Кратко: при повышении температуры модуля выходная мощность падает главным образом из‑за снижения напряжения холостого хода и ухудшения параметров диодов/рекомбинации; ток немного растёт, но не компенсирует падение напряжения. Ниже — причины с физическими формулами и практические меры уменьшения потерь.
Физические причины
- Снижение $V_{oc}$. При увеличении температуры растёт т.н. тёмный (насыщенный) ток $I_0$, поэтому
$$V_{oc}\approx \frac{kT}{q}\ln \frac{I_L}{I_0},$$ где $k$ — постоянная Больцмана, $q$ — заряд электрона, $T$ — абсолютная температура, $I_L$ — фототок. При росте $I_0$ логарифм уменьшается → $V_{oc}$ падает.
- Температурная зависимость $I_0$. Приближённо
$$I_0\propto T^3\exp \left(-\frac{E_g}{kT}\right),$$ поэтому даже умеренный рост $T$ сильно увеличивает $I_0$.
- Небольшой рост $I_{sc}$. Короткозамкнутый ток $I_{sc}$ растёт с $T$ (более слабая зависимость, ~$0.03-0.06\%$/°C для кристаллического Si), но этого недостаточно.
- Уменьшение коэффициента заполнения (FF). Рост рекомбинации и изменение внутренних сопротивлений снижают FF.
- Суммарно выходная мощность
$$P\approx V_{oc}{I}_{sc}FF$$ имеет отрицательную температурную чувствительность; для кристаллического кремния типичен температурный коэффициент мощности
$${\alpha }_P\approx -0.4\%\text{до}-0.5\%{/}^{\circ }\mathrm{C}.$$ То есть при $\Delta T=25^{\circ }\mathrm{C}$ потеря порядка $\Delta P/P\approx {\alpha }_P\Delta T\approx 10\%$.
Дополнительные факторы: ухудшение оптических свойств подложек/клеев при нагреве, увеличение сопротивления контактов, тепловая деградация материалов при длительном нагреве.
Как уменьшить потери (практические меры)
- Выбор технологии/материала:
- использовать модули с меньшим температурным коэффициентом (например, некоторые тонкоплёночные технологии или HJT/IBC у Si имеют $|{\alpha }_P|$ меньше).
- Конструктивное охлаждение (пассивное):
- обеспечить вентиляцию задней стороны (воздушный зазор, монтаж на рейках);
- использовать алюминиевые рамки/радиаторы для отвода тепла;
- светлые отражающие покрытия вокруг модулей, чтобы снизить поглощение избыточного излучения.
- Активное охлаждение (при экономической оправданности):
- вентиляторы, водяное/воздушное охлаждение, теплоотводящие тепловые трубки, системы с рекуперацией тепла (двойная польза: электроколлектор + теплоснабжение);
- фазоизменяющиеся материалы для сглаживания пиковой температуры.
- Электрические и системные меры:
- корректная MPPT (быстрая оптимизация при смене рабочих точек из‑за нагрева);
- уменьшение потерь из‑за перегрева с помощью параллельных/серийных схем и оптимального трекинга по температуре;
- использовать модули с пониженным температурным коэффициентом в горячих климатах.
- Монтаж и эксплуатация:
- правильный угол наклона и расстояние между рядами для лучшей конвекции;
- избегать потемневших/поглощающих поверхностей под модулями; регулярная очистка;
- мониторинг температуры и генерации, чтобы раннее обнаруживать деградацию.
- Оценка и моделирование:
- рассчитывать потери по формуле $\Delta P/P\approx {\alpha }_P\Delta T$;
- моделировать тепловое сопротивление модуля и эффективный баланс поглощённой/отведённой энергии.
Коротко: основной путь — снизить рост температуры (вентиляция, тепловыводящие конструкции, отражающие покрытия), выбрать модули с меньшим $|{\alpha }_P|$ и применять системные/электрические меры (MPPT, рекуперация тепла). Для оценки потерь используйте формулы $V_{oc}\approx \frac{kT}{q}\ln \frac{I_L}{I_0}$, $P\approx V_{oc}{I}_{sc}FF$ и $\Delta P/P\approx {\alpha }_P\Delta T$.