Как высокая температура влияет на производительность солнечной батареи и что можно сделать для ее улучшения

Влияние высоких температур на производительность солнечных батарей

Снижение эффективности преобразования

Для большинства солнечных батарей (например, кремниевых солнечных батарей) их эффективность преобразования снижается по мере увеличения температуры. Это происходит потому, что при высоких температурах внутренние свойства полупроводниковых материалов, таких как кремний, изменяются. С повышением температуры ширина запрещенной зоны полупроводника уменьшается, что приводит к увеличению количества носителей заряда (электрон-дырочных пар) при собственном возбуждении. Однако вероятность рекомбинации этих дополнительных носителей также увеличивается, что приводит к относительному уменьшению числа эффективных носителей, которые могут быть собраны на электрод, тем самым снижая ток короткого замыкания, напряжение холостого хода и коэффициент заполнения батареи, и, в конечном итоге, снижая эффективность преобразования. Например, кремниевые солнечные батареи имеют температурный коэффициент около -0,4% /°C до -0,5% /°C, что означает, что при каждом увеличении температуры на 1°C их эффективность преобразования снижается на 0,4% до 0,5%.

Сокращение срока службы

Высокие температуры также ускоряют процесс старения материалов внутри солнечного модуля. В отношении материалов для упаковки батареи, высокие температуры могут привести к старению, пожелтению и расслоению упаковочной пленки (например, EVA-пленки). Для самой батареи высокие температуры могут вызвать увеличение дефектов решетки внутри кремниевой пластины, что влияет на долгосрочную стабильность и срок службы батареи.

Методы улучшения производительности солнечных батарей при высоких температурах

Тепловой дизайн

Пассивное теплоотведение

Конструктивный дизайн солнечного модуля способствует теплоотведению. Например, увеличение площади контакта между задней стороной панели и воздухом, использование материала с хорошей теплопроводностью в качестве задней панели, такой как металлическая панель или композитная панель с высокой теплопроводностью, позволяет более легко передавать тепло, генерируемое батареей, во внешнюю среду. Кроме того, разумно спроектирована упаковочная структура батарейного модуля, и используется упаковочный материал с хорошей воздухопроницаемостью для облегчения теплоотвода.

Активное теплоотведение

Можно использовать устройства принудительного воздушного охлаждения, такие как вентиляторы. Маленькие вентиляторы устанавливаются в солнечной батарее для удаления тепла с поверхности батареи путем принудительной конвекции воздуха. Для крупных солнечных электростанций также можно использовать системы жидкостного охлаждения, такие как использование воды или специального охладителя, циркулирующего в трубах, чтобы отводить тепло, генерируемое батарейным модулем. Этот метод имеет высокую эффективность теплоотвода, но стоимость его относительно высока, и он подходит для крупных электростанций или специальных применений, требующих высокой эффективности генерации электроэнергии.

Улучшение материалов

Новые полупроводниковые материалы

Разработка новых полупроводниковых материалов с лучшими температурными характеристиками для создания солнечных батарей. Например, перовскитные солнечные батареи имеют относительно хорошую стабильность работы при высоких температурах, и их температурный коэффициент ниже, чем у кремниевых батарей. Хотя перовскитные батареи все еще сталкиваются с некоторыми техническими проблемами, они имеют большой потенциал для улучшения производительности при высоких температурах.

Материалы для упаковки, устойчивые к высоким температурам

Разработка и использование материалов для упаковки, устойчивых к высоким температурам. Например, использование новых полиолефиновых материалов для упаковки вместо традиционной EVA-пленки, этот материал имеет лучшую стабильность при высоких температурах, что может снизить влияние старения материалов упаковки на производительность батареи.

Оптическое управление и технология компенсации температуры

Оптическое управление

Избыточное тепло, поглощенное батареей, снижается за счет оптического дизайна. Например, используются избирательные покрытия поглощения или оптические отражатели, чтобы солнечные батареи поглощали только свет в определенном диапазоне длин волн, который может использоваться для генерации электроэнергии, а свет в других диапазонах длин волн, где легко образуется тепло, отражался, тем самым снижая температуру батареи.

Технология компенсации температуры

Технология компенсации температуры используется в схемном дизайне солнечной батареи. Например, добавляется датчик температуры и компенсационная схема, которая позволяет в реальном времени регулировать рабочее состояние батареи в зависимости от ее температуры, например, изменяя сопротивление нагрузки или применяя обратное смещение, чтобы снизить негативное воздействие высоких температур на производительность батареи.