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
Kdo zná Botanickou zahradu Fakulty tropického zemědělství, ví, že zdejší skleníky rostlinám neposkytují zrovna velkorysý prostor pro růst. Přesto se rostliny nevzdávají a snad o to víc rostou. Jejich prořez je tedy třeba provádět poměrně často.
Čeští vědci i soukromé firmy startují unikátní projekt, kdy s likvidací invazivních druhů rostlin pomůžou místo sekaček a herbicidů chytré technologie. Odborníci z Technické fakulty České zemědělské univerzity v Praze připravují pro tento projekt zařízení, které se bude samostatně pohybovat
