Як висока температура впливає на продуктивність сонячної батареї, і що можна зробити для покращення?

Вплив високої температури на ефективність сонячних батарей

Зниження коефіцієнту перетворення

Для більшості сонячних батарей (таких як кристалічні силиконові сонячні батареї) їх коефіцієнт перетворення зменшується зі зростанням температури. Це пов'язано з тим, що при високих температурах внутрішні властивості напівпровідникових матеріалів, таких як кремній, змінюються. Зі зростанням температури ширина забороненої зони напівпровідника зменшується, що призводить до появи додаткових носіїв заряду (пар електрон-дыра) за рахунок внутрішнього збудження. Однак ймовірність рекомбінації цих додаткових носіїв також збільшується, що призводить до відносного зменшення кількості ефективних носіїв, які можуть бути зібрані на електрод, таким чином зменшуючи струм короткого замикання, відкрите напруга і фактор заповнення батареї, і, врешті-решт, зменшуючи коефіцієнт перетворення. Наприклад, кристалічні силиконові сонячні батареї мають температурний коефіцієнт приблизно -0,4% /°C до -0,5% /°C, що означає, що при кожному підвищенні температури на 1°C, їх коефіцієнт перетворення зменшується на 0,4% до 0,5%.

Скорочення строку служби

Висока температура також прискорює процес старіння матеріалів всередині модуля сонячної батареї. Щодо матеріалів для упаковки батареї, висока температура може призвести до старіння, пожовхдання, розділення шарів та інших проблем упаковочних плівок (наприклад, EVA-плівки). Для самого аккумулятора, високі температури можуть спричинити збільшення кількості дефектів решітки всередині кремнієвої пластини, що в свою чергу впливає на довгострокову стабільність та термін служби батареї.

Методи покращення ефективності сонячних батарей при високих температурах

Тепловіддача

Пасивне теплообмін

Конструктивний дизайн модуля сонячної батареї сприяє тепловіддачі. Наприклад, збільшення площі контакту між задньою стороною панелі та повітря, використання матеріалу з високою теплопровідністю як основи панелі, такої як металева основа або композитна основа з високою теплопровідністю, робить теплову енергію, виділену батареєю, легше передається зовнішньому середовищу. Крім того, конструкція упаковки батареї розроблена ​​раціонально, і використовуються матеріали з хорошими вентиляційними властивостями для полегшення тепловіддачі.

Активне теплообмін

Можна використовувати пристрої обов'язкового повітряного охолодження, такі як вентилятори. Маленькі вентилятори встановлюються в сонячному масиві, щоб відволікати тепло з поверхні батареї через обов'язковий конвекційний потік повітря. Для великих сонячних електростанцій також можна використовувати системи рідкостного охолодження, наприклад, використовуючи воду або спеціальні рідини, які циркулюють в трубах, щоб забрати тепло, виділене модулем батареї. Цей метод має високу ефективність тепловіддачі, але вартість відносно висока, і він підходить для великомасштабних електростанцій або спеціальних сценаріїв застосування, які потребують високої ефективності генерації електроенергії.

Вдосконалення матеріалів

Нові напівпровідникові матеріали

Розробка нових напівпровідникових матеріалів з кращими температурними характеристиками для виготовлення сонячних батарей. Наприклад, перовськітні сонячні батареї мають відносно стабільну продуктивність при високих температурах, і їх температурний коефіцієнт нижчий, ніж у кристалічних силиконових батарей. Хоча перовськітні батареї все ще стикаються з деякими технічними проблемами, вони мають великий потенціал для покращення продуктивності при високих температурах.

Матеріали для упаковки, стійкі до високих температур

Розробка та використання матеріалів для упаковки, стійких до високих температур. Наприклад, використання нових поліолефінових матеріалів для упаковки замість традиційної EVA-плівки, цей матеріал має кращу стабільність при високих температурах, що зменшує вплив постарілих матеріалів для упаковки на продуктивність батареї.

Оптичне управління та технологія температурної компенсації

Оптичне управління

Зменшення надлишкового тепла, поглинутого батареєю, за допомогою оптичного дизайну. Наприклад, використання вибіркових поглинаючих покриттів або оптичних відблискників, щоб сонячні батареї поглинали світло лише в певному діапазоні довжин хвиль, яке може бути використане для генерації електроенергії, а світло в інших діапазонах довжин хвиль, де легко генерується тепло, відбивається, що зменшує температуру батареї.

Технологія температурної компенсації

Технологія температурної компенсації використовується в схемному проектуванні сонячних батарей. Наприклад, додавання температурного датчика та компенсаторного контуру до схеми, щоб в реальному часі регулювати робочий стан батареї згідно з її температурою, наприклад, змінювати опорний опір або застосовувати протиполярний зсув, щоб зменшити неблагоприятний вплив високої температури на продуктивність батареї.