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高功率组件的热斑风险不可忽视!

随着太阳能技术的蓬勃发展,太阳能组件的输出功率越来越高。 沿用了几十年的整片电池组件技术一直垄断着全球光伏市场。但是随着组件功率的不断提升,整片电池组件的热斑安全隐患开始显现出来。如何解决高功率组件存在的热斑问题摆在每一个光伏人面前,不可忽视! 引起阿特斯技术团队关注高功率组件的热斑问题源自国外客户的一张订单需求。2016年,市场上72片电池的多晶组件功率在325瓦左右,单晶PERC组件在350瓦左右。 阿特斯的海外客户需要我们提供30兆瓦的功率为350瓦的72片单晶PERC组件。我们的博士研发团队觉得从理论上而言,350瓦高功率组件会有热斑隐患。 他们查阅了国内外很多科研文章,同时也利用阿特斯的测试中心,做各种热斑测试,去验证此类组件的热斑风险。每一个测试结果都显示热斑温度随组件功率增长而上升,72片整片单晶PERC组件的热斑温度已经处于危险区域。 根据理论和实验测试的结果,公司高层管理者召集研发人员多次开会,反复评估热斑风险在未来电站运营中的风险,最后阿特斯决定放弃这个单晶350瓦的订单! 情愿牺牲订单,阿特斯也坚决不会提供给客户有安全风险的产品。 一、组件热斑是如何产生的 当组件中的一片或一组电池被遮挡或有隐裂损坏时,该电池片的发电量受影响,电流会低于其周围正常发电的电池。当组件的工作电流超过了该电池的短路电流时,被遮挡的电池就会从发电变为耗能,导致组件局部温度升高。 二、组件热斑产生的主要原因 1.电池缺陷:隐裂、断栅、虚焊等; 2.外部因素:组件表面局部遮挡、积灰、脏污等。 电池缺陷可以通过各种监测和质量管理系统来控制。目前已有很多第一梯队的组件厂在生产过程中引进了电致发光红外监测系统,防止有缺陷的电池用在组件中。但是,组件运输过程中的颠簸和电站安装不规范的的操作搬运,也会导致隐裂的产生,尤其对整片单晶电池组件而言。 热斑产生的外部因素比较难杜绝。 三、热斑的安全隐患有哪些 热斑除了影响组件的发电量,还会导致组件局部温度急剧上升,造成安全隐患。 组件温度过高时,会引起火灾。我们在实验测试时观察到,有些单晶PERC电池的热斑温度高达170度。 所以说,当整片电池组件的功率输出提高的时候,热斑电池聚集的能耗也变大,温度会升得更高,安全隐患就越大。 四、热斑的安全隐患和发电损失分析 假设一件360瓦的72片单晶PERC组件,在发生极端热斑时,约1/3(120瓦)的组件功率转换成电池上高温热斑,通过热能释放,剩下的组件输出就只有240瓦了。在严重损失发电量的同时,热斑造成严重的安全隐患。安全隐患与发电量损失成正比关系。整片组件功率越高,热斑带来的发电损失与安全隐患会更大。 五、热斑温度随组件功率增长而上升 根据IEC 61215(2016)最新标准进行热斑测试,我们发现热斑温度与组件功率相关。组件功率越高,热斑测试温度越高,热斑风险越大。 355瓦72整片单晶PERC组件的热斑处温度可达到170℃左右。如图2: 测试结果显示,热斑温度170℃左右的时候,背板会出油、鼓包,接线盒出现变形、脱落等情况,如图3所示: 理论分析和实验数据表明,组件功率越高,热斑测试温度越高,安全隐患越大! 六、如何解决高功率组件的热斑风险 组件的功率只会越来越高,客户对电站的发电量和安全性越来越重视。 怎么降低高功率组件的热斑风险?! 组件技术必须创新!沿用了几十年的整片电池组件技术必须颠覆!高功率不能牺牲! 降低热斑的关键就在增加组件的电路,把三子串电路的整片电池组件变为多电路结构。从三子串变为六子串电路,热斑的温度就会下降到安全温度范围。 从2017年开始,阿特斯开始规模化生产多电路的最新组件。阿特斯双核电池酷组件,多片电池的高密度组件,彻底解决了整片组件与生具有的高功率带来的高热斑风险问题。 迄今,阿特斯已为全球提供了超过2吉瓦的高功率无热斑风险的新一代双核和高密度高效单多晶组件。同时也在大规模生产最高功率达385瓦的144单晶双核高功率酷组件和最高功率达405瓦的144多晶双核高功率酷组件。 阿特斯酷组件采用双核多电路结构。举个例子,365瓦的阿特斯高效多晶酷组件,在极端热斑情况下,热斑电池能耗约为组件功率的1/6(约61瓦),是相同功率整片单晶PERC组件极端热斑能耗(约122瓦)的一半。 热斑能耗降低一半,带来热斑温度大幅下降。阿特斯高效多晶组件,功率超过365瓦时,热斑温度仅为148℃,在IEC标准的安全范围之内,比355瓦的72整片单晶PERC组件降低了25℃左右。 总结: 1、理论分析以及实验数据显示,整片组件的热斑温度与组件功率相关。组件功率越高,热斑测试温度越高,热斑风险越大!355瓦的72整片单晶PERC组件的热斑温度可达170度,有背板鼓包等外观异常。 2、阿特斯酷组件采用了独特的多电路设计,可以明显降低热斑风险。最新测试显示,阿特斯高效多晶酷组件,功率达到365瓦,热斑温度比相似功率的整片单晶PERC组件降低了25℃左右。 3、沿用了几十年的整片电池组件技术是高功率组件热斑问题的根源所在。 4、常规高功率整片电池组件的热斑风险及相应安全隐患不可忽视。