Πώς επηρεάζει η υψηλή θερμοκρασία την απόδοση ενός φωτοβολταϊκού κυψέλη, και τι μπορεί να γίνει για να βελτιωθεί;

Η επίδραση της υψηλής θερμοκρασίας στην απόδοση των φωτοβολταϊκών κυψέλων

Μείωση της απόδοσης μετατροπής

Για τις περισσότερες φωτοβολταϊκές κυψέλες (όπως οι κυψέλες από κρυσταλλικό σίλικο), η απόδοση μετατροπής τους μειώνεται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία. Αυτό συμβαίνει επειδή, σε υψηλές θερμοκρασίες, οι εσωτερικές ιδιότητες των υλικών διαχωριστών, όπως το σίλικο, αλλάζουν. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η πλάτος της ζώνης απαγωγής του διαχωριστή μειώνεται, προκαλώντας την παραγωγή περισσότερων φορέων (ζευγάρων ηλεκτρόνιο-τρύπα) υπό εγγενή εξάρση. Ωστόσο, οι πιθανότητες επανενώσεως αυτών των πρόσθετων φορέων επίσης αυξάνονται, προκαλώντας σχετική μείωση του αριθμού των αποτελεσματικών φορέων που μπορούν να συλλεχθούν στο ηλεκτρόδι, μειώνοντας έτσι την τροχιά μαύρης σύνδεσης, την τάση ανοιχτής σύνδεσης και τον παράγοντα γεμίσματος της μπαταρίας, και τελικά μειώνοντας την απόδοση μετατροπής. Για παράδειγμα, οι κυψέλες από κρυσταλλικό σίλικο έχουν συντελεστή θερμοκρασίας περίπου -0,4% /°C έως -0,5% /°C, που σημαίνει ότι για κάθε 1°C αύξηση της θερμοκρασίας, η απόδοση μετατροπής τους μειώνεται κατά 0,4% έως 0,5%.

Συντομευμένη ζωή

Οι υψηλές θερμοκρασίες επίσης επιταχύνουν την ηλικίαση των υλικών μέσα στη φωτοβολταϊκή μονάδα. Σε ό,τι αφορά τα υλικά συσκευασίας της μπαταρίας, οι υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να οδηγήσουν σε ηλικίαση, πολιούχευση, απολιμάνη και άλλα προβλήματα της μεμβράνης συσκευασίας (όπως η EVA μεμβράνη). Για την ίδια τη μπαταρία, οι υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να προκαλέσουν αύξηση των λεκανοποιημένων ελλείψεων μέσα στο σίλικο, επηρεάζοντας έτσι τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα και διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Μέθοδοι βελτίωσης της απόδοσης των φωτοβολταϊκών κυψέλων σε υψηλές θερμοκρασίες

Σχεδιασμός αποθέρμανσης

Ενεργή αποθέρμανση

Το σχεδιασμός της φωτοβολταϊκής μονάδας είναι ευνοϊκός για την αποθέρμανση. Για παράδειγμα, αυξάνοντας την επαφή μεταξύ της πίσω πλευράς της πλάκας και του αέρα, χρησιμοποιώντας ένα υλικό με καλή θερμοκαταναλωτικότητα ως πίσω πλάκα, όπως μεταλλική πίσω πλάκα ή σύνθετη πίσω πλάκα με υψηλή θερμοκαταναλωτικότητα, κάνει τη θερμότητα που παράγεται από τη μπαταρία να μεταφέρεται πιο εύκολα στο εξωτερικό περιβάλλον. Επιπλέον, η δομή συσκευασίας της μονάδας της μπαταρίας είναι σωστά σχεδιασμένη, και χρησιμοποιείται ένα υλικό συσκευασίας με καλή διαπνοή για την ευκολία της αποθέρμανσης.

Ενεργή αποθέρμανση

Μπορούν να χρησιμοποιηθούν συσκευές αναγκαστικής αεροψύξης, όπως ανεμιστήρες. Μικροί ανεμιστήρες εγκαταστάνονται στη φωτοβολταϊκή σειρά για να αφαιρέσουν τη θερμότητα από την επιφάνεια της μπαταρίας μέσω αναγκαστικής συντομευτικής ανακατανομής του αέρα. Για μεγάλα φωτοβολταϊκά πάρκα, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν συστήματα ψύξης με υγρά, όπως η χρήση νερού ή ειδικού ψυκτικού υγρού που κυκλοφορεί στα αγωγά, για να απομακρύνει τη θερμότητα που παράγεται από τη μονάδα της μπαταρίας. Αυτή η μέθοδος έχει υψηλή αποδοτικότητα αποθέρμανσης, αλλά η κόστος είναι σχετικά υψηλός, και είναι κατάλληλη για μεγάλα πάρκα ή ειδικές εφαρμογές που απαιτούν υψηλή απόδοση παραγωγής.

Βελτίωση των υλικών

Νέο υλικό διαχωριστή

Έρευνα και ανάπτυξη νέων υλικών διαχωριστή με καλύτερες θερμοκρασιακές ιδιότητες για την κατασκευή φωτοβολταϊκών κυψέλων. Για παράδειγμα, οι κυψέλες με υλικό perovskite έχουν σχετικά καλή σταθερότητα απόδοσης σε υψηλές θερμοκρασίες, και ο συντελεστής τους θερμοκρασίας είναι χαμηλότερος από τις κυψέλες από κρυσταλλικό σίλικο. Παρ' όλο που οι κυψέλες perovskite αντιμετωπίζουν ακόμη κάποιες τεχνικές προκλήσεις, έχουν μεγάλο δυναμικό στη βελτίωση της απόδοσης σε υψηλές θερμοκρασίες.

Αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες των υλικών συσκευασίας

Ανάπτυξη και χρήση υλικών συσκευασίας με αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, η χρήση νέων πολυολεφινών υλικών συσκευασίας αντί για την παραδοσιακή EVA μεμβράνη, αυτό το υλικό έχει καλύτερη σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, μπορεί να μειώσει την επίδραση της ηλικίασης των υλικών συσκευασίας στην απόδοση της μπαταρίας.

Διαχείριση της οπτικής και τεχνολογία αντιστάθμισης θερμοκρασίας

Διαχείριση της οπτικής

Η περιττή θερμότητα που απορροφείται από τη μπαταρία μειώνεται μέσω οπτικού σχεδιασμού. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται επιλεκτικές επικαλύψεις απορρόφησης ή οπτικά αντανακλαστήρες, ώστε οι φωτοβολταϊκές κυψέλες να απορροφούν φως μόνο σε συγκεκριμένο πλάτος κύματος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρισμού, ενώ αντανακλάνουν το φως σε άλλα πλάτη κυμάτων όπου εύκολα παράγεται θερμότητα, μειώνοντας έτσι τη θερμοκρασία της κυψέλης.

Τεχνολογία αντιστάθμισης θερμοκρασίας

Η τεχνολογία αντιστάθμισης θερμοκρασίας χρησιμοποιείται στο σχεδιασμό του κυκλώματος της φωτοβολταϊκής κυψέλης. Για παράδειγμα, με την προσθήκη ενός αισθητήρα θερμοκρασίας και ενός κυκλώματος αντιστάθμισης, το λειτουργικό καθεστώς της μπαταρίας προσαρμόζεται σε πραγματικό χρόνο με βάση τη θερμοκρασία της μπαταρίας, όπως η αλλαγή της αντίστασης φορτίου ή η εφαρμογή αντίστροφης παρεμβολής, για να μειώσει την αρνητική επίδραση της υψηλής θερμοκρασίας στην απόδοση της μπαταρίας.