光伏电池的发电原理及热斑效应

光伏热斑效应概述及解释说明1. 引言1.1 概述光伏热斑效应是指在光伏发电过程中，由于光照强度不均匀或材料表面特性等因素的影响，产生局部温度升高的现象。

这种现象对光伏发电系统的性能和寿命有着重要的影响。

因此，深入了解和解决光伏热斑效应问题具有重要的实际意义。

1.2 文章结构本文将首先概述光伏热斑效应的定义和原理，并分析其产生的主要影响因素。

其次，我们将探讨一些解决光伏热斑效应问题的方法，并讨论各种方案的优劣与适用性。

最后，在结论部分，我们将总结已经取得的研究成果并展望未来在该领域可能面临的挑战。

1.3 目的本文旨在提供一个综合而清晰地概述光伏热斑效应的文章。

通过对相关知识点进行介绍和讲解，读者可以更好地理解光伏热斑效应及其相关原理，进而为解决该问题提供一定参考。

同时，通过分析已有的研究成果和存在的问题，我们可以为未来的研究方向提出展望，并希望能够对光伏产业的发展和应用提供一定启示。

2. 光伏热斑效应概述：2.1 光伏效应简介：光伏效应是指当光辐射照射到半导体材料上时，产生的电荷对电流的响应。

光伏效应是太阳能电池转换太阳能为电能的基础原理，也是光伏热斑效应产生的前提条件之一。

2.2 热斑效应简介：热斑效应是指在高浓度光照射下，光伏组件表面形成的局部区域温度升高现象。

当太阳能辐射聚焦在一个小区域上时，该区域会受到更高的温度影响，并且可能降低整个光伏系统的性能和寿命。

2.3 光伏热斑效应定义与原理解释：光伏热斑效应是指在高浓度太阳能辐射条件下，由于光线聚焦导致局部区域温度增加，进而引发出现局部失效或性能降低现象。

当太阳能集中在一个小区域上时，这个小区域将吸收更多的能量并产生显著的局部温升，而其他部分的温度保持相对稳定。

这会导致光伏组件中电流产生不均匀分布，降低整个系统的效率。

光伏热斑效应产生的原理主要涉及两个方面。

首先是热载流子效应，高浓度光照射下，热载流子（由高能量光激发生成的载流子）在表面局部区域堆积并增加物质界面处的复合速率。

太阳能光伏发电工作原理太阳能光伏发电是一种利用太阳辐射能将光能转化为电能的技术。

这种技术通过使用光伏效应发电，将太阳能转化为直流电能，然后再通过逆变器将其转化为交流电能，供给家庭、工业及商业用途。

其工作原理如下：1. 光伏效应：光伏效应是指某些特定材料在太阳光照射下产生电能的现象。

当太阳光照射到光伏电池上时，电池中的半导体材料会吸收光子能量，激发电子跃迁，并在电场的作用下形成电流。

这个过程可通过光伏电池的PN结实现。

2. 光伏电池：光伏电池是太阳能光伏发电系统的核心部件。

它由具有p型和n型半导体材料组成的PN结构构成。

当太阳光照射到光伏电池表面时，光子会“击穿”PN结，并使电子从p区域跃迁到n区域，形成电流。

光伏电池可根据具体需求选择不同的材料，如单晶硅、多晶硅、非晶硅等。

3. 光伏组件：光伏组件由多个光伏电池串联或并联组合而成，以提高输出电压和电流。

光伏组件通常由铝框架和防反射玻璃保护。

所产生的直流电能将通过组件输出端子进行集中输送。

4. 逆变器：逆变器是光伏发电系统中的关键设备，其作用是将直流电能转换为交流电能，以供应给电网或直接供电。

逆变器将光伏组件输出的直流电经过变压器和电子器件的处理，调整电压和频率，使其符合电网要求。

逆变器还具有监测系统和保护功能，可实现对光伏发电系统的实时监测和故障保护。

5. 输电与储能：经由逆变器转换为交流电后，光伏发电系统可以将电能输送到电网上，供给用户的家庭、工业和商业需求。

此外，光伏发电系统也可以通过电池组进行储能，将白天产生的多余电能储存起来，在夜间或阴天使用。

通过以上的工作原理，太阳能光伏发电系统可以实现清洁、可再生的电能转换。

它不仅可以减少对传统能源的依赖，减少温室气体排放，还可以为社会提供可持续发展的能源解决方案。

在未来，太阳能光伏发电技术将继续得到改进和推广，成为世界能源结构的重要组成部分。

光伏发电站主要设备设施危险、有害因素辨识与分析一、光伏发电系统1.热斑效应太阳电池组件安装在地域开阔、阳光充足的地带。

在长期使用中难免落上飞鸟、尘土、落叶等遮挡物，这些遮挡物在太阳电池组件上就形成了阴影，由于局部阴影的存在，太阳电池组件中某些电池单片的电流、电压发生了变化。

其结果使太阳电池组件局部电流与电压之积增大，从而在这些电池组件上产生了局部温升。

太阳电池组件中某些电池单片本身缺陷也可能使组件在工作时局部发热，这种现象叫“热斑效应”。

在一定条件下一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。

被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这种效应能严重的破坏太阳电池。

2.逆变器故障（1）逆变器质量不过关，运行过程中将导致逆变器损坏。

（2）逆变器主要元件绝缘栅双极型晶体管若失效，将导致逆变器损坏，其失效原因如下。

1）器件持续短路，大电流产生的功耗将引起温升，由于芯片的热容量小，其温度迅速上升，若芯片温度超过硅本征温度，器件将失去阻断能力，栅极控制就无法保护，从而导致绝缘栅双极型晶体管失效。

2）绝缘栅双极型晶体管为PNPN4层结构，因体内存在一个寄生晶闸管，当集电极电流增大到一定程度时，则能使寄生晶闸管导通，门极失去控制作用，形成自锁现象，这就是所谓的静态擎住效应。

发生擎住效应后，集电极电流增大，产生过高功耗，导致器件失效。

3）瞬态过电流绝缘栅双极型晶体管在运行过程中所承受的大幅值过电流除短路、直通等故障外，还有续流二极管的反向恢复电流、缓冲电容器的放电电流及噪声干扰造成的尖峰电流。

若不采取措施，瞬态过电流将增加IGBT的负担，可能会导致绝缘栅双极型晶体管失效。

4）过电压造成集电极发射极击穿或造成栅极发射极击穿。

（3）逆变器由于功率较大，发热亦大。

若逆变器散热设备损坏或安装不当，内部热量不能及时散出，轻则影响元器件寿命，重则有产生火灾的危险。

（4）逆变器接入的直流电压标有正负极，若光伏电池与逆变器相连输电线接错，将导致逆变器故障。

热斑效应原理简介及模拟实验杨江海，龚露，蒋忠伟，孙小菩（东莞南玻光伏科技有限公司，东莞，523141）摘要：热斑效应在太阳电池的实际应用中非常普遍，而且热斑效应严重影响太阳电池的性能和寿命，并有很大的危险性。

研究热斑效应的影响因素，降低热斑效应危害性至关重要。

本文首先介绍了组件产生热斑效应的原因，模拟了组件发生热斑效应时遮挡电池片和对应二极管的电压电流曲线以及组件的I-V曲线，并对其进行了解释。

最后，通过等效电路在理论上分析了影响组件热斑效应大小的关键因素。

关键词：光伏，组件，热斑效应，二极管引言随着太阳能电池的广泛应用，一些影响光伏组件发电性能及其寿命的不利因素也随之出现，热斑效应就是其中之一。

目前，大部分人认为发生在光伏组件上的热斑是由于光伏组件被局部遮阴引起的，而根据实际观察，正常组件在毫无遮挡的环境下，热斑现象也十分普遍。

由于发生热斑效应严重的地方局部温度可能较高，有的甚至超过150℃，导致组件局部区域烧毁或形成暗斑、焊点融化、封装材料老化、玻璃炸裂、焊带腐蚀等永久性破坏，给组件的安全性和可靠性造成极大地的隐患[1~5]。

因此，有必要开展一些基础性实验，详细了解热斑效应产生的原因、热斑效应时热斑电池片的电压电流特性以及电池那些性能参数会影响组件热变效应。

1、热斑形成的原因热斑效应是指光伏组件处于工作状态时，组件中某个单体电池或几个单体电池由于遮光或本身原因导致电流降低，当工作电流超过该单体电池或几个单体电池时，则该部分电池被置于反向偏置状态，在电路中的功能由电源变为负载，消耗能量，从而在组件内部形成局部过热现象。

因此，造成组件产生热斑效应有先天性的电池间微小差异原因（硅片质量，电池工艺导致电池EQE曲线不一致即不同光照强度下电池电性能出现差异）和后天性的遮蔽等原因。

为减轻、避免热斑效应，组件在制备过程中会在相邻串之间反向偏置并联一旁路二极管[6~7]，如图1所示。

在正常情况下，旁路二极管处于反向偏置状态，当组件中某一片单体电池或几片单体电池被遮蔽时，如果组件工作电流大于遮挡片电流时则该片电池将处于反向偏置状态，当该电池片两端的反向电压大于该串电池电压加上二极管启动电压之和时，该旁路二极管启动，故障串被隔离出组件。

光伏知识点总结图解一、光伏发电原理光伏发电是利用光电效应将光能转化为电能的过程。

光电效应是指当光照射到半导体材料上时，光子能量被半导体材料的电子吸收，并激发电子跃迁到导带上，从而产生电流。

光伏发电原理是通过太阳能板上的光电池将太阳能转换为电能，再经过逆变器将直流电转换为交流电，最终输出供电。

二、光伏发电系统的组成1. 太阳能电池板：太阳能电池板是光伏发电系统的核心组件，其作用是将太阳能转化为电能。

2. 逆变器：逆变器是光伏发电系统中非常重要的组件，它的作用是将直流电转换为交流电，以满足家庭或工业用电的需求。

3. 支架及支架系统：支架及支架系统是太阳能电池板的支撑结构，用于固定和支撑太阳能电池板的安装。

4. 电池储能系统：电池储能系统是用于储存光伏发电系统产生的电能，以便日间发电用电不匹配时使用。

5. 配电系统：配电系统是用于将光伏发电系统产生的电能输送到电网或用户装置中的系统。

6. 监控及数据采集系统：监控及数据采集系统用于实时监测光伏发电系统的运行状态，以及采集系统运行数据。

三、光伏发电系统的运行原理1. 太阳能电池板接收太阳能：太阳能电池板接收太阳能并将其转化为直流电能。

2. 逆变器将直流电转换为交流电：逆变器将直流电转换为交流电，以满足家庭或工业用电的需要。

3. 发电系统供电或并网发电：发电系统将产生的电能供电给用户装置，或者将电能输入电网。

4. 电池储能系统储存多余电能：当系统产生的电能超过用电需求时，多余的电能将被储存到电池储能系统中。

5. 监控系统实时监测运行情况：监控系统实时监测光伏发电系统的运行情况，并将运行数据反馈到操作者。

四、光伏发电系统的优势1. 环保：光伏发电系统不产生二氧化碳等污染物，对环境友好。

2. 可再生能源：太阳能是一种可再生能源，不会耗尽。

3. 长期收益：安装光伏发电系统可以在未来几十年内获得稳定的收益。

4. 分布式发电：光伏发电系统可实现分布式发电，使能源利用更加灵活。

光伏发电1、肯定是单晶好啦，发电量提高3-5%，但是价格也贵点，比多晶每瓦贵3毛！2、20KW 140000 单晶270W/块3、电池组件由36片（10*10cm）太阳能电池组成，每片电压0.5V，供电12V蓄电池。

4、短路电压为0V，开路电流为0A5、充放电控制器控制蓄电池组充电与放电，一般光伏系统不可缺少的6、直交流逆变器有：方波型，产生分量谐波大，适用几百千瓦以下和对谐波要求不高的系统，但价格低；正弦波逆变器可适用任何负载，但成本高。

7、蓄电池组：配套200Ah以上的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封免维护铅酸蓄电池；配套200Ah以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池。

8、热斑效应：在一定条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。

被遮蔽的太阳电池组件此时将会发热，这就是热斑效应。

热斑效应会使焊点融化，破坏封装材料，甚至会使整个方阵失效，造成热斑效应的根源是有个别坏电池的混入，电极含片虚焊、电池由裂纹演变为破坏、电池局部受到阴影遮挡等，电压电流相应变大，温度升高。

为了防止热板效应产生可以再电池组件并联一个二极管，当一个电池被遮挡时，其他电池促其反偏成为大电阻，此时二极管导通，总电池中超过被遮电池光生电流的部分被二极管分流，从而避免被遮电池过热损坏。

9、光伏发电寿命大概25年，补贴20年。

10、Wp是太阳能电池的瓦数，Wp=Wpeak，表示太阳能电池的峰值功率。

太阳能峰值功率Wp是在标准条件下：辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。

（这个条件大约和我们平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多）按广东地区的光照条件，折算成标准光照时间大约为3.3~3.5小时。

在阴雨天，太阳电池也可以产生一定的能量，它的功率大约在额定功率的5-15%。

与实际太阳光照照强度有区别.11、总发电量（kWh）=光伏电池的有效面积（平方米）*年平均太阳光总辐射强度（w/平方米）*年有效日照时间（小时）*组件效率（硅电池一般可取15%）*系统效率（一般可取75%）12、以家庭建5千瓦光伏电站为例，安装需要考虑楼顶上是否有充足面积，电站每千瓦需要10平方米左右的电池板，5千瓦就需要50平方米。

太阳电池阴影效应及热斑
太阳能技术已经发展成为一种可持续发展的能源，太阳能电池是太阳能技术中最重要
的一环。

尽管太阳电池已经获得高度的研究和发展，但是一直困扰着太阳电池的阴影效应
和热斑问题依然没有得到完全解决。

阴影效应是指太阳电池接收光线时若有任何遮挡物挡住部分光线，就会产生阴影，阴
影部分产生的电流会比正常光照下的电流要小很多，这会降低太阳能电池的发电效率。

阴
影效应主要有两个原因：一方面，太阳电池的极性薄膜和电路板之间有电阻，电阻会产生
能量损失；另一方面，阴影下的太阳电池会产生局部反击电流，导致电池的发电效率降低。

热斑是太阳电池长时间高温或强光照射下产生的损伤，其主要原因是太阳电池中的p-
n结构受到热量的影响而发生变化。

在强光照射下，p-n结构中的n型半导体易于受到加热，从而影响了电池的整体发电效率。

另外，因为热斑会产生电池局部发热，这可能导致
太阳电池中的某些材料受到损伤，导致太阳电池的寿命缩短。

为了克服阴影效应和热斑问题，科学家们提出了一些解决方法。

其中最常见的方法是
将太阳电池连接起来，以便在阴影下工作时仍然能够继续发电，同时还可以减少阴影效应
的影响。

另外，设计在太阳能电池板上的阴影屏幕也可以减轻阴影效应的发生。

对于热斑
问题，太阳电池可以采用一些散热和温度控制方法，如降低太阳电池板的工作温度、增加
散热片和增加电池板的面积等。

虽然解决阴影效应和热斑问题的方法已经有了，但是它们的实际运用效果仍有待实践
证明。

未来，太阳电池技术将不断发展和改进，有望实现更高效、更可靠的太阳能发电。