應(yīng)原理
當(dāng)然,，并不是所有的電池都可以通過調(diào)整遮光比例達(dá)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(lián)電阻越大,?？紤]（S-1）個(gè)電池串的zui大輸出功率點(diǎn)所限定的“試驗(yàn)界限”，根據(jù)I-V曲線與“試驗(yàn)界限”的交點(diǎn),，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(lián)電阻較大，可以通過減少遮光面積,，達(dá)到*阻抗比配,；B類電池的并聯(lián)電阻較小，*遮光已是Y電池消耗功率zui大的狀態(tài),。
二,、熱斑耐久試驗(yàn)
熱斑效應(yīng)可導(dǎo)致電池局部燒毀形成暗斑、焊點(diǎn)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(dǎo)致安全隱患。因此,，IEC 61215:2005《地面用晶體硅光伏組件設(shè)計(jì)鑒定和定性》專門設(shè)置了熱斑耐久試驗(yàn),，以考核光伏組件經(jīng)受熱斑加熱效應(yīng)的能力。
熱斑耐久試驗(yàn)過程包括zui壞情況的確定,、5小時(shí)熱斑試驗(yàn)以及試驗(yàn)后的診斷測(cè)量,，分為以下4個(gè)步驟。
1,、選定zui差電池
由于受到檢測(cè)時(shí)間和成本的限制,，熱斑耐久試驗(yàn)不能針對(duì)組件中的每一個(gè)電池進(jìn)行。因此,，正式試驗(yàn)之前先比較和選擇熱斑加熱效應(yīng)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(gè)電池，被遮光后穩(wěn)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(cè)量,。對(duì)于串聯(lián)-并聯(lián)-串聯(lián)連接方式的大型組件，標(biāo)準(zhǔn)允許隨機(jī)選擇其中30%的電池進(jìn)行比較,。
對(duì)于串聯(lián)和串聯(lián)-并聯(lián)連接方式的組件,，IEC61215標(biāo)準(zhǔn)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(wěn)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(gè)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(cè)量短路電流精度較高，測(cè)量結(jié)果可以用于下一個(gè)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(guān)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(duì)該電池的遮光面積,，監(jiān)測(cè)電池被遮部位背面的穩(wěn)定溫度,，看何時(shí)達(dá)到zui高溫度。目前zui常見的電池規(guī)格有156mm*156mm和125mm*125mm兩種，因此實(shí)驗(yàn)室需要準(zhǔn)備兩組不透明蓋板,。
以上兩個(gè)步驟所使用的輻射源,，可以是穩(wěn)態(tài)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(shí)穩(wěn)定度在±5%以內(nèi)。如果氣候條件允許,，可優(yōu)先選擇自然陽光,。南方的實(shí)驗(yàn)室在這方面優(yōu)勢(shì)明顯。以深圳為例,，根據(jù)*統(tǒng)計(jì)（表一）,，年太陽輻射量平均為 5225 MJ/m2，年日照時(shí)數(shù)平均為2060小時(shí),，可計(jì)算平均太陽輻射強(qiáng)度為705W/m2,。另外，低緯度地區(qū)的太陽輻射季節(jié)分配相對(duì)均勻,。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明,，深圳冬季的太陽輻射強(qiáng)度，晴天正午前后仍可達(dá)850 W/m2以上,。這種太陽輻射條件,，同樣適宜進(jìn)行光伏組件的另外一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目——電池額定工作溫度（NOCT）的測(cè)量。
3,、5小時(shí)熱斑耐久試驗(yàn)
標(biāo)準(zhǔn)要求輻射源為C類或更好的穩(wěn)態(tài)太陽模擬器或自然陽光,，其輻照度為1000W/m2±10%。實(shí)際上自然陽光很難在5小時(shí)的長時(shí)間內(nèi)保持10%的穩(wěn)定度,，因此須采用穩(wěn)態(tài)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(shè)計(jì),，使測(cè)試平面的輻照不均勻度小于±10%；同時(shí)配備穩(wěn)壓電源,，保證試驗(yàn)期間輻照不穩(wěn)定度小于10%,。
4、試驗(yàn)后的診斷測(cè)量
組件經(jīng)過熱斑耐久試驗(yàn)之后,，首*行外觀檢查,，對(duì)任何裂紋、氣泡或脫層等情況進(jìn)行記錄或照相,。如果發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)第7章規(guī)定的嚴(yán)重外觀缺陷,，則視為不合格,。如果存在外觀缺陷但不屬于嚴(yán)重外觀缺陷，則對(duì)另外2塊電池重復(fù)熱斑耐久試驗(yàn),。試驗(yàn)后不再發(fā)現(xiàn)外觀缺陷,，則算合格。此外,，組件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下的zui大輸出功率Pm的衰減不能超過5%,；絕緣電阻應(yīng)滿足初始試驗(yàn)的同樣要求。
解決熱斑效應(yīng)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(dāng)一個(gè)電池被遮擋時(shí)，其他電池促其反偏成為大電阻,，此時(shí)二極管導(dǎo)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(huì)給每個(gè)電池配一個(gè)旁路二極管,，而是若干個(gè)電池為一組配一個(gè)，如圖1所示,。此時(shí)被遮擋電池只影響其所在電池組的發(fā)電能力
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