光伏电池真的不怕晒吗？

2020-01-07苏更林

课外语文·中 2020年11期

关键词：光电效应太阳光电能

苏更林

光伏电池是利用半导体材料的光伏效应将太阳光能直接转换为电能的一种非机械装置。在人们看来，光伏电池应该是不怕晒的“主儿”，似火驕阳之下，应该是光伏电池大有作为的时候。果真是这样吗？

光伏效应与光电效应

人类对于太阳能的利用由来已久。太阳能的转换和利用可以分为光电转换、光热转换、光化学转换三种主要方式。光伏发电是太阳能光电转换的利用方式。

1839年，法国科学家埃德蒙·贝克雷尔发现光照能在半导体材料的不同部位产生电位差。这种现象后来被称为光生伏打效应，简称光伏效应。

1905年，爱因斯坦用光量子假说成功解释了光电效应，因此获得了1921年的诺贝尔物理学奖。光电效应是一种当光照射在导电材料上时，电子从导电材料中射出的现象。与光电效应发生在单个导电板上有所不同，光伏效应发生在两个半导体板的边界上，并且沿着边界累积而形成一个电场。当用导线把两块板连接起来时就会有电流流过。

最初的太阳能电池就是根据光伏效应设计制造的，当电池的表面受到光照时，在外电路上就会有电流通过。

光伏发电，发热不可避免

光伏电池是如何把太阳光转化为电能的呢？太阳光是一种波长范围很广的电磁辐射，当照射在光伏电池上的时候，辐射可能会被反射、吸收或直接穿越。只有被吸收的那部分辐射才能转化为电能。

对于硅半导体来说，在室温下要从其原子上把电子“撞”下来大约需要1.11电子伏特。这就意味着只有被吸收的能量高于该能量的光子才能激发电子并产生电流。如果某个光子的能量为1.7电子伏特，而从硅原子上“撞”下一个电子所需的能量为1.11电子伏特，那么剩余的那部分能量（0.59电子伏特）就会以热量的形式损失掉。当然，还有其他的产热因素会影响发电效率。其后果就是，这些因素协同作用，加热了太阳能电池组件，使其温度高于环境温度。

骄阳似火，一把“双刃剑”

人们原以为在骄阳似火的盛夏，硅基光伏电池会异常“兴奋”，产生出更多的电能，谁知硅基光伏电池也喜欢凉爽的环境。当然光子还是很需要的，毕竟是发电的“原材料”！

那么，太阳能电池板的温度对电输出性能有着怎样的影响呢？实际上，太阳能电池板温度高，同样的光照条件下产生的能量会减少。

随着温度的升高，尽管短路电流（光伏电池正负极短路时的电流）基本不变或略有增加，但是开路电压（光伏电池正负极开路时的电压）会降低不少，几乎呈线性关系。这样的后果就是光伏电池转换效率降低，输出功率下降。

光伏电池的标准测试温度为25℃，如果太阳板的温度达到60℃以上，输出功率的降低是不容忽视的。一般来说，硅基光伏电池组件每升高1℃，短路电流会增加0.04%，开路电压会降低0.4%。

不过，尽管在同样的光照条件下，温度的升高会让转换效率有所降低，但在火热的夏季，得益于阳光充足而收获的电量还是会比其他季节多。

如何为光伏电池降温

光伏电池同其他电子设备一样，在较低的温度下具有更高的工作效率。由于光伏发电利用的是光而不是热，所以光伏电池更适宜阳光充足而又凉爽的工作环境。

酷暑盛夏，我们该如何为光伏电池降温呢？加一个遮阳伞如何？不可！道理很简单，没有了光的照射，光伏发电就成空。要不来点“防晒霜”？也不成！采用物理性防晒，无异于减少了对光的吸收;而采用化学性防晒，也无助于温度的降低。

对于屋顶太阳能面板来说，采用自然通风冷却是一个经济实用的方法。如安装时在屋顶表面和面板之间留有一定的间隙，从而允许气流对面板进行冷却。但要避免树叶等杂物进入间隙之中，以防因气流不畅而导致温度过高。

有人研究了不同冷却方法对太阳能发电效率的影响。除了自然循环冷却之外，强制循环冷却以及太阳能光伏光热冷却等也被纳入实验研究之列，对于降低光伏电池温度，提高发电效率无疑具有重要的指导意义。

光伏电池作为清洁能源的使者，已经走进了我们的生活，并为我们带来了一股低碳环保的清风。