光伏组件负温度系数的形成机理

2022-10-12 10:34

最近较多的提起了为什么光伏组件为什么温度越低，发电量越高问题，本文从光伏组件的物理特性来阐述此问题。

温度系数是材料的物理属性随着温度变化而变化的速率，不同的材料温度系数有所差别，在不同温度环境下的表现也不尽相同。温度系数可以直观的比较材料在高温环境下的表现优劣，简单的说，温度系数绝对值越低，材料的耐高温表现则越优异。

对于光伏组件这种光电子半导体器件，硅的禁带宽度具有负温度系数，涉及的温度的变化主要分三个方面，温度与开路电压的关系、温度与短路电流的关系、温度与输出功率的关系。

1）决定开路电压大小的是半导体的禁带宽度和费米能级，由于温度越高，其费米能级越靠近价带，所以温度越高其开路电压越小，也就是说，温度／开路电压二者的曲线大概是一个斜率为负值的直线。

从另一个角度来讲：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。反之，温度降低，将导致禁带变宽。

2）温度与短路电流的关系是温度越高短路电流越大，但是需要注意的是这里短路电流升高的趋势要小于上面第一条中开路电压下降的趋势，也就是说温度—短路电流二者的曲线是一个斜率略微为正值的直线。

3）因为温度升高的时候开路电压下降很厉害，其幅度比短路电流升高的幅度要大，所以在温度升高的时候其总输出功率是下降的，因为P＝UI，U下降的幅度大于I上升的幅度，所以功率与温度也成反比例关系。

简单说来：随着温度的升高。光伏电池材料的禁带宽度会变小，本征载流子浓度会变大，短路电流会有略微的提升；P－N结的内建势变小，复合载流子迁移率减小，复合系数增大，因此开路电压和填充因子会变小。

但短路电流的增加弥补不了开路电压和填充因子的减小对转换效率的影响，组件峰值功率会降低。

原文标题 : 光伏组件负温度系数的形成机理

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