อุณหภูมิสูงมีผลต่อประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์อย่างไร และสามารถทำอะไรได้บ้างเพื่อปรับปรุง

ผลกระทบของอุณหภูมิสูงต่อประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์

การลดลงของประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน

สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ (เช่น เซลล์แสงอาทิตย์แบบคริสตาลซิลิกอน) ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สาเหตุเนื่องจากที่อุณหภูมิสูง คุณสมบัติภายในของวัสดุกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน จะเปลี่ยนแปลง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความกว้างของช่องว่างวงจรของกึ่งตัวนำจะลดลง ส่งผลให้มีการสร้างคู่อิเล็กตรอน-หลุมเพิ่มขึ้นจากการกระตุ้นภายใน แต่โอกาสในการรวมตัวของคู่อิเล็กตรอน-หลุมเพิ่มขึ้นด้วย ส่งผลให้จำนวนของพาหะที่สามารถรวบรวมไปยังอิเล็กโทรดลดลง ทำให้กระแสไฟฟ้าสั้นวงจร แรงดันไฟฟ้าเปิดวงจร และปัจจัยการเติมเต็มของแบตเตอรี่ลดลง ทำให้สุดท้ายแล้วประสิทธิภาพการแปลงพลังงานลดลง ตัวอย่างเช่น เซลล์แสงอาทิตย์แบบคริสตาลซิลิกอนมีสัมประสิทธิ์อุณหภูมิประมาณ -0.4% /°C ถึง -0.5% /°C หมายความว่า สำหรับทุกๆ 1°C ที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานจะลดลง 0.4% ถึง 0.5%

การลดลงของอายุการใช้งาน

อุณหภูมิสูงยังเร่งกระบวนการเสื่อมสภาพของวัสดุภายในโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ ในแง่ของวัสดุบรรจุภัณฑ์เซลล์ ความร้อนสูงอาจทำให้เกิดการเสื่อมสภาพ การเหลือง และการแยกชั้นของฟิล์มบรรจุภัณฑ์ (เช่น ฟิล์ม EVA) สำหรับเซลล์เอง อุณหภูมิสูงอาจทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของข้อบกพร่องในโครงสร้างภายในของแผ่นซิลิกอน ทำให้ส่งผลต่อความมั่นคงระยะยาวและอายุการใช้งานของเซลล์

วิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ที่อุณหภูมิสูง

การออกแบบระบายความร้อน

การระบายความร้อนแบบพาสซีฟ

การออกแบบโครงสร้างของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์มีประโยชน์ต่อการระบายความร้อน ตัวอย่างเช่น เพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างด้านหลังของแผงกับอากาศ ใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติในการนำความร้อนดีเป็นแผ่นหลังของแผง เช่น แผ่นหลังโลหะ หรือแผ่นหลังคอมโพสิตที่มีความนำความร้อนสูง ทำให้ความร้อนที่เกิดขึ้นจากเซลล์สามารถถ่ายเทไปยังสภาพแวดล้อมภายนอกได้ง่ายขึ้น นอกจากนี้ การออกแบบโครงสร้างบรรจุภัณฑ์ของเซลล์ควรเหมาะสม และใช้วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่มีความโปร่งใสเพื่อช่วยในการระบายความร้อน

การระบายความร้อนแบบแอคทีฟ

สามารถใช้อุปกรณ์ระบายความร้อนด้วยลม เช่น พัดลม โดยติดตั้งพัดลมขนาดเล็กในอาร์เรย์แสงอาทิตย์ เพื่อขจัดความร้อนออกจากพื้นผิวของเซลล์โดยการไหลเวียนของอากาศแบบบังคับ สำหรับสถานีผลิตไฟฟ้าแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ สามารใช้ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว เช่น การใช้น้ำหรือสารทำความเย็นพิเศษไหลเวียนในท่อเพื่อขจัดความร้อนที่เกิดขึ้นจากโมดูลเซลล์ วิธีนี้มีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนสูง แต่มีต้นทุนสูง และเหมาะสมสำหรับสถานีผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ หรือสถานการณ์การใช้งานพิเศษที่ต้องการประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าสูง

การปรับปรุงวัสดุ

วัสดุกึ่งตัวนำใหม่

การวิจัยและพัฒนาวัสดุกึ่งตัวนำใหม่ที่มีคุณสมบัติทางอุณหภูมิที่ดีขึ้นเพื่อทำเซลล์แสงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น เซลล์แสงอาทิตย์แบบเพโรฟสไกท์มีความมั่นคงในการทำงานที่อุณหภูมิสูงค่อนข้างดี และสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของมันต่ำกว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบคริสตาลซิลิกอน แม้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบเพโรฟสไกท์ยังเผชิญกับความท้าทายทางเทคนิคบางประการ แต่มีศักยภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงมาก

วัสดุบรรจุภัณฑ์ทนความร้อนสูง

การพัฒนาและการใช้วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่ทนความร้อนสูง ตัวอย่างเช่น การใช้วัสดุโพลีโอลีฟินใหม่แทนฟิล์ม EVA แบบเดิม วัสดุนี้มีความมั่นคงที่อุณหภูมิสูงดีขึ้น สามารถลดผลกระทบของการเสื่อมสภาพของวัสดุบรรจุภัณฑ์ต่อประสิทธิภาพของเซลล์

เทคโนโลยีการจัดการแสงและการชดเชยอุณหภูมิ

การจัดการแสง

การลดความร้อนส่วนเกินที่ถูกดูดซึมโดยเซลล์โดยการออกแบบแสง ตัวอย่างเช่น การใช้สารเคลือบที่เลือกซับแสงหรือสะท้อนแสง เพื่อให้เซลล์แสงอาทิตย์ดูดซึมเฉพาะแสงในช่วงความยาวคลื่นที่สามารถใช้ในการผลิตไฟฟ้า และสะท้อนแสงในช่วงความยาวคลื่นอื่น ๆ ที่สร้างความร้อนได้ง่าย ทำให้ลดอุณหภูมิของเซลล์

เทคโนโลยีการชดเชยอุณหภูมิ

การใช้เทคโนโลยีการชดเชยอุณหภูมิในการออกแบบวงจรของเซลล์แสงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น โดยการเพิ่มเซ็นเซอร์อุณหภูมิและวงจรชดเชยเข้าไปในวงจร ทำการปรับการทำงานของเซลล์ตามอุณหภูมิของเซลล์ เช่น การเปลี่ยนความต้านทานโหลด หรือการใช้แรงดันตรงกลับ เพื่อลดผลกระทบเชิงลบของอุณหภูมิสูงต่อประสิทธิภาพของเซลล์