Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа Университета Рицумэйкан (Ritsumeikan University) посредством натурных экспериментов и схемного моделирования выявила механизмы возникновения явления зеркальных горячих точек в коммерческих фотоэлектрических модулях на основе кремниевых гетеропереходов (HJT) с 120 половинчатыми ячейками в условиях частичного затенения, а также разработала схемную модель, позволяющую прогнозировать образование горячих точек в затронутых ячейках.
Зеркальная горячая точка — это явление, при котором при частичном затенении модуля с половинчатыми ячейками, активирующем байпасный диод, незатенённые ячейки в параллельном зеркальном субблоке переходят в состояние обратного смещения и из-за рассогласования токов могут подвергаться локальному перегреву, аналогичному перегреву затенённых ячеек. Как отмечают исследователи, предыдущие работы подтвердили возникновение данного явления как в контролируемых лабораторных условиях, так и в реальных полевых условиях, однако количественного схемного анализа рассеиваемой мощности и управляющих параметров в зеркальных субблоках не проводилось, а температурно-мощностная обратная связь, регулирующая рассеивание в реальных условиях эксплуатации, не была включена в верифицированную прогностическую модель.
Экспериментальный модуль содержал шесть субблоков, каждый из которых состоял из 20 последовательно соединённых половинчатых ячеек; два субблока соединялись параллельно, образуя единицу с защитным байпасным диодом, а три такие единицы соединялись последовательно на уровне модуля. Прототип был установлен под открытым небом при естественном солнечном освещении и подключён к электронной нагрузке; исследователи с помощью затеняющих пластин выборочно затеняли отдельные половинчатые ячейки, одновременно контролируя распределение температуры инфракрасной тепловизионной камерой. Измерения проводились при двух фиксированных рабочих напряжениях — 36,5 В и 22,7 В, каждое в течение 10 минут, после чего регистрировались тепловые изображения.
Результаты показали, что значительный нагрев ячеек незатенённого зеркального субблока наблюдался только при низком рабочем напряжении, то есть при активированном байпасном диоде. При напряжении 22,7 В зеркальная ячейка достигала 44,4 °C, что на 15,2 °C выше температуры окружающей среды; при 36,5 В аналогичного нагрева не наблюдалось.
Для анализа механизмов исследовательская группа построила эквивалентную схемную модель в LTspice на основе параметров инкапсулированных HJT-купонных ячеек. Модель воспроизводила измеренные вольт-амперные характеристики модуля и использовалась для моделирования распределения напряжений на уровне ячеек и рассеиваемой мощности при частичном затенении, а также для изучения влияния рассогласования токов короткого замыкания (ΔIsc), шунтирующего сопротивления и температуры на образование горячих точек. Моделирование на уровне ячеек показало, что активация байпаса является необходимым, но недостаточным условием для образования локальных зеркальных горячих точек: при полностью идентичных ячейках зеркального субблока отрицательное напряжение единицы распределяется равномерно; незначительное ΔIsc вынуждает одну зеркальную ячейку переходить в глубокое обратное смещение, делая её основным местом рассеивания мощности. В параметрическом анализе ΔIsc оказывало наибольшее влияние на рассеиваемую мощность горячей точки, за ним следовало изменение шунтирующего сопротивления.
Учёные резюмируют, что данное исследование предоставляет прошедшие полевую верификацию схемные рекомендации по снижению горячих точек в модулях с половинчатыми ячейками, применимость которых выходит за рамки оценки только затенённых ячеек. Результаты опубликованы в журнале «Solar Energy» под названием «Outdoor validated mismatch driven mirror-cell hotspots in half-cell silicon heterojunction modules».
