Jak wysoka temperatura wpływa na wydajność komórki słonecznej i co można zrobić, aby ją poprawić

Wpływ wysokiej temperatury na wydajność komórek słonecznych

Zmniejszona wydajność przetwarzania

Dla większości komórek słonecznych (takich jak krystaliczne komórki słoneczne z krzemu), ich wydajność przetwarzania maleje wraz ze wzrostem temperatury. Wynika to z tego, że przy wysokich temperaturach zmieniają się wewnętrzne właściwości materiałów półprzewodnikowych, takich jak krzem. W miarę wzrostu temperatury szerokość pasma energetycznego półprzewodnika maleje, co prowadzi do powstania większej liczby nośników ładunku (par elektron-dziura) pod wpływem wewnętrznej ekscytacji. Jednak prawdopodobieństwo rekombinacji tych dodatkowych nośników również rośnie, co prowadzi do względnego zmniejszenia liczby skutecznych nośników, które mogą być zbierane przez elektrody, co z kolei prowadzi do obniżenia prądu krótkiego znamionowego, napięcia otwartocelowego i współczynnika wypełnienia baterii, a ostatecznie do obniżenia wydajności przetwarzania. Na przykład, dla krystalicznych komórek słonecznych z krzemu współczynnik temperaturowy wynosi około -0,4% /°C do -0,5% /°C, co oznacza, że przy każdym wzroście temperatury o 1°C ich wydajność przetwarzania maleje o 0,4% do 0,5%.

Skrócony czas użytkowania

Wysoka temperatura przyspiesza proces starzenia się materiałów wewnątrz modułu słonecznego. W odniesieniu do materiałów pakujących baterię, wysoka temperatura może prowadzić do starzenia, żółknięcia, odwarstwiania i innych problemów folii pakującej (np. folii EVA). Dla samej baterii, wysoka temperatura może powodować zwiększenie defektów sieci w cienkiej płycie krzemu, co wpływa na długoterminową stabilność i czas użytkowania baterii.

Metody poprawy wydajności komórek słonecznych przy wysokich temperaturach

Konstrukcja odprowadzająca ciepło

Pasywne odprowadzanie ciepła

Konstrukcja modułu komórek słonecznych sprzyja odprowadzaniu ciepła. Na przykład, zwiększenie powierzchni kontaktowej między tyłem panelu a powietrzem, użycie materiału o dobrych właściwościach przewodzenia ciepła jako podstawy panelu, takiej jak metalowa podstawa lub złożona podstawa o wysokiej przewodności ciepła, umożliwia łatwiejsze przekazywanie ciepła generowanego przez baterię do środowiska zewnętrznego. Ponadto, struktura pakowania elementu baterii jest odpowiednio zaprojektowana, a używany jest materiał pakujący o dobrych właściwościach przepuszczalności powietrza, co ułatwia odprowadzanie ciepła.

Aktywne odprowadzanie ciepła

Można stosować urządzenia chłodzące siłą, takie jak wentylatory. Małe wiatraki są montowane w układzie słonecznym, aby usuwać ciepło z powierzchni baterii poprzez wymuszoną konwekcję powietrza. Dla dużych farm słonecznych można również stosować systemy chłodzenia cieczą, takie jak użycie wody lub specjalnej cieczy chłodzącej krążącej w rurze, aby odprowadzać ciepło generowane przez moduł baterii. Ta metoda ma wysoką efektywność odprowadzania ciepła, ale koszt jest stosunkowo wysoki, i jest odpowiednia dla dużych elektrowni lub specjalnych scenariuszy zastosowania, które wymagają wysokiej efektywności generowania energii.

Poprawa materiałów

Nowy materiał półprzewodnikowy

Badania i rozwój nowych materiałów półprzewodnikowych o lepszych charakterystykach temperaturowych, aby tworzyć komórki słoneczne. Na przykład, komórki słoneczne perowskitowe mają stosunkowo dobrą stabilność wydajności przy wysokich temperaturach, a ich współczynnik temperaturowy jest niższy niż u komórek krystalicznych z krzemu. Chociaż komórki perowskitowe nadal stoją przed niektórymi wyzwaniami technicznymi, mają duży potencjał w poprawie wydajności przy wysokich temperaturach.

Materiał pakujący odporny na wysokie temperatury

Rozwój i użycie materiałów pakujących odpornych na wysokie temperatury. Na przykład, zamiast tradycyjnej folii EVA, można używać nowych materiałów poliolefinowych, które mają lepszą stabilność przy wysokich temperaturach, co pozwala zmniejszyć wpływ starzenia się materiałów pakujących na wydajność baterii.

Zarządzanie optyczne i technologia kompensacji temperatury

Zarządzanie optyczne

Przez projektowanie optyczne zmniejsza się nadmiar ciepła absorbowanego przez baterię. Na przykład, można używać pokryć selektywnie absorbujących lub odbijaczy optycznych, aby komórki słoneczne absorbowali światło tylko w określonym zakresie długości fal, które mogą być użyte do generowania energii, a jednocześnie odbijały światło w innych zakresach długości fal, gdzie łatwo powstaje ciepło, co prowadzi do obniżenia temperatury komórki.

Technika kompensacji temperatury

Technika kompensacji temperatury jest stosowana w projekcie obwodu komórek słonecznych. Na przykład, poprzez dodanie czujnika temperatury i obwodu kompensacyjnego do obwodu, stan pracy baterii jest dostosowywany w czasie rzeczywistym w zależności od temperatury baterii, np. zmieniając opór obciążenia lub stosując odwrócone obciążenie, aby zmniejszyć niekorzystny wpływ wysokiej temperatury na wydajność baterii.