0 引言

美國國家標準ANSI/UL 1703為全球第一個光伏標準，于1986年頒布第一版，目前國際光伏標準IEC 61730-1/2、IEC 61215及我國光伏標準GB/T 9535、GB/T 20047的大部分內(nèi)容均是參照ANSI/UL 1703中的內(nèi)容制定。ANSI/UL 1703中“光伏組件的溫升測試”對光伏組件的安全性及性能評估有極其重要的評估價值。該研究主要評估光伏組件的各種材料在開路、短路及熱斑條件下的溫度變化是否超出材料的熱承受能力；通過測試也同樣反映出光伏組件在實際應用時，在熱斑條件下的安全性。本文從光伏電站的實際應用出發(fā)，主要討論熱斑條件下的光伏組件的溫度變化情 況。

1 測試條件要求

根據(jù)標準環(huán)境要求，測試需要在環(huán)境溫度10～55 ℃、光譜AM1.5、輻照度100 MW/cm2、平均風速1 m/s下進行，或校正到該條件下進行[1]；同時，要求模擬熱斑遮擋的材料應為0.18 mm厚的黑色聚乙烯材質(zhì)；光伏組件安裝需要根據(jù)組件安裝手冊的要求進行，測量線路如圖1所示。

圖1 遮擋條件下的測量線路圖

2 測試數(shù)據(jù)

采用1塊由72片156 mm×156 mm太陽電池組成的多晶硅光伏組件，在環(huán)境溫度為23.7 ℃、光譜AM1.5、輻照度100 MW/cm2、平均風速1 m/s下對組件進行測試。用于測試的組件的安裝方式如圖2所示。

圖2 組件安裝示意圖

對光伏組件進行遮擋，在組件中心位置，平行于電池片主柵方向遮擋電池片為橫貼，如圖3所示；垂直于電池片主柵方向遮擋電池片為豎貼，如圖4所示。在測試過程中同時監(jiān)控被遮擋電池片所在電池串的旁路二極管的電流、電壓及組件的短路電流，通過測試得到的數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

圖3 橫貼

圖4 豎貼

表1 橫貼條件下，被遮擋電池片所在組串的旁路二極管的電流、電壓

表2 豎貼條件下，被遮擋電池片所在組串的旁路二極管的電流、電壓

根據(jù)表1、表2測得的數(shù)據(jù)，繪制出不同遮擋方向及遮擋面積時，被遮擋電池片所在組串的旁路二極管的電壓及電流值比較圖，如圖5、圖6所示。

圖5 不同遮擋方向時，遮擋不同面積的電池片所在組串的旁路二極管的電壓

圖6 不同遮擋方向時，遮擋不同面積的電池片所在組串的旁路二極管的電流

從以上數(shù)據(jù)及圖可以看出，隨著單片電池片遮擋面積的增加，流經(jīng)遮擋電池片對應保護的旁路二極管的電流、電壓也隨之增加，但整塊光伏組件的短路電流不變，從而流經(jīng)遮擋電池片的電流減少，這樣遮擋電池片的功耗也隨之減少，旁路二極管起到了保護光伏組件的作用。

根據(jù)ANSI/UL 1703標準的要求，選取單片電池片遮擋50%面積，考慮橫貼及豎貼兩個方向，測量組件的各部件溫度，測試數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可知，相同遮擋面積下，橫貼時形成的熱斑現(xiàn)象比豎貼時形成的熱斑現(xiàn)象明顯，即橫貼時形成的熱斑對光伏組件材料熱性能的影響更大。

應用到實際光伏電站中，當一開始組件的熱斑面積較小時，雖然組件輸出電流變化較小，但組件熱斑局部功耗較大，對組件壽命影響較大；當組件的熱斑面積變大時，雖然旁路二極管起到保護作用，但由于旁路二極管未全部導通，對組件材料熱考驗仍然很大，另外隨著二極管長時間大電流的工作，對二極管壽命也產(chǎn)生了很大地影響，所以需要及時清洗組件，盡可能減少熱斑時間。

表3 不同遮擋方向的溫升

綜上所述，在相同熱斑條件下，橫裝光伏組件比豎裝光伏組件對組件材料的耐溫要求更低，可使組件得到更高的可靠性。

3 結論

根據(jù)本文測試可得出以下結論：在相同熱斑條件下，橫裝光伏組件對組件材料的耐溫要求較低，可靠性更高，因此，可選擇耐溫要求更低的材料，有利于進一步降低組件成本。在光伏電站設計及組件選購時，可考慮這一有利因素，以獲得更高的電站投入性價比。