Hoe beïnvloedt hoge temperatuur de prestaties van een zonnecel en wat kan worden gedaan om deze te verbeteren

Effect van hoge temperatuur op de prestaties van zonnecellen

Verlaagde conversie-efficiëntie

Voor de meeste zonnecellen (zoals kristallijne silicium zonnecellen) neemt hun conversie-efficiëntie af naarmate de temperatuur stijgt. Dit komt doordat bij hoge temperaturen de interne eigenschappen van halfgeleidermaterialen zoals silicium veranderen. Wanneer de temperatuur stijgt, neemt de bandgapbreedte van de halfgeleider af, wat leidt tot meer draaggolfpaarvorming onder intrinsieke opwinding. Echter, de waarschijnlijkheid van recombinatie van deze extra draaggolven neemt ook toe, wat resulteert in een relatieve afname van het aantal effectieve draaggolven dat kan worden verzameld bij de elektrode, waardoor de kortsluitstroom, de open-circuit spanning en de vullingsfactor van de cel afnemen, en uiteindelijk de conversie-efficiëntie daalt. Bijvoorbeeld, kristallijne silicium zonnecellen hebben een temperatuurcoëfficiënt van ongeveer -0,4% /°C tot -0,5% /°C, wat betekent dat voor elke 1°C stijging in temperatuur, hun conversie-efficiëntie met 0,4% tot 0,5% afneemt.

Verkorte levensduur

Hoge temperaturen versnellen ook het verouderingsproces van de materialen binnen de zonnepaneelmodule. In termen van verpakkingsmaterialen van de cel, kan hoge temperatuur leiden tot veroudering, vergeling, delaminatie en andere problemen van verpakkingsfolie (zoals EVA-folie). Voor de cel zelf kunnen hoge temperaturen leiden tot een toename van roosterdefecten binnen de siliciumwafer, waardoor de langetermijnstabiliteit en de levensduur van de cel beïnvloed worden.

Methoden om de prestaties van zonnecellen bij hoge temperaturen te verbeteren

Afkoelingsontwerp

Passieve afkoeling

Het structuurontwerp van de zonnepaneelmodule is bevorderlijk voor afkoeling. Bijvoorbeeld, door de contactoppervlakte tussen de achterkant van het paneel en de lucht te vergroten, en een materiaal met goede warmtegeleiding te gebruiken als achterplaat van het paneel, zoals een metalen achterplaat of een composiet achterplaat met hoge warmtegeleiding, wordt de warmte die door de cel wordt geproduceerd gemakkelijker naar de buitenomgeving overgedragen. Bovendien wordt de verpakkingsstructuur van de celcomponent goed ontworpen, en wordt een verpakkingsmateriaal met goede adembaarheid gebruikt om de afkoeling te bevorderen.

Actieve afkoeling

Koelmiddelen zoals ventilatoren kunnen worden gebruikt. Kleine ventilatoren worden geïnstalleerd in de zonnearray om warmte van het oppervlak van de cel weg te halen door middel van gedwongen convectie van lucht. Voor grote zonneparken kunnen ook vloeistofkoelsystemen worden gebruikt, zoals het gebruik van water of speciale koelmiddelen die circuleren in buizen om de warmte die door de celmodule wordt geproduceerd weg te voeren. Deze methode heeft een hoge afkoelingsrendement, maar de kosten zijn relatief hoog, en is geschikt voor grootschalige energiecentrales of speciale toepassingsscenario's waar hoge elektriciteitsopwekkingsefficiëntie vereist is.

Materiaalverbetering

Nieuw halfgeleidermateriaal

Onderzoek en ontwikkeling van nieuwe halfgeleidermaterialen met betere temperatuureigenschappen voor zonnecellen. Bijvoorbeeld, perovskiet zonnecellen hebben relatief stabiele prestaties bij hoge temperaturen, en hun temperatuurcoëfficiënt is lager dan die van kristallijne siliciumcellen. Hoewel perovskietcellen nog steeds enkele technische uitdagingen het hoofd moeten bieden, hebben ze groot potentieel voor het verbeteren van de prestaties bij hoge temperaturen.

Hittebestendig verpakkingsmateriaal

Ontwikkeling en gebruik van hittebestendige verpakkingsmaterialen. Bijvoorbeeld, het gebruik van nieuwe polyolefin verpakkingsmaterialen in plaats van traditionele EVA-folie, dit materiaal heeft betere stabiliteit bij hoge temperaturen, en kan de invloed van verouderende verpakkingsmaterialen op de prestaties van de cel verminderen.

Optisch management en temperatuurcompensatietechnologie

Optisch management

De overtollige warmte die door de cel wordt opgenomen, wordt verminderd door optisch ontwerp. Bijvoorbeeld, selectieve absorptiecoatings of optische reflectoren worden gebruikt, zodat zonnecellen alleen licht absorberen in een specifiek golflengterange dat kan worden gebruikt voor het opwekken van elektriciteit, terwijl licht in andere golflengteranges, waarbij gemakkelijk warmte wordt geproduceerd, wordt weergekaatst, waardoor de celsius temperatuur daalt.

Temperatuurcompensatiemethode

Temperatuurcompensatiemethoden worden toegepast in het schakelingontwerp van zonnecellen. Bijvoorbeeld, door een temperatuursensor en compensatieschakeling toe te voegen aan de schakeling, wordt de werking van de cel in real-time aangepast volgens de temperatuur van de cel, zoals het veranderen van de belastingweerstand of het toepassen van reverse bias, om de negatieve impact van hoge temperaturen op de prestaties van de cel te verminderen.