المواد الرئيسية لوحدات الألواح الشمسية: تحليل كامل

مقدمة

معظم الوحدات الكهروضوئية مصنوعة من عدد قليل من المواد الأساسية. تتكون الوحدة الشمسية النموذجية من مادة السطح الأمامي، الخلايا الشمسية، مادة التغليف، مادة السطح الخلفي، الإطار، وبعض الأجزاء الداعمة. لكل طبقة وظيفتها الخاصة، ومعًا تحدد مدى جودة أداء الوحدة ومدة عمرها الافتراضي. دعنا نستعرضها واحدة تلو الأخرى.

مادة السطح الأمامي

ما وظيفتها ولماذا الزجاج هو الخيار الأفضل

يجب أن تتمتع مادة السطح الأمامي للوحدة الكهروضوئية بنفاذية عالية عبر نطاق الأطوال الموجية التي تستخدمها الخلايا الشمسية، بالإضافة إلى معامل انكسار منخفض، بحيث يتم امتصاص ضوء الشمس بأكبر قدر ممكن من الكفاءة. إلى جانب النفاذية والانعكاس، يجب أن تكون المادة الأمامية مقاومة للماء، ولها مقاومة جيدة للصدمات، وأن تظل مستقرة تحت التعرض الطويل للأشعة فوق البنفسجية، وأن يكون لها مقاومة حرارية منخفضة لمنع الماء أو بخار الماء من تآكل التلامسات المعدنية والوصلات البينية، مما قد يقلل من عمر الوحدة التشغيلي.

نظرًا لأن الوحدات توضع في الهواء الطلق وغالبًا ما تواجه طقسًا قاسيًا مثل الرياح والرمال والأمطار والثلوج، تحتاج المادة الأمامية أيضًا إلى صلابة معينة لحماية الخلايا الداخلية من الصدمات الخارجية.

هناك عدة خيارات للسطح الأمامي، بما في ذلك الأكريليك والبوليمرات والزجاج. الخيار الأكثر شيوعًا هو الزجاج المقسى منخفض الحديد، لأنه منخفض التكلفة، قوي، مستقر، شفاف للغاية، مقاوم للماء والهواء، ويوفر أداء تنظيف ذاتي جيد.

الخلايا الشمسية

قلب توليد الطاقة

الخلية الشمسية هي واحدة من أهم أجزاء الوحدة الكهروضوئية وتحدد بشكل مباشر إجمالي إنتاج الطاقة للوحدة. وهي عبارة عن رقاقة شبه موصلة تولد الكهرباء من ضوء الشمس، وطالما تم استيفاء شروط إضاءة معينة، تخرج الخلية جهدًا وتنتج تيارًا عند توصيلها في دائرة كهربائية.

هناك العديد من خيارات الخلايا. حسب تقنية التصنيع تشمل TOPCon وBC وHJT وغيرها. حسب مواصفات الحجم هناك 182 و183 و210 والمزيد. حتى ضمن نفس التقنية والحجم، يتم تصنيف الخلايا أيضًا حسب الكفاءة.

مادة التغليف

الطبقة الرابطة التي تمسك كل شيء معًا

يوفر التغليف الالتصاق بين الخلايا الشمسية والأسطح الأمامية والخلفية للوحدة. يجب أن يظل مستقرًا تحت درجات الحرارة العالية والتعرض القوي للأشعة فوق البنفسجية. يجب أيضًا أن يكون شفافًا بصريًا، مع مقاومة حرارية منخفضة ومقاومة كهربائية عالية.

إيثيلين فينيل أسيتات (EVA) هو أكثر مواد التغليف استخدامًا. يأتي كفيلم رقيق يوضع بين الخلايا والأسطح الأمامية والخلفية، مكونًا هيكلًا شطيريًا. يتم تسخين هذا الهيكل إلى 140-150 درجة مئوية تحت ضغط معين لفترة من الوقت، مما يسمح لـ EVA بالبلمرة وربط الوحدة معًا. في الصورة أدناه، الفيلم شبه الشفاف فوق الخلايا هو EVA.

الطبقة الخلفية

السطح الخلفي الواقي

الطبقة الخلفية للوحدة الكهروضوئية هي السطح الخلفي للوحدة. متطلباتها الرئيسية هي مقاومة حرارية منخفضة والقدرة على منع دخول الماء أو بخار الماء. تستخدم الوحدات أحادية الزجاج عادةً فيلمًا بوليمريًا كطبقة خلفية، بينما تستخدم الوحدات ثنائية الزجاج الزجاج بدلاً من ذلك، لأن الزجاج الخلفي الشفاف يمكن أن يمتص الضوء المنعكس من الأرض ويزيد من إنتاج الطاقة.

شريط PV (شريط نحاسي مطلي بالقصدير)

كيف يتم جمع التيار ونقله

شريط PV، وهو شريط نحاسي مطلي بالقصدير، ينقسم بشكل رئيسي إلى شريط توصيل داخلي وشريط ناقل. يربط الشريط الداخلي الخلايا داخل الوحدة؛ يتم لحامه مباشرة على الشرائح الموصلة على سطح الخلية بواسطة آلة اللحام، ويقوم بتوصيل وجمع التيار من كل خلية. يربط الشريط الناقل سلاسل الخلايا داخل الوحدة؛ يتم لحامه بالشرائط الداخلية ويجمع التيار الناتج عن الخلايا في صندوق التوصيل.

قاعدة شريط PV هي معدن النحاس، المطلي بطبقة رقيقة من القصدير. توفر القاعدة النحاسية موصلية عالية ومقاومة منخفضة، مما يقلل من المقاومة الداخلية للوحدة ويقلل من فقدان الطاقة. الطلاء بالقصدير ضروري لأن النحاس له نقطة انصهار عالية وقابلية لحام ضعيفة بمفرده؛ طلاء القصدير على القاعدة النحاسية يعطي الشريط قابلية لحام جيدة ويسمح للشريط الداخلي بالالتصاق بقوة بالشرائح الموصلة على سطح الخلية، مما يضمن تدفق التيار بشكل جيد.

صندوق التوصيل

الجسر إلى الدائرة الخارجية

صندوق التوصيل ينقل التيار في الوحدة الكهروضوئية. يتصل بالشريط الناقل الداخلي ويربط الوحدة بالدائرة الخارجية. يحتاج إلى أداء كهربائي جيد، ويجب أن يتوافق تصميمه وأبعاده مع متطلبات بيئة التشغيل، بما في ذلك المتطلبات الكهربائية والميكانيكية والمقاومة للحرارة والتآكل والظروف الجوية، دون أن يشكل أي ضرر للمستخدمين أو البيئة. تستخدم صناديق التوصيل الشائعة للوحدات الكهروضوئية موصلات MC4 السريعة.

الإطار

القوة، والإحكام، وسهولة التركيب

يخدم الإطار عدة أغراض. أولاً، يحمي حافة الزجاج ويمنع تشقق الوحدة تحت القوى الخارجية. ثانيًا، مع مادة الإغلاق الحافية، يعزز أداء الإحكام للوحدة. ثالثًا، يحسن بشكل كبير القوة الميكانيكية الكلية للوحدة. رابعًا، يجعل الوحدة أسهل في التركيب والنقل، ويعمل كحامل يربط الوحدة بهيكل التركيب، بحيث يوفر التثبيت الصحيح أفضل مقاومة للأحمال، من التركيبات الفردية إلى المصفوفات المتكاملة، مما يعزز القدرة الميكانيكية لنظام محطة الطاقة بأكمله.

مادة الإغلاق (السيلانت)

منع دخول الرطوبة

تُستخدم مادة الإغلاق (السيلانت) لربط صندوق التوصيل بالطبقة الخلفية للوحدة الكهروضوئية، مما يحافظ على إحكام الفجوة بينهما ضد الماء ويحسن مقاومة الوحدة للظروف الجوية. كما تربط الوحدة بالإطار، مما يقوي الاتصال بينهما ويمنع دخول بخار الماء إلى الوحدة.

رؤية Ooitech

تؤمن Ooitech بأن أداء الوحدة الشمسية وعمرها الافتراضي يعتمدان على مدى تعاون موادها الطبقية، من الزجاج الأمامي إلى مادة الإغلاق، كمنظومة واحدة.