Bagaimana suhu tinggi mempengaruhi kinerja sel surya, dan apa yang dapat dilakukan untuk meningkatkannya?

Pengaruh suhu tinggi terhadap kinerja sel surya

Efisiensi konversi berkurang

Untuk sebagian besar sel surya (seperti sel surya silikon kristal), efisiensi konversinya menurun seiring dengan meningkatnya suhu. Hal ini disebabkan karena pada suhu tinggi, sifat internal bahan semikonduktor seperti silikon berubah. Ketika suhu meningkat, lebar celah band semikonduktor berkurang, yang menghasilkan lebih banyak pembentukan pembawa (pasangan elektron-lubang) di bawah eksitasi intrinsik. Namun, probabilitas rekombinasi pembawa tambahan ini juga meningkat, yang mengakibatkan penurunan relatif jumlah pembawa efektif yang dapat dikumpulkan ke elektroda, sehingga mengurangi arus singkat, tegangan buka, dan faktor pengisian baterai, dan akhirnya mengakibatkan penurunan efisiensi konversi. Misalnya, sel surya silikon kristal memiliki koefisien suhu sekitar -0.4% /°C hingga -0.5% /°C, yang berarti untuk setiap kenaikan suhu 1°C, efisiensi konversinya menurun sebesar 0.4% hingga 0.5%.

Umur berkurang

Suhu tinggi juga mempercepat proses penuaan bahan di dalam modul surya. Dalam hal bahan pembungkus baterai, suhu tinggi mungkin menyebabkan penuaan, kuning, delaminasi, dan masalah lainnya pada film pembungkus (seperti film EVA). Untuk baterai itu sendiri, suhu tinggi mungkin menyebabkan peningkatan cacat struktur di dalam wafer silikon, yang berdampak pada stabilitas jangka panjang dan umur layanan baterai.

Metode untuk meningkatkan kinerja sel surya pada suhu tinggi

Desain pendinginan

Pendinginan pasif

Desain struktural modul sel surya mendukung pendinginan. Misalnya, meningkatkan area kontak antara bagian belakang panel dengan udara, menggunakan bahan dengan konduktivitas termal yang baik sebagai backplane panel, seperti backplane logam atau backplane komposit dengan konduktivitas termal tinggi, membuat panas yang dihasilkan oleh baterai lebih mudah ditransmisikan ke lingkungan luar. Selain itu, struktur pembungkus komponen baterai dirancang secara wajar, dan bahan pembungkus dengan permeabilitas udara yang baik digunakan untuk memfasilitasi pendinginan.

Pendinginan aktif

Perangkat pendingin udara paksa seperti kipas dapat digunakan. Kipas kecil dipasang di array surya untuk menghilangkan panas dari permukaan baterai melalui konveksi paksa udara. Untuk pembangkit listrik surya skala besar, sistem pendingin cair juga dapat digunakan, seperti penggunaan air atau cairan pendingin khusus yang beredar dalam pipa untuk membawa panas yang dihasilkan oleh modul baterai. Metode ini memiliki efisiensi pendinginan yang tinggi, tetapi biayanya relatif tinggi, dan cocok untuk pembangkit listrik skala besar atau skenario aplikasi khusus yang membutuhkan efisiensi pembangkitan listrik yang tinggi.

Peningkatan material

Bahan semikonduktor baru

Penelitian dan pengembangan bahan semikonduktor baru dengan karakteristik suhu yang lebih baik untuk membuat sel surya. Misalnya, sel surya perovskit memiliki stabilitas kinerja yang relatif baik pada suhu tinggi, dan koefisien suhunya lebih rendah dibandingkan sel silikon kristal. Meskipun sel perovskit masih menghadapi beberapa tantangan teknis, mereka memiliki potensi besar dalam meningkatkan kinerja pada suhu tinggi.

Bahan pembungkus tahan suhu tinggi

Pengembangan dan penggunaan bahan pembungkus tahan suhu tinggi. Misalnya, penggunaan bahan poliolefin baru sebagai ganti film EVA tradisional, bahan ini memiliki stabilitas yang lebih baik pada suhu tinggi, dapat mengurangi dampak penuaan bahan pembungkus terhadap kinerja baterai.

Manajemen optik dan teknologi kompensasi suhu

Manajemen optik

Panaskan berlebihan yang diserap oleh baterai dikurangi melalui desain optik. Misalnya, menggunakan lapisan serapan selektif atau reflektor optik sehingga sel surya hanya menyerap cahaya dalam rentang panjang gelombang tertentu yang dapat digunakan untuk menghasilkan listrik, sementara cahaya dalam rentang panjang gelombang lainnya yang mudah menghasilkan panas dipantulkan, sehingga mengurangi suhu sel.

Teknik kompensasi suhu

Teknik kompensasi suhu digunakan dalam desain rangkaian sel surya. Misalnya, dengan menambahkan sensor suhu dan rangkaian kompensasi ke dalam rangkaian, keadaan kerja baterai diatur secara real-time sesuai dengan suhu baterai, seperti mengubah resistansi beban atau menerapkan bias balik, untuk mengurangi dampak negatif suhu tinggi terhadap kinerja baterai.