Como afecta a alta temperatura ao rendemento dunha célula solar e que se pode facer para melloralo

Efecto da alta temperatura no rendemento das células fotovoltaicas

Redución da eficiencia de conversión

Para a maioría das células fotovoltaicas (como as células fotovoltaicas de silicio cristalino), a súa eficiencia de conversión diminúe cando aumenta a temperatura. Isto é debido a que, a temperaturas altas, as propiedades internas dos materiais semiconductores como o silicio cambian. Conforme aumenta a temperatura, a anchura da banda prohibida do semiconductor diminúe, resultando na xeración de máis portadores (parellas electrón-buraco) baixo a excitación intrínseca. No entanto, tamén aumentan as probabilidades de recombinación destes portadores adicionais, resultando nunha diminución relativa do número de portadores efectivos que poden recollerse aos electrodos, reducindo así a corrente de curto circuito, a tensión de circuito aberto e o factor de empleno da batería, e finalmente resultando nunha diminución da eficiencia de conversión. Por exemplo, as células fotovoltaicas de silicio cristalino teñen un coeficiente de temperatura de aproximadamente -0,4% /°C a -0,5% /°C, o que significa que por cada 1°C de aumento na temperatura, a súa eficiencia de conversión diminúe entre 0,4% e 0,5%.

Vida útil acortada

As altas temperaturas tamén aceleran o proceso de envellecemento dos materiais interiores do módulo fotovoltaico. En termos dos materiais de empaquetado da batería, a alta temperatura pode levar ao envellecemento, amarelecemento, deslaminación e outros problemas da película de empaquetado (como a película EVA). Para a propia batería, as altas temperaturas poden causar un aumento nos defectos de rede dentro da lámula de silicio, afectando así a estabilidade a longo prazo e a vida útil da batería.

Métodos para mellorar o rendemento das células fotovoltaicas a altas temperaturas

Deseño de dissipación de calor

Dissipación de calor pasiva

O deseño estrutural do módulo fotovoltaico é favorable á dissipación de calor. Por exemplo, aumentando a área de contacto entre a parte traseira do painel e o aire, utilizando un material con boa conductividade térmica como o plano traseiro do painel, como un plano traseiro metálico ou un plano traseiro composto con alta conductividade térmica, fai que o calor xerado pola batería se transmita máis facilmente ao medio ambiente exterior. Ademais, o deseño da estrutura de empaquetado do componente da batería está correctamente diseñado, e utilízanse materiais de empaquetado con boa transpirabilidade para facilitar a dissipación de calor.

Dissipación de calor activa

Poden utilizarse dispositivos de refrigeración forzada de aire, como ventiladores. Instálanse pequenos ventiladores no array solar para eliminar o calor da superficie da batería mediante la convección forzada do aire. Para grandes centrais solares, tamén se poden utilizar sistemas de refrigeración líquida, como o uso de auga ou un refrigerante especial que circule por tubos para levar o calor xerado polo módulo de batería. Este método ten unha alta eficiencia de dissipación de calor, pero o custo é relativamente alto, e é adecuado para centrais de gran escala ou escenarios de aplicación especial que requiren unha alta eficiencia de xeración de enerxía.

Melora de materiais

Novo material semiconductivo

Investigación e desenvolvemento de novos materiais semiconductores con mejores características de temperatura para fabricar células fotovoltaicas. Por exemplo, as células fotovoltaicas de perovskita teñen unha estabilidade de rendemento relativamente boa a altas temperaturas, e o seu coeficiente de temperatura é inferior ao das células de silicio cristalino. Aínda que as baterías de perovskita aínda enfrentan algúns desafíos técnicos, teñen un gran potencial para mellorar o rendemento a altas temperaturas.

Material de empaquetado resistente a altas temperaturas

Desenvolvemento e uso de materiais de empaquetado resistentes a altas temperaturas. Por exemplo, o uso de novos materiais de empaquetado de poliolefinas en lugar da película EVA tradicional, este material ten unha mellor estabilidade a altas temperaturas, poido reducir o impacto do envellecemento dos materiais de empaquetado no rendemento da batería.

Xestión óptica e tecnoloxía de compensación de temperatura

Xestión óptica

O calor excesivo absorbido pola batería redúcese mediante o deseño óptico. Por exemplo, utilízanse revestimentos de absorción selectiva ou reflectores ópticos para que as células fotovoltaicas só absorban luz nun rango de lonxitude de onda específico que se pode usar para xerar electricidade, mentres que reflicten a luz noutros rangos de lonxitude de onda onde se xera facilmente calor, reducindo así a temperatura da célula.

Tecnoloxía de compensación de temperatura

A tecnoloxía de compensación de temperatura úsase no deseño do circuito da célula fotovoltaica. Por exemplo, engadindo un sensor de temperatura e un circuito de compensación ao circuito, o estado de funcionamento da batería axústase en tempo real segundo a temperatura da batería, como cambiar a resistencia de carga ou aplicar un sesgo inverso, para reducir o impacto adverso da alta temperatura no rendemento da batería.