Hvordan påvirker høy temperatur effektiviteten til en solcelle, og hva kan gjøres for å forbedre den?

Effekten av høy temperatur på solcelleprestasjoner

Redusert konverteringseffektivitet

For de fleste solceller (som krysytallsilisiumsolceller) minsker konverteringseffektiviteten når temperaturen øker. Dette er fordi ved høye temperaturer endrer seg egenskapene til halvledermaterialer som silisium internt. Når temperaturen øker, minker bandgap-bredde hos halvlederen, noe som fører til mer generering av bærere (elektron-hull-par) under intrinsisk opphisselse. Imidlertid øker også sannsynligheten for at disse ekstra bærerne rekomponerer, noe som fører til en relativ reduksjon i antall effektive bærere som kan samles til elektroden, og dermed reduserer batteriets kortslutningsstrøm, åpen-sirkuitsspenning og fyllfaktor, og til slutt resulterer dette i en reduksjon i konverteringseffektiviteten. For eksempel har krysytallsilisiumsolceller en temperaturkoeffisient på omtrent -0,4% /°C til -0,5% /°C, hvilket betyr at for hver 1°C økning i temperatur, reduseres deres konverteringseffektivitet med 0,4% til 0,5%.

Forkortet levetid

Høye temperaturer forsterker også aldringsprosessen til materialene inne i solmodulen. Når det gjelder emballasjematerialer for batteriet, kan høy temperatur føre til aldring, gulning, delaminering og andre problemer med emballasjonsfilm (som EVA-film). For selve batteriet kan høye temperaturer føre til en økning i gitterdefekter inne i silisiumplaten, noe som påvirker den langevarige stabiliteten og levetiden til batteriet.

Metoder for å forbedre prestasjonen til solceller ved høye temperaturer

Kjølingdesign

Passiv kjøling

Strukturelt designet av solcellemodulen er gunstig for kjøling. For eksempel kan kontaktflaten mellom baksiden av panelen og luften økes, eller et materiale med god varmeledning kan brukes som bakplate for panelen, som en metallbakplate eller en kompositbakplate med høy varmeledning, slik at varmen generert av batteriet lettere overføres til omgivelsene. I tillegg kan emballasjestrukturen til batterikomponenten være riktig designet, og emballasjematerialer med god pustefunksjon kan brukes for å forenkle kjøling.

Aktiv kjøling

Tvingede luftavkjølingsenheter som ventilatorer kan brukes. Små ventilatorer installeres i solpanelgruppen for å fjerne varme fra batteriets overflate gjennom tvinget luftkonveksjon. For store solkraftverk kan også væskakjølingssystemer brukes, som bruk av vann eller spesiell kjølevæske som sirkulerer i rør for å bære vekk varmen generert av batterimodulen. Denne metoden har høy kjølingseffektivitet, men kostnadene er relativt høye, og den er egnet for store kraftverk eller spesielle anvendelsesscenarier som krever høy strømproduksjonseffektivitet.

Materialeforbedring

Nytt halvledermaterial

Utvikling av nye halvledermaterialer med bedre temperaturkarakteristika for å lage solceller. For eksempel har perovskittsolceller relativt god prestasjonstabilitet ved høye temperaturer, og deres temperaturkoeffisient er lavere enn for krysytallsilisiumceller. Selv om perovskittbatterier fremdeles står overfor noen tekniske utfordringer, har de stor potensial for å forbedre prestasjonen ved høye temperaturer.

Høytemperaturbestandig emballasjematerial

Utvikling og bruk av høytemperaturbestandig emballasjematerial. For eksempel kan nytt polyolefinemballasjematerial brukes i stedet for tradisjonell EVA-film, et material som har bedre stabilitet ved høye temperaturer, og kan redusere innvirkningen av aldre emballasjematerialer på batteriprestasjonen.

Optisk ledelse og temperaturkompensasjonsteknologi

Optisk ledelse

Den unødvendige varme absorbert av batteriet reduseres gjennom optisk design. For eksempel kan selektive absorpsjonsbelag eller optiske reflekterende materialer brukes, slik at solceller bare absorberer lys i en spesifikk bølgelengdebredde som kan brukes til å produsere strøm, mens lys i andre bølgelengdebredder hvor det lett dannes varme reflekteres, noe som reduserer cellens temperatur.

Temperaturkompensasjonsteknikk

Teknologien for temperaturkompensasjon brukes i kretsdesignet av solceller. For eksempel kan en temperatursensor og kompensasjonssirkuit legges til i kretsen, slik at arbeidsforholdet til batteriet justeres i sanntid basert på batteriets temperatur, som for eksempel ved å endre belastningsmotstand eller ved å bruke motpolering, for å redusere den negative innvirkningen av høy temperatur på batteriets prestasjon.