Com és que l'alta temperatura afecta el rendiment d'una cel·la solar, i què es pot fer per millorar-ho?

Efecte de l'alta temperatura en el rendiment de les cel·les fotovoltaiques

Reducció de l'eficiència de conversió

Per a la majoria de les cel·les fotovoltaiques (com les cel·les fotovoltaiques de silici cristallí), la seva eficiència de conversió disminueix quan la temperatura augmenta. Això és degut al fet que, a temperatures altes, les propietats internes dels materials semiconductors com el silici canvien. Quan la temperatura augmenta, l'amplada de la banda prohibida del semiconductor disminueix, resultant en una major generació de portadors (parells electró-burac) per excitação intrínseca. No obstant això, les probabilitats de recombinació d'aquests portadors addicionals també augmenten, resultant en una disminució relativa del nombre de portadors efectius que es poden recollir a l'electrode, reduint així la corrent de curt circuit, la tensió de circuit obert i el factor de ompliment de la bateria, i finalment provocant una disminució de l'eficiència de conversió. Per exemple, les cel·les fotovoltaiques de silici cristallí tenen un coeficient de temperatura d'aproximadament -0,4% /°C a -0,5% /°C, el que significa que per cada 1°C d'augment de la temperatura, la seva eficiència de conversió disminueix entre un 0,4% i un 0,5%.

Vida útil reduïda

Les temperatures altes també acceleren el procés d'envejeciment dels materials interiors del mòdul fotovoltaic. En termes de materials d'emballatge de la bateria, les temperatures altes poden causar l'envejeciment, jaunament, deslaminació i altres problemes de la pel·lícula d'emballatge (com la pel·lícula EVA). Per a la bateria en si, les temperatures altes poden causar un increment de defectes reticulars interiors de la plaqueta de silici, afectant així la estabilitat a llarg termini i la vida útil de la bateria.

Mètodes per millorar el rendiment de les cel·les fotovoltaiques a temperatures altes

Dissipació de calor

Dissipació de calor passiva

El disseny estructural del mòdul fotovoltaic és favorable a la dissipació de calor. Per exemple, augmentant l'àrea de contacte entre la part posterior del panell i l'aire, utilitzant un material amb bona conductivitat tèrmica com a placa posterior del panell, com una placa posterior metàlica o una placa posterior compost per materials amb alta conductivitat tèrmica, es facilita que el calor generat per la bateria es transmeti més fàcilment a l'entorn exterior. A més, el disseny de l'estructura d'emballatge del component de la bateria és razonable, i s'utilitzen materials d'emballatge amb bona respirabilitat per facilitar la dissipació de calor.

Dissipació de calor activa

Es poden utilitzar dispositius de refrigeració forçada com ventiladors. Es instal·len petits ventiladors a la xarxa fotovoltaica per eliminar el calor de la superfície de la bateria mitjançant la convecció forçada de l'aire. Per a grans plantes solars, també es poden utilitzar sistemes de refrigeració líquida, com l'ús d'aigua o refrigera especial circulant en tubs per transportar el calor generat pel mòdul de la bateria. Aquest mètode té una eficiència de dissipació de calor elevada, però el cost és relativament elevat, i és adequat per a grans centrals elèctriques o escenaris d'aplicació especials que requereixen una eficiència de generació d'energia elevada.

Millora dels materials

Nou material semiconductor

Recerca i desenvolupament de nous materials semiconductors amb millors característiques de temperatura per fabricar cel·les fotovoltaiques. Per exemple, les cel·les fotovoltaiques de perovskite tenen una estabilitat de rendiment relatiuament bona a temperatures altes, i el seu coeficient de temperatura és inferior al de les cel·les de silici cristallí. Encara que les cel·les de perovskite encara enfrontin alguns reptes tècnics, tenen un gran potencial per millorar el rendiment a temperatures altes.

Materials d'emballatge resistent a temperatures altes

Desenvolupament i ús de materials d'emballatge resistent a temperatures altes. Per exemple, l'ús de nous materials poliolefins en lloc de la pel·lícula EVA tradicional, aquest material té una millor estabilitat a temperatures altes, pot reduir l'impacte de l'envejeciment dels materials d'emballatge en el rendiment de la bateria.

Gestió òptica i tecnologia de compensació de temperatura

Gestió òptica

La calor excessiva absorbida per la bateria es redueix mitjançant el disseny òptic. Per exemple, s'utilitzen revestiments d'absorció selectiva o reflectors òptics de manera que les cel·les fotovoltaiques només absorbin la llum en un rang específic de longitud d'ona que es pugui utilitzar per generar electricitat, mentre que reflecteixen la llum en altres rangs de longitud d'ona on es genera facilment calor, reduint així la temperatura de la cel·la.

Tecnologia de compensació de temperatura

La tecnologia de compensació de temperatura s'utilitza en el disseny del circuit de la cel·la fotovoltaica. Per exemple, afegint un sensor de temperatura i un circuit de compensació al circuit, es pot ajustar l'estat de funcionament de la bateria en temps real segons la temperatura de la bateria, com canviar la resistència de càrrega o aplicar un bias invers, per reduir l'impacte negatiu de l'alta temperatura en el rendiment de la bateria.