بغض النظر عن آلياتها وطريقة تصنيعها، أصبحت الألواح الشمسية عرضة للتلف بسبب مواد تصنيعها. صحيح أن المادة المستخدمة في تطعيم الرقائق هي السبب الرئيسي للتلف الناتج عن الضوء في الألواح الشمسية. ومع ذلك، قد تُخفف بعض الاختبارات أثناء عملية التصنيع من هذا التلف. ولذلك، من الضروري اختبار الألواح للتحقق من وجود LID. هناك أيضًا نوع من التلف غير المحدد، ربما سمعتم عنه وهو تدهور LeTID.
ما هو التدهور الناتج عن الضوء؟ ما هو LID؟
A فقدان أداء الوحدات الشمسية يُطلق على التدهور الناتج عن الضوء (LID)، والذي يحدث غالبًا في الساعات الأولى من شروق الشمس، اسم التدهور الناتج عن الضوء. ويتأثر الأداء الفعلي والكلي للوحدات الشمسية بهذا الخلل. تتأثر معظم الخلايا الشمسية السيليكونية بهذا الخلل، مما يُسبب خسائر فادحة في توليد الطاقة. تُظهر الوحدات الشمسية علامات التدهور الناتج عن الضوء في غضون أيام قليلة من تركيبها. ويمكن أن تتراوح نسبة الخسارة بين 0.5% و1.5%.
مع ذلك، لا تتأثر جميع الوحدات بنفس الطريقة. ما يميزها بشكل خاص هو البنية البلورية للخلايا الشمسية، سواءً كانت أحادية البلورية أو متعددة البلورية، بالإضافة إلى خصائصها الكهربائية، سواءً كانت من النوع P أو N.
1. بنية الخلية الشمسية
إن البنية البلورية المختلفة تعني عمليات إنتاج مختلفة للخلايا الشمسية.
أ) أحادية البلورة: تُصنع هذه الخلايا باستخدام عملية تشوخرالسكي ، التي تُنتج بنية بلورية متجانسة تُقطع لتشكيل الخلايا الشمسية. تتميز هذه الخلايا الشمسية بكفاءة عالية وتركيزات أكسجين أعلى.
ب) متعددة البلورات: تُصنع هذه الألواح بتقنية الترسيب البخاري التي تُنمي السيليكون كبديل. وتتكون من عدة أقسام بلورية تظهر على شكل حواف عاكسة مختلفة في الألواح الشمسية. وتكون أقل كفاءة مع انخفاض تركيز الأكسجين.
2. الخصائص الكهربائية لرقائق السيليكون
إنها تشير إلى خصائص رقائق السيليكون المطلوبة لإنشاء فرق الجهد في الخلية عندما تتعرض لأشعة الشمس.
أ) النوع P: تحتوي رقائق السيليكون هذه على شوائب بكميات محددة تُعرف بمواد التطعيم. تستقبل هذه المواد الإلكترونات بسهولة، مما يسمح للوحدة الكهروضوئية بتوليد فرق جهد لتوليد الطاقة تحت ضوء الشمس. يُستخدم البورون عادةً كعنصر تطعيم، ولكن يُستخدم الغاليوم أيضًا في بعض الأنواع.
ب) النوع السالب (N): يحتوي هذا النوع على شوائب ذات تأثيرات معاكسة ، فبدلاً من امتصاص الإلكترونات، يقوم بإطلاقها. ولا توجد أي علامات على التدهور الناتج عن الضوء في رقائق السيليكون من النوع السالب (N).
اقرأ أيضاً: ما هو التدهور الناجم عن الإمكانات؟
ما الذي يسبب التدهور الناجم عن الضوء؟
تتكون الخلايا الشمسية من رقائق السيليكون، ويؤدي تكوّن مركبات البورون والأكسجين في هذه الرقائق إلى تدهورها بفعل الضوء. لذا، فإن وجود البورون كمادة خام أو مادة طلاء قد يُسهم في تدهور الألواح الشمسية بفعل الضوء.
يُعد ارتفاع تركيز الأكسجين في الخلايا الشمسية أحادية البلورة أحد أسباب التدهور الناتج عن الضوء. ويحدث هذا التدهور عندما يكون تركيز الأكسجين أعلى من المتوقع. من المفترض أن يكون هذا قد ساعدك على فهم أسباب التدهور الناتج عن الضوء.
انظر أيضاً : كيف تمنع مصابيح الطاقة الشمسية من السقوط؟
ما هو LeTID Solar و LeTID Degradation؟
تُعرف آلية التحلل الجديدة في خلايا السيليكون أحادية البلورة، والتي تستغرق وقتًا أطول بكثير من تحلل البورون والأكسجين، باسم "التحلل المُستحث بالضوء ودرجات الحرارة المرتفعة" (LeTID). وتزداد هذه العملية وضوحًا عند درجات الحرارة المرتفعة.
1. خصائص LetID
- هناك انخفاض في شركة نقل الأقلية الفعالة العمر الافتراضي والكفاءة
- دورة التدهور والتعافي يستغرق الأمر سنوات إلى عقود.
- ويؤدي إلى تأثير مماثل في الظلام والذي يشار إليه باسم التدهور الناجم عن الناقل (CID).
2. المعايير الأساسية
- يعتمد العيب بشكل كبير على بنية الخلايا الشمسية.
- انحلال يتم تعزيزها في خلايا الاتصال الخلفي للباعث السلبي (PERC).
- موضع الرقاقات في سبيكة الأم، عملية الحصول، جنبًا إلى جنب مع وجود حدود الحبوب تؤثر أيضًا على التحلل.
- العلاجات الحرارية تؤثر بشكل كبير على العملية.
- تتأثر حركية تفاعل التحلل بـ التلدين المظلم.
- يتم تغيير معدل التدهور بواسطة إطلاق النار بالحرارة.
- طبقات التخميل السطحية على طبقات غنية بالهيدروجين الخاملة متأثرة بشكل كبير.
3. الأسباب المفترضة
الشوائب المعدنية مثل الكوبالت والنحاس والنيكل هي أسباب محتملة للتدهور.
4. التخفيف
مع زيادة حالات التدهور الناجم عن الضوء وارتفاع درجة الحرارة (LeTID)، يتم أيضًا اقتراح تقنيات التخفيف.
- خفض درجة حرارة إطلاق النار: من المستحسن بشدة تعديل درجة حرارة إطلاق النار مع الاختلافات في معدلات التبريد.
- تسريع التدهور:مع التدهور المتسارع وخطوة إطلاق النار الثانية في درجة حرارة أقل يقترح أيضًا.
- رقائق:من المستحسن تغيير خصائص الرقاقة وسمكها لتقليل التدهور.
ما هي أسباب ظهور LeTID في الألواح الشمسية؟
لا يزال السبب الرئيسي وراء ظاهرة التدهور الحراري الناتج عن الحرارة غير واضح. ولكن مع استمرار الأبحاث، اتضح أن مستويات الأكسجين ليست مسؤولة عنها. ووفقًا للفهم الحالي، فإن هذا التدهور ناتج عن تفاعل بين طبقات التخميل عند درجات حرارة عالية أثناء عملية الحرق في التصنيع.
وفقًا لاستنتاج دراسة أجراها معهد Fraunhofer ISE ومركز أبحاث المواد في فرايبرغ بألمانيا، فإن leTID يحدث بسبب تفاعل الهيدروجين المتحرك مع عيوب البلورة الجوهرية، ويتأثر حدوثه بظروف حقن الناقل وارتفاع درجات الحرارة.
في بحث آخر أجراه باحثون من جامعة كونستانس عام ٢٠١٧، حُسب تأثير درجة الحرارة والتنشيط على مادة LeTID في خلايا PERC الشمسية. وتوصلوا إلى استنتاج مفاده أن ارتفاع درجات الحرارة يزيد من سرعة التحلل. وبالتالي، فإن معرفة أن مادة LeTID تزداد قوتها مع درجة حرارة الاحتراق ووجود طبقات غنية بالهيدروجين يؤثران أيضًا على ذلك.
انظر أيضًا: كيفية توصيل 3 ألواح شمسية على التوازي
ما هو الفرق بين LID و LeTID؟
بعد التعرف على أسباب ظهور leTID في الألواح الشمسية، دعونا نتعرف على الفرق بين LID و LeTID.
| التدهور الناجم عن الضوء (LID) | التحلل الناجم عن الضوء ودرجة الحرارة المرتفعة (ليتيد) |
| التدهور الأكثر شيوعاً | لا يتم ملاحظتها بشكل شائع |
| يحدث هذا في الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون من النوع p والمضاف إليها البورون | يحدث هذا في الرقائق ذات درجات الحرارة التشغيلية العالية |
| يحدث عندما يتحد الأكسجين مع البورون | يحدث عندما تقترن درجة حرارة التشغيل العالية مع شدة الضوء العالية |
| إنها عملية تحلل سريعة | إنها عملية أبطأ من عملية LID |
| يحدث مع التعرض الأول لأشعة الشمس ويستمر حتى يستقر التيار الكهربائي | يحدث ذلك بعد فترة وجيزة من تركيب الألواح الشمسية ولكن عملية حدوثه واستقراره قد تستغرق سنوات |
انظر أيضًا: كيف تحسب قدرة الألواح الشمسية بالواط؟
ما هو اختبار التدهور الناجم عن الضوء؟
يُجرى هذا الاختبار عادةً في المراحل الأولى من تصنيع الألواح الشمسية. ولضمان جودة الألواح الشمسية وموثوقيتها ، يُعد اختبار التدهور الناتج عن الضوء ضروريًا. وتُستخدم ثلاث تقنيات اختبار رئيسية، هي: تقنيات LED، واختبار استقرار التدهور الناتج عن الضوء، وحقن حاملات الشحنة الكهربائية.
1. إجراء الاختبار
تُستخدم سلسلة من عمليات التعريض الضوئي بفترات زمنية متساوية من جرعات الإشعاع التي تتجاوز 5 كيلوواط ساعة/م² مربع. مع الحفاظ على درجة حرارة ثابتة تبلغ 50 درجة مئوية ، تعمل الوحدة عند نقطة الطاقة القصوى (MPP)، حيث يتم تشغيلها بشكل متقطع بعد كل فترة زمنية.
في حال كان فرق طاقة الوحدة في آخر ثلاث ومضات أقل من قيمة العتبة المحددة في المعيار، يُعتبر التثبيت مكتملًا. ويتم بعد ذلك قياس متطلبات الجرعة الإشعاعية الكلية المتراكمة.
إذا تعذر تحديد المعلمات المذكورة أعلاه، فسيتم اختبار الوحدة مرة أخرى. إذا نجحت الوحدة بنسبة 5% في اختبار الأداء بعد التثبيت، فهذا يعني بوضوح فشلها في الاختبار.
اقرأ أيضاً: كم عدد الفولتات التي تنتجها الألواح الشمسية؟
لماذا من المهم اختبار لوحات LID؟
تتعرض الألواح الشمسية ذات الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون في الغالب للتدهور الناتج عن الضوء، وخاصة في وحدات PERC. يؤدي إعادة تركيب العيوب النشطة أثناء حقن حاملات الشحنة الإضافية بفعل الإضاءة إلى فقدان في تحويل وتوليد الكهرباء. من الضروري اختبار الألواح للكشف عن التدهور الناتج عن الضوء، لأن ذلك يساعد على ضمان الحفاظ على أداء الوحدات طوال دورة حياتها.
بعد معرفة التدهور الناتج عن الضوء، يُنصح باختيار ألواح شمسية حاصلة على شهادات معتمدة. من الأفضل التأكد من اختبارها لـ LID وLeTID. لماذا يُعد اختبار الألواح لـ LID أمرًا بالغ الأهمية؟ يكمن الحل في الحفاظ على كفاءتها على المدى الطويل. كما أن تدهور LetID يُعد ضررًا طويل الأمد يؤثر على ألواحك الشمسية، لذا من الضروري الحد من الخسائر باتخاذ الإجراءات المناسبة.
