چگونه دما بالا عملکرد یک سلول خورشیدی را تحت تأثیر قرار می‌دهد و چه کارهایی می‌توان انجام داد تا آن را بهبود بخشد

تاثیر دمای بالا بر عملکرد سلول‌های خورشیدی

کاهش کارایی تبدیل

برای بیشتر سلول‌های خورشیدی (مانند سلول‌های خورشیدی بلوری سیلیکون)، کارایی تبدیل آنها با افزایش دما کاهش می‌یابد. این به این دلیل است که در دماهای بالا، ویژگی‌های داخلی مواد نیمه‌رسانا مانند سیلیکون تغییر می‌کند. با افزایش دما، عرض باند نیمه‌رسانا کاهش می‌یابد، که منجر به تولید بیشتر حامل‌ها (زوج الکترون-حفره) تحت هیجان ذاتی می‌شود. با این حال، احتمالات ترکیب مجدد این حامل‌های اضافی نیز افزایش می‌یابد، که منجر به کاهش نسبی تعداد حامل‌های مؤثر که می‌توانند جمع‌آوری شده و به الکترود منتقل شوند، می‌شود و در نتیجه جریان کوتاه مداری، ولتاژ باز مداری و عامل پر شدن سلول را کاهش می‌دهد و در نهایت کارایی تبدیل را کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، سلول‌های خورشیدی بلوری سیلیکون ضریب دما تقریباً -0.4٪/°C تا -0.5٪/°C دارند، که به این معناست که برای هر 1°C افزایش دما، کارایی تبدیل آنها 0.4٪ تا 0.5٪ کاهش می‌یابد.

کاهش طول عمر

دمای بالا همچنین فرایند زوال مواد داخل ماژول خورشیدی را تسریع می‌کند. از نظر مواد بسته‌بندی باتری، دمای بالا ممکن است منجر به زوال، زرد شدن، جدا شدن و مشکلات دیگر فیلم بسته‌بندی (مانند فیلم EVA) شود. برای خود باتری، دمای بالا ممکن است منجر به افزایش نقص‌های شبکه در داخل ویفر سیلیکون شود، که در نتیجه طول عمر و پایداری بلندمدت باتری را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

روش‌های بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی در دماهای بالا

طراحی تخلیه حرارت

تخلیه حرارت غیرفعال

طراحی ساختاری ماژول سلول خورشیدی مساعد به تخلیه حرارت است. به عنوان مثال، افزایش مساحت تماس بین پشت صفحه و هوا، استفاده از ماده‌ای با هدایت حرارتی خوب به عنوان پشت صفحه، مانند پشت صفحه فلزی یا پشت صفحه مرکب با هدایت حرارتی بالا، حرارت تولید شده توسط باتری را به محیط خارج انتقال می‌دهد. علاوه بر این، ساختار بسته‌بندی مؤلفه باتری به طور مناسب طراحی شده و از ماده بسته‌بندی با تنفس خوب استفاده می‌شود تا تخلیه حرارت تسهیل شود.

تخلیه حرارت فعال

دستگاه‌های خنک‌سازی هوا مانند مراوح می‌توانند استفاده شوند. مراوح کوچک در آرایه خورشیدی نصب می‌شوند تا حرارت را از سطح باتری با استفاده از همرفت اجباری هوا حذف کنند. برای نیروگاه‌های خورشیدی بزرگ، سیستم‌های خنک‌سازی مایع نیز می‌توانند استفاده شوند، مانند استفاده از آب یا مایع خنک‌کننده خاص در لوله برای حمل حرارت تولید شده توسط ماژول باتری. این روش دارای کارایی تخلیه حرارت بالا است، اما هزینه آن نسبتاً بالاست و برای نیروگاه‌های بزرگ یا سناریوهای کاربردی خاصی که نیاز به کارایی تولید برق بالا دارند مناسب است.

بهبود ماده

مواد نیمه‌رسانا جدید

تحقیق و توسعه مواد نیمه‌رسانا جدید با ویژگی‌های دما بهتر برای ساخت سلول‌های خورشیدی. به عنوان مثال، سلول‌های خورشیدی پرووسکیت عملکرد پایداری نسبتاً خوب در دماهای بالا دارند و ضریب دمایی آنها کمتر از سلول‌های بلوری سیلیکون است. اگرچه سلول‌های پرووسکیت هنوز با برخی چالش‌های فنی مواجه هستند، اما پتانسیل بزرگی در بهبود عملکرد در دماهای بالا دارند.

مواد بسته‌بندی مقاوم در برابر دماهای بالا

توسعه و استفاده از مواد بسته‌بندی مقاوم در برابر دماهای بالا. به عنوان مثال، استفاده از مواد پلی‌الفن جدید به جای فیلم EVA معمولی، این ماده پایداری بهتری در دماهای بالا دارد و می‌تواند تأثیر زوال مواد بسته‌بندی بر عملکرد باتری را کاهش دهد.

مدیریت نوری و تکنولوژی جبران دما

مدیریت نوری

حرارت اضافی جذب شده توسط باتری با طراحی نوری کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، از پوشش‌های جذب انتخابی یا بازتاب‌کننده‌های نوری استفاده می‌شود تا سلول‌های خورشیدی فقط نور در محدوده طول موج خاصی که می‌تواند برای تولید برق استفاده شود جذب کنند و نور در طول موج‌های دیگر که حرارت را تولید می‌کند را بازتاب دهند، بنابراین دمای سلول کاهش می‌یابد.

تکنیک جبران دما

تکنولوژی جبران دما در طراحی مدار سلول خورشیدی استفاده می‌شود. به عنوان مثال، با افزودن سنسور دما و مدار جبرانی به مدار، وضعیت کاری باتری به طور واقعی بر اساس دمای باتری تنظیم می‌شود، مانند تغییر مقاومت بار یا اعمال بایاس معکوس، تا تأثیرات منفی دمای بالا بر عملکرد باتری کاهش یابد.