Jak vysoká teplota ovlivňuje výkonnost solární buňky a co lze udělat pro její zlepšení?

Vliv vysoké teploty na výkonnost článků slunečních článků

Snížení účinnosti převodu

U většiny slunečních článků (např. krystalických křemíkových slunečních článků) se jejich účinnost převodu snižuje s rostoucí teplotou. To je způsobeno tím, že při vysokých teplotách se mění vnitřní vlastnosti polovodičových materiálů, jako je křemík. S rostoucí teplotou klesá šířka pásma polovodiče, což vedne k většímu vytváření nosičů (elektron-díra páry) pod vlastním pobízením. Nicméně, pravděpodobnost rekombinace těchto dodatečných nosičů také roste, což vede k relativnímu snížení počtu efektivních nosičů, které lze shromáždit na elektrodě, a tím ke snížení krátkozávodného proudu, otevřeného napětí a faktoru vyplnění článku, což nakonec vedne ke snížení účinnosti převodu. Například u krystalických křemíkových slunečních článků je teplotní koeficient asi -0,4 % /°C až -0,5 % /°C, což znamená, že při každém 1°C nárůstu teploty se jejich účinnost převodu sníží o 0,4 % až 0,5 %.

Zkrácení životnosti

Vysoké teploty také urychlují stárnutí materiálů uvnitř modulu slunečního článku. Pokud jde o balicí materiály článku, vysoké teploty mohou vést k stárnutí, žlutnutí, odtrhnutí a dalším problémům balicího filmu (např. EVA film). Pro samotný článek mohou vysoké teploty způsobit zvýšení mřížových defektů uvnitř křemíkové plátve, což ovlivňuje dlouhodobou stabilitu a životnost článku.

Metody pro zlepšení výkonnosti slunečních článků při vysokých teplotách

Návrh tepelného odvodu

Pasivní tepelný odvod

Konstrukční návrh modulu slunečního článku podporuje tepelný odvod. Například zvětšením plochy kontaktu mezi zadní stranou panely a vzduchem, použitím materiálu s dobrými tepelně vodivými vlastnostmi jako zádovou vrstvu panely, jako je kovová zádová vrstva nebo kompozitní zádová vrstva s vysokou tepelnou vodivostí, se teplo generované článkem lépe přenáší do vnějšího prostředí. Kromě toho je balicí struktura článkové součástky rozumně navržena a používají se balicí materiály s dobrými dýchacími vlastnostmi, aby byl tepelný odvod usnadněn.

Aktivní tepelný odvod

Mohou být použity zařízení pro nucené chlazení vzduchem, jako jsou větráky. Malé větráky jsou instalovány v solárním poli k odvedení tepla z povrchu článku pomocí nucené konvekce vzduchu. Pro velká solární elektrárny lze také použít kapalinové chladicí systémy, jako je použití vody nebo speciálního chladiva cirkulujícího v potrubí k odvedení tepla generovaného článkovým modulem. Tento způsob má vysokou účinnost tepelného odvodu, ale náklady jsou relativně vysoké a je vhodný pro velké elektrárny nebo speciální aplikace, které vyžadují vysokou účinnost výroby energie.

Vylepšení materiálů

Nový polovodičový materiál

Výzkum a vývoj nových polovodičových materiálů s lepšími teplotními charakteristikami pro výrobu slunečních článků. Například perovskité sluneční články mají relativně stabilní výkon při vysokých teplotách a jejich teplotní koeficient je nižší než u krystalických křemíkových článků. Ačkoli perovskité články stále čelí některým technickým výzvám, mají velký potenciál pro zlepšení výkonu při vysokých teplotách.

Materiál balení odolný proti vysokým teplotám

Vývoj a použití materiálů balení odolných proti vysokým teplotám. Například použití nových polyolefinových materiálů balení místo tradičního EVA filmu, tento materiál má lepší stabilitu při vysokých teplotách a může snížit dopad stárnutí materiálů balení na výkon článku.

Optická správa a technologie teplotní kompenzace

Optická správa

Přebytečné teplo absorbované článkem se snižuje optickým návrhem. Například jsou použity selektivní absorpční pokryvy nebo optické reflektory, aby sluneční články absorbovaly pouze světlo v určitém spektrálním rozsahu, které lze použít k výrobě elektrické energie, zatímco světlo v ostatních spektrálních rozsazích, kde se snadno vytváří teplo, se odráží, což vede ke snížení teploty článku.

Technologie teplotní kompenzace

Technologie teplotní kompenzace se používá v obvodovém návrhu slunečních článků. Například přidáním teplotního čidlo a kompenzačního obvodu do obvodu lze v reálném čase upravovat pracovní stav článku podle jeho teploty, jako je změna zátěžového odporu nebo použití reverzní polarizace, aby se snížil nepříznivý dopad vysoké teploty na výkon článku.