الشقوق الصغيرة (Micro-Cracks) في الخلايا الشمسية الكهروضوئية. ما هي؟ ما أسبابها؟ وإلى ماذا تؤدي؟ وهل يمكن علاجها؟

سمك الخلايا الشمسية الكهروضوئية التي يتم تصنيعها هذه الأيام لا يتجاوز 200 ميكرومتر (الميكرومتر = 1*10^-6). لذلك فإن الخلايا هشة بطبيعتها، ويجب التعامل معها بحذر وحساسية.

هناك العديد من الأمور التي قد تؤدي إلى نشوء شقوق صغيرة في الخلايا الكهروضوئية (Micro Cracks)، وفي معظم الحالات لا يمكن ملاحظتها بالعين المجردة، وتتطلب عملية اكتشافها وتحديد مواقعها تقنيات متقدمة مثل تقنية التصوير باللمعان الكهربائي (Electroluminescence (EL) Imaging).

صورة (1): مثال توضيحي للشقوق الصغيرة وعدم إمكانية رؤيتها بالعين المجردة (Photo Credit: Solarzentrum Stuttgart GmbH).

ما هي أسباب نشوء شقوق الخلايا (Cell Cracks)؟

     الشقوق الصغيرة تعتبر من المشاكل والعيوب التي قد تنشأ في العديد من مراحل التصنيع مثل مرحلة قص الرقائق (Wafer Cutting)، قص الخلايا (Cell cutting)، وغيرها من مراحل التصنيع الخلايا والألواح. كما قد تنشأ في العديد من مراحل عمر مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية، مثل مرحلة الشحن ونقل الألواح، مرحلة التركيب، أو مرحلة الصيانة والتشغيل.

صورة (2): مثال توضيحي للشقوق الصغيرة (Micro Cracks).

سوف نوضح لكم في هذا الجزء من المقال أمثلة على الأسباب التي قد تؤدي إلى نشوء الشقوق في الخلايا (Cell Crack)، وهي:

 

  • في مرحلة تصنيع الألواح: قد تنشئ الشقوق الصغيرة أثناء عملية تصنيع الألواح، وخصوصاً في مرحلة الربط الكهربائي للخلايا (Stringing Process)، وفي مرحلة اللحام (Soldering Process). كما قد تنشئ الشقوق الصغيرة في عملية التصنيع بسبب عمليات المناولة والنقل للألواح داخل خط الإنتاج في حال كان لم يكن خط الإنتاج أوتوماتيكياً بالكامل.

تقوم مصانع الألواح بفحص الألواح من خلال تقنية التصوير باللمعان الكهربائي لكشف هذه الشقوق على مرحلتين، قبل وبعد عملية التصفيح (Lamination)، وذلك كجزء من إجراءات ضمان الجودة. وبناءً على نتائج الفحص تقوم المصانع بتصنيف الألواح وفقاً لمعاييرها الداخلية.

 

  • في مرحلة الشحن والنقل: قد تحدث الشقوق في عملية شحن ونقل الألواح من مصنع الألواح إلى موقع المشروع. وذلك إما بسبب ضعف في عملية تعبئة وتغليف الألواح (PV Modules Packaging) أو عدم إتباع التعليمات المتعلقة بالشحن الموجودة في الأدلة الإرشادية من مصانع الألواح.

 

  • في مرحلة التركيب: قد تحدث الشقوق في عملية تنزيل الألواح في موقع المشروع، أو أثناء عملية المناولة وتركيب الألواح على الهياكل المعدنية.

 

  • في مرحلة الصيانة والتشغيل: وأخيراً قد تحدث الشقوق بعد عملية تركيب الألواح في مرحلة الصيانة والتشغيل من عمر المشروع. وذلك بسبب استخدام طرق تنظيف غير مناسبة للألواح، أو بسبب وقوف كوادر الصيانة والتشغيل على الألواح أو السير عليها، أو بسبب الظروف البيئية المحيطة مثل:
  • سرعات رياح عالية.
  • سقوط البرد بشكل قاسي على الألواح.
  • تساقط الثلج بشكل كثيف.
  • الدورات الحرارية (Thermal Cycling) باختلاف درجات الحرارة بين الليل والنهار.

 

المشاكل الناجمة عن الشقوق الصغيرة

   المشاكل الناجمة عن الشقوق الصغيرة وتحديد سبب نشوئها وأثرها على إنتاجية الألواح أو المشروع ككل من الأمور المعقدة في مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية، لأن ذلك يعتمد على الكثير من التفاصيل والأمور الفنية. في هذا المقال سوف نحاول أن نبسط لكم هذا الموضوع قدر المستطاع، ويمكنكم اعتبار هذا الجزء من المقال كمقدمة بسيطة عن الشقوق الصغيرة.

  • وجود الشقوق الصغيرة لا يعني بالضرورة تلف اللوح أو عدم صلاحيته من وجهة نظر الشركات المصنعة للألواح.
  • تعتمد الشركات المصنعة للألواح على معايير الجودة الداخلية لديها بتقييم الشقوق الصغيرة في حال وجودها بناءً على عدد الشقوق (سواء في الخلية الواحدة أو في اللوح ككل)، بالإضافة إلى مسار (شكل) هذه الشقوق الصغيرة، وهل سوف تؤدي هذه الشقوق منع مرور التيار ببعض أجزاء الخلية؟ مما يؤدي إلى عزل هذه الأجزاء عن الخلية الكهروضوئية من عدمه.
  • الشقوق الصغيرة التي تؤدي إلى عزل جزء من الخلية الكهروضوئية يكون لها أثر مباشر على إنتاجية الخلية وإنتاجية اللوح ككل، بالإضافة إلى ارتفاع خسائر عدم التماثل (Mismatch Loss) ما بين السلاسل المختلفة.

صورة (3): مثال توضيحي لشق صغير (Micro Crack) أدى إلى عزل جزء من الخلية الشمسية الكهروضوئية.
  • الشقوق الصغيرة التي تؤدي إلى عزل جزء من الخلية الكهروضوئية تؤدي إلى نشوء النقاط الساخنة (Hotspots)، مما يعني ارتفاع درجة حرارة الجزء المعزول من الخلية إلى درجات حرارة مرتفعة قد تؤدي إلى 1. تسارع تدهور الطبقة الخلفية (Backsheet Degradation) 2. انفصال الطبقات (Delamination) تسارع تدهور قدرة الألواح (Power Degradation).
  • الشقوق الصغيرة من الممكن أن تتوسع مع ظروف تشغيل الألواح في موقع المشروع، وتعرض الألواح للإجهادات الميكانيكية بسبب الرياح أو تراكم الثلج والإجهادات الميكانيكية الحرارية الناتجة عن ارتفاع وانخفاض درجة حرارة الألواح.

 

الطرق المستخدمة في كشف الشقوق الصغيرة وتحديدها

   يتم كشف الشقوق الصغيرة وتحديدها باستخدام طرق فحص متقدمة، مثل تقنية التصوير باللمعان الكهربائي (Electroluminescence (EL) Imaging). وتستخدم مصانع الألواح هذه التقنية لكشف وتحديد الكشوف الصغيرة في عملية التصنيع، كما يمكن استخدام هذه التقنية في أرض المشروع بعد وصول الألواح أو تركيبها على الهياكل المعدنية.

يمكنكم الاطلاع على معلومات أكثر عن تقنية التصوير باللمعان الكهربائي في مقالاتنا السابقة، وتجدوها في الروابط التالية:

 

 

هل يمكن علاج الشقوق الصغيرة (Micro Cracks)

لا يوجد طريقة يمكن خلالها علاج الشقوق الصغيرة (Micro-Cracks)، ولكن بدأت بعض الشركات بتوفير حلول يمكن من خلالها التقليل من توسع هذه الشقوق وبالتالي منع تفاقم المشكلة. وحسب المعلومات المتوافرة لدي، لم يتم استخدام هذا النوع من الحلول بشكل واسع تجارياً حتى الآن.

عن نضال نصار

Avatar photo

مهندس طاقة كهربائية مختص في مجال الطاقة الشمسية والطاقة المتجددة.
* حاصل على جائزة أفضل مهندس طاقة شاب عن منطقة الشرق الأوسط لعام 2020 من منظمة مهندسي الطاقة العالمية.
* حاصل على شهادة مدير طاقة معتمد (Certified Energy Manager).
* حاصل على شهادة مطور معتمد لمشاريع الطاقة الشمسية من أكاديمية RENAC الألمانية.

شاهد أيضاً

المعيار العالمي IEC 61724-2 المتعلق بفحص الأداء الأولي لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية

مقدمة     يحدد الجزء الثاني من المعيار IEC 61724 إجراءات قياس وتحليل إنتاج الطاقة الكهربائية …

error: Content is protected !!