科學(xué)揭密：ABC組件抗遮擋防熱斑的工作機理和實(shí)證案例
1. 引言
隨著(zhù)電池、組件效率持續突破，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。光伏組件的串并聯(lián)特性決定了其發(fā)電能力和運行安全直接受局部受光不均引發(fā)的高溫熱斑影響。
隨著(zhù)夏季高溫來(lái)臨，光伏設施由于熱斑引發(fā)的火災風(fēng)險顯著(zhù)上升。據公開(kāi)信息梳理，近半年來(lái)全國已發(fā)生至少6 起相關(guān)事故：
2024年底，杭州某上市公司滁州基地光伏設施突發(fā)大火，現場(chǎng)濃煙密布；
2025年1月28日，河南駐馬店倉庫屋頂光伏組件大面積燒毀；
3月，浙江金華某廠(chǎng)房外墻光伏電纜起火，初步判定為安裝線(xiàn)路隱患；
4月9日，浙江溫州某電子廠(chǎng)因光伏板線(xiàn)路故障引發(fā)火災，過(guò)火面積達 210 平方米；
4月24日，廣東惠州某廠(chǎng)房樓頂起火，現場(chǎng)火光沖天，疑似與光伏設施相關(guān)；
5月21日14時(shí)10分，上海市首座“光伏+高架隔聲屏”一體化示范工程突發(fā)火災，位于高架聲屏障頂部的光伏組件起火后迅速蔓延。這一全國首個(gè)城市高架光伏示范項目的安全事故，再次敲響清潔能源應用領(lǐng)域的安全警鐘。
愛(ài)旭ABC太陽(yáng)電池由于自身獨特優(yōu)異的結構設計，相較常規組件可以在電池層面引入“類(lèi)旁路二極管”，使其具備更靈敏的熱斑感知能力與更穩健出眾的抗熱斑屬性。ABC組件抗熱斑能力的巧妙設計與常規組件抗熱斑機制不同，本文將從防熱斑背景、機制和抗遮擋實(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，或電池本身出現破損、老化時(shí)，該電池的發(fā)電能力會(huì )顯著(zhù)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/受損電池無(wú)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)（相當于被施加反向電壓），從發(fā)電單元變?yōu)樨撦d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，導致該區域溫度急劇升高（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：熱斑效應嚴重的地方局部溫度非常高，甚至超過(guò)硅基材料pn 結結溫150℃,導致組件局部區域燒毀或形成暗斑、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(xiàn)盒老化，這些不但增加了系統運維成本也給組件的安全使用和25年長(cháng)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(zhù)降低系統發(fā)電量。
c) 安全隱患：極端情況下，局部高溫增加火災風(fēng)險，尤其在屋頂光伏系統中，散熱條件較差，風(fēng)險更高。
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，延長(cháng)組件壽命并保障系統安全，是光伏設計中不可或缺的組成部分。
3. 傳統組件與ABC組件防熱斑機制的差異
· 熱斑的產(chǎn)生機理及影響因素
在陰影遮擋實(shí)驗中，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，導致漏電區域溫度上升，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?？梢钥吹綗岚邷囟鹊年P(guān)鍵是：漏電區域局域的發(fā)熱功率P (P=U×I)及散熱功率，其中當組件安裝條件、物料搭配相對固定時(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（黑色）/集中（藍色）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)溫度組件內焊點(diǎn)、膠膜、背板具有高風(fēng)險失效：
可以看到隨著(zhù)單點(diǎn)發(fā)熱功率提升，熱斑溫度提升，當發(fā)熱功率達到8.85 W的時(shí)候，熱斑溫度將達到160℃，如果有多點(diǎn)發(fā)熱且距離較近時(shí)，此時(shí)相同熱斑溫度對應的發(fā)熱功率門(mén)檻下降至6.23 W。
• 傳統組件的技術(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)二極管對應保護24片電池，將單片電池會(huì )承受的最高電壓從系統電壓（主流為1000 V/1500 V，假設單片遮擋情況-整個(gè)光伏系統對做該單片電池做功）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。
由于傳統設計中漏電點(diǎn)無(wú)法做到精確控制，且無(wú)法識別是單點(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)單的功率公式根據不同類(lèi)型的電池技術(shù)的開(kāi)路電壓進(jìn)行計算，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54小版型的組件熱斑風(fēng)險卡控也有點(diǎn)勉強，對于66、72、78版型則明顯風(fēng)險增加，因為隨著(zhù)反向偏壓上升，漏電流是指數式的急劇上升。
-12V反向偏壓下的質(zhì)量卡控遠遠滿(mǎn)足不了大版型組件的熱斑風(fēng)險控制要求，但電池工廠(chǎng)也難以主動(dòng)將卡控標準下的反向偏壓提升至>-17V,因為這樣帶來(lái)的后果是良率的大幅下降，傳統組件廠(chǎng)家無(wú)法接受，也即意味著(zhù)低標準低要求的卡控實(shí)際上將熱斑風(fēng)險直接轉移給了客戶(hù)。這個(gè)是傳統技術(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，因為單玻組件的老化對熱斑更為敏感。
• 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(lèi)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(lèi)旁路二極管的設計，使單點(diǎn)的局域漏電流I分攤降低，以起到漏電保護作用，解決熱斑風(fēng)險。做個(gè)簡(jiǎn)單的計算：假設ABC電池（M10）會(huì )面臨的最高反方向偏壓U=-5 V，我們分散設置了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？這一獨特能力得益于A(yíng)BC電池的巧妙結構設計從而使單片電池內部集成類(lèi)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。
傳統組件內部通常集成了3個(gè)二極管，其作用就是在組件發(fā)生熱斑效應的時(shí)候將被遮擋部分對應的電池串從電路中短路出去，從而減輕熱斑效應帶來(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(zhù)只要有一片電池被遮擋（遮擋達到二極管啟動(dòng)的情況），就會(huì )有一串電池無(wú)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(huà)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。這種方法當然是不現實(shí)的，不可能為一個(gè)有概率發(fā)生的熱斑現象而如此不顧成本地為組件裝上幾十上百個(gè)二極管。所以在傳統組件中，裝在接線(xiàn)盒里的3個(gè)二極管就成了守護光伏組件熱斑安全的底線(xiàn)。
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。同樣的測試條件和遮擋條件下，TOPCon組件因為二極管的啟動(dòng)導致了對應整串電池的旁路，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，其中假設傳統組件和ABC組件的電池參數一致：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p/n結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%
對于A(yíng)BC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p/n結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：組件短邊單側發(fā)生遮擋
傳統組件技術(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)單結論：僅為單側遮擋時(shí)，傳統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。
當然如果單串遮擋的電池數目大于4片時(shí)，ABC技術(shù)單純靠電池內部集成二極管的抗陰影發(fā)電效果就不如接線(xiàn)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(lèi)型中等面積遮擋通過(guò)電池集成的二極管抵抗，這個(gè)對于離線(xiàn)應用、分布式光伏或鳥(niǎo)糞較多的場(chǎng)景尤為重要，因為其遮擋的形式具有多樣性，而集中性大面積陰影遮擋能通過(guò)接線(xiàn)盒的二極管抵抗實(shí)現最佳的用戶(hù)價(jià)值。電池集成的類(lèi)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大面積失效。
抗陰影抗熱斑的功能根源是在電池內部集成了工作時(shí)絕緣、一定反向偏壓下啟動(dòng)的二極管，這個(gè)對電池體內傳輸、擴散層橫向傳輸、電極橫向傳輸、金屬/半導體接觸電阻均無(wú)影響，不存在對串聯(lián)電阻相關(guān)的影響。
ABC防熱斑方案采取的漏電流適當增大和并聯(lián)電阻適當降低會(huì )影響ABC組件低輻照性能么？結論是不會(huì )。這一技術(shù)爭辯無(wú)論是理論角度的計算模擬[1]以及實(shí)驗角度驗證[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道。
4. ABC組件抗遮擋實(shí)證案例分析
通過(guò)前面詳細嚴謹的闡述，ABC組件的抗遮擋屬性在理論層面和實(shí)驗演示層面得到了充分的驗證。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特能力，這里展示幾個(gè)實(shí)證案例。
Ø 高溫抑制防熱斑
根據TüV北德測試，愛(ài)旭ABC組件在單片最壞遮擋1h熱斑測試后的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(hù)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)生組件因持續高溫而造成的嚴重事故。愛(ài)旭ABC組件的抗遮擋陰影發(fā)電優(yōu)化功能也獲得了權威第三方機構TüV 萊茵的認可，并受取了TüV萊茵頒發(fā)的全球第一張抗陰影遮擋A級證書(shū)。
第三方檢測機構的BC光伏組件熱斑測試結果也同樣顯示了BC組件卓越的抗熱斑性能[3]。
Ø 功率提升
· 寧夏銀川（東經(jīng)106°16′，北緯38°27′）
12塊標稱(chēng)功率630 W的愛(ài)旭ABC雙面雙玻組件和14塊標稱(chēng)功率590 W的TOPCon組件被設計安裝在了寧夏電力設計院的樓頂。兩種組件均以固定支架安裝，且在一天的部分時(shí)間內均存在底部陰影遮擋的情況。在統計的180天有效數據期中，愛(ài)旭ABC組件穩定保持了高發(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組件對比TOPCon雙玻570 W組件的實(shí)證試驗正在進(jìn)行中。試驗分為無(wú)遮擋全光照和樹(shù)蔭遮擋兩種場(chǎng)景，以對比組件在不同戶(hù)外環(huán)境下的實(shí)際發(fā)電能力。對比結果顯示，在存在樹(shù)蔭遮擋的實(shí)證試驗中，ABC組件較TOPCon組件單千瓦發(fā)電量增益更是高達12.04%。
· 廣東珠海（東經(jīng)113°34′，北緯22°16′）
同在南國，終年氣溫較高，屬于熱帶海洋性季風(fēng)氣候的廣東珠海，試驗人員們同樣設計了2組ABC和TOPCon組件的發(fā)電量對比實(shí)證試驗。
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)數據收集對比，ABC單玻600 W組件較TOPCon單玻580 W組件在測試周期內的單千瓦發(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)電量對比，展現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。數據結果顯示，ABC單玻組件較TOPCon單玻組件在測試周期內的單千瓦發(fā)電量增益更是達到了50.72%！
5. 結語(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，高溫暴曬下的設備老化、線(xiàn)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)生的火災事件不僅暴露了光伏組件應用的復雜性，為行業(yè)敲響警鐘，同時(shí)也提醒廣大光伏電站的投資者，在投資建設光伏電站時(shí)，不能僅僅看價(jià)格和電費，更需要重視光伏系統的安全性和電站防火性。
隨著(zhù)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 )新和規范化管理來(lái)應對這一挑戰，將安全置于首位。作為光伏企業(yè)，增強公眾、業(yè)主對光伏組件起火、防火的正確認知和對光伏應用的信心，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，也是企業(yè)踐行社會(huì )責任擔當的彰顯。
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“政策驅動(dòng)”轉向“價(jià)值驅動(dòng)”的關(guān)鍵節點(diǎn)。當安全不再是企業(yè)的道德考量，而是產(chǎn)品剛需和標配，中國光伏才能真正穿越周期，在全球能源轉型中確立領(lǐng)跑地位。
參考信息
[1] https://mp.weixin.qq.com/s/bZtJCusQl36cUM715-0xeA
[2] https://mp.weixin.qq.com/s/k-GLvvXLufR6QH9dG3NYlw
[3] https://mp.weixin.qq.com/s/eKTtFVDTua6dQJtnwd6mLA