Hur påverkar höga temperaturer prestandan hos en solcell, och vad kan göras för att förbättra den?

Effekten av hög temperatur på solcellsprestanda

Förbättrad konverteringseffektivitet

För de flesta solceller (till exempel kristallina siliciumsolceller) minskar deras konverteringseffektivitet när temperaturen stiger. Detta beror på att vid höga temperaturer ändras halvledarmaterialens, som siliciums, inre egenskaper. När temperaturen ökar, minskar bandgapbredden för halvledaren, vilket leder till mer generering av bärare (elektron-hålpar) under inre excitation. Men dessa ytterligare bärares återföreningssannolikhet ökar också, vilket resulterar i en relativ minskning av antalet effektiva bärare som kan samlas in till elektroden, vilket i sin tur minskar batteriets kortslutningsström, öppna spänningsvolts och fyllningsfaktor, och slutligen resulterar i en minskning av konverteringseffektiviteten. Till exempel har kristallina siliciumsolceller en temperaturkoefficient på cirka -0,4% /°C till -0,5% /°C, vilket innebär att för varje 1°C temperaturökning minskar deras konverteringseffektivitet med 0,4% till 0,5%.

Förkortad livslängd

Höga temperaturer accelererar också åldrandeprocessen av materialen inuti solmodulen. I termer av batteripackagingmaterial kan hög temperatur leda till åldring, gulning, delamination och andra problem med packagingsfilm (som EVA-film). För batteriet självt kan höga temperaturer orsaka en ökning av gitterdefekter inuti siliciumplåten, vilket påverkar batteriets långsiktiga stabilitет и долговечность батареи.

Metoder för att förbättra prestandan hos solceller vid höga temperaturer

Värmespridningsdesign

Passiv värmespridning

Strukturdesignen av solcellmodulen är gynnsam för värmespridning. Till exempel, öka kontaktytan mellan panelens baksida och luften, använda ett material med god värmeledningsegenskaper som panelens bakplatta, såsom en metallbakplatta eller en kompositbakplatta med hög värmeledning, gör att värmen genererad av batteriet lättare överförs till yttre miljön. Dessutom är batterikomponentens packningsstruktur väl designad, och packningsmaterial med god andningsförmåga används för att underlätta värmespridning.

Aktiv värmespridning

Tvingade luftkylningssystem, som fläktar, kan användas. Små fläktar installeras i solpanelerna för att ta bort värme från batteriets yta genom tvingad konvektion av luft. För stora solkraftverk kan även vätskekylningssystem användas, till exempel genom att använda vatten eller speciella kylmedier som cirkulerar i rör för att bortföra värmen genererad av batterimodulen. Denna metod har en hög värmespridningseffektivitet, men kostnaden är relativt hög, och den är lämplig för storskaliga kraftverk eller specialapplikationer som kräver hög elproduktionsprestanda.

Materialförbättring

Nytt halvledarmaterial

Utveckling av nya halvledarmaterial med bättre temperaturkarakteristika för att tillverka solceller. Till exempel har perovskitsolceller relativt bra prestandastabilitet vid höga temperaturer, och deras temperaturkoefficient är lägre än kristallina siliciumcellers. Även om perovskitbatterier fortfarande står inför vissa tekniska utmaningar, har de stort potential att förbättra prestandan vid höga temperaturer.

Högteperaturbeständigt packningsmaterial

Utveckling och användning av högteperaturbeständiga packningsmaterial. Till exempel användningen av nya polyolefinpackningsmaterial istället för traditionell EVA-film, detta material har bättre stabilitет при высоких температурах, может уменьшить влияние старения упаковочных материалов на производительность батареи.

Optisk management och temperaturkompensationsteknik

Optisk management

Den överflödiga värme som absorberas av batteriet minskas genom optisk design. Till exempel används selektiva absorptionsbeläggningar eller optiska reflektorer så att solceller endast absorberar ljus inom ett visst våglängdsintervall som kan användas för att generera elektricitet, samtidigt som ljus inom andra våglängdsintervall där det enkelt genereras värme reflekteras, vilket minskar celltemperaturen.

Temperaturkompensationsteknik

Tekniken för temperaturkompensation används i kretskonstruktionen av solceller. Till exempel, genom att lägga till en temperatursensor och kompensationskrets i kretsen, justeras batteriets arbetsläge i realtid enligt batteriets temperatur, till exempel genom att ändra belastningsresistans eller applicera inversspänning, för att minska de negativa effekterna av höga temperaturer på batteriets prestanda.