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) أحادي البلورة: يتم تشكيل هذه الخلايا مع عملية تشوخرالسكي، مما يُنتج بنية بلورية موحدة تُقطع لتشكيل الخلايا الشمسية. تتميز هذه الخلايا الشمسية بكفاءة عالية وتركيزات أكسجين أعلى.
ب) متعدد البلورات: تُنتَج هذه المواد بتقنية ترسيب البخار التي تُنمّي السيليكون ليُصبح بديلاً. تظهر العديد من المقاطع البلورية كحواف عاكسة مختلفة في الألواح الشمسية. وهي أقل كفاءةً وتركيزًا للأكسجين أقل.
2. الخصائص الكهربائية لرقائق السيليكون
إنها تشير إلى خصائص رقائق السيليكون المطلوبة لإنشاء فرق الجهد في الخلية عندما تتعرض لأشعة الشمس.
أ) النوع P: مثل هذه الرقائق السيليكونية لها الشوائب in كميات خاضعة للرقابة تُعرف هذه المواد بمواد التنشيط. تستقبل هذه المواد الإلكترونات بسهولة، مما يسمح للوحدة الكهروضوئية بإحداث فرق جهد لتوليد الطاقة تحت أشعة الشمس. يُستخدم البورون عادةً كعنصر تنشيط، ولكن بعضها يستخدم الغاليوم أيضًا.
ب) النوع N: لديهم شوائب مع تأثيرات معاكسة وبدلاً من قبولها، تُطلق الإلكترونات. لا توجد أي علامات على التحلل الضوئي في رقائق السيليكون من النوع n.
اقرأ أيضا: ما هو التدهور المحتمل المستحث؟
ما الذي يسبب التدهور الناجم عن الضوء؟
تتكون الخلايا الشمسية من رقائق السيليكون و تكوين مركبات البورون والأكسجين في هذه الرقاقات، يُؤدي ذلك إلى تحلل ضوئي. لذلك، قد يؤدي وجود البورون كمادة خام أو مادة طلاء إلى تحلل الألواح الشمسية ضوئيًا.
تركيزات الأكسجين العالية في الخلايا الشمسية أحادية البلورة، يُعدّ التحلل الضوئي أحد أسباب التدهور. يحدث ذلك عندما يكون تركيز الأكسجين أعلى من المتوقع. هذا يُفترض أن يُساعدك على فهم أسباب التدهور الضوئي.
انظر أيضا: كيفية منع الأضواء 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؟
السبب الرئيسي وراء leTID غير واضح حتى الآن. ولكن مع البحث المستمر، اتضح أن مستويات الأكسجين ليست مسؤولة وفقًا للفهم الحالي، ينتج هذا التدهور عن تفاعل طبقات التخميل عند درجات حرارة أعلى 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 أيضا: كيفية توصيل 3 ألواح شمسية بالتوازي
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 أيضا: كيفية حساب قوة الألواح الشمسية؟
ما هو اختبار التدهور الناجم عن الضوء؟
يتم إجراء هذا الاختبار عادة خلال المراحل المبكرة من تصنيع الألواح الشمسية. لاختبار الألواح الشمسية لـ ضمان الجودة والموثوقية، يعد اختبار التدهور الناتج عن الضوء أمرًا ضروريًا. تُستخدم ثلاث تقنيات اختبار رئيسية وهي تقنيات LED واختبار تثبيت LID وحقن الناقل الكهربائي.
1. إجراء الاختبار
تُستخدم سلسلة من التعرضات الضوئية مع فترات زمنية متساوية من جرعات إشعاعية تزيد عن 5 كيلوواط ساعة/متر مربع. مع الحفاظ على درجة حرارة ثابتة تبلغ 50 درجة مئوية، تعمل الوحدة عند نقطة الطاقة القصوى (MPP) حيث يتم وميض الوحدة 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 أيضا: كم فولت تنتجه اللوحة الشمسية؟
لماذا من المهم اختبار لوحات LID؟
غالبًا ما تتعرض الألواح الشمسية المزودة بخلايا شمسية سيليكونية للتدهور الناتج عن الضوء، وخاصةً في وحدات PERC. يؤدي إعادة تركيب العيوب النشطة أثناء حقن حامل إضافي بالإضاءة إلى فقدان في تحويل وتوليد الكهرباء. من الضروري اختبار الألواح لـ LID لأن هذا 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.
أوصى: BIPV مقابل BAPV
