The Solarest موقع عربي مختص في الطاقة الشمسية من اخبار وفيديوهات تعليمية
مقالات مشابهة
مقدمة
في مقال سابق تحدثنا عن الألواح ذات أنصاف الخلايا (Half-cut PV Modules) بالتفصيل، والاختلاف بينها وبين الألواح التقليدية ولماذا توجه مصنعي الألواح لاستخدام هذه التقنية.
ولكن بدأنا نلاحظ مؤخراً توجه بعض مصنعي الألواح لإنتاج ألواح باستخدام خلايا تم قصها إلى ثلاثة أجزاء (1/3 cut). فكيف ولماذا تم ذلك؟ أكمل معنا قراءة هذا المقال لتعرف الأسباب والدوافع.
مقاسات الخلايا وارتفاع تيار الألواح
تطور وارتفاع مقاسات الخلايا خلال السنوات الثلاث الماضية من أهم الأسباب التي أدت إلى التوجه إلى قص الخلايا إلى نصفين كما هو الحال في الألواح ذات أنصاف الخلايا (Half-cut PV Modules) وكذلك الأمر بالنسبة لخلايا الM12 ذات المقاس 210مم*210مم أدت إلى توجه بعض المصنعين إلى قص هذه الخلايا إلى ثلاثة أجزاء.
يعود ذلك لسبب أساسي، وهو ارتفاع تيار الخلايا بشكل خطي مع ارتفاع المساحة، حيث يبلغ تيار الخلايا التي تصل كفاءتها إلى 21% حوالي 40 ميلي أمبير لكل سنتيمتر مربع (40mA/cm2). وبذلك يصبح تيار الخلية الكاملة (Full Cell) ذات المقاس 210مم*210مم حوالي 17.5 أمبير (21 سنتيمتر * 21 سنتيمتر * 0.040 أمبير/ سنتيمتر مربع). وبنفس طريقة الحساب أعلاه فإن التيار عند أقصى قدرة (Imp) الخارج من الخلايا الأصغر مساحةً سوف يساوي:
- خلايا الM2 (75 مم * 156.75 مم): حوالي 9.8 أمبير.
- خلايا الM6 (166 مم * 166 مم): حوالي 11 أمبير.
- خلايا الM10 (182 مم * 182 مم): حوالي 13.2 أمبير.
ولأن غالبية العواكس السلسلية (String Inverters) المتوافرة في الأسواق تسمح بتيار يتراوح ما بين 26 و30 أمبير لوحدة تتبع نقطة الطاقة التشغيلية القصوى الواحدة (MPPT)، وتحتوي كل وحدة على مدخلين لسلسلتين، فإن تيار السلسلة الواحدة المسموح يتراوح ما بين 13 و15 أمبير. ولذلك لا يوجد إشكالية في استخدام الألواح ذات مقاسات الخلايا الM2 والM6 والM10 مع هذه العواكس، ولكن بالنسبة للألواح التي تستخدم خلايا بمقاس M12 فإن تيار ال17~18 أمبير يتجاوز الحد المسموح من معظم العواكس.
ومن الجدير بالذكر التذكير بأن اختلاف مساحة الخلايا لا يوجد له تأثير ملحوظ على جهد الخلايا، وجهد الدائرة المفتوحة للخلية الواحدة (Voc) للخلايا أحادية البلورة (Mono-crystalline) المتوافرة في الأسواق هذه الأيام يساوي 0.68 فولت.
تصميم الألواح المصنعة باستخدام خلايا ال M12
بسبب ارتفاع التيار الملحوظ في خلايا الM12 (ذات المقاس 210مم*210مم) ظهرت حاجة ملحة إلى إعادة النظر في طريقة وكيفية تصميم الألواح وتوصيل الخلايا مع بعضها البعض داخل الألواح. لذلك توجه بعض مصنعي الألواح لقص الخلايا إلى ثلاثة أجزاء، وفي حال كنا نتحدث عن ألواح تتكون من 50 خلية من خلايا الM12 فإن عدد الخلايا في هذه الألواح سوف يصبح 150 خلية. وعند توصيل 75 خلية داخل الألواح على التوالي في سلسلة وتوصيل ال75 خلية الأخرى في سلسلة ثانية. فإن التيار الداخلي في الألواح سوف ينخفض إلى 5.8 أمبير (17.5/3).
وبعد توصيل السلسلتين الأولى والثانية على التوازي فإن التيار الخارج من هذه الألواح سوف يصبح حوالي 12 أمبير وهو تيار مقبول من معظم العواكس السلسلية المتوافرة في الأسواق وخصوصاً العواكس المخصصة للأنظمة المنزلية والأنظمة الصغيرة. أما بالنسبة لفولتية هذه الألواح فسوف تكون قرابة 51 فولت (0.68 فولت/خلية * 75 خلية).
هل جميع الألواح التي يتم تصنيعها باستخدام خلايا الM12 يتم قصها إلى ثلاثة أجزاء؟
قص الخلايا إلى ثلاثة أجزاء كما وضحنا في النقطة السابقة يهدف بشكل أساسي إلى خفض التيار لكي تتناسب مع العواكس السلسلية المتوافرة في الأسواق. ولكن على سبيل المثال في حال استخدام عواكس مركزية (Central Inverters) فإنه لا يوجد إشكالية في استخدام تقنية أنصاف الخلايا (Half-cut cells) مع ألواح الM12 كون التيار يتم جمعه في صناديق تجميع (Combiner Boxes) قبل إدخاله للعاكس المركزي.
وكذلك الأمر بالنسبة للعواكس السلسلية الجديدة، حيث أن العديد من مصنعي العواكس السلسلية هذا العام بدأوا بتوفير عواكس مخصصة للاستخدام مع هذا النوع من الألواح وبقيمة تيار تصل إلى 20 أمبير للسلسلة الواحدة.
اقرأ: عاكس جديد من شركة هواوي يتناسب مع الألواح عالية القدرة SUN2000-215KTL-H3
عاكس سلسلي جديد من شركة Sungrow بقدرة 352 كيلو واط
لماذا يعتبر قص خلايا الM12 إلى جزئين أفضل من الناحية الاقتصادية
وبالنسبة للمشاريع التجارية والمخصصة لبيع الكهرباء فإن التوجه هو نحو قص الخلايا إلى جزئين فقط لأنه أفضل من الناحية الاقتصادية مقارنةً مع قص هذه الخلايا إلى ثلاثة أجزاء.
ولتوضيح هذه النقطة دعونا نأخذ نفس المثال السابق، ولكن باستخدام تقنية أنصاف الخلايا (Half-cut PV Modules)، حيث يتم توصيل نصف عدد أنصاف الخلايا (50 نصف خلية) على التوالي في سلسلة وتوصيل النصف الآخر (50 نصف خلية) على التوالي في سلسلة أخرى، ومن ثم توصيل السلسلتين على التوازي.
جهد الدائرة المفتوحة (Voc) في هذا التصميم سوف يساوي 34 فولت (0.68 فولت/خلية * 50). وهذه الفولتية المنخفضة للوح الواحد سوف تمكّن المصممين من رفع عدد الألواح التي يمكن توصيلها معاً على التوالي في السلسلة الواحدة، مما يعني عدد سلاسل (Strings) إجمالي أقل في المشروع، وهذا يؤدي إلى خفض كلف إكسسوارات النظام (BOS: Balance of System) من حمايات وصناديق تجميع وكوابل إلخ.
ملخص
لتلخيص هذا المقال كون يحتوي على العديد من الحيثات الفنية، يمكن القول بأنه باستخدام خلايا الM12 (ذات المقاس 210مم*210مم) فإنه يمكن تصميم لوحين بنفس القدرة تقريبباً (Wp) ولكن بمواصفات كهربائية مختلفة. حيث يمكن قص هذه الخلايا إلى ثلاثة أجزاء وبذلك يصبح عدد الخلايا الإجمالي 150 خلية (في حال استخدام 50 خلية كاملة) وسوف يصبح تيار الألواح حوالي 12 أمبير مع فولتية تساوي تقريباً 51 فولت. ويمكن استخدام هذه الألواح مع العواكس المتوافرة في الأسواق بدون أي مشاكل.
ويمكن أيضاً قص هذه الخلايا إلى جزئين (Half-cut) وبذلك يصبح عدد الخلايا الإجمالي 100 خلية (في حال استخدام 50 خلية كاملة) وسوف يصبح تيار الألواح حوالي 17~18 أمبير مع فولتية تساوي تقريباً 34 فولت، وذلك سوف يؤدي إلى رفع عدد الألواح التي يمكن ربطها في السلسلة الواحدة، وبالتالي خفض عدد السلاسل الإجمالي في المشروع مما يؤدي إلى خفض كلف اكسسوارات النظام (BOS).
