賴宇寧+宋記鋒+李建昌+魯俊良

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了熱斑效應(yīng)產(chǎn)生的原理及危害和PV/T組件的結(jié)構(gòu)及原理。研究了PV/T組件對(duì)于降低熱斑效應(yīng)的實(shí)際效果。設(shè)計(jì)了一套背面回路矩形流道的扁盒式不銹鋼水冷PV/T組件，利用自來水循環(huán)流動(dòng)于PV/T組件，以達(dá)到對(duì)光伏組件降溫散熱的目的，從而保護(hù)光伏組件，減少熱斑效應(yīng)帶來的不良影響，增加組件的實(shí)際使用壽命，同時(shí)組件的溫度降低可提高其發(fā)電效率。與傳統(tǒng)光伏組件進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，PV/T組件對(duì)于降低熱斑效應(yīng)危害具有良好的效果，值得推廣。

關(guān)鍵詞： 熱斑效應(yīng)PV/T組件光伏組件危害

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

隨著社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)能源日漸匱乏，在這種壓力下，新能源——可再生能源得到了長(zhǎng)足發(fā)展，而這其中，太陽能光伏組件，以其良好的環(huán)境適應(yīng)性、廣闊的能源范圍以及對(duì)環(huán)境污染少等優(yōu)勢(shì)，得到了十分廣泛的應(yīng)用。從最早的單獨(dú)的光伏發(fā)電站，到現(xiàn)在緊密聯(lián)系生活與環(huán)境以及與建筑一體化（BMPV）。然而，當(dāng)電池存在裂紋、電池之間不匹配或是內(nèi)部連接失效、互聯(lián)失效，以及太陽電池組件上方的遮擋陰影，都可能引起光伏組件的熱斑效應(yīng)，導(dǎo)致電池組件不可逆損壞，甚至使方陣失效[1]。據(jù)國外權(quán)威報(bào)道，熱斑效應(yīng)使平板式光伏電池組件的實(shí)際使用壽命至少減少10%[2]。

因此，考慮將光伏組件改裝成為PV/T組件，并通過水泵使得自來水循環(huán)流動(dòng)于PV/T組件和恒溫水箱，以達(dá)到對(duì)光伏組件降溫散熱的目的，從而保護(hù)光伏組件，減少熱斑效應(yīng)帶來的不良影響，增加組件的實(shí)際使用壽命，同時(shí)降低組件的溫度，提高其發(fā)電效率。

1 熱斑效應(yīng)介紹

熱斑效應(yīng)是一種光伏組件上由于局部溫度過高產(chǎn)生燒壞的暗斑的現(xiàn)象。它的形成有內(nèi)在因素和外在因素，由于它是由一系列單個(gè)光伏電池串聯(lián)而成，每個(gè)電池在制造時(shí)會(huì)有細(xì)微的差異，使得每個(gè)電池的輸出特性有所不同，所以在組裝時(shí)各個(gè)元件間會(huì)有一定的差異。其次一個(gè)重要原因就是它在工作時(shí)會(huì)被其它物體遮擋部分電池，此時(shí)遮擋的部分和未被遮擋的部分由于光照強(qiáng)度的不同，導(dǎo)致產(chǎn)生的電流大小也不同。被遮擋的電池產(chǎn)生的電流小于整個(gè)電路的電流，導(dǎo)致該電池在串接電路中與整體不協(xié)調(diào)，另外根據(jù)基爾霍夫定律可以知道，此時(shí)該電池會(huì)帶有負(fù)壓，在電路中相當(dāng)于負(fù)載，消耗其它沒有被遮擋的電池產(chǎn)生的功率，并以熱量的形式呈現(xiàn)，這時(shí)該部分升溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沒有被遮擋的部分，導(dǎo)致局部溫度過高產(chǎn)生燒壞的暗斑。

熱斑效應(yīng)會(huì)破壞光伏組件中的電池，影響組件的整體發(fā)電性能，嚴(yán)重的熱斑效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致組件中的電池局部燒毀，形成暗斑，溫度過高時(shí)會(huì)使組件的封裝材料老化以及蓋板玻璃炸裂，降低光伏組件輸出功率和它的使用壽命[3]。

2 系統(tǒng)介紹

本項(xiàng)目采用的系統(tǒng)由PV/T模塊、水泵、恒溫水箱、循環(huán)管路以及控制系統(tǒng)構(gòu)成，其中 PV/T 模塊由光伏組件和扁盒式集熱板構(gòu)成，水泵通過溫控裝置控制運(yùn)行，供電由光伏板進(jìn)行供電。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用的為背面回路矩形流道的扁盒式不銹鋼水冷PV/T組件，效果圖如圖1所示。

圖1 PV/T組件結(jié)構(gòu)圖

PV/T模塊通過導(dǎo)熱性能良好的硅脂將吸熱板與光伏組件背板緊密粘結(jié)在一起，并通過支架進(jìn)行機(jī)械固定。扁盒式不銹鋼流道用模具沖壓而成與不銹鋼吸熱板焊接為一體，各分流道相互串聯(lián)，背面是保溫層和保護(hù)背板。模塊的熱傳導(dǎo)過程為太陽電池受太陽光照射進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的熱，通過密封膠EVA、背封膜TPT、硅脂、吸熱板傳給流道內(nèi)的換熱工質(zhì)水 [4]。

為了考察系統(tǒng)的效果，安裝制造了一套模型裝置。該系統(tǒng)由光電、冷卻系統(tǒng)兩部分，光電部分由1塊PV/T模塊供電，標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓約18V，工作電流5A，配套蓄電池標(biāo)稱12V，容量60Ah，充電控制器、溫度控制器等；冷卻系統(tǒng)由1塊PV/T組件、水泵、水箱及循環(huán)管路構(gòu)成。

當(dāng)系統(tǒng)未安裝，只有光伏組件工作時(shí)，組件工作一段時(shí)間后的紅外圖見圖2。

圖2無冷卻裝置的光伏組件紅外圖

當(dāng)系統(tǒng)安裝并正常工作時(shí)，組件工作半個(gè)小時(shí)后溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，紅外圖見圖3。

圖3 冷卻后光伏組件紅外圖

通過以上對(duì)比可以看出系統(tǒng)對(duì)于光伏組件的溫度具有良好的控制作用，不僅成功降低了熱斑效應(yīng)發(fā)生部位的溫度，初步試驗(yàn)可降低14.9°將近15°，防止了光伏組件的損壞，延長(zhǎng)其使用壽命，還降低了組件整體的溫度，一定程度上提高了組件的整體效率，故而系統(tǒng)是具有一定可行性的。

3 其他對(duì)應(yīng)方法

3.1 減小陰影

陰影的產(chǎn)生是由于周圍的物體的遮擋，所以盡量將光伏組件建在空曠的地方，避免周圍有較多的樹木，防止樹葉被風(fēng)吹到光伏組件的表面產(chǎn)生遮擋陰影。如果組件是放置在較多集合的建筑物中，應(yīng)盡量裝設(shè)在較高的地方，防止周圍的建筑因?yàn)樘柕恼丈浣嵌炔煌a(chǎn)生陰影。其次應(yīng)保持光伏組件表面的清潔，定期維護(hù)檢查[5]。

3.2 接入旁路二極管

可以在光伏組件接線盒內(nèi)接入集成旁路二極管，減輕系統(tǒng)存在遮陰的影響，保護(hù)光伏組件并提高它的工作穩(wěn)定性，雖然對(duì)于單個(gè)遮住的電池保護(hù)作用不大，但是對(duì)于整體的輸出特性有極大的作用。

4結(jié)語

上述實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)在太陽光的照射下，當(dāng)光伏板溫度達(dá)到某一設(shè)定高值時(shí)，溫控器控制水泵開啟，自來水從外部蓄水池經(jīng)水泵流入光伏組件背板冷卻水箱，在水箱中迂回流動(dòng)充滿整個(gè)冷卻水箱，與光伏板進(jìn)行熱量交換，帶走熱量的水從水箱上端流出，回到外部蓄水池中與蓄水池中的冷水進(jìn)行混合，如此循環(huán)直至光伏板的溫度下降到某一設(shè)定低值時(shí)，溫控器控制水泵停止工作，冷卻水箱中的水流回外部蓄水池。此時(shí)，光伏板的溫度降低，由此一來降低熱斑效應(yīng)的產(chǎn)生概率，提高一定的發(fā)電量，外部蓄水池中的熱水可做生活用水。

參考文獻(xiàn)

[1] 高曉妮，肖桃云，姜猛等.光伏組件熱斑效應(yīng)的研究[C].第十一屆中國光伏大會(huì)暨展覽會(huì)論文集.2010：1010-1013.

[2]Michael Simon， Edson L. Meyer. Detection and analysisofhot-spotformation in solar cells，Solar Energy Materials and Solar Cells.2010，94（2）：106—113.

[3]李世民，喜文華.光伏組件熱斑對(duì)發(fā)電性能的影響[J].發(fā)電設(shè)備，2013（1）：61-63.