1.引言

　　隨著電池、組件效率持續(xù)突破，大尺寸、高電壓的高功率組件遍地開(kāi)花，電氣安全已然成為光伏電站的重大挑戰(zhàn)。光伏組件的串并聯(lián)特性決定了其發(fā)電能力和運(yùn)行安全直接受局部受光不均引發(fā)的高溫?zé)岚哂绊憽?/p>

　　愛(ài)旭ABC太陽(yáng)電池由于自身獨(dú)特優(yōu)異的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相較常規(guī)組件可以在電池層面引入“類旁路二極管”，使其具備更靈敏的熱斑感知能力與更穩(wěn)健出眾的抗熱斑屬性。ABC組件抗熱斑能力的巧妙設(shè)計(jì)與常規(guī)組件抗熱斑機(jī)制不同，本文將從防熱斑背景、機(jī)制和抗遮擋實(shí)證案例等多角度來(lái)展示ABC組件的防熱斑性能。

　　2.光伏組件熱斑成因及為何要防熱斑

　　當(dāng)光伏組件中的某個(gè)電池被陰影（如樹(shù)葉、灰塵、積雪等）部分遮擋，或電池本身出現(xiàn)破損、老化時(shí)，該電池的發(fā)電能力會(huì)顯著下降。在組件的串聯(lián)電路中，所有電池的電流必須一致。若某個(gè)受遮擋/受損電池?zé)o法產(chǎn)生與其他電池相同的電流，它會(huì)被迫處于反向偏置狀態(tài)（相當(dāng)于被施加反向電壓），從發(fā)電單元變?yōu)樨?fù)載單元。該串聯(lián)回路的電流流經(jīng)反向偏置的電池時(shí)，電能會(huì)以熱量的形式大量耗散，導(dǎo)致該區(qū)域溫度急劇升高（超過(guò)100℃），形成熱斑。

　　光伏組件產(chǎn)生熱斑將會(huì)引入以下后果：

　　a)組件損壞：熱斑效應(yīng)嚴(yán)重的地方局部溫度非常高，甚至超過(guò)硅基材料pn 結(jié)結(jié)溫150℃,導(dǎo)致組件局部區(qū)域燒毀或形成暗斑、焊點(diǎn)融化、封裝材料老化、玻璃自爆、焊帶腐蝕等永久性不可逆破壞，熱斑引起的二極管頻繁啟動(dòng)也加速接線盒老化，這些不但增加了系統(tǒng)運(yùn)維成本也給組件的安全使用和25年長(zhǎng)期可靠性造成極大隱患。

　　b)功率損失：?jiǎn)螇K電池的失效可能迫使整個(gè)組串（多個(gè)組件串聯(lián)）的電流受限，顯著降低系統(tǒng)發(fā)電量。

　　c)安全隱患：極端情況下，局部高溫增加火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，尤其在屋頂光伏系統(tǒng)中，散熱條件較差，風(fēng)險(xiǎn)更高。

　　因此在光伏組件中加入旁路二極管，通過(guò)為異常電池/電池串提供電流旁路路徑，有效抑制熱斑效應(yīng)，延長(zhǎng)組件壽命并保障系統(tǒng)安全，是光伏設(shè)計(jì)中不可或缺的組成部分。

　　3.傳統(tǒng)組件與ABC組件防熱斑機(jī)制的差異

　　·熱斑的產(chǎn)生機(jī)理及影響因素

　　在陰影遮擋實(shí)驗(yàn)中，電池承受反向偏壓（U），電池上局域存在漏電流（I）形成發(fā)熱，導(dǎo)致漏電區(qū)域溫度上升，散熱功率與發(fā)熱功率等同時(shí)，溫度上升停止，形成恒定的熱斑溫度。可以看到熱斑溫度的關(guān)鍵是：漏電區(qū)域局域的發(fā)熱功率P (P=U×I)及散熱功率，其中當(dāng)組件安裝條件、物料搭配相對(duì)固定時(shí)，其關(guān)鍵因素為降低發(fā)熱功率P，也即降低陰影遮擋時(shí)漏電點(diǎn)的承載電壓U或者漏電點(diǎn)的電流大小I。

　　下面是漏電點(diǎn)間隔距離較遠(yuǎn)（黑色）/集中（藍(lán)色）情況下，熱斑溫度與單點(diǎn)發(fā)熱功率的關(guān)系，其中160℃是關(guān)鍵控制點(diǎn)，超過(guò)這個(gè)溫度組件內(nèi)焊點(diǎn)、膠膜、背板具有高風(fēng)險(xiǎn)失效：

　　可以看到隨著單點(diǎn)發(fā)熱功率提升，熱斑溫度提升，當(dāng)發(fā)熱功率達(dá)到8.85 W的時(shí)候，熱斑溫度將達(dá)到160℃，如果有多點(diǎn)發(fā)熱且距離較近時(shí)，此時(shí)相同熱斑溫度對(duì)應(yīng)的發(fā)熱功率門檻下降至6.23 W。

　　?傳統(tǒng)組件的技術(shù)方案

　　控制熱斑需要外部集成旁路二極管+降低反向漏電流，控制方向是要讓電池不能出現(xiàn)任何漏電缺陷。

　　例如主流的72版型組件（單片電池開(kāi)路電壓約0.73 V），集成了3個(gè)旁路二極管，每個(gè)二極管對(duì)應(yīng)保護(hù)24片電池，將單片電池會(huì)承受的最高電壓從系統(tǒng)電壓（主流為1000 V/1500 V，假設(shè)單片遮擋情況-整個(gè)光伏系統(tǒng)對(duì)做該單片電池做功）降低至0.73×（24-1）+1=17.79 V（0.73為電池開(kāi)路電壓，24-1代表單片遮擋下其余23片電池對(duì)其做功，1 V代表旁路二極管的啟動(dòng)電壓），即將漏電點(diǎn)承載電壓U限制在17.79 V。

　　由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中漏電點(diǎn)無(wú)法做到精確控制，且無(wú)法識(shí)別是單點(diǎn)漏電還是多點(diǎn)漏電，或者是面漏電，所以需要在最高可承受的反向偏壓下，卡控電池的漏電流小于一特定值進(jìn)而使單點(diǎn)發(fā)熱功率小于8.85 W。

　　可以通過(guò)簡(jiǎn)單的功率公式根據(jù)不同類型的電池技術(shù)的開(kāi)路電壓進(jìn)行計(jì)算，得到各種光伏組件技術(shù)方案在8.85 W發(fā)熱功率限制下漏電質(zhì)量卡控要求：

　　可以清楚地看到：

　　對(duì)于54版型組件，需要在12.8-13.8 V的反向偏壓下，卡控漏電流<0.64-0.69 A；

　　對(duì)于72版型組件，需要在17-18.3 V的反向偏壓下，卡控漏電流<0.48-0.52 A。

　　目前行業(yè)針對(duì)不同組件版型所使用的電池，普遍的卡控要求為:在-12 V反向偏壓下，漏電流<0.5 -1 A,這個(gè)針對(duì)54小版型的組件熱斑風(fēng)險(xiǎn)卡控也有點(diǎn)勉強(qiáng)，對(duì)于66、72、78版型則明顯風(fēng)險(xiǎn)增加，因?yàn)殡S著反向偏壓上升，漏電流是指數(shù)式的急劇上升。

　　-12V反向偏壓下的質(zhì)量卡控遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了大版型組件的熱斑風(fēng)險(xiǎn)控制要求，但電池工廠也難以主動(dòng)將卡控標(biāo)準(zhǔn)下的反向偏壓提升至>-17V,因?yàn)檫@樣帶來(lái)的后果是良率的大幅下降，傳統(tǒng)組件廠家無(wú)法接受，也即意味著低標(biāo)準(zhǔn)低要求的卡控實(shí)際上將熱斑風(fēng)險(xiǎn)直接轉(zhuǎn)移給了客戶。這個(gè)是傳統(tǒng)技術(shù)方案的局限性，其限定了產(chǎn)品更適合做小版型，或者不適合做單玻組件，因?yàn)閱尾＝M件的老化對(duì)熱斑更為敏感。

　　?ABC組件采用的技術(shù)方案

　　核心思想是通過(guò)單片電池集成類旁路二極管，降低電池會(huì)面臨的最高反向偏壓U，通過(guò)分散類旁路二極管的設(shè)計(jì)，使單點(diǎn)的局域漏電流I分?jǐn)偨档停云鸬铰╇姳Ｗo(hù)作用，解決熱斑風(fēng)險(xiǎn)。做個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算：假設(shè)ABC電池（M10）會(huì)面臨的最高反方向偏壓U=-5 V，我們分散設(shè)置了50個(gè)防熱斑二極管，那么單個(gè)發(fā)熱功率就為U×Impp(≈Isc)/50=5 V×14.8 A/50=1.48 W，這將使得熱斑溫度控制在100℃。

　　為什么ABC組件具有抗陰影遮擋功能？這一獨(dú)特能力得益于ABC電池的巧妙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從而使單片電池內(nèi)部集成類旁路二極管。其在電池正常工作條件下基本絕緣，并不影響并聯(lián)電阻（ABC電池的并聯(lián)電阻在1000 Ω以上）及低輻照性能，但在電池受到較大面積陰影遮擋時(shí)啟動(dòng)，作為傳輸通道傳輸電池串的光生電流。

　　傳統(tǒng)組件內(nèi)部通常集成了3個(gè)二極管，其作用就是在組件發(fā)生熱斑效應(yīng)的時(shí)候?qū)⒈徽趽醪糠謱?duì)應(yīng)的電池串從電路中短路出去，從而減輕熱斑效應(yīng)帶來(lái)的危害。但這種技術(shù)方案同時(shí)也帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題：每當(dāng)有二極管啟動(dòng)，組件的功率損失是以電池串為單位的。也就意味著只要有一片電池被遮擋（遮擋達(dá)到二極管啟動(dòng)的情況），就會(huì)有一串電池?zé)o法進(jìn)入組件的工作電路。解決這個(gè)問(wèn)題，可以增加二極管的數(shù)量，最理想化的就是每一片電池都并聯(lián)一個(gè)二極管。這樣的話不論是哪一片電池被遮擋，二極管都只會(huì)旁路被遮擋電池，從而最大限度降低因熱斑而帶來(lái)的功率損失。這種方法當(dāng)然是不現(xiàn)實(shí)的，不可能為一個(gè)有概率發(fā)生的熱斑現(xiàn)象而如此不顧成本地為組件裝上幾十上百個(gè)二極管。所以在傳統(tǒng)組件中，裝在接線盒里的3個(gè)二極管就成了守護(hù)光伏組件熱斑安全的底線。

　　這一窘迫的情境在愛(ài)旭2023年底發(fā)布的二代ABC產(chǎn)品后迎刃而解。愛(ài)旭二代以后的ABC組件全系均標(biāo)配“陰影發(fā)電優(yōu)化功能”，從字面上來(lái)看這個(gè)功能就是為了解決組件因陰影遮擋而造成的大量功率損失的問(wèn)題。同樣的測(cè)試條件和遮擋條件下，TOPCon組件因?yàn)槎O管的啟動(dòng)導(dǎo)致了對(duì)應(yīng)整串電池的旁路，從而使功率衰減了約1/3。而ABC組件只是旁路了被遮擋的那一片電池，電池串上的其他電池仍能夠正常在電路中工作進(jìn)行發(fā)電，所以單片的電池遮擋對(duì)ABC組件的功率輸出影響極小。

　　本文分原始場(chǎng)景和四個(gè)特征場(chǎng)景來(lái)舉例（以集成3個(gè)二極管的單塊72版型組件為例進(jìn)行分析，其中假設(shè)傳統(tǒng)組件和ABC組件的電池參數(shù)一致：Voc~0.74 V, Vmpp~0.68 V, Isc~7 A, Impp~6.5 A）。

　　（1）原始場(chǎng)景：組件無(wú)遮擋

　　此時(shí)：

　　V2-V1=V3-V2=V4-V3=0.68 V×24=16.3 V

　　V6-V5=0.68 V

　　I1=I2=I3=I4=I5=I6=6.5 A

　　I7=I8=I9=0 A，

　　組件電壓：

　　16.3 V×3=48.9 V

　　電流：

　　2×6.5 A=13 A

　　組件功率：

　　48.9×13=635.7 W

　　（2）場(chǎng)景1：?jiǎn)纹姵卣趽?/strong>

　　傳統(tǒng)組件技術(shù)中電池采用低反向漏電卡控方案，該方案接近漏電通道斷路效果。因電池均為低漏電方案，所以其通過(guò)的電流最高可上升到Isc值：

　　I1=Isc=7 A

　　當(dāng)p/n結(jié)直接存在缺陷引入點(diǎn)漏電時(shí)，-18 V時(shí)該漏電點(diǎn)漏電流~3A（I2=3A），此時(shí)：

　　I3=I4=I5=I6=6.5 A

　　I7=Isc=6.5 A×2-7 A-3 A=3 A

　　I8=I9=0 A

　　V4-V3≈-1 V

　　V6-V5=-1 V-（0.74V×（24-1））=-18.02 V

　　V3-V2=V2-V1=16.3 V

　　缺陷引入點(diǎn)漏電時(shí)，其發(fā)熱功率P=18×3=54 W

　　組件功率：

　　（V4-V1）×13 A=（-1 V+16.3 V+16.3 V）×13 A=410.8 W

　　功率損失：

　　1-（410.8/635.7）=35.37%

　　對(duì)于ABC組件技術(shù)，電池為高反向漏電方案，即采用有一定壓降的旁路二極管。

　　I1=I2=I3=I4=I5=I6=6.5 A（此時(shí)V6-V5=-4.4V）

　　當(dāng)p/n結(jié)直接存在缺陷引入點(diǎn)漏電時(shí)，-4.4 V時(shí)該漏電點(diǎn)漏電流<0.1 A，此時(shí)：

　　I7= I8=I9=0 A

　　V4-V3=16.3 V-4.4 V=11.9 V

　　V3-V2=V4-V3=16.3 V

　　缺陷引入點(diǎn)漏電時(shí)，其發(fā)熱功率P<4.4×0.1=0.44 W

　　組件功率：

　　（V4-V1）×13 A=（11.9 V+16.3 V+16.3 V）×13 A=578.5 W

　　功率損失：

　　1-（578.5/635.7）=9.4%（抗陰影遮擋機(jī)理）

　　（1-9.4%）/（1-35.37%）-1=40.2%

　　也即單片遮擋下ABC較TOPCon單瓦發(fā)電量高40.2%。

　　（3）場(chǎng)景2：組件短邊單側(cè)發(fā)生遮擋

　　傳統(tǒng)組件技術(shù)中電池采用低反向漏電卡控方案，該方案接近漏電通道斷路效果。

　　I1=I3=I5=IMPP=6.5 A

　　I7= I8=I9=0 A

　　V4-V3=V3-V2=V2-V1=16.3 V

　　組件功率：

　　(V4-V1) × 6.5 A=(16.3 V+16.3 V+16.3 V) × 6.5A=317.85 W

　　功率損失：

　　1- (317.85/635.7) = 50%

　　簡(jiǎn)單結(jié)論：僅為單側(cè)遮擋時(shí)，傳統(tǒng)組件最大功率損失為50%。

　　此時(shí)，ABC技術(shù)電池等同于三倍場(chǎng)景1，即功率損失為28.2%。

　　（1-28.2%）/（1-50%）-1=43.8%

　　也即ABC較TOPCon單瓦發(fā)電量高43.8%。

　　（4）場(chǎng)景3：組件僅一串電池串未發(fā)生遮擋

　　傳統(tǒng)組件技術(shù)中電池采用低反向漏電卡控方案，該方案接近漏電通道斷路效果。

　　I5=IMPP=6.5 A

　　V4-V2≈-2 V

　　V2-V1=16.3 V

　　組件功率：

　　（V4-V1）×6.5 A=（-2V+16.3V）×6.5 A=92.95 W，

　　功率損失：

　　1-（92.95/635.7）=85.4%

　　ABC電池等同于場(chǎng)景2，即功率損失為28.2%

　　（1-28.2%）/（1-85.4%）-1=392%

　　即ABC較TOPCon單瓦發(fā)電量高392%。

　　（5）場(chǎng)景4：組件三個(gè)串聯(lián)回路均發(fā)生遮擋

　　此時(shí)，傳統(tǒng)技術(shù)下組件不發(fā)電。而ABC電池等同于場(chǎng)景2，即功率損失為28.2%，電池按照無(wú)遮擋情況下71.8%功率發(fā)電。

　　當(dāng)然如果單串遮擋的電池?cái)?shù)目大于4片時(shí)，ABC技術(shù)單純靠電池內(nèi)部集成二極管的抗陰影發(fā)電效果就不如接線盒集成的二極管了，因此ABC組件的抗陰影邏輯是：小陰影遮擋及部分類型中等面積遮擋通過(guò)電池集成的二極管抵抗，這個(gè)對(duì)于離線應(yīng)用、分布式光伏或鳥糞較多的場(chǎng)景尤為重要，因?yàn)槠湔趽醯男问骄哂卸鄻有裕行源竺娣e陰影遮擋能通過(guò)接線盒的二極管抵抗實(shí)現(xiàn)最佳的用戶價(jià)值。電池集成的類旁路二極管也是一個(gè)雙重保障，在外部二極管失效的情況下，組件依然保持優(yōu)秀的抗熱斑效果，避免因任何一個(gè)二極管失效引起的系統(tǒng)大面積失效。

　　抗陰影抗熱斑的功能根源是在電池內(nèi)部集成了工作時(shí)絕緣、一定反向偏壓下啟動(dòng)的二極管，這個(gè)對(duì)電池體內(nèi)傳輸、擴(kuò)散層橫向傳輸、電極橫向傳輸、金屬/半導(dǎo)體接觸電阻均無(wú)影響，不存在對(duì)串聯(lián)電阻相關(guān)的影響。

　　ABC防熱斑方案采取的漏電流適當(dāng)增大和并聯(lián)電阻適當(dāng)降低會(huì)影響ABC組件低輻照性能么？結(jié)論是不會(huì)。這一技術(shù)爭(zhēng)辯無(wú)論是理論角度的計(jì)算模擬[1]以及實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證[2]均證實(shí)了ABC組件并聯(lián)電阻在1000 Ω之上，不存在低輻照度下性能降低的問(wèn)題。詳情可參考上述兩篇文章報(bào)道。

　　4. ABC組件抗遮擋實(shí)證案例分析

　　通過(guò)前面詳細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)年U述，ABC組件的抗遮擋屬性在理論層面和實(shí)驗(yàn)演示層面得到了充分的驗(yàn)證。為進(jìn)一步證實(shí)ABC組件抗遮擋功能在高溫抑制防熱斑和功率提升方面的獨(dú)特能力，這里展示幾個(gè)實(shí)證案例。

　　? 高溫抑制防熱斑

　　根據(jù)TüV北德測(cè)試，愛(ài)旭ABC組件在單片最壞遮擋1h熱斑測(cè)試后的ABC組件最高溫度不超過(guò)100℃，比TOPCon組件低約近30℃。這就使得ABC組件在戶外陰影遮擋發(fā)生的情況下，不僅具備更高的發(fā)電能力，同時(shí)具備更優(yōu)的溫度抑制功能，避免發(fā)生組件因持續(xù)高溫而造成的嚴(yán)重事故。愛(ài)旭ABC組件的抗遮擋陰影發(fā)電優(yōu)化功能也獲得了權(quán)威第三方機(jī)構(gòu)TüV 萊茵的認(rèn)可，并受取了TüV萊茵頒發(fā)的全球第一張抗陰影遮擋A級(jí)證書。

　　第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的BC光伏組件熱斑測(cè)試結(jié)果也同樣顯示了BC組件卓越的抗熱斑性能[3]。

　　? 功率提升

　　· 寧夏銀川（東經(jīng)106°16′，北緯38°27′）

　　12塊標(biāo)稱功率630 W的愛(ài)旭ABC雙面雙玻組件和14塊標(biāo)稱功率590 W的TOPCon組件被設(shè)計(jì)安裝在了寧夏電力設(shè)計(jì)院的樓頂。兩種組件均以固定支架安裝，且在一天的部分時(shí)間內(nèi)均存在底部陰影遮擋的情況。在統(tǒng)計(jì)的180天有效數(shù)據(jù)期中，愛(ài)旭ABC組件穩(wěn)定保持了高發(fā)電性能，單千瓦發(fā)電量較TOPCon組件高7.88%。

　　· 廣東湛江（東經(jīng)109°40′，北緯21°14′）

　　在熱帶季風(fēng)氣候特征鮮明的湛江，ABC雙玻635 W組件對(duì)比TOPCon雙玻570 W組件的實(shí)證試驗(yàn)正在進(jìn)行中。試驗(yàn)分為無(wú)遮擋全光照和樹(shù)蔭遮擋兩種場(chǎng)景，以對(duì)比組件在不同戶外環(huán)境下的實(shí)際發(fā)電能力。對(duì)比結(jié)果顯示，在存在樹(shù)蔭遮擋的實(shí)證試驗(yàn)中，ABC組件較TOPCon組件單千瓦發(fā)電量增益更是高達(dá)12.04%。

　　· 廣東珠海（東經(jīng)113°34′，北緯22°16′）

　　同在南國(guó)，終年氣溫較高，屬于熱帶海洋性季風(fēng)氣候的廣東珠海，試驗(yàn)人員們同樣設(shè)計(jì)了2組ABC和TOPCon組件的發(fā)電量對(duì)比實(shí)證試驗(yàn)。

　　第1組是在安裝傾角為3°，組件短邊積灰的情況下，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)收集對(duì)比，ABC單玻600 W組件較TOPCon單玻580 W組件在測(cè)試周期內(nèi)的單千瓦發(fā)電量增益為4.94%。

　　第2組是動(dòng)態(tài)陰影遮擋后的實(shí)際發(fā)電量對(duì)比，展現(xiàn)ABC組件和TOPCon組件在模擬煙囪動(dòng)態(tài)陰影遮擋下的發(fā)電量差異。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，ABC單玻組件較TOPCon單玻組件在測(cè)試周期內(nèi)的單千瓦發(fā)電量增益更是達(dá)到了50.72%！

　　5.結(jié)語(yǔ)

　　光伏組件起火事故多集中于工商業(yè)屋頂、高架等場(chǎng)景，高溫暴曬下的設(shè)備老化、線路故障及安裝缺陷成為主要誘因。盡管這些事故未造成人員傷亡，但迅速引發(fā)了公眾的廣泛關(guān)注。頻頻發(fā)生的火災(zāi)事件不僅暴露了光伏組件應(yīng)用的復(fù)雜性，為行業(yè)敲響警鐘，同時(shí)也提醒廣大光伏電站的投資者，在投資建設(shè)光伏電站時(shí)，不能僅僅看價(jià)格和電費(fèi)，更需要重視光伏系統(tǒng)的安全性和電站防火性。

　　隨著光伏在城市和工商業(yè)領(lǐng)域日益普及，行業(yè)需要加速通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)范化管理來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，將安全置于首位。作為光伏企業(yè)，增強(qiáng)公眾、業(yè)主對(duì)光伏組件起火、防火的正確認(rèn)知和對(duì)光伏應(yīng)用的信心，并正確宣傳自身光伏產(chǎn)品的防火能力，既是光伏企業(yè)敬畏科學(xué)、技術(shù)良知的體現(xiàn)，也是企業(yè)踐行社會(huì)責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)恼蔑@。

　　ABC組件由于卓越的抗遮擋、防熱斑能力，或是光伏產(chǎn)業(yè)從“政策驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)向“價(jià)值驅(qū)動(dòng)”的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。當(dāng)安全不再是企業(yè)的道德考量，而是產(chǎn)品剛需和標(biāo)配，中國(guó)光伏才能真正穿越周期，在全球能源轉(zhuǎn)型中確立領(lǐng)跑地位。