Comment la température élevée affecte-t-elle les performances d'une cellule solaire, et que peut-on faire pour l'améliorer?

Effet de la haute température sur les performances des cellules photovoltaïques

Réduction de l'efficacité de conversion

Pour la plupart des cellules photovoltaïques (comme les cellules en silicium cristallin), leur efficacité de conversion diminue lorsque la température augmente. Cela est dû au fait que, à haute température, les propriétés internes des matériaux semi-conducteurs tels que le silicium changent. Lorsque la température augmente, la largeur de la bande interdite du semi-conducteur diminue, ce qui entraîne une plus grande génération de porteurs (paires électron-trou) sous excitation intrinsèque. Cependant, les probabilités de recombinaison de ces porteurs supplémentaires augmentent également, ce qui entraîne une diminution relative du nombre de porteurs effectifs qui peuvent être collectés vers l'électrode, réduisant ainsi le courant de court-circuit, la tension de circuit ouvert et le facteur de remplissage de la batterie, et finalement entraînant une diminution de l'efficacité de conversion. Par exemple, les cellules photovoltaïques en silicium cristallin ont un coefficient de température d'environ -0,4 %/°C à -0,5 %/°C, ce qui signifie qu'une augmentation de 1°C de la température entraîne une diminution de 0,4 % à 0,5 % de leur efficacité de conversion.

Réduction de la durée de vie

Les hautes températures accélèrent également le processus de vieillissement des matériaux à l'intérieur du module photovoltaïque. En termes de matériaux d'emballage de la batterie, les hautes températures peuvent conduire au vieillissement, au jaunissement, à la délamination et à d'autres problèmes du film d'emballage (comme le film EVA). Pour la batterie elle-même, les hautes températures peuvent provoquer une augmentation des défauts de réseau à l'intérieur de la lame de silicium, affectant ainsi la stabilité à long terme et la durée de vie de la batterie.

Méthodes pour améliorer les performances des cellules photovoltaïques à haute température

Conception de dissipation de chaleur

Dissipation de chaleur passive

La conception structurelle du module photovoltaïque favorise la dissipation de chaleur. Par exemple, en augmentant la surface de contact entre l'arrière du panneau et l'air, en utilisant un matériau avec une bonne conductivité thermique comme le plancher arrière du panneau, tel qu'un plancher métallique ou un plancher composite avec une haute conductivité thermique, la chaleur générée par la batterie est plus facilement transmise à l'environnement extérieur. De plus, la structure d'emballage du composant de la batterie est conçue de manière raisonnable, et un matériau d'emballage avec une bonne respirabilité est utilisé pour faciliter la dissipation de chaleur.

Dissipation de chaleur active

Des dispositifs de refroidissement par air forcé, tels que des ventilateurs, peuvent être utilisés. Des petits ventilateurs sont installés dans le champ photovoltaïque pour évacuer la chaleur de la surface de la batterie par convection forcée de l'air. Pour les grandes centrales photovoltaïques, des systèmes de refroidissement par liquide peuvent également être utilisés, tels que l'utilisation d'eau ou de liquide réfrigérant spécial circulant dans des tuyaux pour emporter la chaleur générée par le module de la batterie. Cette méthode a une efficacité de dissipation de chaleur élevée, mais son coût est relativement élevé, et elle convient aux grandes centrales électriques ou aux scénarios d'application spéciaux nécessitant une efficacité de production d'électricité élevée.

Amélioration des matériaux

Nouveaux matériaux semi-conducteurs

Recherche et développement de nouveaux matériaux semi-conducteurs avec de meilleures caractéristiques de température pour fabriquer des cellules photovoltaïques. Par exemple, les cellules photovoltaïques pérovskites ont une stabilité de performance relativement bonne à haute température, et leur coefficient de température est inférieur à celui des cellules en silicium cristallin. Bien que les batteries pérovskites fassent encore face à certains défis techniques, elles ont un grand potentiel pour améliorer les performances à haute température.

Matériaux d'emballage résistants à la haute température

Développement et utilisation de matériaux d'emballage résistants à la haute température. Par exemple, l'utilisation de nouveaux matériaux d'emballage en polyoléfine au lieu du film EVA traditionnel, ce matériau a une meilleure stabilité à haute température, peut réduire l'impact du vieillissement des matériaux d'emballage sur les performances de la batterie.

Gestion optique et technologie de compensation de température

Gestion optique

La chaleur excédentaire absorbée par la batterie est réduite par la conception optique. Par exemple, des revêtements d'absorption sélective ou des réflecteurs optiques sont utilisés de telle sorte que les cellules photovoltaïques n'absorbent que la lumière dans une plage de longueur d'onde spécifique qui peut être utilisée pour générer de l'électricité, tout en réfléchissant la lumière dans d'autres plages de longueur d'onde où la chaleur est facilement générée, réduisant ainsi la température de la cellule.

Technique de compensation de température

La technologie de compensation de température est utilisée dans la conception du circuit de la cellule photovoltaïque. Par exemple, en ajoutant un capteur de température et un circuit de compensation au circuit, l'état de fonctionnement de la batterie est ajusté en temps réel en fonction de la température de la batterie, par exemple en modifiant la résistance de charge ou en appliquant un biais inverse, pour réduire l'impact négatif de la haute température sur les performances de la batterie.