Kako visoke temperature vplivajo na delovanje fotocelice in kaj se lahko naredi za izboljšanje?

Vpliv visokih temperatur na delovanje fotocelice

Zmanjšana učinkovitost pretvorbe

Za večino fotocelic (na primer kristalne silicijevske fotocelice) njihova učinkovitost pretvorbe pada s povečanjem temperature. To je zato, ker se pri visokih temperaturah spremeni notranja lastnosti polprevodniških materialov, kot je silicij. S povečanjem temperature se manjša širina pasu polprevodnika, kar povzroči več generacije nosilcev (elektron-dirlan par) pod intrinzično vzbuđenjem. Vendar pa tudi verjetnost rekoombinacije teh dodatnih nosilcev narašča, kar vodi do relativnega padca števila učinkovitih nosilcev, ki jih lahko zbiramo na elektrod, zmanjšanja kratkostrokovnega toka, odprtokrogove napetosti in faktorja izpolnjevanja baterije in tako končno do zmanjšanja učinkovitosti pretvorbe. Na primer, kristalne silicijevske fotocelice imajo temperaturni koeficient okoli -0,4% /°C do -0,5% /°C, kar pomeni, da za vsak 1°C povečanje temperature njihova učinkovitost pretvorbe pada za 0,4% do 0,5%.

Krajšan življenjski čas

Visoke temperature pospešujejo staranje materialov znotraj solarnega modula. Glede na embalažne materiale baterije, lahko visoka temperatura vodi do staranja, rumenjanja, razdelitve in drugih problemov embalažnega folija (na primer EVA folija). Za sam element lahko visoke temperature povzročijo povečanje mrežnih defektov znotraj silicijevske plasti, kar vpliva na dolgoročno stabilnost in življenjski čas baterije.

Metode za izboljšanje delovanja fotocelic pri visokih temperaturah

Dizajn za hlaščenje

Pasivno hlaščenje

Strukturni dizajn solarnega celinskega modula je koristen za hlaščenje. Na primer, s povečanjem stikališčne površine med zadnjo stranjo panela in zrakom, uporabo materiala z dobro toplotno prevodnostjo kot zadnji strani panela, kot je kovinski podlog ali kompozitni podlog z visoko toplotno prevodnostjo, se toplota, ki jo generira baterija, lažje prenese v zunanje okolje. Poleg tega je razumno oblikovan embalažni struktura baterijskega komponenta in uporabljeni embalažni material z dobro dajljivostjo za olajšanje hlaščenja.

Aktivno hlaščenje

Lahko se uporabljajo naprave za prisilno hladilno hlaščenje, kot so ventilatorji. Mala ventilatorji so nameščeni v solarnem polju, da odstranijo toploto s površine baterije skozi prisilno konvekcijo zraka. Za velike solarno elektrarne lahko uporabimo tudi tekočinsko hlaščenje, kot je uporaba vode ali posebnih hladilnih tekočin, ki cirkulirajo v cevi, da odstranijo toploto, ki jo generira baterijski modul. Ta metoda ima visoko učinkovitost hlaščenja, vendar je strošek relativno visok in je primerna za velike elektrarne ali posebne uporabne situacije, ki zahtevajo visoko učinkovitost proizvodnje energije.

Izboljšava materialov

Novi polprevodniški materiali

Raziskave in razvoj novih polprevodniških materialov z boljšimi temperaturnimi karakteristikami za izdelavo fotocelic. Na primer, perovskitne fotocelice imajo relativno dobro stabilnost delovanja pri visokih temperaturah in njihov temperaturni koeficient je nižji kot pri kristalnih silicijevskih celicah. Čeprav perovskitne baterije še vedno soočajo s nekaterimi tehničnimi izzivi, imajo velik potencial za izboljšanje delovanja pri visokih temperaturah.

Toplotoodporni embalažni materiali

Razvoj in uporaba toplotoodpornih embalažnih materialov. Na primer, uporaba novih pololefinovih embalažnih materialov namesto tradicionalnega EVA folija, ta material ima boljšo stabilnost pri visokih temperaturah, lahko zmanjša vpliv staranja embalažnih materialov na delovanje baterije.

Optično upravljanje in tehnologija temperaturne kompenzacije

Optično upravljanje

Presežna toplota, ki jo absorpira baterija, se zmanjša z optičnim dizajnom. Na primer, uporabljajo se selektivne absorbcijske premaze ali optični reflektorji, tako da fotocelice absorpirajo le svetlobo v določenem valovnem razponu, ki jo lahko uporabijo za proizvodnjo električne energije, medtem ko odbijajo svetlobo v drugih valovnih razponih, kjer se lahko lako generira toplota, zato se zmanjša temperatura celice.

Tehnologija temperaturne kompenzacije

Tehnologija temperaturne kompenzacije se uporablja v krmilni shemi solarnih celic. Na primer, s pomočjo dodatka temperaturnega senzorja in kompenzacijskega krmilnika v krmilno shemo, se delovanje baterije prilagaja v realnem času glede na temperaturo baterije, kot je spreminjanje odpornosti naloza ali uporaba obratnega polariziranja, za zmanjšanje negativnega vpliva visokih temperatur na delovanje baterije.