Hvordan påvirker høje temperaturer ydeevnen af en solcelle, og hvad kan gøres for at forbedre den?

Effekten af høj temperatur på solcelles ydeevne

Nedsat konverteringseffektivitet

For de fleste solceller (såsom kristallinsilicium solceller) falder deres konverteringseffektivitet, når temperaturen stiger. Dette skyldes, at ved høje temperaturer ændrer egenskaberne af halvledermaterialer som silicium internt. Når temperaturen stiger, mindskes bandgapbredden for halvlederen, hvilket resulterer i mere generator af bærende (elektron-hul par) under intrinsisk opspændning. Disse ekstra recombinationssandsynligheder for bærere øges også, hvilket resulterer i en relativ reduktion i antallet af effektive bærere, der kan indsamles til elektroden, og dermed reducerer batteriets kortslutningsstrøm, åben kredsløbs spænding og fyllingsfaktor, og til sidst fører dette til en reduktion i konverteringseffektiviteten. For eksempel har kristallinsilicium solceller en temperaturkoefficient på omkring -0,4% /°C til -0,5% /°C, hvilket betyder, at for hver 1°C stigning i temperatur, falder deres konverteringseffektivitet med 0,4% til 0,5%.

Forkortet levetid

Høje temperaturer accelererer også aldringsprocessen af materialerne indeni solmodulen. Med hensyn til emballage-materialerne for batterier, kan høj temperatur føre til aldring, gulning, delamination og andre problemer for emballagefilm (såsom EVA-film). For selve batteriet kan høje temperaturer forårsage en stigning i gitterdefekter indeni siliciumpladen, hvilket påvirker batteriets langsigtede stabilitet og levetid.

Metoder til at forbedre solcellers ydeevne ved høje temperaturer

Køledesign

Passiv køling

Strukturelt design af solcellemodulen er gunstigt for køling. For eksempel, ved at øge kontaktfladen mellem bagsiden af panellet og luften, brug af et materiale med god varmeledning som bagpanel, såsom et metalbagpanel eller et kompositbagpanel med høj varmeledning, gør det lettere for varmen, der genereres af batteriet, at overføres til den ydre miljø. Desuden er emballagestrukturen for batterikomponenten fornuftigt designet, og emballagematerialer med god vejrluftbarhed bruges for at fremme køling.

Aktiv køling

Tvinget luftafkølingsenheder, som f.eks. ventilatorer, kan anvendes. Små ventilatorer installeres i solpanelgruppen for at fjerne varme fra overfladen af batteriet gennem tvinget konvektion af luft. For store solkraftværker kan også væskokølesystemer anvendes, som f.eks. brug af vand eller speciel kølevæske, der cirkulerer i rør, for at bære varmen, der genereres af batterimodulen. Denne metode har høj køleeffektivitet, men kostprisen er relativt høj, og den er velegnet til store kraftværker eller specielle anvendelsesscenarier, der kræver høj strømproduktionseffektivitet.

Materialeforbedring

Nyt halvledermateriale

Udvikling af nye halvledermaterialer med bedre temperaturkarakteristika til at lave solceller. For eksempel har perovskitsolceller en relativt god ydeevnestabilitet ved høje temperaturer, og deres temperaturkoefficient er lavere end for kristallinsilicium celler. Selvom perovskitbatterier stadig står over for nogle tekniske udfordringer, har de stor potentiel i forbedring af højtemperaturydeevnen.

Temperaturbestandigt emballagemateriale

Udvikling og brug af temperaturbestandige emballagematerialer. For eksempel, brug af nyt polyolefin emballagemateriale i stedet for traditionel EVA-film, dette materiale har bedre stabilitet ved høje temperaturer, kan reducere indvirkningen af aldring emballagematerialer på batteriets ydeevne.

Optisk ledelse og temperaturkompensationsteknologi

Optisk ledelse

Den overskydende varme, der absorberes af batteriet, reduceres ved optisk design. For eksempel, anvendelse af selektiv absorptionsbelægninger eller optiske reflekterere, så solceller kun absorberer lys i en bestemt bølgelængdebredde, der kan bruges til at generere strøm, mens lys i andre bølgelængdebredde, hvor varme let genereres, reflekteres, hvilket reducerer cellens temperatur.

Temperaturkompensationsteknik

Teknikken med temperaturkompensation anvendes i kredsløbsdesignet for solceller. For eksempel, ved at tilføje en temperatursensor og kompensationskredsløb til kredsløbet, justeres batteriets arbejdstillstand i realtid efter batteriets temperatur, såsom ændring af belastningsmodstanden eller anvendelse af reverse bias, for at reducere den negative indvirkning af høj temperatur på batteriets ydeevne.