最近較多的提起了為什么光伏組件為什么溫度越低,發(fā)電量越高問(wèn)題,本文從光伏組件的物理特性來(lái)闡述此問(wèn)題。
溫度系數(shù)是材料的物理屬性隨著溫度變化而變化的速率,不同的材料溫度系數(shù)有所差別,在不同溫度環(huán)境下的表現(xiàn)也不盡相同。溫度系數(shù)可以直觀的比較材料在高溫環(huán)境下的表現(xiàn)優(yōu)劣,簡(jiǎn)單的說(shuō),溫度系數(shù)絕對(duì)值越低,材料的耐高溫表現(xiàn)則越優(yōu)異。
對(duì)于光伏組件這種光電子半導(dǎo)體器件,硅的禁帶寬度具有負(fù)溫度系數(shù),涉及的溫度的變化主要分三個(gè)方面,溫度與開(kāi)路電壓的關(guān)系、溫度與短路電流的關(guān)系、溫度與輸出功率的關(guān)系。
1)決定開(kāi)路電壓大小的是半導(dǎo)體的禁帶寬度和費(fèi)米能級(jí),由于溫度越高,其費(fèi)米能級(jí)越靠近價(jià)帶,所以溫度越高其開(kāi)路電壓越小,也就是說(shuō),溫度/開(kāi)路電壓二者的曲線大概是一個(gè)斜率為負(fù)值的直線。
從另一個(gè)角度來(lái)講:電子的共有化運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致孤立原子的能級(jí)形成能帶,即允帶和禁帶。溫度升高,則電子的共有化運(yùn)動(dòng)加劇,導(dǎo)致允帶進(jìn)一步分裂、變寬;允帶變寬,則導(dǎo)致允帶與允帶之間的禁帶相對(duì)變窄。反之,溫度降低,將導(dǎo)致禁帶變寬。
2)溫度與短路電流的關(guān)系是溫度越高短路電流越大,但是需要注意的是這里短路電流升高的趨勢(shì)要小于上面第一條中開(kāi)路電壓下降的趨勢(shì),也就是說(shuō)溫度—短路電流二者的曲線是一個(gè)斜率略微為正值的直線。
3)因?yàn)闇囟壬叩臅r(shí)候開(kāi)路電壓下降很厲害,其幅度比短路電流升高的幅度要大,所以在溫度升高的時(shí)候其總輸出功率是下降的,因?yàn)镻=UI,U下降的幅度大于I上升的幅度,所以功率與溫度也成反比例關(guān)系。
簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái):隨著溫度的升高。光伏電池材料的禁帶寬度會(huì)變小,本征載流子濃度會(huì)變大,短路電流會(huì)有略微的提升;P-N結(jié)的內(nèi)建勢(shì)變小,復(fù)合載流子遷移率減小,復(fù)合系數(shù)增大,因此開(kāi)路電壓和填充因子會(huì)變小。
但短路電流的增加彌補(bǔ)不了開(kāi)路電壓和填充因子的減小對(duì)轉(zhuǎn)換效率的影響,組件峰值功率會(huì)降低。
原標(biāo)題:光伏組件負(fù)溫度系數(shù)的形成機(jī)理