Změny teploty mění U-I charakteristiky PV článků. Rostoucí teplota vede jednak ke snížení napětí naprázdno v důsledku posunu hladiny Fermiho energie směrem ke středu zakázaného pásu energetických hladin a současně k růstu zkratového proudu v důsledku zmenšení šířky zakázaného pásu. Součin obou hodnot odpovídá výstupnímu elektrickému výkonu, který klesá při rostoucí teplotě a konstantní intenzitě osvětlení, protože pokles napětí naprázdno je zde dominantní. Všechny dosud publikované práce ale prezentovaly výsledky naměřené v rozsahu teplot cca od -20 °C do +60 °C, tedy v intervalu, v jakém se teploty PV panelů běžně pohybují v normálních klimatických podmínkách bez koncentrace záření.
Pokud ale PV systém pracuje v místech s extrémními klimatickými podmínkami (např. na Sibiři), mohou být změny teplot během roku mnohem větší. Na povrchu Země může teplota PV panelů bez koncentrace záření dosáhnout hodnot v extrémních případech cca od -100 °C do +100 °C. V případě použití PV panelů ve vesmíru může být interval pracovních teplot ještě širší. V laboratoři Technické fakulty ČZU v Praze na katedře fyziky provedli vědci měření U-I charakteristik PV článků na bázi monokrystalického křemíku ve velmi širokém rozmezí teplot od -170 °C do +100 °C a výsledky publikovali v článku [1].
Teplotní závislost napětí naprázdno je přibližně lineární v celém měřeném rozsahu teplot. Pokles účinnosti fotovoltaické přeměny energie s rostoucí teplotou vykazuje přibližně konstantní hodnotu cca 0,5 %/ °C, což je v dobrém souladu s fyzikální teorií. K odklonu od lineární závislosti podle fyzikální teorie polovodičů musí dojít, ale zřejmě k tomu dochází mimo uvedený interval teplot. Je tedy vidět, že na Zemi v extrémních podmínkách se může během roku až zdvojnásobit účinnost přeměny energie i napětí naprázdno. V kosmických aplikacích se mohou tyto hodnoty až ztrojnásobit během jednoho oběhu satelitu kolem Země. S tím je třeba počítat při konstrukci PV systémů. Jednotlivé součásti, a hlavně přepěťové ochrany musí být pečlivě voleny, aby nedošlo k poškození či zničení připojených zařízení. Zejména elektronické měniče bývají citlivé na přepětí i podpětí.
prof. Ing. Martin Libra, CSc., doc. Ing. Vladislav Poulek, CSc. – Technická fakulta ČZU v Praze, katedra fyziky
[1] Libra, M., Petrík, T., Poulek, V., Tyukhov, I.I., Kouřím, P., Changes in the Efficiency of Photovoltaic Energy Conversion in Temperature Range With Extreme Limits. IEEE Journal of Photovoltaics, 2021, 11(6), 1479-1484, doi: 10.1109/JPHOTOV.2021.3108484.
Na snímku I-U a P-U charakteristiky fotovoltaického článku při dvou extrémních teplotách
Podobné články
Ve spolupráci s Fakultou lesnickou a dřevařskou České zemědělské univerzity v Praze, Odborem přípravy území a rekultivací Severočeských dolů, a. s., a společností ČEZ Energetické produkty, s. r. o., proběhla v lokalitě Libouš výsadba lesních dřevin s využitím nově vyvinutých
Výzkumná iniciativa AI Research Network působící na České zemědělské univerzitě v Praze se stala členem prestižní evropské asociace CAIRNE (Konfederace laboratoří pro výzkum umělé inteligence v Evropě). Tato asociace sdružuje více než 460 výzkumných skupin a institucí v oblasti umělé
