利用PVT组件降低热斑效应危害的研究

摘要：本文简要介绍了热斑效应产生的原理及危害和PV/T组件的结构及原理。研究了PV/T组件对于降低热斑效应的实际效果。设计了一套背面回路矩形流道的扁盒式不锈钢水冷PV/T组件，利用自来水循环流动于PV/T组件，以达到对光伏组件降温散热的目的，从而保护光伏组件，减少热斑效应带来的不良影响，增加组件的实际使用寿命，同时组件的温度降低可提高其发电效率。与传统光伏组件进行对比实验，结果表明，PV/T组件对于降低热斑效应危害具有良好的效果，值得推广。

关键词： 热斑效应PV/T组件光伏组件危害

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

随着社会的发展，传统能源日渐匮乏，在这种压力下，新能源――可再生能源得到了长足发展，而这其中，太阳能光伏组件，以其良好的环境适应性、广阔的能源范围以及对环境污染少等优势，得到了十分广泛的应用。从最早的单独的光伏发电站，到现在紧密联系生活与环境以及与建筑一体化（BMPV）。然而，当电池存在裂纹、电池之间不匹配或是内部连接失效、互联失效，以及太阳电池组件上方的遮挡阴影，都可能引起光伏组件的热斑效应，导致电池组件不可逆损坏，甚至使方阵失效[1]。据国外权威报道，热斑效应使平板式光伏电池组件的实际使用寿命至少减少10%[2]。

因此，考虑将光伏组件改装成为PV/T组件，并通过水泵使得自来水循环流动于PV/T组件和恒温水箱，以达到对光伏组件降温散热的目的，从而保护光伏组件，减少热斑效应带来的不良影响，增加组件的实际使用寿命，同时降低组件的温度，提高其发电效率。

1 热斑效应介绍

热斑效应是一种光伏组件上由于局部温度过高产生烧坏的暗斑的现象。它的形成有内在因素和外在因素，由于它是由一系列单个光伏电池串联而成，每个电池在制造时会有细微的差异，使得每个电池的输出特性有所不同，所以在组装时各个元件间会有一定的差异。其次一个重要原因就是它在工作时会被其它物体遮挡部分电池，此时遮挡的部分和未被遮挡的部分由于光照强度的不同，导致产生的电流大小也不同。被遮挡的电池产生的电流小于整个电路的电流，导致该电池在串接电路中与整体不协调，另外根据基尔霍夫定律可以知道，此时该电池会带有负压，在电路中相当于负载，消耗其它没有被遮挡的电池产生的功率，并以热量的形式呈现，这时该部分升温远远大于没有被遮挡的部分，导致局部温度过高产生烧坏的暗斑。

热斑效应会破坏光伏组件中的电池，影响组件的整体发电性能，严重的热斑效应会导致组件中的电池局部烧毁，形成暗斑，温度过高时会使组件的封装材料老化以及盖板玻璃炸裂，降低光伏组件输出功率和它的使用寿命[3]。

2 系统介绍

本项目采用的系统由PV/T模块、水泵、恒温水箱、循环管路以及控制系统构成，其中 PV/T 模块由光伏组件和扁盒式集热板构成，水泵通过温控装置控制运行，供电由光伏板进行供电。本项目设计采用的为背面回路矩形流道的扁盒式不锈钢水冷PV/T组件，效果图如图1所示。

图1 PV/T组件结构图

PV/T模块通过导热性能良好的硅脂将吸热板与光伏组件背板紧密粘结在一起，并通过支架进行机械固定。扁盒式不锈钢流道用模具冲压而成与不锈钢吸热板焊接为一体，各分流道相互串联，背面是保温层和保护背板。模块的热传导过程为太阳电池受太阳光照射进行光电转换时产生的热，通过密封胶EVA、背封膜TPT、硅脂、吸热板传给流道内的换热工质水 [4]。

为了考察系统的效果，安装制造了一套模型装置。该系统由光电、冷却系统两部分，光电部分由1块PV/T模块供电，标准输出电压约18V，工作电流5A，配套蓄电池标称12V，容量60Ah，充电控制器、温度控制器等；冷却系统由1块PV/T组件、水泵、水箱及循环管路构成。

当系统未安装，只有光伏组件工作时，组件工作一段时间后的红外图见图2。

图2无冷却装置的光伏组件红外图

当系统安装并正常工作时，组件工作半个小时后温度达到稳定状态，红外图见图3。

图3 冷却后光伏组件红外图

通过以上对比可以看出系统对于光伏组件的温度具有良好的控制作用，不仅成功降低了热斑效应发生部位的温度，初步试验可降低14.9°将近15°，防止了光伏组件的损坏，延长其使用寿命，还降低了组件整体的温度，一定程度上提高了组件的整体效率，故而系统是具有一定可行性的。

3 其他对应方法

3.1 减小阴影

阴影的产生是由于周围的物体的遮挡，所以尽量将光伏组件建在空旷的地方，避免周围有较多的树木，防止树叶被风吹到光伏组件的表面产生遮挡阴影。如果组件是放置在较多集合的建筑物中，应尽量装设在较高的地方，防止周围的建筑因为太阳的照射角度不同而产生阴影。其次应保持光伏组件表面的清洁，定期维护检查[5]。

3.2 接入旁路二极管

可以在光伏组件接线盒内接入集成旁路二极管，减轻系统存在遮阴的影响，保护光伏组件并提高它的工作稳定性，虽然对于单个遮住的电池保护作用不大，但是对于整体的输出特性有极大的作用。

4结语

上述实验证明，本系统在太阳光的照射下，当光伏板温度达到某一设定高值时，温控器控制水泵开启，自来水从外部蓄水池经水泵流入光伏组件背板冷却水箱，在水箱中迂回流动充满整个冷却水箱，与光伏板进行热量交换，带走热量的水从水箱上端流出，回到外部蓄水池中与蓄水池中的冷水进行混合，如此循环直至光伏板的温度下降到某一设定低值时，温控器控制水泵停止工作，冷却水箱中的水流回外部蓄水池。此时，光伏板的温度降低，由此一来降低热斑效应的产生概率，提高一定的发电量，外部蓄水池中的热水可做生活用水。

参考文献

[1] 高晓妮，肖桃云，姜猛等.光伏组件热斑效应的研究[C].第十一届中国光伏大会暨展览会论文集.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，喜文华.光伏组件热斑对发电性能的影响[J].发电设备，2013（1）：61-63.