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室外温度过高对太阳能板发电效率的影响

光伏发电系统的核心是太阳能板。一个太阳能电池能否工作良好,这涉及到太阳能电池板的材料、结构和外部条件等因素的影响。温度是影响电池效率的一个重要外部条件。因此,本文对温度如何影响电池特性进行了理论研究,为电池的设计和实验提供一定依据。

在电池工作温度范同内,分别在250K,300K,350K下,计算转化效率与带隙的关系(Shockley-Queisser limit to efficiency),MATLAB模拟结果如图2。


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2 不同温度下的带隙与转化效率关系


由300K的SQ曲线可知,最佳的材料带隙约为1.4eV,砷化镓带隙为1.42eV,在最佳带隙附近,是高效太阳能电池的理想材料。但使用最广泛且技术成熟的材料是硅,硅的带隙为1. 12eV,也较为理想,因此,我们选取硅材料研究温度对太阳能电池的影响。
实际的电池材料不可避免地存在着各类型的缺陷,同时存在着一些杂质,如铁、铜。这些缺陷和杂质会引起附加势场,形成局域化的电子态,使电子和空穴束缚存缺陷和杂质周围,形成复合中心,引起电流和转化效率的损失。这是真实太阳能电池重要的一种复合过程,称为SRH复合(Shockley Reacl Hall recombination)。形成复合中心的因素众多,无法精确表达它们的能级和态密度。在此,假设电池仅存在一个复合中心深能级且SRH复合仅存在于耗尽区。那么SRH复合电流可近似表示为[1]:


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式中,e为电子电量,W为耗尽层宽度,σ为俘获截面,υth为电子热速度,nt为复合中心密度,ni为本征载流子浓度。

光伏电站,太阳能板最佳工作温度为25摄氏度,夏天虽然峰值日照时间会比冬天长,但是因温度过高也会对太阳能板的发电效率有所影响。



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