Milyen hatással van a magas hőmérséklet egy napeleme teljesítményére és milyen intézkedéseket lehet tenni annak javítására?

A magas hőmérséklet hatása a napelemelek teljesítményére

Csökkenő átalakítási hatékonyság

A legtöbb napelem (mint például a kristályos szilícium napelem) esetén az átalakítási hatékonyság csökken ahogy a hőmérséklet emelkedik. Ez azért van, mert a magas hőmérsékleteknél a szilícium és más fémes anyagok belső tulajdonságai megváltoznak. A hőmérséklet növekedésével a fémes anyag bandgap szélessége csökken, ami eredményez több tranzisztor-érpár (elektron-részecske pár) generálódást természetes izmerés során. Azonban ezekkel a további tranzisztor-érpárok rekombozálódásának valószínűsége is nő, ami relatív csökkenést okoz a gyűjthető hatékony tranzisztor-érpárok számában, amelyeket az elektrodákra lehet gyűjteni, ezzel csökkentve az elem rövidzárlós áramát, nyitott kör feszültségét és a kitöltési tényezőt, végül pedig az átalakítási hatékonyságot is. Például a kristályos szilícium napelemeknek körülbelül -0,4% /°C-tól -0,5% /°C-ig van a hőmérsékleti együtthatója, ami azt jelenti, hogy minden 1°C-es hőmérséklet-emelkedéshez 0,4%-tól 0,5%-ig csökken az átalakítási hatékonyság.

Rövidebb élettartam

A magas hőmérséklet gyorsítja a napelemmodul belső anyagainak öregedési folyamatát is. Az elem csomagolóanyagai tekintetében a magas hőmérséklet idősebbé teheti, sárgulathoz, delaminálódáshoz vezethet, mint például az EVA film esetében. Az elem maga tekintetében a magas hőméreséklet növelheti a szilíciumlap belső rácsdefekcióit, ami befolyásolhatja az elem hosszú távú stabilitását és élettartamát.

Módszerek a napelemek teljesítményének javítására magas hőmérsékleten

Hővezetési tervezés

Passzív hővezetés

A napelemmodul szerkezeti tervezése kedvez a hővesztésnek. Például, a panel hátsó része és a levegő közötti kapcsolattér növelése, használható a panel háttáblájaként jól hővezető anyag, mint például fémmel vagy magas hővezető képességű kompozit anyaggal, ami segít, hogy az elem által generált hő könnyebben átadódjon a külvilágnak. Emellett a baterieszterc csomagolóstruktúrája is megfelelően tervezett, és használható a hővezetésnek kedvező légporózus csomagolóanyag.

Aktív hővezetés

Használhatók például ventilátorok, amelyek erőltetett konvekciót alkotnak a levegővel, és így eltávolítják a hőt a batteryszerkezet felületről. Nagyobb napelemparkok esetén alkalmazhatók folyadék hűtőrendszerrel, mint például víz vagy speciális hűtőfolyadék cirkulálása a csövekben, amely elvitteti a batterymodul által generált hőt. Ez a módszer nagy hővezetési hatékonysággal bír, de a költsége magasabb, és nagy léptékű telepek vagy olyan speciális alkalmazási helyzetek esetén alkalmas, ahol magas generációs hatékonyság szükséges.

Anyagfejlesztés

Új fémes anyag

Jobb hőmérsékleti jellemzőkkel rendelkező új fémes anyagok kutatása és fejlesztése napelemekhez. Például, a perovskita napelemek viszonylag jó teljesítmény stabilitást mutatnak magas hőmérsékleten, és a hőmérsékleti együtthatójuk alacsonyabb, mint a kristályos szilícium celláké. Bár a perovskita elemek még néhány technikai kihívással is szembesülnek, nagy potenciállal rendelkeznek a magas hőmérsékleti teljesítmény javításában.

Magas hőmérsékletű ellenálló csomagolóanyag

Magas hőmérsékletű ellenálló csomagolóanyagok fejlesztése és használata. Például, az új poliolefin csomagolóanyagok használata a hagyományos EVA film helyett, melyek jobb stabilitást biztosítanak magas hőmérsékleten, és csökkenthetik az öregedő csomagolóanyagok hatását a batteryelem teljesítményére.

Optikai kezelés és hőmérséklet-kompensációs technológia

Optikai kezelés

Az elem által felvett túlhő csökkentése optikai tervezéssel. Például, a selektív abszorpciós rétegek vagy optikai tükrök használata, amelyek csak adott hullámhosszú fényt vesznek fel, amit használnak villamos energiára, miközben a többi hullámhosszú fényt, ahol könnyen hő keletkezik, visszaverik, ezzel csökkentve az elem hőmérsékletét.

Hőmérséklet-kompensációs technika

A hőmérséklet-kompensációs technika alkalmazása a napelem áramkör tervezésében. Például, egy hőmérsékletérzékelő és kompenzáló áramkör hozzáadása az áramkörhöz, amivel a batteryelem működési állapota valós idejűben a batteryelem hőmérsékletének megfelelően állítható be, például a terhelés ellenállásának változtatása vagy fordított polarizáció alkalmazása, hogy csökkentsék a magas hőmérséklet negatív hatását a batteryelem teljesítményére.