(来源:全球光伏)
太阳能发电和温度紧密相连,温度从多方面影响太阳能电池板的效率与性能,对发电效果起着关键作用。
一、温度对太阳能电池效率的直接影响
(一)光伏效应的温度特性
太阳能电池中,硅基光伏电池占据市场主流。其发电效率随温度变化呈规律性波动,这和光伏电池内部半导体物理特性息息相关。温度升高时,硅基电池开路电压明显下降,一般每升高 1℃,开路电压约降 0.3% - 0.4%。原因在于高温使半导体材料载流子浓度大增,PN 结内电场减弱,导致电压输出降低。与此同时,温度升高使半导体材料光生载流子迁移率略有提升,短路电流微弱上升,增幅约 0.04% - 0.05%/℃。但短路电流的微弱增长,远不能抵消开路电压下降带来的影响。综合电压和电流变化,太阳能电池实际输出功率随温度升高而降低。在标准测试条件(25℃)下,典型效率降幅约为 0.4% - 0.5%/℃ 。
(二)最佳工作温度范围
多数硅基光伏电池理想工作温度区间为 25℃ - 45℃。当电池板表面温度超 50℃,发电效率显著下滑;在 70℃以上的极端高温环境,电池板发电效率相比标准温度时可能降低 10% - 15%。可见,温度对太阳能电池发电效率影响极大。
二、环境温度与电池板实际温度的差异
在实际使用中,太阳能电池板受阳光照射会迅速升温,其表面温度通常比环境温度高 20℃ - 30℃。例如,环境温度 30℃时,电池板表面温度可能升至 50℃ - 60℃,此时发电效率已大幅降低。基于此,在设计和运行实际发电系统时,散热设计至关重要。通过良好通风,或安装支架使电池板与屋顶保持一定间距等冷却手段,能有效降低电池板表面温度,提升发电效率。在沙漠等高日照、高温地区,尽管光照充足,但因温度过高,实际发电量常低于理论预期。
三、低温环境的影响
(一)效率小幅提升
在 0℃以下的低温环境中,太阳能电池开路电压会有所升高,短期发电效率比常温时高出 1% - 2%。从这方面看,低温环境对太阳能发电有一定积极作用。
(二)潜在问题
然而,极低温度给太阳能电池板带来诸多潜在风险。极寒条件下,电池板封装胶膜等材料变硬、脆化,严重影响电池板使用寿命。而且,低温环境中易出现的积雪或结冰现象,会直接遮挡光照,致使电池板无法有效接收太阳能,发电量大幅降低。
四、其他间接影响
(一)温度对设备的长期影响
温度对太阳能发电设备的影响,不仅体现在当下发电效率,还对设备有长期作用。高温环境加速电池板内部材料老化,像电极、封装层等部件在高温下损耗加快,导致电池板长期衰减率增加。在昼夜温差大的地区,极端温差变化引发热应力,可能使电池板组件出现裂纹,或造成内部接触不良,严重影响设备正常运行和使用寿命。
(二)气候与温度的综合作用
温度很少单独影响太阳能发电,常与光照强度、湿度等气候因素相互关联。在高湿度与高温并存环境中,电池板表面易腐蚀,甚至出现漏电现象,威胁设备安全和发电稳定性。在寒冷干燥地区,因空气干燥,静电积累问题突出,同样对太阳能电池板性能产生不利影响。
温度是影响太阳能发电的关键因素之一。低温环境能在一定程度提升发电效率,但要注意避免积雪、结冰遮挡光照。高温不仅显著降低发电效率,还加速设备老化,缩短使用寿命。为最大程度降低温度不利影响,确保太阳能发电系统在不同气候条件下高效稳定运行,实际应用中可优化安装方式,保证良好散热;同时选择温度系数低的电池类型,如高效的 PERC、HJT 电池等。通过这些措施,能有效提升太阳能发电系统整体性能和经济效益。