Какие факторы влияют на максимальную выходную мощность фотоэлектрических модулей?

Фотоэлектрические модули являются ключевым элементом фотоэлектрических систем генерации энергии. Их функция заключается в преобразовании солнечной энергии в электрическую и передаче её в аккумуляторные батареи для хранения или питания нагрузки. Для фотоэлектрических модулей выходная мощность имеет решающее значение. Какие факторы влияют на максимальную выходную мощность фотоэлектрических модулей?

1. Температурные характеристики фотоэлектрических модулей
Фотоэлектрические модули обычно имеют три температурных коэффициента: напряжение холостого хода, ток короткого замыкания и пиковую мощность. С повышением температуры выходная мощность фотоэлектрических модулей уменьшается. Пиковый температурный коэффициент основных кристаллических кремниевых фотоэлектрических модулей на рынке составляет приблизительно -0,38~0,44%/℃. То есть, на каждый градус повышения температуры выработка энергии фотоэлектрическими модулями снижается примерно на 0,38%. Температурный коэффициент тонкопленочных солнечных элементов будет намного лучше. Например, температурный коэффициент селенида меди-индия-галлия (CIGS) составляет всего -0,1~0,3%, а температурный коэффициент теллурида кадмия (CdTe) составляет около -0,25%, оба эти коэффициента лучше, чем у кристаллических кремниевых элементов.

2. Старение и затухание
При длительном использовании фотоэлектрических модулей наблюдается медленное снижение мощности. Максимальное значение снижения мощности в первый год составляет около 3%, а годовое снижение в последующие 24 года — около 0,7%. Исходя из этого расчёта, фактическая мощность фотоэлектрических модулей через 25 лет может всё ещё достигать около 80% от первоначальной.
Существует два основных типа затухания старения:
1) Затухание, вызванное старением самой батареи, в основном зависит от типа батареи и процесса ее производства.
2) Затухание, вызванное старением упаковочных материалов, в основном зависит от процесса производства компонентов, упаковочных материалов и условий окружающей среды, в которой они используются. Ультрафиолетовое излучение является важной причиной снижения производительности основных материалов. Длительное воздействие ультрафиолета приводит к старению и пожелтению ЭВА и подложки (структуры ТПЭ), что приводит к снижению светопропускания компонентов и, следовательно, к снижению мощности. Кроме того, растрескивание, перегрев, износ от ветра и песка и т. д. являются распространёнными факторами, ускоряющими снижение мощности компонентов.
Это требует от производителей компонентов строгого контроля при выборе EVA и объединительных плат, чтобы снизить затухание мощности компонентов, вызванное старением вспомогательных материалов.

3. Первоначальное затухание компонентов под действием света
Первоначальная деградация фотоэлектрических модулей под воздействием света приводит к тому, что выходная мощность фотоэлектрических модулей значительно падает в первые несколько дней использования, но затем стабилизируется. Разные типы аккумуляторов имеют разную степень затухания под воздействием света:
В кремниевых пластинах из кристаллического кремния (монокристаллического/поликристаллического) P-типа (легированного бором) освещение или инжекция тока вызывают образование комплексов бор-кислород в кремниевых пластинах, что сокращает время жизни неосновных носителей заряда, тем самым вызывая рекомбинацию некоторых фотогенерированных носителей, снижая эффективность ячейки и вызывая затухание, вызванное светом.
С другой стороны, эффективность фотоэлектрического преобразования солнечных элементов из аморфного кремния значительно снизится в течение первого полугодия эксплуатации и в конечном итоге стабилизируется на уровне около 70–85 % от первоначальной эффективности преобразования.
Для солнечных элементов HIT и CIGS затухание, вызванное светом, практически отсутствует.

4. Защита от пыли и дождя
Электростанция представляет собой систему, состоящую из множества аккумуляторных панелей, соединённых последовательно и параллельно. Из школьных знаний по физике следует, что в последовательной цепи разрыв одной точки приводит к разрыву всей цепи. При разрыве одной из параллельных цепей остальные цепи остаются подключенными. Принцип работы компонентов батареи тот же. В цепочке фотоэлектрических панелей одна панель блокируется, и путь тока ограничивается. Сколько бы электроэнергии ни вырабатывали другие панели в цепочке, они не могут полностью её выдать.
Используя теорию бочки, можно объяснить, что объём воды, который может вместить бочка, определяется самой короткой доской. Остальные доски бесполезны, какой бы длинной они ни были. Заблокированная панель — это короткая доска бочки, которая определяет выработку энергии всей цепочкой панелей.

5. Несоответствие последовательного соединения компонентов
Несоответствие в последовательном соединении фотоэлектрических модулей можно наглядно объяснить эффектом бочки. Вместимость деревянной бочки ограничена самой короткой деревянной доской; выходной ток фотоэлектрического модуля ограничен наименьшим током среди последовательно соединенных модулей. Фактически, между компонентами будет наблюдаться определённое отклонение мощности, поэтому несоответствие компонентов приведёт к определённым потерям мощности.
Вышеуказанные пять пунктов являются основными факторами, влияющими на максимальную выходную мощность фотоэлектрических модулей и приводящими к долгосрочным потерям мощности. Поэтому своевременная эксплуатация и техническое обслуживание фотоэлектрических станций крайне важны, поскольку позволяют эффективно снизить потери, вызванные сбоями.