مقال بعنوان التقنيات الحديثة في زيادة كفاءة الخلايا الشمسية للتدريسي م.د. ازهر محسن عبد<br /><br />عمل العلماء على تطوير تكنولوجيا الخلايا الشمسية الكهروضوئية منذ إختراعها بغية الحصول على خلايا ذات كفاءة أعلى ومردود أكبر. و بالنتيجة يتم تحسين كفاءة هذه الخلايا (https://solarabic.com/learn/2018/12/solar-pv-efficiency/) بحوالي الدرجة الواحدة كل سنة حتى وصلت إلى كفاءات تزيد عن ال 20% للخلايا الشمسية التجارية بينما تخطت كفاءة الخلايا الشمسية ذات الاستخدامات الخاصة ال 40%. . <br />١- خلايا بيرك ( PERC Cells) <br />هذا الاسم هو اختصار لـ Passivated Emitter and Rear Cell أو لـ Passivated Emitter and Rear Contact. وهذا يعني حرفياً: “تخميل الباعث والخلية الخلفية أو تخميل الباعث والاتصال الخلفي”.<br />إن الاختلاف الأساسي بين خلايا بيرك PERC والخلايا الشمسية العادية هو وجود طبقة التخميل على السطح الخلفي للخلية، وهذه الطبقة عبارة عن مواد موجودة على السطح الخلفي للخلية تقدم ثلاثة فوائد فيما يتعلق بكفاءة الخلية الشمسية:<br />عكس الضوء عبر الخلية<br />عندما يسقط الضوء على الخلية الشمسية فإن قسما من الإشعاع الشمسي يتم امتصاصه في طبقة الامتصاص بينما القسم الباقي يعبر داخل الخلية ليصل إلى السطح المطلي بطبقة التخميل، والتي بدورها تقوم بعكس الاشعاع الشمسي باتجاه طبقة الامتصاص ليتم امتصاص المزيد من الطاقة الموجودة في الإشعاع الشمسي.<br />تقليل عمليات إعادة الاتحاد للإلكترونات<br />إن وجود هذه طبقة التخميل يقلل عمليات إعادة الاتحاد للإلكترونات وبالتالي تزداد كفاءة الخلية الشمسية.<br />تقليل الامتصاص الحراري<br />إن وايفر (https://solarabic.com/learn/2019/05/solar-pv-panels-cells-poly-mono/) السيلكون يستطيع امتصاص الأشعة الضوئية بطول موجة حتى 1180 نانومتر، اما الأشعة الضوئية ذات طول الموجة الأكبر من ذلك فهي تعبر من خلال السيلكون لتصل إلى الجزء المعدني الخلفي للخلية حيث يتم امتصاصها وتتحول إلى حرارة تقلل من كفاءة الخلية الشمسية.<br />تكون طبقة التخميل الموجودة في خلايا بيرك PERC مصممة لتعكس الأشعة الضوئية ذات طول الموجة الأكبر من 1180 نانومتر فتقلل بذلك من درجة حرارة الخلية وتزيد من كفاءتها.<br /><br />تؤدي تقنية الخلايا الشمسية PERC إلى:<br /><br />1- يتم تقليل إعادة التركيب الإلكتروني بشكل كبير<br />2- يتم امتصاص المزيد من الضوء ؛ <br />3- يتم اختبار انعكاس داخلي أعلى.<br />لا يتم امتصاص كل ضوء الشمس من خلال الخلايا الشمسية غير PERC ، ولكن مع وجود طبقة عازلة على الجانب الخلفي من خلية شمسية PERC ، ينعكس ضوء الشمس غير الممتص بواسطة الطبقة الإضافية إلى الخلية الكهروضوئية الشمسية لمحاولة امتصاص ثانية.<br /><br />تمكن هذه العملية مصنعي الألواح الشمسية من تحقيق كفاءات أعلى من الخلايا الشمسية التقليدية.<br />إلى جانب ذلك ، هناك تعديلات طفيفة بين تصنيع الخلايا الشمسية الحالية وخطوط تكنولوجيا الخلايا الشمسية PERC ، مما يجعل الانتقال إلى هذه التكنولوجيا أكثر وضوحًا وفعالية من حيث التكلفة. تتميز الألواح الشمسية PERC بكثافة طاقة أعلى لكل متر مربع وتتميز بأداء محسن في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة ودرجات الحرارة المرتفعة. لذلك ، يمكن للمصممين استخدام عدد أقل من الألواح الشمسية الكهروضوئية لتحقيق أهداف الإنتاج الإجمالية أو يمكنهم زيادة إنتاج الطاقة إلى أقصى حد إذا لم تكن المساحة علاوة. تمكن المصممين من أن يكونوا أكثر مرونة واستجابة لأهداف المشروع.<br />2- تقنية نصف الخلية الشمسية Half Cut Solar Cell<br />يتم الحصول على أنصاف الخلايا الشمسية من خلايا السيليكون الشمسية الكهروضوئية مونو أو بولي حيث يتم تقطيعها في المنتصف تماماً بشكل دقيق بواسطة الليزر. و تقدم تقنية نصف الخلية الشمسية فوائد عدة بالمقارنة مع الخلايا الشمسية العادية الكاملة، و أهمها الزيادة في الأداء و الزيادة في التّحمل. إن تقنية أنصاف الخلايا تؤمن زيادة في كفاءة الألواح الشمسية وبالتالي تؤدي إلى تحسين قيمة الإنتاج. و من ناحية أخرى فإن هذه الخلايا أكثر قدرة على تحمل الصدمات بالمقارنة مع الخلايا العادية الكاملة وذلك بسبب كونها أصغر بالحجم مما يجعلها أقل عرضة للشقوق و الكسر. بشكل عام، رغم ارتفاع سعر هذه الألواح في يومنا هذا، فإن المستثمر يستطيع تحقيق عائدا أفضل من الاستثمار وخاصة في الأماكن التي يكون النظام فيها مقيداً بالمساحة من حيث الاتساع أو ارتفاع تكلفة الأرض، و من حيث التظليل كأن أن يمر فوق مكان تركيب النظام خطوط كهربائية.<br /> كيف تحسن تقنية نصف الخلية الشمسية أداء الألواح الشمسية؟<br />يمكن تلخيص كيفية تحسين تقنية نصف الخلية الشمسية لأداء الألواح الشمسية بالنقاط التالية:<br />تقليل الضياعات الناتجة عن المقاومة <br />نعلم أن الضياعات الكهربائية تعطى بالعلاقة التالية:<br />الضياعات الكهربائية = (التيار المار)2 × المقاومة<br />تقل الضياعات في اللوح الشمسي نتيجة لقطع الخلايا في المنتصف وطريقة تجميعها. وكون الضياعات تتناسب مع مربع التيار، لذلك فإن قطع الخلايا في المنتصف يقلل من قيمة التيار المار إلى النصف و بالتالي تقل قيمة الضياعات بنسبة الربع كما هو موضح في الشكل المدرج.<br /><br /><br />قدرة محسنة على تحمل التظليل<br />تتميز أنصاف الخلايا بقدرة عالية على تحمل التظليل وذلك ليس فقط بسبب كون الخلية مقطوعة في المنتصف وإنما بسبب طريقة التوصيل المختلفة.<br />تكون الخلايا موضوعة بشكل صفوف ومتصلة مع بعضها بشكل تسلسلي في الألواح التقليدية المكونة من خلايا كاملة. بالنسبة للوصل التسلسلي، إذا تعرضت خلية واحدة من الصف للتظليل ولم تكن تنتج طاقة (بقعة ساخنة (https://solarabic.com/learn/2019/04/hot-spots-explanation/) مثلا) فيتوقف الصف الحاوي على الخلية المظللة بأكمله عن إنتاج الطاقة. و بشكل عام، يوجد ثلاثة صفوف من الخلايا في الألواح العادية و لذلك فإننا نخسر ثلث قدرة اللوح على إنتاج الطاقة عند توقف أحد الصفوف عن الإنتاج.<br /><br />الكفائة الأعلى : – ما فائدتها؟<br /> الألواح ذات ال120 خلية يتم تصنيعها من خلايا عادية جدا يتم تقطيعها الي النصف بواسطة شعاع ليزر ثم برطها مع بعض بطريقة مختلقة عن الطريقة التقليدية في التوصيل. بعض التجارب وجدت ان ( https://articles.nasrsolar.com -half-cut-cells )<br />1. الألواح الHalf Cells تعطي في جميع الحالات فولت اقل و تيار اعلي في اي وضعية و اي ظروف للظلال . و لأ يوجد فروق ملموسة في التوليد النهائي للطاقة بين النوعين في الظروف العادية دون ظلال<br />2. دمار شامل في التوليد للنوعين عند التركيب Portrait – يجب تركيب النوعين في وضعية Landscape و لا صحة لمقولة ان الHalf Cells تركب في اي اتجاه<br />3. الألواح Half Cells تعطي فولت Voc اقل 1.5% و تيار Isc اكبر 4% في الظلال – يعني النتيجة النهائية كفائة افضل 2.5% في الظلال <br />4. استخدم هذه الألواح عند تعرض موقع المشروع للظلال و في المناطق الخغرافية شمال مصر التي تتعرض للحساب الكثيف في الشتاء شرط ان لأ يزيد سعرها اكثر من ٤% عن الأنواع العادية لتحقيق الجدوي الأقتصادية فلماذا تدقع اكثر من ٤% فرق سعر و هي لن تعطيك طاقة اضاقية اكثر من ٤%؟<br />