Как влияе високата температура върху производителността на соларната клетка и какво може да се направи за нейното подобряване?

Влияние високата температура върху ефективността на фотолековите клетки

Намалена ефективност на преобразуване

За повечето фотолекови клетки (например кристални силиконови фотолекови клетки) техната ефективност на преобразуване намалява при увеличаване на температурата. Това се дължи на това, че при високи температури вътрешните свойства на полупроводниковите материали, като силикона, се променят. При увеличаване на температурата ширина на зоната на запрещени енергии на полупроводника намалява, което води до по-голямо генериране на носители (пари от електрон-дупка) при интраксинска екзитация. Въпреки това вероятността за рекомбинация на тези допълнителни носители също увеличава, което води до относително намаление в броя на ефективните носители, които могат да бъдат събрани към електрода, следователно намалява се краткосрочния ток, отворената цепна напруга и факторът на изпълнение на батерията, и в крайна сметка намалява ефективността на преобразуване. Например, кристалните силиконови фотолекови клетки имат температурен коефициент от около -0,4% /°C до -0,5% /°C, което означава, че за всяко 1°C увеличение на температурата, техната ефективност на преобразуване намалява с 0,4% до 0,5%.

Съкратен живот

Високите температури също ускоряват процеса на стареене на материалите във фотолековия модул. От гледна точка на материалите за опаковка на батерията, високата температура може да доведе до стареене, пожълване, разделяне и други проблеми на филма за опаковка (например EVA филм). За самата батерия, високите температури могат да доведат до увеличаване на решетъчните дефекти във силиконовата плочка, което влияе на дългосрочната стабилност и жизнения период на батерията.

Методи за подобряване на ефективността на фотолековите клетки при високи температури

Дизайн за разсейване на топлина

Пасивно разсейване на топлина

Структурният дизайн на фотолековия модул е благоприятен за разсейване на топлина. Например, увеличаването на контактната площ между задната страна на панела и въздуха, използването на материал с добра теплопроводимост като задна плочка на панела, като метална задна плочка или композитна задна плочка с висока теплопроводимост, прави възможно топлината, произведена от батерията, да бъде по-лесно предадена към външната среда. Освен това, опаковъчната структура на батерийния компонент е рационално проектирана, и се използват опаковъчни материали с добра дихаемост, за да се облекчи разсейването на топлина.

Активно разсейване на топлина

Могат да се използват устройства за принудително охлаждане, като вентилатори. Малки вентилатори се инсталират в сонячната маса, за да премахнат топлината от повърхността на батерията чрез принудителна конвекция на въздуха. За големи сонячни електроцентрали, могат да се използват и системи за течностно охлаждане, като използване на вода или специална хладилна течност, циркулираща в тръбите, за да отнесе топлината, произведена от батерийния модул. Този метод има висока ефективност на разсейване на топлина, но цената му е относително висока и е подходящ за големи електроцентрали или специални приложения, които изискват висока ефективност на производство на електроенергия.

Подобряване на материалите

Нов полупроводников материал

Изследване и развитие на нови полупроводникови материали с по-добри температурни характеристики за изработване на фотолекови клетки. Например, перовскитовите фотолекови клетки имат относително добра стабилност на производството при високи температури, и техният температурен коефициент е по-нисък от този на кристалните силиконови клетки. Въпреки че перовскитовите батерии все още срещат някои технически предизвикателства, те имат голям потенциал за подобряване на производството при високи температури.

Материал за опаковка, устойчив на високи температури

Разработка и използване на материали за опаковка, устойчиви на високи температури. Например, използване на нови полиолефинови материали за опаковка вместо традиционния EVA филм, този материал има по-голяма стабилност при високи температури, което може да намали влиянието на стареящите се материали за опаковка върху производството на батерията.

Оптичен мениджмънт и технология за температурна компенсация

Оптичен мениджмънт

Експлоатационната топлина, абсорбирана от батерията, се намалява чрез оптичен дизайн. Например, използване на избирателни абсорбиращи покрития или оптични рефлектиращи елементи, така че фотолековите клетки да абсорбират светлина само в определен диапазон на дължини на вълните, който може да бъде използван за генериране на електричество, а светлината в други диапазони на дължини на вълните, където лесно се генерира топлина, да се рефлектира, следователно намалява се температурата на клетката.

Технология за температурна компенсация

Технологията за температурна компенсация се използва в схемата на фотолековата клетка. Например, добавяне на температурен сензор и компенсираща схема към схемата, за да се регулира работното състояние на батерията в реално време според температурата на батерията, като промяна на съпротивлението на натоварване или приложение на обратна поляризация, за да се намали неблагоприятното влияние на високата температура върху производството на батерията.