热斑现象分析详解

在统一光照模式下，光伏阵列内部各个模块都承受正压，工作状态是对外输出能量，如图2-9a所示的由两个光伏组件串联形成的最小光伏阵列A。如果光照强度为1000W/m²，温度为298K（光伏组件未受阴影遮挡）时，其P-U曲线如图2-9b所示。由图中可见，光伏组件能够输出较高的能量，其最大功率点为（31.5V，153W）。

当图2-9中的光伏阵列A中的光伏组件2受到阴影遮挡时，如图2-10a所示，如果此时组件1的光照强度为1000W/m²，组件2的光照强度为300W/m²，温度仍为298K。此时光伏组件的P-U曲线如图2-10b所示。从图2-10b中可看出，光伏组件对外输出能量效率较低，仅为未受遮挡时输出功率的。

图2-9 无阴影遮挡时光伏阵列及其输出特性

图2-10 有阴影遮挡时光伏阵列及其输出特性(www.xing528.com)

出现以上情况，主要是由于被阴影遮挡的光伏组件2的输出特性发生了变化。由电路原理可知，当两电流不等的电流源串联时，电流大的电流源会向电流小的电流源倒灌电流，稳定时总电流为两电流源电流的平均值。电流小的电流源接受了倒灌电流（与总电流方向相反），而承受反压。对于图2-10a所示的有阴影遮挡的光伏阵列A中，光伏组件1无遮挡，输出电流大，相当于上述串联回路中电流大的电流源；光伏组件2受到遮挡，光照强度大幅下降，输出电流小，相当于上述串联回路中电流小的电流源。根据上述分析可知，光伏组件1会向光伏组件2倒灌电流。

图2-11给出了受阴影遮挡后，光伏组件2的伏安特性曲线。由图中可见光伏组件2的工作区间为第一象限和第二象限。工作在第一象限时，光伏组件2承受正压，工作状态是向外输出能量；工作在第二象限时，光伏组件2承受反压，工作状态是自身吸收能量。若光伏组件2长期工作在第二象限内，自身吸收能量所转化的热量不能及时散发掉，就会在光伏组件上形成热点，对光伏阵列造成很大的损坏，这就是所谓的热斑现象。如果光伏组件2所承受的反压大于某一阈值，则会使光伏组件内的PN结雪崩击穿，输出电流会呈指数曲线上升，造成光伏阵列的永久损坏。

图2-11 阴影遮挡后光伏组件2的伏安特性