Kako visoka temperatura utječe na performanse sunčeve ćelije i što se može učiniti kako bi se poboljšale?

Učinak visoke temperature na performanse sunčevih celija

Smanjena učinkovitost pretvorbe

Za većinu sunčevih celija (poput kristalnih silicijevih sunčevih celija), njihova učinkovitost pretvorbe smanjuje se kako temperatura raste. To je zato što se unutarnja svojstva poluprovodnih materijala, poput silicija, mijenjaju pri visokim temperaturama. Kako temperatura raste, širina opsega zabrane poluprovodnika smanjuje se, što rezultira većom generacijom nosilaca (parova elektron-rupa) pod intrinsičkom pobudom. Međutim, ove dodatne vjerojatnosti rekompozicije nosilaca također porastu, što rezultira relativnim smanjenjem broja efektivnih nosilaca koji se mogu sakupiti na elektrodu, time smanjujući strmu struju, otvoreni napon i faktor ispune baterije, te konačno smanjujući učinkovitost pretvorbe. Na primjer, kristalne silicijevske sunčeve celije imaju temperaturni koeficijent od oko -0,4% /°C do -0,5% /°C, što znači da za svaki povećan 1°C, njihova učinkovitost pretvorbe smanji se za 0,4% do 0,5%.

Skraćeni životni vijek

Visoke temperature također ubrzavaju proces starenja materijala unutar modula sunčevih celija. U pogledu ambalažnih materijala baterije, visoka temperatura može dovesti do starenja, žutićenja, delaminacije i drugih problema ambalažne folije (poput EVA folije). Za samu bateriju, visoka temperatura može uzrokovati povećanje mrežnih defekata unutar silicijevog plitka, time utječeći na dugoročnu stabilnost i životni vijek baterije.

Metode za poboljšanje performansi sunčevih celija pri visokim temperaturama

Dizajn disipacije topline

Pasivna disipacija topline

Konstrukcijski dizajn modula sunčevih celija povoljan je za disipaciju topline. Na primjer, povećanjem kontaktne površine između zadnjice panela i zraka, koristeći materijal s dobrim vodljivošću topline kao zadnjicu panela, poput metalne zadnjice ili kompozitne zadnjice s visokom vodljivošću topline, toplina generirana baterijom lako se prenosi vani u okoliš. Također, ambalažna struktura komponente baterije pravilno je dizajnirana, a koristi se ambalažni materijal s dobrim prozračnostima kako bi se omogućila disipacija topline.

Aktivna disipacija topline

Mogu se koristiti uređaji s prisilnom hlađenjem zrakom, poput ventilatora. Mali ventilatori su instalirani u solarni poligon kako bi se toplina s površine baterije uklonila putem prisilne konvekcije zraka. Za velike solarnoenergetske postaje mogu se koristiti i sustavi hlađenja tekućinom, poput upotrebe vode ili specifičnog hladnog medija koji cirkulira u cijevi kako bi se odnesla toplina generirana modulom baterije. Ovaj način ima visoku učinkovitost disipacije topline, ali je relativno skup, pa je pogodan za velike postaje ili posebne primjene koje zahtijevaju visoku učinkovitost proizvodnje energije.

Poboljšanje materijala

Novi poluprovodni materijal

Istraživanje i razvoj novih poluprovodnih materijala s boljim temperaturnim karakteristikama za izradu sunčevih celija. Na primjer, perovskite sunčeve celije imaju relativno dobru stabilnost performansi pri visokim temperaturama, a njihov temperaturni koeficijent je niži od kristalnih silicijevih celija. Iako perovskite baterije još uvijek suočavaju neke tehničke izazove, imaju veliki potencijal u poboljšanju performansi pri visokim temperaturama.

Ambalažni materijal otporan na visoku temperaturu

Razvoj i upotreba ambalažnih materijala otpornih na visoku temperaturu. Na primjer, upotreba novih poliolefin ambalažnih materijala umjesto tradicionalne EVA folije, ovaj materijal ima bolju stabilnost pri visokim temperaturama, što može smanjiti utjecaj staranja ambalažnih materijala na performanse baterije.

Optičko upravljanje i tehnologija kompenzacije temperature

Optičko upravljanje

Prekomjerna toplina apsorbirana od baterije smanjuje se optičkim dizajnom. Na primjer, koriste se selektivne apsorbirajuće pokrivači ili optički reflektori kako bi sunčeva celija apsorbirala samo svjetlost u određenom valnom rasponu koja se može koristiti za proizvodnju struje, dok se svjetlost u drugim valnim rasponima gdje se lako generira toplina reflektira, time smanjujući temperaturu celije.

Tehnologija kompenzacije temperature

Tehnologija kompenzacije temperature koristi se u dizajnu kruga sunčevih celija. Na primjer, dodavanjem senzora temperature i kompenzacijskog kruga u krug, radni stanje baterije se prilagođava u stvarnom vremenu prema temperaturi baterije, poput promjene otpora opterećenja ili primjene obrnutog napona, kako bi se smanjio negativni utjecaj visoke temperature na performanse baterije.