¿Cómo afecta la alta temperatura al rendimiento de una célula solar y qué se puede hacer para mejorarla?

Efecto de la alta temperatura en el rendimiento de las células solares

Reducción de la eficiencia de conversión

Para la mayoría de las células solares (como las células solares de silicio cristalino), su eficiencia de conversión disminuye a medida que aumenta la temperatura. Esto se debe a que, a altas temperaturas, las propiedades internas de los materiales semiconductores, como el silicio, cambian. A medida que la temperatura aumenta, el ancho de la banda prohibida del semiconductor disminuye, lo que resulta en una mayor generación de portadores (pares electrón-agujero) bajo excitación intrínseca. Sin embargo, también aumentan las probabilidades de recombinación de estos portadores adicionales, lo que resulta en una disminución relativa en el número de portadores efectivos que pueden ser recogidos por el electrodo, reduciendo así la corriente de cortocircuito, el voltaje de circuito abierto y el factor de llenado de la batería, y, en última instancia, disminuyendo la eficiencia de conversión. Por ejemplo, las células solares de silicio cristalino tienen un coeficiente de temperatura de aproximadamente -0,4% /°C a -0,5% /°C, lo que significa que por cada 1°C de aumento en la temperatura, su eficiencia de conversión disminuye entre 0,4% y 0,5%.

Vida útil acortada

Las altas temperaturas también aceleran el proceso de envejecimiento de los materiales dentro del módulo solar. En términos de materiales de encapsulamiento de la batería, las altas temperaturas pueden llevar al envejecimiento, amarilleo, deslaminación y otros problemas de la película de encapsulamiento (como la película EVA). Para la propia batería, las altas temperaturas pueden causar un aumento en los defectos de red dentro de la lámina de silicio, afectando así la estabilidad a largo plazo y la vida útil de la batería.

Métodos para mejorar el rendimiento de las células solares a altas temperaturas

Diseño de disipación de calor

Disipación de calor pasiva

El diseño estructural del módulo de celda solar es favorable para la disipación de calor. Por ejemplo, aumentando el área de contacto entre la parte posterior del panel y el aire, utilizando un material con buena conductividad térmica como el respaldo del panel, como un respaldo metálico o un respaldo compuesto con alta conductividad térmica, hace que el calor generado por la batería se transmita más fácilmente al entorno exterior. Además, se diseña razonablemente la estructura de encapsulamiento del componente de la batería, y se utiliza un material de encapsulamiento con buena permeabilidad al aire para facilitar la disipación de calor.

Disipación de calor activa

Se pueden utilizar dispositivos de enfriamiento forzado por aire, como ventiladores. Se instalan pequeños ventiladores en la matriz solar para eliminar el calor de la superficie de la batería mediante convección forzada de aire. Para plantas solares grandes, también se pueden usar sistemas de refrigeración líquida, como el uso de agua o refrigerante especial circulando en tuberías para llevarse el calor generado por el módulo de batería. Este método tiene una alta eficiencia de disipación de calor, pero el costo es relativamente alto, y es adecuado para centrales eléctricas de gran escala o escenarios de aplicación especiales que requieren una alta eficiencia de generación de energía.

Mejora de materiales

Nuevo material semiconductor

Investigación y desarrollo de nuevos materiales semiconductores con mejores características de temperatura para fabricar células solares. Por ejemplo, las células solares perovskita tienen una estabilidad de rendimiento relativamente buena a altas temperaturas, y su coeficiente de temperatura es menor que el de las células de silicio cristalino. Aunque las baterías perovskita aún enfrentan algunos desafíos técnicos, tienen un gran potencial para mejorar el rendimiento a altas temperaturas.

Material de encapsulamiento resistente a altas temperaturas

Desarrollo y uso de materiales de encapsulamiento resistentes a altas temperaturas. Por ejemplo, el uso de nuevos materiales de poliolefinas en lugar de la película EVA tradicional, este material tiene mejor estabilidad a altas temperaturas, puede reducir el impacto del envejecimiento de los materiales de encapsulamiento en el rendimiento de la batería.

Gestión óptica y tecnología de compensación de temperatura

Gestión óptica

Se reduce el exceso de calor absorbido por la batería mediante el diseño óptico. Por ejemplo, se utilizan revestimientos de absorción selectiva o reflectores ópticos para que las células solares solo absorban luz en un rango de longitud de onda específico que se pueda utilizar para generar electricidad, mientras reflejan la luz en otros rangos de longitud de onda donde se genera fácilmente calor, reduciendo así la temperatura de la celda.

Tecnología de compensación de temperatura

La tecnología de compensación de temperatura se utiliza en el diseño de circuitos de la célula solar. Por ejemplo, al agregar un sensor de temperatura y un circuito de compensación al circuito, se ajusta el estado de funcionamiento de la batería en tiempo real según la temperatura de la batería, como cambiar la resistencia de carga o aplicar un sesgo inverso, para reducir el impacto adverso de la alta temperatura en el rendimiento de la batería.