จุดร้อนของแผงโซลาร์เซลล์: ทำไมอุณหภูมิจึงสำคัญ

คำตอบสั้น: จุดร้อนจะก่อตัวขึ้นเมื่อเซลล์ในโมดูลถูกบังคับให้อยู่ในสภาวะไบแอสย้อนกลับเนื่องจากเงา ความไม่เข้ากัน หรือรอยแตก และระบายพลังงานที่ส่วนที่เหลือของสตริงกำลังผลิตออกมาเป็นความร้อน อุณหภูมิที่มันไปถึงคือสิ่งที่ตัดสินว่ามันเป็นเพียงความไม่สะดวกหรือการเคลมประกัน: ความร้อนที่กระจุกตัวในเซลล์เดียวสามารถไต่ขึ้นไปใกล้ 160 °C ขณะที่โมดูลโดยรอบอยู่ที่ประมาณ 90 °C จากนั้นความร้อนจะโจมตีวัสดุตามลำดับที่แน่นอน — สารห่อหุ้มก่อน จากนั้นแผ่นหลัง แล้วจึงกระจกและจุดเชื่อมต่อระหว่างกัน ไดโอดบายพาสมีอยู่เพื่อจำกัดสิ่งนี้โดยให้เส้นทางความต้านทานต่ำแก่กระแสไฟฟ้าเพื่ออ้อมกลุ่มเซลล์ที่ได้รับผลกระทบ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมไดโอดที่เสียจึงเป็นอันตรายที่แท้จริง: เซลล์ที่ถูกบังเงาสามารถฟื้นฟูได้ แต่โมดูลที่มีไดโอดบายพาสเสียไม่สามารถฟื้นฟูได้ สิ่งที่สำคัญในทางปฏิบัติคือว่าไดโอดนำกระแสก่อนที่อุณหภูมิเซลล์จะถึงขีดจำกัดความเสียหายหรือไม่

การบังแสงบางส่วนเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการติดตั้งจริง สิ่งที่ตัดสินว่ามันจะกลายเป็นข้อเรียกร้องการรับประกันหรือไม่ ไม่ใช่ตัวการบังแสงเอง แต่เป็นอุณหภูมิที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ และระยะเวลาที่วัสดุของโมดูลถูกกำหนดให้ทนต่อมัน

ความน่าเชื่อถือของโมดูล PV · จุดร้อนและความปลอดภัย · โดย Jerry, Ooitech

1. จุดร้อนคืออะไร ในหนึ่งย่อหน้า

เซลล์ในโมดูลเชื่อมต่อกันแบบอนุกรม กระแสเดียวกันจึงต้องไหลผ่านทุกเซลล์ เมื่อเซลล์หนึ่งถูกบังแสง กระแสแสงของมันเองลดลง แต่สตริงยังคงดันกระแสผ่านมัน เซลล์ที่ถูกบังแสงถูกขับเข้าสู่ไบแอสย้อนกลับและหยุดผลิตไฟฟ้า: มันกลายเป็นโหลด กำลังที่มันสลายไปมีค่าประมาณแรงดันย้อนกลับคร่อมมันคูณกับกระแสความไม่สมดุลที่ไหลผ่านมัน

เนื่องจากกำลังนั้นกระจุกตัวอยู่ในเซลล์เดียวแทนที่จะกระจายทั่วโมดูล อุณหภูมิเฉพาะที่จึงสูงขึ้น การเพิ่มขึ้นเฉพาะที่นั้นคือจุดร้อน และมันเป็นปัญหาวัสดุก่อนที่จะเป็นปัญหาไฟฟ้า

รูปที่ 1: กราฟ I-V แบบนอร์มัลไลซ์สำหรับเซลล์ PERC, HJT และ IBC ภายใต้การบังแสงบางส่วน กราฟแยกออกจากกันอย่างรวดเร็วเมื่อเซลล์ที่ถูกบังแสงถูกขับเข้าสู่ไบแอสย้อนกลับ ซึ่งเป็นบริเวณที่กำลังที่สลายไป — และดังนั้นอุณหภูมิจุดร้อน — ถูกกำหนด

2. อุณหภูมิคือส่วนเผื่อการออกแบบ

โมดูลสองตัวอาจสูญเสียกำลังเท่ากันภายใต้เงาเดียวกันแต่มีความเสี่ยงต่างกันมาก เพราะความเสียหายเกิดจากอุณหภูมิไม่ใช่จากวัตต์ เซลล์ที่ถูกบังแสงสลายกำลังความไม่สมดุลที่ 90 °C ถือเป็นสภาวะที่จัดการได้ เซลล์เดียวกันที่ 160 °C กำลังเร่งการเสื่อมของวัสดุทุกอย่างรอบตัวมัน

ตัวเลขเหล่านี้เป็นค่าบ่งชี้ ไม่ใช่การรับประกัน อุณหภูมิจุดร้อนจริงขึ้นอยู่กับพื้นที่ที่ถูกบัง อุณหภูมิแวดล้อม ความเร็วลม การห่อหุ้มโมดูล ขนาดกระจก การออกแบบเซลล์ และวิธีการทดสอบที่ใช้ จุดสำคัญของตารางคือทิศทาง ไม่ใช่ตัวเลขที่แน่นอน: อุณหภูมิต่ำกว่าคือส่วนเผื่อความปลอดภัยที่ใหญ่กว่า และส่วนเผื่อความปลอดภัยที่ใหญ่กว่าคือสิ่งที่แยกความไม่สะดวกออกจากความล้มเหลว

3. ความร้อนทำลายอะไรจริง ๆ

จุดร้อนเป็นเหตุการณ์ความร้อนเฉพาะที่ และวัสดุแต่ละชั้นในสแต็กมีความเปราะบางของตัวเอง

อ่านตารางนี้เป็นรายการความเสี่ยงต่อการรับประกันมากกว่าคำบรรยายฟิสิกส์ การเสื่อมของสารห่อหุ้มและการเสื่อมของแผ่นหลังจะปรากฏเป็นการสูญเสียกำลังในอีกหลายปีต่อมา การแตกของกระจกปรากฏขึ้นทันที ความล้าของรอยเชื่อมบัดกรีปรากฏเป็นความต้านทานอนุกรมที่ค่อย ๆ เพิ่มขึ้น ไม่มีสิ่งใดได้รับการซ่อมแซมโดยการเอาเงาออกในภายหลัง

4. ทำไมสถาปัตยกรรมเซลล์จึงเปลี่ยนอุณหภูมิ

เหตุผลที่เซลล์สองตัวสามารถอยู่ในอุณหภูมิที่ต่างกันมากภายใต้การบังแสงเหมือนกัน ขึ้นอยู่กับว่ากระแสย้อนกลับของมันกระจายอย่างไร

ในเซลล์ทั่วไป การเบรกดาวน์ย้อนกลับมักกระจุกตัวที่จุดอ่อนเฉพาะที่: ตำแหน่งข้อบกพร่อง ขอบเซลล์ ความไม่สม่ำเสมอของเมทัลไลเซชัน ไมโครแครก พื้นที่ปนเปื้อน หรือบริเวณที่มีพาสซีเวชันอ่อนกว่า การกระจุกกำลังเดียวกันไว้ในพื้นที่เล็ก ๆ สร้างความหนาแน่นกำลังเฉพาะที่สูง และอุณหภูมิจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว การเปรียบเทียบคือการให้ความร้อนกับแผ่นโลหะเทียบกับปลายเข็มด้วยพลังงานเท่ากัน: ปลายเข็มจะร้อนกว่า

รูปที่ 2: ภาพตัดขวางเซลล์แบบสัมผัสด้านหลัง โดยมีช่องว่างระหว่างบริเวณขั้วตรงข้ามถูกทำเครื่องหมายไว้ ช่องว่างนั้น และความหนาแน่นของบริเวณ p และ n ที่สลับกันทั่วด้านหลัง กำหนดว่ากระแสย้อนกลับสามารถกระจายได้สม่ำเสมอเพียงใด และดังนั้นอุณหภูมิเฉพาะที่จะคงต่ำเพียงใด

เซลล์แบบ back-contact กลับให้ผลตรงกันข้าม ด้านหลังของเซลล์มีบริเวณ p และ n สลับกันเป็นจำนวนมาก ซึ่งเมื่อมองในมุมของวงจรจะทำงานไม่เหมือนไดโอดขนาดใหญ่ตัวเดียว แต่เหมือนไดโอดขนาดเล็กจำนวนมากต่อขนานกัน เมื่อเซลล์ถูกไบแอสย้อนกลับ กระแสไฟฟ้าสามารถกระจายไปทั่วรอยต่อที่กระจายอยู่เหล่านั้น แทนที่จะกระจุกตัวที่จุดอ่อนจุดเดียว ความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าเฉพาะที่จึงลดลง อุณหภูมิก็ลดลงด้วย

ปัจจัยที่สองคือแรงดันเบรกดาวน์ย้อนกลับเอง เนื่องจากกำลังไฟฟ้าที่สูญเสียไปแปรผันตามแรงดันย้อนกลับ โครงสร้างที่จำกัดแรงดันย้อนกลับให้อยู่ในระดับต่ำกว่าจึงสูญเสียพลังงานน้อยกว่า นี่เป็นเรื่องผิดปกติในแง่ที่ว่าแรงดันเบรกดาวน์ต่ำ ซึ่งปกติถือเป็นจุดอ่อน กลับกลายเป็นกลไกป้องกันภายใต้การบังแสง เหตุผลทางไฟฟ้าฉบับเต็ม รวมถึงกระแสความไม่เข้ากันและเงื่อนไขการทำงานของไดโอดบายพาส มีระบุไว้ใน ทำไมเซลล์สุริยะ BC จึงรับมือการบังแสงได้ดีกว่า.

มีข้อชี้แจงหนึ่งที่สำคัญตรงนี้ เพราะเป็นเรื่องที่เข้าใจผิดกันอย่างกว้างขวาง: พฤติกรรมฮอตสปอตที่ดีขึ้นไม่เหมือนกับการมีภูมิคุ้มกันต่อการบังแสง. ทุกเซลล์สูญเสียกำลังผลิตเมื่อถูกบังแสง หากพื้นที่ที่ถูกบังในสตริงย่อยมีขนาดใหญ่พอ หรือมีหลายเซลล์ถูกบังแสงเต็มที่ ไดโอดบายพาสภายนอกจะทำงานและบายพาสสตริงย่อยทั้งหมด — รวมถึงเซลล์ที่ไม่ถูกบังแสงในสตริงนั้นด้วย ภายใต้การบังแสงหนัก ข้อได้เปรียบนี้แทบจะหายไปหมด สิ่งที่สถาปัตยกรรม BC ให้คือพฤติกรรมที่ดีขึ้นภายใต้การบังแสงบางส่วนและเฉพาะจุด ซึ่งเป็นสิ่งที่หลังคาจริงเผชิญอยู่จริง

รูปที่ 3: กล่องรวมสายที่เปิดฝาเพื่อแสดงไดโอดบายพาส อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์พาสซีฟ: จะนำไฟฟ้าก็ต่อเมื่อแรงดันของสตริงย่อยที่ตกคร่อมกลายเป็นลบมากพอเท่านั้น อุปกรณ์เหล่านี้เป็นแนวป้องกันสุดท้าย และจะทำงานก็ต่อเมื่อพฤติกรรมระดับเซลล์ล้มเหลวในการกดแรงดันให้ต่ำลงแล้วเท่านั้น

5. จุดที่ความเสี่ยงฮอตสปอตสูงที่สุด

ฮอตสปอตเป็นผลจาการบังแสง และการบังแสงเป็นผลจากการติดตั้ง การติดตั้งบางรูปแบบก่อให้เกิดการบังแสงบางส่วนเป็นสภาวะปกติ ไม่ใช่เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเป็นครั้งคราว

นี่คือเหตุผลที่ประสิทธิภาพด้านฮอตสปอตมีความสำคัญในระบบผลิตไฟฟ้าแบบกระจายมากกว่าที่ตัวเลขประสิทธิภาพโดยรวมบ่งชี้ โมดูลที่อยู่ในทุ่งโล่งใช้ชีวิตส่วนใหญ่อยู่ภายใต้ความเข้มแสงสม่ำเสมอ ส่วนโมดูลบนหลังคาบ้านอาจถูกบังแสงบางส่วนทุกบ่ายเป็นเวลาหลายปี

6. การลดความเสี่ยงในทางปฏิบัติ

มาตรการห้าข้อ เรียงตามลำดับการควบคุมได้มากน้อยเป็นหลัก

• เลือกสถาปัตยกรรมเซลล์ให้เหมาะกับการใช้งาน ไม่ใช่แค่เพื่อประสิทธิภาพ ในกรณีที่การบังแสงบางส่วนเป็นเงื่อนไขการออกแบบมากกว่าข้อยกเว้น ความสามารถในการรักษาอุณหภูมิฮอตสปอตให้ต่ำลงถือเป็นข้อกำหนดในตัวเอง
• ตรวจสอบการกำหนดค่าไดโอดบายพาส สตริงย่อยที่มากขึ้นหมายถึงส่วนที่ถูกบายพาสมีขนาดเล็กลงเมื่อไดโอดทำงาน แต่ก็หมายถึงไดโอดมากขึ้นและการเชื่อมต่อมากขึ้นด้วย การจัดวางกล่องรวมสายของโมดูลเป็นส่วนหนึ่งของพฤติกรรมฮอตสปอต ดังที่อธิบายไว้ในหน้า หน้าเว็บกล่องรวมสายโซลาร์.
• ของเรา ออกแบบผังโดยคำนึงถึงเงาที่ตายตัว
• ปล่องไฟ เสา กำแพงกั้น และอุปกรณ์ HVAC ทอดเงาที่คาดเดาได้ การจัดตำแหน่งสตริงเพื่อลดจำนวนสตริงย่อยที่ได้รับผลกระทบถูกกว่าการอัปเกรดโมดูลแบบใด ๆ รักษาอาร์เรย์ให้สะอาด
• มูลนก ใบไม้ กองหิมะ และแถบสิ่งสกปรก เป็นเหตุการณ์บังแสงที่กินพื้นที่เล็กแต่ผลกระทบสูง มูลนกเพียงหนึ่งจุดบนเซลล์เดียวคือสภาวะที่ก่อให้เกิดอุณหภูมิเฉพาะที่สูงที่สุดพอดี ตรวจสอบด้วยความร้อน ฮอตสปอตมองเห็นได้ด้วยอินฟราเรดนานก่อนที่จะมองเห็นด้วยตาเปล่า วิธีการนี้กล่าวถึงใน.

คำถามที่พบบ่อย

การถ่ายภาพความร้อนสำหรับแผงโซลาร์

ฮอตสปอตบนแผงโซลาร์คืออะไร?

คือบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงเฉพาะจุดในเซลล์ ซึ่งเกิดจากการบังแสงบางส่วน เซลล์ที่ถูกบังแสงถูกบังคับให้อยู่ในสภาวะไบแอสย้อนกลับโดยเซลล์อื่นที่เหลือในสตริงอนุกรม หยุดผลิตไฟฟ้าและหันมาสูญเสียพลังงานแทน ซึ่งทำให้อุณหภูมิสูงกว่าเซลล์รอบข้าง

ฮอตสปอตบนแผงโซลาร์ร้อนได้แค่ไหน?

แตกต่างกันมากตามพื้นที่ที่ถูกบัง อุณหภูมิแวดล้อม ความเร็วลม การห่อหุ้ม และการออกแบบเซลล์ ตัวเลขที่รายงานอยู่ในช่วงประมาณ 90 °C สำหรับสถาปัตยกรรมที่มีการนำไฟฟ้าย้อนกลับกระจายตัวดี ไปจนถึง 160 °C และสูงกว่าสำหรับเซลล์ที่การเบรกดาวน์ย้อนกลับกระจุกตัวที่จุดอ่อนเฉพาะที่ ทิศทางสำคัญกว่าตัวเลขใด ๆ เพียงตัวเดียว

ฮอตสปอตทำให้โมดูลเสียหายถาวรหรือไม่?

อาจทำให้เสียหายได้ อุณหภูมิที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่องเร่งการเสื่อมสภาพของสารห่อหุ้มและการย่อยสลายของแผ่นหลัง ทำให้รอยเชื่อมประสานล้า สร้างความเค้นให้กระจก และอาจทำให้รอยต่อของเซลล์ที่ได้รับผลกระทบเสียหายถาวร เนื่องจากความเสียหายสะสม เหตุการณ์บังแสงที่เกิดซ้ำจึงมีผลกระทบมากกว่าเหตุการณ์ครั้งเดียว

โมดูล BC มีภูมิคุ้มกันต่อการบังแสงหรือไม่?

ไม่มี ทุกเซลล์สูญเสียกำลังผลิตเมื่อถูกบังแสง และภายใต้การบังแสงหนัก ไดโอดบายพาสภายนอกจะทำงานและบายพาสสตริงย่อยทั้งหมดโดยไม่คำนึงถึงสถาปัตยกรรมเซลล์ สิ่งที่สถาปัตยกรรม BC ปรับปรุงคือพฤติกรรมภายใต้การบังแสงบางส่วนและเฉพาะจุด: แรงดันย้อนกลับต่ำลง กระแสย้อนกลับกระจายสม่ำเสมอมากขึ้น และด้วยเหตุนี้จึงมีอุณหภูมิฮอตสปอตต่ำลง

ไดโอดบายพาสจะเข้าทำงานเมื่อใด?

เมื่อแรงดันย้อนกลับรวมที่ตกคร่อมเซลล์ที่ถูกบังแสงในสตริงย่อยเกินผลรวมของแรงดันไปข้างหน้าของเซลล์ที่ไม่ถูกบังแสงที่เหลือ บวกกับแรงดันตกไปข้างหน้าของไดโอดเอง จนถึงจุดนั้นโมดูลจะพึ่งพาพฤติกรรมย้อนกลับของเซลล์เอง เมื่อไดโอดนำไฟฟ้า สตริงย่อยทั้งหมด — ทั้งเซลล์ที่ถูกบังและไม่ถูกบังแสง — จะถูกบายพาสและหยุดจ่ายกระแส

การตรวจสอบด้วยอินฟราเรดเป็นวิธีที่ใช้ได้จริง จุดร้อนจะปรากฏเป็นบริเวณที่อุ่นชัดเจนตัดกับเซลล์โดยรอบนานก่อนที่จะเกิดความเสียหายที่มองเห็นได้ การสำรวจความร้อนเป็นระยะภายใต้โหลด ร่วมกับการดูเส้นโค้ง I-V เพื่อหาการเพิ่มขึ้นของความต้านทานอนุกรมที่ไม่คาดคิด จะจับปัญหาที่กำลังพัฒนาส่วนใหญ่ได้

สิ่งใดสำคัญกว่ากัน ระหว่างอุณหภูมิจุดร้อนกับประสิทธิภาพของโมดูล

ทั้งสองไม่ใช่ทางเลือกแทนกัน และคำตอบที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับการติดตั้ง ในพื้นที่เปิดโล่งที่มีความเข้มแสงสม่ำเสมอ ประสิทธิภาพมีบทบาทหลัก บนหลังคาบ้านที่มีเงาบังหรือชุดแผงบนระเบียงที่มีพื้นที่จำกัด โมดูลที่รักษาอุณหภูมิจุดร้อนให้ต่ำกว่ามักจะมีผลลัพธ์ด้านอายุการใช้งานที่ดีกว่าและความเสี่ยงด้านการรับประกันที่ต่ำกว่า เมื่อเทียบกับโมดูลที่มีเพียงพิกัดสูงสุดที่สูงกว่า

บทสรุปสุดท้าย

การบังเงาไม่สามารถออกแบบให้หมดไปได้ในการติดตั้งแบบกระจายส่วนใหญ่ ดังนั้นคำถามในทางปฏิบัติจึงไม่ใช่เรื่องที่ว่าโมดูลจะประสบกับภาวะบังเงาบางส่วนหรือไม่ แต่เป็นเรื่องที่ว่าโมดูลจะทำงานอย่างไรเมื่อเกิดภาวะนั้น อุณหภูมิจุดร้อนคือตัวแปรที่กำหนดว่าประสบการณ์นั้นจะทำให้คุณสูญเสียการผลิตไฟฟ้าไปบ้างหรือทำให้คุณสูญเสียโมดูลไปเลย เพราะอุณหภูมิคือสิ่งที่ทำให้สารห่อหุ้มเสื่อมสภาพ แผ่นหลังเสื่อมสภาพ กระจกเกิดความเค้น และจุดเชื่อมต่อเกิดความล้า เมื่อคุณกำหนดสเปกโมดูลสำหรับหลังคาที่มีสิ่งกีดขวางถาวร ให้ถือว่าพฤติกรรมจุดร้อนเป็นข้อกำหนดด้านสมรรถนะและความปลอดภัย ไม่ใช่แค่หมายเหตุท้ายตารางข้อมูลจำเพาะ หากคุณกำลังวางแผนสายการผลิตสำหรับโมดูลที่มุ่งสู่การใช้งานแบบกระจายที่มีเงาบัง โปรดบอกเราถึงตลาดเป้าหมายและรูปแบบโมดูล แล้วเราจะช่วยพิจารณาว่าข้อกำหนดของเซลล์และกล่องรวมสายควรครอบคลุมอะไรบ้าง