การบังแสงทำให้เกิดจุดร้อนเสมอหรือไม่? อธิบายการไบอัสย้อนกลับ

คำตอบสั้น: การบังเงาเพิ่มความเสี่ยงจุดร้อน แต่การบังเงาเพียงอย่างเดียวไม่ได้สร้างจุดร้อนขึ้นมา สามสิ่งเป็นตัวตัดสินผลลัพธ์: กระแสที่สาขาอนุกรมบังคับผ่านเซลล์ที่ถูกบังเงา, พฤติกรรมแรงดัน-กระแสย้อนกลับของเซลล์, และว่าไดโอดบายพาสนำกระแสอยู่หรือไม่ เมื่อกระแสสาขาเกินกว่าที่เซลล์ที่ถูกบังเงาจะผลิตได้ เซลล์นั้นถูกดันเข้าสู่ไบแอสย้อนกลับและเริ่มดูดซับพลังงานแทนที่จะจ่ายออก ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น เนื่องจากกระแสสาขาขึ้นอยู่กับจุดทำงาน เงาเดียวกันจึงอาจไม่เป็นอันตรายที่วงจรเปิดและรุนแรงที่วงจรลัด

คำอธิบายส่วนใหญ่หยุดอยู่ที่ “เงาทำให้เกิดจุดร้อน” คำถามที่มีประโยชน์คือเงาใด ที่จุดทำงานใด บนเซลล์ใด

จุดร้อนเริ่มต้นจากกระแสที่ไม่ตรงกัน

เซลล์ภายในโมดูลเชื่อมต่อกันเป็นสาขาอนุกรม และกระแสที่ผ่านสาขาอนุกรมจะเท่ากันในทุกองค์ประกอบ ภายใต้ความเข้มแสงสม่ำเสมอ เซลล์มีพฤติกรรมแรงดัน-กระแสใกล้เคียงกัน สาขาจึงเข้าสู่จุดทำงานที่ทุกเซลล์ต่างมีส่วนร่วม

การบังเงาเปลี่ยนความสามารถของเซลล์หนึ่งในการผลิตกระแส หากกระแสสาขาเกินกว่าที่เซลล์นั้นจะจ่ายได้ที่ความเข้มแสงที่ลดลง เซลล์จะไม่สามารถตามทันได้ และสาขาจะบังคับให้มันเข้าสู่ไบแอสย้อนกลับ ความไม่ตรงกัน ไม่ใช่เงาเพียงอย่างเดียว คือจุดเริ่มต้น

โมดูลสมัยใหม่ไม่ใช่ห่วงโซ่อนุกรมง่ายๆ เพียงหนึ่งเดียว: เซลล์ครึ่งซีก เซลล์หลายซีก และสตริงย่อยแบบขนาน หมายความว่าจำนวนเซลล์ทางกายภาพกับสาขาทางไฟฟ้าไม่ใช่สิ่งเดียวกัน ข้อความใดๆ เกี่ยวกับกระแสสาขาใช้กับสาขาอนุกรมหนึ่งสาขา และต้องตรวจสอบวงจรจริงของโมดูลก่อนสรุปเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์เฉพาะ

ไบแอสย้อนกลับ: จากเครื่องกำเนิดเป็นโหลด

ในไบแอสย้อนกลับ ขั้วของแรงดันคร่อมเซลล์ที่ถูกบังเงาจะพลิกกลับเมื่อเทียบกับการทำงานปกติ หากถือทิศทางการผลิตปกติเป็นบวก แรงดันของเซลล์จะกลายเป็นลบในขณะที่กระแสสาขายังคงเป็นบวก ดังนั้นพลังงานที่เซลล์ดูดซับคือ:

P_absorbed = |V_cell| × I

พลังงานนั้นกลายเป็นความร้อนภายในเซลล์ ว่าจะกลายเป็นจุดร้อนหรือไม่ขึ้นอยู่กับว่ามันถูกกระจายที่ใดและนานเท่าใด: จุดที่กระจุกตัวบนเซลล์หนึ่งจะเพิ่มอุณหภูมิเฉพาะที่มากกว่ากำลังวัตต์เดียวกันที่กระจายทั่วพื้นที่มาก และบรรจุภัณฑ์กับเส้นทางระบายความร้อนเป็นตัวตัดสินว่าความร้อนออกไปเร็วแค่ไหน

ลักษณะสมบัติย้อนกลับเป็นตัวตัดสินว่าร้อนแค่ไหน

เซลล์ไม่ได้มีพฤติกรรมเหมือนกันทั้งหมดเมื่อถูกไบแอสย้อนกลับ มีสองรูปแบบที่สำคัญ:

• ไบแอสย้อนกลับโดยไม่มีการพังทลาย เซลล์ดูดซับพลังงานและร้อนขึ้น และแรงดันที่มันไปถึงถูกกำหนดร่วมกันโดยลักษณะสมบัติย้อนกลับของมัน พฤติกรรมไปข้างหน้าของเซลล์ที่เหลือ และจุดทำงานภายนอกของสตริง
• การพังทลายหรือการกระจุกตัวของกระแส เมื่อแรงดันย้อนกลับถึงบริเวณพังทลาย แรงดันจะถูกจำกัดในช่วงแคบๆ ในขณะที่กระแสเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หากกระแสนั้นกระจุกตัวที่ข้อบกพร่องหรือพื้นที่เล็กๆ ความหนาแน่นกำลังเฉพาะที่จะเพิ่มขึ้นและความเสี่ยงจุดร้อนก็เช่นกัน

นี่คือเหตุผลที่สถาปัตยกรรมเซลล์เปลี่ยนอุณหภูมิจุดร้อน เซลล์แบบสัมผัสด้านหลังที่มีลักษณะสมบัติการพังทลายย้อนกลับแบบนุ่มจะเริ่มนำกระแสที่แรงดันย้อนกลับต่ำกว่า ดังนั้นแรงดันที่เซลล์ต้องทนจะถูกจำกัดเร็วกว่าและโมดูลทำงานเย็นลงภายใต้เงาบางส่วน — กลไกเบื้องหลังความทนทานต่อการบังเงาของ เซลล์แสงอาทิตย์ BC. การเปรียบเทียบนี้ใช้ได้เฉพาะภายใต้เงื่อนไขการทดสอบเดียวกันเท่านั้น ไม่ใช่ข้อกล่าวอ้างแบบเหมารวมว่าสถาปัตยกรรมหนึ่งจะไม่มีจุดร้อนเลย

วงจรเปิด MPPT และวงจรลัด ไม่ใช่กรณีเดียวกัน

กระแสสาขาที่บังคับให้เซลล์เข้าสู่ไบแอสย้อนกลับไม่ใช่ตัวเลขคงที่ มันขึ้นอยู่กับว่าโมดูลถูกใช้งานอย่างไร

วงจรเปิด กระแสที่ขั้วใกล้ศูนย์ ดังนั้นจึงไม่มีกระแสอนุกรมที่จะดันเซลล์ที่ถูกบังเงาเข้าสู่ไบแอสย้อนกลับ และกำลังจุดร้อนแบบคลาสสิกก็ไม่มี นั่นไม่ได้ทำให้โมดูลรอดพ้นจากการทำความร้อนเฉพาะที่จากข้อบกพร่องอื่นหรือสภาวะผิดปกติ

การทำงานปกติ เมื่อต่อกับโหลดหรือติดตามที่กำลังสูงสุด กระแสถูกกำหนดโดยลักษณะสมบัติ I-V ของโมดูลร่วมกับโมดูลอนุกรมอื่น กลยุทธ์ควบคุมอินเวอร์เตอร์ และรูปแบบการบังเงา หากกระแสนั้นเกินกว่าที่เซลล์ที่ถูกบังเงาจะจ่ายได้ มันจะไบแอสย้อนกลับและดูดซับพลังงาน นี่คือกรณีที่สำคัญในภาคสนาม เพราะเป็นที่ที่โมดูลใช้ชีวิตส่วนใหญ่

วงจรลัด แรงดันที่ขั้วประมาณศูนย์และกระแสใกล้เคียงกระแสลัดวงจร ในห่วงโซ่อนุกรมแบบง่าย แรงดันของเซลล์รวมกันได้เป็นแรงดันที่ขั้ว ดังนั้นแรงดันบวกของเซลล์ที่แข็งแรงสามารถถูกหักล้างด้วยแรงดันลบของเซลล์ที่ถูกบังเงา — กรณีไม่ตรงกันจะรุนแรงที่สุด โมดูลจริงยังมีไดโอดบายพาส สตริงย่อยแบบขนาน และการเชื่อมต่อที่ซับซ้อน ดังนั้นความสัมพันธ์แบบง่ายไม่สามารถนำไปใช้อย่างไม่ลืมหูลืมตา วงจรลัดก็ยังเป็นหนึ่งในสภาวะที่ประเมินสำหรับความทนทานต่อจุดร้อน ซึ่งเป็นเหตุผลที่การทดสอบจุดร้อนใน IEC 61215 ทำโดยให้โมดูลอยู่ในสภาวะวงจรลัด

ไดโอดบายพาสทำอะไร และไม่ทำอะไร

โมดูลซิลิคอนผลึกมักวางไดโอดบายพาสคร่อมสตริงย่อยของเซลล์แต่ละชุด เมื่อแรงดันย้อนกลับคร่อมสตริงย่อยที่ถูกบังเงาถึงเงื่อนไขการนำกระแส ไดโอดสามารถนำกระแส ให้เส้นทางอ้อมสตริงย่อยนั้น และจำกัดแรงดันย้อนกลับที่มันต้องทน

ข้อจำกัดสองประการตามมาจากการออกแบบนั้น ไดโอดบายพาสป้องกันสตริงย่อย ไม่ใช่ทุกเซลล์แต่ละเซลล์ ดังนั้นเซลล์ภายในสตริงย่อยที่ถูกบังแสงบางส่วนยังคงเผชิญกับแรงดันย้อนกลับและกระแสได้ และการนำกระแสของไดโอดไม่ได้รับประกันสำหรับทุกรูปแบบการบังแสง: ขึ้นอยู่กับแรงดันของสตริงย่อย รูปร่างของเงา และเลย์เอาต์ของวงจร ไดโอดบายพาสเป็นมาตรการบรรเทา ไม่ใช่เหตุผลที่จะมองว่าการบังแสงและข้อบกพร่องของเซลล์ไม่สำคัญ

ทำไมการบังแสงที่มากขึ้นจึงไม่ได้ร้อนกว่าเสมอ

การบังแสงที่มากขึ้นลดกระแสที่เซลล์ที่ถูกบังสร้างขึ้นและทำให้ความไม่เข้ากันมีแนวโน้มมากขึ้น แต่ก็ยังเปลี่ยนกระแสของสาขา แรงดันย้อนกลับ สถานะของไดโอด และการกระจายความร้อนด้วย ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราส่วนการบังแสงกับอุณหภูมิจึงไม่เป็นแบบโมโนโทนิก: เงาบางส่วนที่มีรูปร่างเฉพาะอาจทำให้การกระจายกำลังไฟฟ้าในท้องถิ่นไม่เอื้ออำนวยมากกว่าเงาเต็มที่ปกคลุมเซลล์เดียวกัน

ผลในทางปฏิบัติ: การตัดสินความเสี่ยงจากพื้นที่ที่ถูกบังเพียงอย่างเดียวไม่น่าเชื่อถือ สิ่งที่สำคัญคือเงาตกกระทบที่ใดเมื่อเทียบกับขอบเขตของเซลล์และสตริงย่อย และคงอยู่ที่นั่นนานเท่าใด

จุดที่ความเสี่ยงจุดร้อนถูกตัดสินก่อนที่โมดูลจะถูกจัดส่ง

เนื่องจากกลไกเป็นทางไฟฟ้า พฤติกรรมจุดร้อนส่วนใหญ่จึงถูกกำหนดไว้ระหว่างการผลิตมากกว่าระหว่างการใช้งาน ขั้นตอนกระบวนการสามขั้นตอนสำคัญที่สุด:

• การคัดแยกและจับคู่เซลล์ เซลล์ที่มีกระแสแตกต่างกันที่จุดทำงานทำให้เกิดความไม่เข้ากันภายในโมดูลก่อนที่จะมีการบังแสงใดๆ การจัดกลุ่มตามกระแสช่วยลดการกระจายนั้น
• การตรวจจับข้อบกพร่อง รอยแตก ข้อบกพร่องจากการบัดกรี และบริเวณที่ถูกชันต์ รวมกระแสย้อนกลับและกลายเป็นจุดที่ความร้อนกระจุกตัว การตรวจสอบแบบอินไลน์ การตรวจสอบ EL และการตรวจสอบลักษณะทางไฟฟ้าเป็นวิธีกำจัดข้อบกพร่องเหล่านั้นก่อนการห่อหุ้ม
• การตรวจสอบไดโอดและวงจร ตำแหน่งของไดโอดบายพาสและการตรวจสอบทางไฟฟ้าของไดโอดเป็นตัวกำหนดว่าสตริงย่อยต้องรับแรงดันย้อนกลับมากเพียงใดในภาคสนาม

ในด้านการใช้งาน คันโยกที่ใช้ได้จริงมีน้อยกว่าแต่ก็มีอยู่จริง: ลดการบังแสงในท้องถิ่นระยะยาวจากกิ่งไม้ อาคาร มูลนก และฝุ่น; ทำความสะอาดและตรวจสอบตามกำหนดเวลาที่เอกสารของโมดูลและระบบกำหนด โดยไม่ปีนขึ้นไปหรือสัมผัสชิ้นส่วนที่มีไฟฟ้า; และถือว่าการผลิตที่ผิดปกติหรือความร้อนในท้องถิ่นที่มองเห็นได้ การเปลี่ยนสี หรือความเสียหายของกระจก เป็นกรณีที่ต้องให้ช่างซ่อมบำรุงที่มีคุณวุฒิจัดการ การตรวจสอบด้วยอินฟราเรดช่วยระบุตำแหน่งปัญหา แต่ค่าที่อ่านได้ต้องตีความร่วมกับความเข้มรังสี อุณหภูมิแวดล้อม สถานะโหลด และโครงสร้างของโมดูล

คำถามที่พบบ่อย

การบังแสงทำให้เกิดจุดร้อนเสมอหรือไม่

ไม่ การบังแสงเพียงสร้างเงื่อนไขสำหรับจุดร้อน ว่าเซลล์ที่ถูกบังจะเกิดไบแอสย้อนกลับจริงหรือไม่และร้อนแค่ไหน ขึ้นอยู่กับกระแสของสาขา ลักษณะแรงดันย้อนกลับของเซลล์ และสถานะของไดโอดบายพาส

ไดโอดบายพาสป้องกันจุดร้อนได้อย่างสมบูรณ์หรือไม่

ไม่ ไดโอดเหล่านี้ป้องกันสตริงย่อยมากกว่าเซลล์แต่ละเซลล์ และจะทำงานก็ต่อเมื่อแรงดันของสตริงย่อยถึงเงื่อนไขการนำกระแส ไดโอดลดความรุนแรงและความเสี่ยง แต่ไม่ได้ขจัดความจำเป็นในการควบคุมการบังแสงและข้อบกพร่องของเซลล์

ทำไมการทดสอบจุดร้อนตาม IEC 61215 จึงทำในสภาวะลัดวงจร

เนื่องจากสภาวะลัดวงจรเป็นสภาวะที่ความไม่เข้ากันระหว่างเซลล์ที่ถูกบังกับส่วนที่เหลือของสตริงรุนแรงที่สุด การทดสอบในสภาวะนั้นจึงทดสอบกรณีที่เลวร้ายที่สุดมากกว่าจุดทำงานที่ไม่รุนแรง

โมดูลสามารถทำงานเป็นปีภายใต้การบังแสงโดยไม่เกิดจุดร้อนได้หรือไม่

ได้ การบังแสงที่มีความเข้มรังสีต่ำ กระจาย หรือเป็นช่วงๆ มักไม่ทำให้เกิดความไม่เข้ากันมากพอที่จะสร้างจุดที่สร้างความเสียหาย ความเสี่ยงเพิ่มขึ้นเมื่อมีเงาในท้องถิ่นระยะยาวที่ตกอยู่ภายในสตริงย่อยและคงอยู่ที่นั่น

จุดร้อนมองเห็นเป็นรอยไหม้เสมอหรือไม่

ไม่ใช่ในระยะเริ่มต้น ความแตกต่างของอุณหภูมิสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่มีความเสียหายที่มองเห็นได้ ซึ่งเป็นเหตุผลที่ใช้การตรวจสอบด้วยอินฟราเรดควบคู่กับการตรวจสอบด้วยสายตา และเป็นเหตุผลที่ค่าที่อ่านได้ต้องตีความเทียบกับความเข้มรังสีและสภาวะโหลด

เทคโนโลยีของเซลล์เปลี่ยนความรุนแรงของจุดร้อนหรือไม่

อาจเปลี่ยนได้ พฤติกรรมการพังทลายแบบย้อนกลับของเซลล์เป็นตัวกำหนดว่าแรงดันย้อนกลับถูกจำกัดที่ระดับใด ดังนั้นสถาปัตยกรรมที่มีลักษณะย้อนกลับแบบนุ่มนวลจึงมีแนวโน้มทำงานเย็นกว่าเมื่อถูกบังแสงบางส่วน การเปรียบเทียบต้องทำภายใต้เงื่อนไขการทดสอบเดียวกัน

บทสรุปสุดท้าย

จุดร้อนเป็นเหตุการณ์ทางไฟฟ้าก่อนที่จะเป็นเหตุการณ์ทางความร้อน ซึ่งเป็นเหตุผลที่คำตอบสำหรับ “เงานี้จะทำให้เกิดจุดร้อนหรือไม่” ไม่เคยเป็นได้แค่ใช่หรือไม่ใช่จากเงาเพียงอย่างเดียว แก้ความไม่เข้ากันก่อน: จับคู่เซลล์ กำจัดข้อบกพร่อง ตรวจสอบไดโอด และหลีกเลี่ยงการบังแสงในท้องถิ่นระยะยาวบนอาร์เรย์ เมื่อคุณประเมินโมดูลสำหรับพื้นที่ที่มีการบังแสง ให้ขอข้อมูลลักษณะแรงดันย้อนกลับและผลการทนทานต่อจุดร้อน แทนที่จะเป็นตัวเลขอุณหภูมิทางการตลาด