一种光伏组件热斑案例的深入研究 (1)

一种光伏组件热斑案例的深入研究 1 0.引言 首先，这个案例是作者实际遇到的一个经典案例。客户使用红外相机检测了一个运行 四个月的太阳能电站的照片，发现一些发热的组件。在客户发的红外照片热斑组件中，发现 四块光伏组件发热与常规的热斑有些区别，如图 1所示，其中接线盒和组件其中两串出现温 度异常。此批组件是 60片多晶电池片组件，功率 250W，使用的是卡接式接线盒，非灌胶接 线盒 。通过深入分析，在去现场之前，推断出来这个现象是由于对应串的汇流条出现接触不 好，形成开路状态。到达现场之后，通过测量电压，证实电压只有 2/3。进一步开盖检查， 发现确实是汇流条没有连接到位。 1.通过以下三点推断出结果 1.1同样的环境下，同一组件开路状态比工作状态温度高。 关于这一点，大家可能会觉得很奇怪，不能理解，下面就对此做一个理论上的分析 首先，对于单片电池片来说，其等效电路图如图 2所示，在开路状态下，有光照时， 内建电场所分离的光生载流子形成由 N区指向 P区的光电流即 IL，而 太阳电池两端出现的 光电压即开路电压 Voc却产生由 P区指向 N区的正向结电流 ID，稳定光照的时候，光电流 恰好等于正向结电流，即 IDIL，所以单片电池片外部尽管是开路，内部也是有电流的，且 被单片电池自己本身消耗，转为热能了。 其实这个也可以从大的方向，能量守恒去理解，开路时，电池片输出功率为 0，光能转 为电能，电能又转为热能；工作的时候，一部分光能转为电能输出了，所以开路的温度比工 作的时候温度要高。 为了更好的理解，开路时电池片内部电流的示意图，如下图 3所示，一个电池片在持 续的光照下，电流大小方向跟上面的理论解释相符，此图来自 UNSW大学的教材，只是把原 图做了一些简化。 1.2排除组件对应串有回路。 假如对应串之间有回路，由接线盒发热可知，二极管在工作了，那么这串必然形成一 个近似短路的回路，出现的热斑电池一般是一片或者几片，升高的温度不会那么均匀。这个 知识点非常关键，也是很多人忽视的地方，因为二极管确实是本身已经正偏了，这样很容易 就想到二极管的问题，容易误导大家。只有通 过对比常规热斑现象，才能排除对应串有回路， 也就是说，对应串必须是开路状态。 1.3接线盒也发热，说明二极管在工作，符合对应串开路时，对应二极管就会启动。 2.现场验证 通过以上，可以得出，对应的汇流条没有接好，第二次去现场更换组件的时候，确认 跟推断一致，并使用万用表测试了单片组件电压，开盖前都只有 2/3,如图 4所示，维修好 之后，电压正常，如图 5所示。开盖后的其中两个接线盒照片，明显是没有卡接到位，如图 6和图 7所示。 3.重现实验方法 第一步，准备合适的可变散热电阻器，红外相机，万用表，试验组件。 第二步，断开最边上一根汇流条，断开后再测试一下开路电压 ,保证其断开，并测量一 下短路电流。 第三步，连接组件两端到可变散热电阻器，把可变电阻调到 3欧姆左右，然后适当调 整电阻器，使工作电流调整到短路电流的 80左右。 第四步， 放在阳光下暴晒，直到组件温度稳定。 第五步，使用红外相机进行拍照。 4.总结 通过以上的推断，不需把组件进行拆卸下来进行分析，甚至不需要打开盒盖，就推断 出组件故障原因。这样做的好处，一个是节省时间，另外一个也是节省拆卸及运输成本，是 很有实用价值的一个案例。此外，能够把所学的知识应用到实际中去，也体现了知识的价值。 最后再强调一下，没有正确的连接，带来的不仅仅是影响两串的问题，一些接触不良 的电路连接点，甚至会导致电弧起火，这个隐患的风险更大。