光伏电池真的不怕晒吗

作者: 苏更林

来源: 百科知识

发布日期: 2020-08-25

本文讨论了光伏电池的工作原理及其在高温环境下的性能表现,指出尽管光伏电池在阳光充足时能产生更多电能,但其转换效率随温度升高而降低。文章还探讨了为光伏电池降温的方法,如自然通风冷却,以提高其发电效率。

光伏电池是利用半导体材料的光伏效应将太阳光能直接转换为电能的一种非机械装置。在人们看来,光伏电池应该是不怕晒的“主儿”,似火骄阳之下,应该是光伏电池大有作为的时候。果真是这样吗?

人类对于太阳能的利用由来已久。太阳能的转换和利用可以分为光电转换、光热转换、光化学转换三种主要方式。光伏发电是太阳能光电转换的利用方式。1839年,法国科学家埃德蒙·贝克雷尔发现光照能在半导体材料的不同部位产生电位差。这种现象后来被称为光生伏打效应,简称光伏效应。1905年,爱因斯坦用光量子假说成功解释了光电效应,因此获得了1921年的诺贝尔物理学奖。

光伏电池是如何把太阳光转化为电能的呢?

太阳光是一种波长范围很广的电磁辐射,当照射在光伏电池上的时候,辐射可能会被反射、吸收或直接穿越。只有被吸收的那部分辐射才能转化为电能。对于硅半导体来说,在室温下要从其原子上把电子“撞”下来大约需要1.11电子伏特。这就意味着只有被吸收的能量高于该能量的光子才能激发电子并产生电流。

如果某个光子的能量为1.7电子伏特,而从硅原子上“撞”下一个电子所需的能量为1.11电子伏特,那么剩余的那部分能量(0.59电子伏特)就会以热量的形式损失掉。

人们原以为在骄阳似火的盛夏,硅基光伏电池会异常“兴奋”,产生出更多的电能,谁知硅基光伏电池也喜欢凉爽的环境。实际上,太阳能电池板温度高,同样的光照条件下产生的能量会减少。随着温度的升高,尽管短路电流基本不变或略有增加,但是开路电压会降低不少,几乎呈线性关系。这样的后果就是光伏电池转换效率降低,输出功率下降。

光伏电池同其他电子设备一样,在较低的温度下具有更高的工作效率。由于光伏发电利用的是光而不是热,所以光伏电池更适宜阳光充足而又凉爽的工作环境。酷暑盛夏,我们该如何为光伏电池降温呢?加一个遮阳伞如何?不可!道理很简单,没有了光的照射,光伏发电就成空。要不来点“防晒霜”?也不成!采用物理性防晒,无异于减少了对光的吸收;而采用化学性防晒,也无助于温度的降低。

对于屋顶太阳能面板来说,采用自然通风冷却是一个经济实用的方法。如安装时在屋顶表面和面板之间留有一定的间隙,从而允许气流对面板进行冷却。但要避免树叶等杂物进入间隙之中,以防因气流不畅而导致温度过高。有人研究了不同冷却方法对太阳能发电效率的影响。除了自然循环冷却之外,强制循环冷却以及太阳能光伏光热冷却等也被纳入实验研究之列,对于降低光伏电池温度,提高发电效率无疑具有重要的指导意义。

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