Kako visoka temperatura utiče na performanse sunčeve ćelije i šta se može uraditi da se poboli?

Uticaj visoke temperature na performanse solarnih celija

Smanjena efikasnost pretvaranja

Za većinu solarnih celija (kao što su kristalne silicijske solarni čelije), njihova efikasnost pretvaranja opada kako temperatura raste. To je zato što se unutrašnja svojstva poluprovodnih materijala, poput silicijuma, menjaju pri visokim temperaturama. Kako temperatura raste, širina zabranjene zone poluprovodnika se smanjuje, što dovodi do generisanja više nosilaca (parova elektron-dirljanje) pod intrinskom ekscitacijom. Međutim, verovatnoće rekombinacije ovih dodatnih nosilaca takođe rastu, što rezultira relativnim smanjenjem broja efektivnih nosilaca koji mogu biti sakupljeni na elektrodu, time smanjujući strmu struju, otvorenu struju i faktor ispunjenja čelije, i konačno dovodeći do smanjenja efikasnosti pretvaranja. Na primer, kristalne silicijske solarni čelije imaju temperaturni koeficijent od oko -0,4% /°C do -0,5% /°C, što znači da za svaki porast temperature za 1°C, njihova efikasnost pretvaranja opada za 0,4% do 0,5%.

Skraćen vek trajanja

Visoka temperatura takođe ubrzava proces starenja materijala unutar solarnog modula. U pogledu materijala za pakovanje baterije, visoka temperatura može dovesti do starenja, žućenja, delaminacije i drugih problema sa folijom za pakovanje (poput EVA folije). Za samu bateriju, visoka temperatura može dovesti do povećanja mrežnih defekata unutar silicijske plake, što utiče na dugoročnu stabilnost i vreme trajanja baterije.

Metode za poboljšanje performansi solarnih celija pri visokim temperaturama

Dizajn disipacije toplote

Pasivna disipacija toplote

Strukturni dizajn solarnog modula je povoljan za disipaciju toplote. Na primer, povećanjem površine kontaktiranja između pozadine panela i zraka, koristeći materijal sa dobrom provodljivošću toplote kao pozadinu panela, poput metalne pozadine ili kompozitne pozadine sa visokom provodljivošću toplote, toplina generisana od strane baterije lakše se prenosi u spoljašnju sredinu. Takođe, paketna struktura komponente baterije je razumno dizajnirana, a koristi se paketni materijal sa dobrim prozračenjem kako bi se omogućila disipacija toplote.

Aktivna disipacija toplote

Mogu se koristiti uređaji za prisilno hlađenje vazduhom, poput ventilatora. Mali ventilatori su instalirani u solarnom nizu kako bi se toplina sa površine baterije uklonila putem prisilne konvekcije vazduha. Za velike solarno-energetske elektrane, mogu se koristiti i sistemi hlađenja tekućinom, poput upotrebe vode ili specijalnog hladnog sredstva koje cirkuliše u cevima kako bi se otklonila toplina generisana od strane modula baterije. Ova metoda ima visoku efikasnost disipacije toplote, ali je relativno skupa i pogodna je za velike elektrane ili specifične primene koje zahtevaju visoku efikasnost proizvodnje energije.

Poboljšanje materijala

Novi poluprovodni materijal

Istraživanje i razvoj novih poluprovodnih materijala sa boljim temperaturnim karakteristikama za pravljenje solarnih celija. Na primer, perovskitne solarni čelije imaju relativno dobru stabilnost performansi pri visokim temperaturama, a njihov temperaturni koeficijent je niži od kristalnih silicijskih čelija. Iako perovskitne baterije još uvijek suočavaju nekim tehničkim izazovima, imaju veliki potencijal za poboljšanje performansi pri visokim temperaturama.

Materijal za pakovanje otporan na visoku temperaturu

Razvoj i upotreba materijala za pakovanje otpornih na visoku temperaturu. Na primer, upotreba novih poliolefinnih materijala za pakovanje umesto tradicionalne EVA folije, ovaj materijal ima bolju stabilnost pri visokim temperaturama, može smanjiti uticaj starenja materijala za pakovanje na performanse baterije.

Optičko upravljanje i tehnika kompenzacije temperature

Optičko upravljanje

Prekomerna toplina apsorbovana od strane baterije se smanjuje optičkim dizajnom. Na primer, koriste se selektivne apsorbirajuće pokrivači ili optički reflektori kako bi solarni čelije apsorbirale samo svetlo u određenom valnom opsegu koje se može koristiti za proizvodnju električne energije, dok se svetlo u drugim valnim opsegovima, gde se lako generiše toplina, reflektuje, time smanjujući temperaturu čelije.

Tehnika kompenzacije temperature

Tehnika kompenzacije temperature se koristi u dizajnu kruga solarnih čelija. Na primer, dodavanjem senzora temperature i kompenzacionog kruga u krug, radni stanje baterije se prilagođava u realnom vremenu prema temperaturi baterije, poput promene otpora opterećenja ili primene inverzne polarizacije, kako bi se smanjio negativan uticaj visoke temperature na performanse baterije.