光伏電池真的不怕曬嗎？

蘇更林

光伏電池是利用半導體材料的光伏效應將太陽光能直接轉換為電能的一種非機械裝置。在人們看來，光伏電池應該是不怕曬的“主兒”，似火驕陽之下，應該是光伏電池大有作為的時候。果真是這樣嗎？

光伏效應與光電效應

人類對于太陽能的利用由來已久。太陽能的轉換和利用可以分為光電轉換、光熱轉換、光化學轉換三種主要方式。光伏發電是太陽能光電轉換的利用方式。

1839年，法國科學家埃德蒙·貝克雷爾發現光照能在半導體材料的不同部位產生電位差。這種現象后來被稱為光生伏打效應，簡稱光伏效應。

1905年，愛因斯坦用光量子假說成功解釋了光電效應，因此獲得了1921年的諾貝爾物理學獎。光電效應是一種當光照射在導電材料上時，電子從導電材料中射出的現象。與光電效應發生在單個導電板上有所不同，光伏效應發生在兩個半導體板的邊界上，并且沿著邊界累積而形成一個電場。當用導線把兩塊板連接起來時就會有電流流過。

最初的太陽能電池就是根據光伏效應設計制造的，當電池的表面受到光照時，在外電路上就會有電流通過。

光伏發電，發熱不可避免

光伏電池是如何把太陽光轉化為電能的呢？太陽光是一種波長范圍很廣的電磁輻射，當照射在光伏電池上的時候，輻射可能會被反射、吸收或直接穿越。只有被吸收的那部分輻射才能轉化為電能。

對于硅半導體來說，在室溫下要從其原子上把電子“撞”下來大約需要1.11電子伏特。這就意味著只有被吸收的能量高于該能量的光子才能激發電子并產生電流。如果某個光子的能量為1.7電子伏特，而從硅原子上“撞”下一個電子所需的能量為1.11電子伏特，那么剩余的那部分能量（0.59電子伏特）就會以熱量的形式損失掉。當然，還有其他的產熱因素會影響發電效率。其后果就是，這些因素協同作用，加熱了太陽能電池組件，使其溫度高于環境溫度。

驕陽似火，一把“雙刃劍”

人們原以為在驕陽似火的盛夏，硅基光伏電池會異常“興奮”，產生出更多的電能，誰知硅基光伏電池也喜歡涼爽的環境。當然光子還是很需要的，畢竟是發電的“原材料”！

那么，太陽能電池板的溫度對電輸出性能有著怎樣的影響呢？實際上，太陽能電池板溫度高，同樣的光照條件下產生的能量會減少。

隨著溫度的升高，盡管短路電流（光伏電池正負極短路時的電流）基本不變或略有增加，但是開路電壓（光伏電池正負極開路時的電壓）會降低不少，幾乎呈線性關系。這樣的后果就是光伏電池轉換效率降低，輸出功率下降。

光伏電池的標準測試溫度為25℃，如果太陽板的溫度達到60℃以上，輸出功率的降低是不容忽視的。一般來說，硅基光伏電池組件每升高1℃，短路電流會增加0.04%，開路電壓會降低0.4%。

不過，盡管在同樣的光照條件下，溫度的升高會讓轉換效率有所降低，但在火熱的夏季，得益于陽光充足而收獲的電量還是會比其他季節多。

如何為光伏電池降溫

光伏電池同其他電子設備一樣，在較低的溫度下具有更高的工作效率。由于光伏發電利用的是光而不是熱，所以光伏電池更適宜陽光充足而又涼爽的工作環境。

酷暑盛夏，我們該如何為光伏電池降溫呢？加一個遮陽傘如何？不可！道理很簡單，沒有了光的照射，光伏發電就成空。要不來點“防曬霜”？也不成！采用物理性防曬，無異于減少了對光的吸收;而采用化學性防曬，也無助于溫度的降低。

對于屋頂太陽能面板來說，采用自然通風冷卻是一個經濟實用的方法。如安裝時在屋頂表面和面板之間留有一定的間隙，從而允許氣流對面板進行冷卻。但要避免樹葉等雜物進入間隙之中，以防因氣流不暢而導致溫度過高。

有人研究了不同冷卻方法對太陽能發電效率的影響。除了自然循環冷卻之外，強制循環冷卻以及太陽能光伏光熱冷卻等也被納入實驗研究之列，對于降低光伏電池溫度，提高發電效率無疑具有重要的指導意義。

光伏電池作為清潔能源的使者，已經走進了我們的生活，并為我們帶來了一股低碳環保的清風。

（選自《百科知識》2020年第13期）

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練習

1.本文說明的主要內容是什么？

2.用簡潔的語言說明光伏電池是如何把太陽光轉化為電能的。

3.文章中畫線的句子使用了什么說明方法？有什么作用？

4.如何給光伏電池降溫呢？

5.給光伏電池降溫還有哪些領域值得去研究？

（李傳鵬 設計）

（參考答案見75頁）