أرسل لنا أحد مشتري المعدات الأصلية بريدًا إلكترونيًا في الربع الأخير بسؤال وجيه. ذكرت مواصفات خلاياه الشمسية كفاءة 26.2%. تحتوي لوحته على 33 خلية نصف مقطوعة، تبلغ قدرة كل منها حوالي 4.37 واط، أي ما يعادل 144.2 واط. فلماذا كُتب على الملصق 130 واط؟
أربعة عشر واط، مفقودة على ما يبدو.
لم يكن هناك أي خلل في اللوحة الشمسية. هذه الفجوة لها اسم، ومعادلة، ومجموعة أسباب معروفة جيدًا - يسميها المهندسون نسبة الخلية إلى الوحدة (CTM). فيما يلي شرح تفصيلي للحسابات على وحدة شمسية حقيقية بقدرة 130 واط من نوع ETFE ذات وصلة خلفية، ويقدم لك ثلاثة فحوصات يمكنك إجراؤها على أي ورقة بيانات في دقيقة واحدة، ويجيب على سؤال نتلقاه أسبوعيًا تقريبًا: هل تستهلك طبقة الألياف الزجاجية الطاقة؟
ما يقيسه CTM فعليًا
يقارن CTM رقمين: مجموع قدرات الخلايا الفردية، التي تم اختبارها قبل الترقق، مقابل القدرة المقدرة للوحدة النهائية عند STC.
نسبة أقل من 100% تُعتبر طبيعية. إضافة الخلايا إلى الوحدة تضيف طبقة رقيقة، ومادة لاصقة، وفجوات، وموصلات، ومقاومة، وكل منها يُضيف تكلفة بسيطة.
ما يفاجئ المشترين هو أن CTM يمكن أن يرتفع فوق 100%. قام معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية ببناء وحدات نصف خلية في 104% CTM من خلال هندسة المكاسب البصرية في الطبقات بشكل متعمد. وعلى نطاق الصناعة، حدث هذا التحول بالفعل: وفقًا لبيانات ITRPV اجتازت شركة CTM معيار 100% في عام 2021, ، مع تصميمات نصف الخلية فوق 100.5% وتصميمات القطع الثلاثية بالقرب من 101%.
بعبارة أخرى، الوحدة ليست مجرد صندوق يفقد الضوء، بل هي نظام بصري، وأجزاء منه تعيد الطاقة.
الفخ: قسمة كفاءة الوحدة على كفاءة الخلية
يظهر خطأ واحد في جداول بيانات المشتريات أكثر من أي خطأ آخر. يرى المشتري كفاءة وحدة تبلغ 20.2% وكفاءة خلية تبلغ 26.2%، فيقوم بالقسمة، فيصل إلى 77.1%، ويبلغ أن المصنع يخسر 23% في عملية التغليف.
الرقم خاطئ، والسبب هيكلي وليس حسابيًا. يتم قياس كفاءة الخلية على مساحة الخلية؛ بينما يتم قياس كفاءة الوحدة على اللوحة بأكملها. تحتوي اللوحة على حواف وفجوات بين الخلايا ومساحة للتوجيه - لا شيء منها يولد الطاقة، ولا شيء منها ينتمي إلى رقم فقد التغليف.
العلاقة الصحيحة
كفاءة الوحدة = كفاءة الخلية × تغطية المنطقة النشطة × نسبة CTM
بفصل التأثيرين، تتلاشى الشكوك حول الأرقام. أحدهما هندسي، تحدده عملية التخطيط؛ والآخر فيزيائي تكاملي، تحدده عملية التصنيع. إن جمعهما معًا يخفي التأثير الوحيد الذي يمكن التحكم فيه فعليًا.
مثال عملي: 130 واط من التلامس الخلفي المرن
خذ مثالاً حقيقياً - وحدة مرنة ذات اتصال خلفي من مادة ETFE بأبعاد 1090 × 590 مم، و33 خلية نصف مقطوعة في مصفوفة 3 × 11، مصنفة بقدرة 130 واط عند ظروف الاختبار القياسية.
| خطوة | حساب | نتيجة |
|---|---|---|
| مساحة الخلية الكاملة | 182 × 183.75 مم | 0.0334 م² |
| طاقة الخلية الكاملة عند 26.2% | 0.0334 × 1000 × 0.262 | ~8.75 واط |
| طاقة الخلية نصف المقطوعة | 8.75 ÷ 2 | ~4.37 واط |
| مجموع 33 نصف خلية | 33 × 4.37 | 144.2 غرب |
| الطاقة المقدرة للوحدة | ورقة البيانات، STC | 130 واط |
| نسبة CTM | 130 ÷ 144.2 | 90.2% — فجوة 14.2 واط |
بعد ذلك، ننتقل إلى الهندسة. يبلغ قياس كل نصف خلية حوالي 91 × 183.75 مم، لذا فإن 33 خلية منها تغطي مساحة 0.552 متر مربع تقريبًا. وتمتد اللوحة على مساحة 0.643 متر مربع. وبالتالي، تقع التغطية الفعالة بالقرب من 85.8%.
اضرب الثلاثة معًا:
26.2% × 85.8% × 90.2% = 20.3%
تشير ورقة البيانات إلى أن القيمة هي 20.2%. هذا تقريب، وليس اختلافاً.
نوصي كل مشترٍ بإجراء هذه المطابقة، لأنها سريعة ويصعب تزويرها. إذا لم تتطابق أرقام المورد الثلاثة في غضون أجزاء من الثانية، فهناك خلل ما - كفاءة خلية مبالغ فيها، أو مساحة غير صحيحة، أو بيانات منقولة من منتج آخر.
تحسينان تخفيهما الحسابات
شطف الحواف. يبلغ قطر مستطيل أبعاده 182 × 183.75 مم 258.6 مم، ولن يتناسب مع سبيكة قطرها 252 مم، لذا فإن الرقاقة المضيفة شبه مربعة. تقع مساحة الخلية الحقيقية أسفل المستطيل بقليل، بينما تقع قيمة CTM المقاسة أعلى منه ببضع أعشار من البوصة. تُصحح هذه المعادلة نفسها تلقائيًا: تتقلص مساحة الخلية وينخفض التغطية بينما ترتفع قيمة CTM، دون أن تتأثر كفاءة الوحدة.
تسامح. يحدد التفاوت من 0 إلى +3% لوحة الاسم في أسفل توزيع الإنتاج، لذا فإن أي CTM مشتق من الملصق يقلل من شأن ما يحققه الخط.
فحصان إضافيان، ولا يحتاج أي منهما إلى مختبر
يُعدّ التحقق من كفاءة البيانات اختبارًا شاملاً. يستغرق هذان الاختباران دقيقة واحدة فقط، ويكشفان البيانات المُزيّفة بشكل قاطع.
الفولت لكل خلية. قسّم جهد الوحدة على عدد الخلايا: 20.13 فولت ÷ 33 = 0.61 فولت عند أقصى قدرة، 23.45 فولت ÷ 33 = 0.71 فولت في حالة الدائرة المفتوحة. يقع كلا الجهدين في مكان السيليكون ذي التلامس الخلفي. إذا كانت النتيجة 0.5 أو 0.9 فولت، فإما أن عدد الخلايا غير صحيح أو أن البيانات الكهربائية غير دقيقة.
كثافة التيار. قسّم تيار قصر الدائرة على المساحة الفعالة لخلية واحدة - في سلسلة متصلة، تحمل كل خلية نفس التيار. هنا: 6.77 أمبير ÷ 167.2 سم² = 40.5 مللي أمبير/سم².
سقف الفيزياء
وضع ريختر وهيرمل وغلونز الحد الجوهري للسيليكون البلوري أحادي الوصلة عند 43.31 مللي أمبير/سم² خلية مثالية بحجم 110 ميكرومتر تتميز باحتجاز مثالي للضوء وبدون طبقة معدنية أمامية. لا يوجد ما يضاهيها من الخلايا المصنوعة من السيليكون. عند كثافة تيار 40.5 مللي أمبير/سم²، تصل هذه الوحدة إلى حوالي 94% من الحد الأقصى: أداء دقيق، ولكنه قانوني، ويتوافق مع خلية ذات تلامس خلفي بدون خطوط شبكية أمامية.
اعتبر هذا خطًا أحمر. إنّ بيانات المواصفات التي تشير إلى أكثر من 43 مللي أمبير/سم² تقريبًا ليست متفائلة، بل مستحيلة. لقد رأينا أرقامًا تتجاوز 46 مللي أمبير/سم². تنبيه: عند وضع الخلايا في مجموعات متوازية بدلًا من سلسلة واحدة، قسّم تيار الوحدة على عدد السلاسل المتوازية أولًا.
أين تذهب الـ 14 واط المفقودة فعلياً؟
إنّ 9.8% ليس شيئًا واحدًا. بل هو ستة أشياء على الأقل، وبعضها فقط يتضمن الضوء على الإطلاق.
| الآلية | سبب | هل يمكن إصلاحها في المصنع؟ |
|---|---|---|
| الخلايا | إعادة التركيب والتلف الدقيق عند حافة القطع | نعم - طريقة الفصل، تخميل الحواف |
| البصريات الأمامية | الانعكاس والامتصاص من خلال الطبقة الأمامية | نعم - درجة المادة، جودة التغليف |
| الترابط البيني | التسخين بالأشعة تحت الحمراء في الموصلات الخلفية والوصلات | نعم — المقطع العرضي للموصل، سلامة الوصلة |
| عدم تطابق | 33 خلية موصولة على التوالي؛ الخلية الأضعف تحدد التيار | نعم — عملية فرز أكثر دقة |
| صندوق التوصيل والكابل | مقاومة الثنائي والرصاص | جزئياً - صغير، لكنه حقيقي |
| المكاسب البصرية | اقتران المؤشر وإعادة تدوير الضوء من الطبقات الخلفية | نعم — وهذا واحد أيضاً يضيف قوة |
يُفسر هذا السطر الأخير سبب عدم إمكانية تقدير معامل انتقال الحرارة (CTM) بضرب قيم النفاذية من أربع جداول بيانات للموردين. يُظهر نموذج فراونهوفر المكاسب والخسائر في سجل واحد، وليس في سلسلة من عمليات الطرح.
فصل الفقد البصري عن الفقد الكهربائي
لا يُفيد وجود ست آليات في رقم واحد كثيرًا عند محاولة إصلاح شيء ما. مع ذلك، فإن الفصل سهل، ويعتمد على المعلمة التي تُلحق بها كل آلية الضرر. تُفقد الفوتونات بسبب الفقد الضوئي، لذا تظهر في التيار. أما الفقد الكهربائي فيُفقد الجهد وعامل التعبئة، ولا يؤثر على التيار بشكل كبير.
لذا اطلب بيانات الفلاش لكلا جانبي التغليف واحسب نسبتين:
- تيار الدائرة القصيرة للوحدة ÷ تيار الدائرة القصيرة للخلية هذا هو نموذج النقل البصري الخاص بك. انعكاس الطبقة الأمامية، وامتصاص الغلاف، وتشتت الألياف الزجاجية كلها تقع هنا.
- الباقي يقع في Voc وعامل التعبئة: مقاومة التوصيل البيني، وعدم التطابق، وإعادة التركيب عند حافة القطع.
يُعدّ هذا التمييز مهمًا من الناحية التجارية. في حالة الألياف الضوئية، يكون النقاش حول المواد المستخدمة - وزن الألياف، ونوعية مادة التغليف، وعدد الطبقات. أما في حالة الألياف الكهربائية، فلا تُجدي المواد نفعًا؛ إذ ينتقل النقاش إلى تصميم الموصل، وتصنيفه، وعملية فصل مكوناته. عادةً لا يقوم الموردون الذين لا يستطيعون توفير كلا النوعين من بيانات الوميض بقياسهما.
يستحق القطع إشارة خاصة، لأن طريقة التأطير الشائعة تُطبّق بشكل خاطئ. يُعدّ البناء بنصف القطع مكسبًا صافيًا واضحًا، إذ يُقلّل التيار إلى النصف، بينما ينخفض فقد المقاومة إلى أربعة أضعاف، وهو ما يُعادل قيمة من 3 إلى 5% مزيد من الطاقة مقارنةً بنظيراتها من الخلايا الكاملة. السؤال الحقيقي هو ما مقدار الفائدة التي تعود من عملية الفصل. ليس كثيرًا، إذا أُجريت بشكل جيد: أفاد معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية (ISE) بتكاليف مُحسّنة للفصل الحراري بالليزر. تزيد كفاءتها المطلقة قليلاً عن 0.1%, حيث استعادت عملية التخميل الحافية ما يقارب 85% من ذلك. أما طرق الخدش والكسر الأرخص فتُخلّف أضرارًا أكبر بكثير، وهي أضرار تظهر لاحقًا على شكل تشققات تحت الضغط.
هل يحجب الألياف الزجاجية الضوء؟ الإجابة الصادقة
إذا التقطتَ قطعةً من حصيرة الألياف الزجاجية الجافة، فستبدو بيضاء، ضبابية، وبلا أمل. يلاحظها المشترون في مخطط الطبقات، ويستنتجون أن اللوحة تُهدر عُشر ضوء الشمس. هذا الشعور منطقي، ولكنه في الغالب خاطئ.
يظهر الألياف الزجاجية الجافة باللون الأبيض لأن الألياف محاطة بالهواء - معامل انكسار زجاج E يقارب 1.56، بينما يبلغ معامل انكسار الهواء 1.00، وهذا التفاوت يُشتت الضوء عند كل حد من حدود الألياف التي تُقدر بالملايين. يُغير التغليف الفراغي هذه المعادلة. إذ يملأ غلافٌ الفراغ بين الألياف، ويبلغ معامل انكسار EVA وPOE المستخدم في الخلايا الكهروضوئية حوالي 1.48. يتقلص معامل الانكسار من حوالي 0.56 إلى حوالي 0.08، وينخفض التشتت بشكل حاد تبعًا لذلك.
لكنّ شبه الشفاف ليس شفافاً. إنّ قيمة 0.08 المتبقية هي السبب الرئيسي وراء بقاء كمية الألياف هي المتغير المتحكم. وكما أوضح فريق EPFL الذي أجرى الدراسة الأكثر استشهادًا في هذا المجال: حتى التفاوت الطفيف بين الألياف والمادة الأساسية يقلل من نفاذية الضوء، ويزداد هذا التأثير السلبي مع زيادة وزن التعزيز.
من الميدان
لقد شاهدنا أكثر من مشترٍ يرفض منتجًا مُدعّمًا بعد معاينة عينة جافة. إنّ الحكم على طبقة مُشبعة من مظهرها الجاف خطأ مكلف. اطلب عينة مُغلّفة.
البيانات: تنخفض النفاذية مع زيادة وزن الألياف
قام باحثون من المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان (EPFL) بتغليف الخلايا الكهروضوئية تحت طبقات من الألياف الزجاجية ذات أوزان تقوية متزايدة، ثم قاسوا تيار الدائرة القصيرة مقارنةً بالخلايا غير المغلفة. والنتيجة واضحة لا لبس فيها.
| وزن التسليح | الإشعاع الذي يصل إلى الخلية |
|---|---|
| لا شيء (مجرد مرجع) | 100% |
| 410 جم/م² | 88% |
| 820 جم/م² | 83% |
| 1230 جم/م² | 81% |
| 1640 جم/م² | 75% |
| 3280 جم/م² | 63% |
مصدر: باسكوال وآخرون، المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان، مؤتمر CISBAT 2013. القيم هي نسب تيار الدائرة القصيرة على مدى 300-800 نانومتر.
لم يُسجّل تأثير يُذكر لبنية الألياف، إذ لم يُحدث نمط النسيج تغييراً يُذكر، بينما تغيّر الوزن الإجمالي للألياف بعشرات النسب المئوية. وكانت قراءة الألياف المتقاطعة أقل بقليل من قراءة الألياف أحادية الاتجاه، وهو ما عزاه الباحثون إلى وجود جيوب هوائية محصورة عند تقاطع الألياف.
اقرأ هذا بشكل إرشادي، وليس حرفياً.
تم تصنيع تلك القسائم يدويًا باستخدام راتنج البوليستر فوق خلايا السيليكون غير المتبلورة ضمن نطاق 300-800 نانومتر. أما منتجك، فيتم تغليفه بتفريغ الهواء باستخدام مادة POE أو EVA فوق السيليكون المتبلور، الذي يستجيب لأطوال موجية تتجاوز 1100 نانومتر. وقد تم مطابقة معامل انكسار الراتنج المستخدم في الدراسة مع معامل انكسار الألياف عند 1.56، وهو ما لا يتوفر في مواد تغليف الخلايا الكهروضوئية. اتجاه تتم عمليات النقل بسلاسة؛ أما الأرقام المطلقة فلا.
لاحظ القيمة المنخفضة: حتى عند 410 غ/م²، وهو وزن أثقل بكثير من الأغشية المستخدمة في الألواح الكهروضوئية المرنة، ظلت نفاذية الضوء ثابتة عند 88%. لذا لم يكن السؤال المفيد أبدًا "هل تحتوي هذه اللوحة على ألياف زجاجية؟" كم غراماً لكل متر مربع، وعلى أي جانب، وإلى أي مدى تم تشريبه؟
يحدد موضع الطبقة التكلفة
تُصنع معظم الصفائح المرنة بشكل متناظر، حيث يكون التعزيز نفسه أعلى وأسفل الخلية، مما يحافظ على توازن الطبقات ويمنع انحناء اللوح أثناء التبريد. مع ذلك، من الناحية البصرية، لا تكاد توجد أي قواسم مشتركة بين الطبقتين. واحدة فقط هي التي تتعرض لأشعة الشمس.
| طبقة | موضع | التأثير على CTM |
|---|---|---|
| الغطاء الأمامي من مادة ETFE | الواجهة، الخارجية | خسارة طفيفة ناتجة عن انعكاس السطح وامتصاص معتدل |
| مادة التغليف (EVA / POE) | كلا الجانبين | خسارة طفيفة في الجانب الأمامي؛ اقتران المؤشر يعوض بعض الخسائر. |
| الغشاء المركب (CPC) | أمامي وخلفي | الواجهة الأمامية خفيفة الوزن؛ والخلفية تعكس الضوء. |
| تقوية الألياف الزجاجية | أمام | متواضع بعد التشريب؛ يقيس بوزن الألياف |
| تقوية الألياف الزجاجية | مؤخرة | تكلفة بصرية شبه معدومة؛ دور ميكانيكي |
| الورقة الخلفية (TPT / KPF) | الخلف، الأبعد | لا يوجد فقدان مباشر؛ يضيف غشاء فاتح اللون انعكاسًا للفجوة |
الطبقات الخلفية ليست مجانية، لكنها رخيصة الثمن - فهي تُشكّل الانعكاس الداخلي بدلاً من اعتراض الضوء الوارد. عندما يُظهر مخطط المنافس تعزيزًا كثيفًا امام الخلية التي يتم بناؤها تعمل بميزانية بصرية مختلفة عن تلك التي تحمل هيكلها خلفها.
لماذا تبدأ الوحدات المرنة متأخرة بخطوة؟ - والسبب ليس الألياف الزجاجية.
ابدأ بالأخبار السارة، لأن مادة ETFE تفوز فعلاً في إحدى الجولات. تُدرج ورقة بيانات نورتون ETFE من سان غوبان ما يلي: n = 1.40 ونسبة النقل أعلى من 95%. قم بإجراء حسابات فرينل: يعكس الهواء إلى مادة ETFE حوالي 2.8%، مقابل حوالي 4.3% للزجاج العادي عند 1.52. وبالنسبة للزجاج غير المطلي، تسمح مادة ETFE بدخول المزيد من الضوء.
والآن الخبر السيئ، بل الأسوأ. الزجاج الشائع ليس غير مطلي - إذ أن طبقة مضادة للانعكاس ترفع معامل انكساره إلى حوالي 2%، مما يلغي ميزة مادة ETFE مقارنةً بالمنتج المنافس لها. والعيب الثاني غير مذكور في أي من بيانات المنتج. إعادة تدوير الضوء يعمل هذا النظام بتقنية الانعكاس الداخلي الكلي: فالضوء الذي لا يصطدم بالخلية يتشتت عن الطبقات الخلفية، ويصطدم بالطبقة الأمامية من الداخل، ثم يعود بزاوية تتجاوز الزاوية الحرجة ليصطدم بالسيليكون مرة أخرى. وتعتمد هذه الزاوية على معامل انكسار الطبقة الأمامية، وهنا يعمل معامل الانكسار المنخفض ضد هذه التقنية. فالزجاج بمعامل انكسار 1.52 يعطي زاوية تقارب 41 درجة، بينما يعطي ETFE بمعامل انكسار 1.40 زاوية تقارب 46 درجة.
زاوية حرجة أوسع، مخروط هروب أوسع، فقدان المزيد من الضوء من الأمام بدلاً من عودته إلى الخلية. الخاصية نفسها التي تساعد في الذهاب تضر في العودة. الأمر يتعلق بالبنية - لا علاقة له بالألياف الزجاجية أو عدد الأغشية أو مهارة التغليف - وهو أحد الأسباب الحقيقية لعدم قدرة الرقائق المرنة على منافسة الزجاج المطلي بطبقة مضادة للانعكاس في تقنية CTM مهما كانت جودة تصنيعها. وتزيد كثافة التوصيلات الخلفية من تعقيد الأمر: فمع التغطية العالية للخلايا، تقل مساحة الغطاء الخلفي المكشوف للتشتيت، لذا فإن الغشاء الخلفي الأبيض يمتص طاقة أقل هنا مقارنةً بوحدة ذات تباعد واسع.
إن إجمالي النفاذية ليس هو الرقم الذي تريده
يُقدّم المورّدون رقمًا واحدًا. بالنسبة للمواد المركبة من الألياف الزجاجية، لا يكفي رقم واحد - فقد تسمح الرقائق بمرور 90% من الضوء ومع ذلك تبدو ضبابية، لأن الضوء يصل مُشتّتًا. هذا هو الضباب، ويتم قياسه بشكل منفصل.
لا يُفقد الضوء المتناثر تلقائيًا؛ فالفوتون الذي يصل إلى الخلية يُولّد تيارًا كهربائيًا بغض النظر عن المسار الذي سلكه. لكن الضبابية مؤشر موثوق على التحكم في العملية. وقد وجد عمل المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان (EPFL) على الوحدات الخفيفة الخالية من الزجاج يبث كل من EVA وPOE على نطاق 90% من حوالي 350 إلى 1100 نانومتر، مع ملاحظة أن بعض البولي أوليفينات تصبح حليبية بعد الترقق، مما يقلل من النفاذية ويزيد من الانعكاس.
يشير مصطلح "حليبي" إلى عدم اكتمال عملية التشريب، أو وجود هواء محبوس، أو استخدام تركيبة تغليف لم تسد الفراغات بشكل كامل. وفي صناعة الألياف الزجاجية، يؤدي أي من هذه الأسباب إلى إعادة تكوين نقاط التماس بين الزجاج والهواء، وهي النقاط التي كان من المفترض أن تقضي عليها عملية التصنيع برمتها. اطلب رقم الضبابية، فهو يدل على جودة المصنع، وليس فقط على جودة الفيلم.
كيف يبدو نموذج إدارة المحتوى الجيد، حسب التنسيق
لا تُعتبر المعايير ذات معنى إلا ضمن إطار معين. فوضع طبقة رقيقة مرنة من مادة ETFE على وحدة زجاجية في جهاز CTM وحده لا يقيس شيئاً صحيحاً.
| شكل | نموذج CTM النموذجي | لماذا |
|---|---|---|
| زجاج عادي، نصف مقطوع | >100.5% | زجاج مضاد للانعكاس، وصلات متطورة، انعكاس فجوة مصممة هندسيًا |
| زجاج عادي، ثلاثي القطع | ~101% | تيار أقل، وبالتالي فقد أقل في المقاومة |
| نظام زجاجي مزدوج مدمج في المباني | ~97–100% | يتخلى الزجاج الخلفي عن ميزة تشتت الضوء الموجودة في الغطاء الخلفي الأبيض |
| مادة ETFE مرنة، معززة | ~88–94% | طبقة أمامية متعددة من البوليمر، بدون زجاج مضاد للانعكاس، مخروط هروب أوسع |
| مادة ETFE المرنة، تصميم بسيط | ~92–96% | عدد أقل من الطبقات فوق الخلية، وحماية ميكانيكية أقل |
تتبع أرقام الوحدات الزجاجية بيانات خارطة طريق ITRPV. تعكس النطاقات المرنة بيانات البناء الخاصة بنا ودراسات تكامل الوحدات المنشورة - وهي إرشادات هندسية وليست مواصفات معتمدة.
تحذير واحد قبل تقديم عروض أسعار لهذه المنتجات للمورد
لا يوجد معيار من معايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) يحدد كيفية الإبلاغ عن بيانات قياس الخلايا (CTM). ينظم معيار IEC 61215 طاقة الوحدة، بينما ينظم معيار IEC 60904 قياس الخلية، إلا أن النسبة بينهما غير موحدة. ولا يكون للمقارنة معنى إلا إذا اتفق الطرفان على الأساس: أي بيانات ذاكرة فلاش، وأي فئة، قبل القطع أو بعده.
اقرأ الجدول كموازنة بين المزايا والعيوب، وليس كلوحة نتائج. تتنازل الوحدة المرنة عن عدة نقاط من معيار CTM مقابل الوزن ونصف قطر الانحناء ومقاومة التشققات - في سقف مركبة ترفيهية أو سطح منحني، تُعد هذه الموازنة السبب الرئيسي لوجود المنتج. يُعتبر 90% قيمة جيدة. أما 99% المعلنة لنفس الهيكل، فستكون نقطة ضعف واضحة.
كيفية عزل تكلفة الألياف الزجاجية بنفسك
لا حاجة لمختبر أبحاث - أربع عينات وجهاز قياس طيف ضوئي مزود بكرة تكاملية تكفي. قم بتغليف أربع عينات خالية من الخلايا باستخدام وصفة الإنتاج الخاصة بك:
| قسيمة | يبني | تمت الإجابة على السؤال |
|---|---|---|
| أ | مادة ETFE + مادة تغليف | التكلفة الأساسية للصفحة الأولى |
| B | غشاء مركب A+ | تكلفة الغشاء |
| C | ب + ألياف زجاجية | دلتا الألياف الزجاجية (ج ÷ ب) |
| D | واجهة أمامية كاملة | إجمالي ميزانية البصريات |
قم بقياس النفاذية الكلية، والنفاذية المباشرة، والضبابية، والانعكاسية ضمن نطاق 300-1200 نانومتر، ثم قارنها بالاستجابة الطيفية لخليتك. إن حساب متوسط الضوء المرئي وحده مضلل، لأن السيليكون يتأثر بشدة بالأشعة تحت الحمراء القريبة. النسبة C ÷ B هي القيمة التي تستحق النقاش مع المورد؛ أما ما عدا ذلك فهو مجرد رأي.
سيعطيك جهاز قياس الطيف الضوئي نتائج خاطئة في العينات الضبابية
تغفل معظم خطط الاختبار هذا الأمر. وقد وجد فريق EPFL أنه بمجرد ارتفاع التشتت، لا يعود كل الضوء المتشتت إلى كرة التكامل - لذلك يقرأ الجهاز... قليل, ويزداد الخطأ مع زيادة وزن الألياف. وخلصوا إلى أن قياسات تيار الدائرة القصيرة على خلية مغلفة تعطي قيمًا أكثر دقة للرقائق السميكة. لأي عينة تبدو ضبابية، قم بتغليف خلية مرجعية أسفلها وقم بقياس تيار الدائرة القصيرة (Isc) مقابل خلية غير مغلفة. اعتمد على هذه النتيجة بدلًا من الاعتماد على الكرة.
اثنا عشر سؤالاً قبل تقديم طلب شراء من الشركة المصنعة الأصلية
- ما هو تم القياس طاقة نصف الخلية بعد القطع - وليس طاقة الخلية الكاملة التي انخفضت إلى النصف؟
- ما هي طريقة الفصل التي تستخدمها، وهل تم تخميل الحواف المقطوعة؟
- ما هو متوسط طاقة الفلاش في الوحدة، وما هو مدى اتساع نطاق التوزيع؟
- هل تتوافق كفاءة الخلية والتغطية النشطة وCTM مع كفاءة الوحدة المعلنة؟
- هل يبقى تيار الدائرة القصيرة مقسومًا على المساحة النشطة لخلية واحدة أقل من 43 مللي أمبير/سم²؟
- هل يمكنك تزويدي ببيانات الوميض لكلا جانبي التغليف، حتى أتمكن من فصل الفقد البصري عن الفقد الكهربائي؟
- ما هو الوزن السطحي للألياف الزجاجية بالجرام/م²، للأمام والخلف بشكل منفصل؟
- هل مادة التغليف هي EVA أو POE أو EPE؟ وهل تتطابق ورقة البيانات مع ما يتم تشغيله فعليًا على الخط؟
- هل يمكنك تزويدنا ببيانات الضبابية والنفاذية للطبقة الأمامية المصفحة، وليس للأغشية الخام؟
- ما هو محتوى الجل أو نطاق التغليف الذي تستخدمه، وكيف يتم التحقق منه من دفعة إلى أخرى؟
- هل التعزيز أمام الخلية، أم خلفها، أم كليهما؟
- هل يمكنني رؤية صورة EL للوحة إنتاج من نفس دفعة العينة الخاصة بي؟
يكشف السؤال الثامن عن مشاكل أكثر من بقية الأسئلة مجتمعة، إذ لا تزال العديد من جداول البيانات تُدرج مصطلح EVA لأن أحداً لم يُحدّث نموذجاً كُتب منذ سنوات. أما السؤال الثاني فهو الأقل توقعاً من قِبل الموردين، والإجابة المبهمة عليه تُخبرك الكثير عن كل ما يليه.
أهم النقاط
- تقارن تقنية CTM قدرة الوحدة بمجموع قدرات الخلايا. وتُعتبر القدرة أقل من 100% طبيعية؛ أما الزجاج المستخدم حاليًا فيُستخدم فوقها.
- لا تقم أبدًا بتقسيم كفاءة الوحدة على كفاءة الخلية - فهذا يخلط بين الهندسة وفقدان التكامل.
- كفاءة الوحدة = كفاءة الخلية × التغطية النشطة × CTM. استخدمها كأداة للتحقق من الاتساق.
- قسّم تيار الدائرة القصيرة (Isc) للوحدة على المساحة الفعالة للخلية الواحدة. عند تجاوز ~43 مللي أمبير/سم²، يصبح من المستحيل، بل ومن غير المتفائل، قراءة البيانات المذكورة في ورقة البيانات.
- قسّم جهد الوحدة على عدد الخلايا. يعطي السيليكون ذو التلامس الخلفي جهدًا مقداره 0.61 فولت تقريبًا عند جهد التشغيل الأمثل (Vmp)، و0.71 فولت تقريبًا عند جهد الدائرة المفتوحة (Voc).
- نسبة Isc تعزل الفقد البصري؛ أما ما يتبقى فيقع في Voc وعامل الملء، وهو كهربائي.
- تعتبر مادة 90% CTM تقريبًا صحية لرقائق ETFE المرنة المقواة.
- يصبح الفيبرجلاس شبه شفاف بمجرد أن تملأ مادة التغليف الفراغات - شبه شفاف، وليس شفافًا تمامًا. الوزن السطحي هو العامل الحاسم؛ أما نمط النسيج فلا يكاد يُذكر. فقط تقوية الجانب الأمامي هي التي تُؤثر على خفة الوزن.
- يقلل معامل الانكسار المنخفض لمادة ETFE من انعكاس الضوء على السطح الأول، ولكنه يوسع نطاق انعكاس الضوء، لذا فإن الألواح المرنة تعيد تدوير ضوء أقل من الزجاج المضاد للانعكاس. هذه الفجوة هيكلية.
الأسئلة الشائعة
كيف يمكنني حساب نسبة الخلية إلى الوحدة؟
قسّم القدرة المقدرة للوحدة عند ظروف الاختبار القياسية (STC) على مجموع قدرات كل خلية داخلها التي تم اختبارها بالوميض، ثم اضرب الناتج في 100. في المثال المذكور هنا (130 واط): 130 ÷ 144.2 = 90.2%. استخدم بيانات نصف الخلية المقاسة كلما أمكن؛ فاشتقاق قدرة الخلية من رقم الكفاءة الإجمالي يعطي قيمة تقريبية، وليس قياسًا دقيقًا.
ما هي النسبة المثالية بين عدد الخلايا وعدد الوحدات في الألواح الشمسية المرنة؟
بالنسبة لوحدة ETFE المقواة، يتراوح معدل امتصاص الضوء الواقعي بين 88 و94%. أما وحدات الزجاج، فتتجاوز الآن 100% بفضل الزجاج المطلي بطبقة مضادة للانعكاس، وأنظمة الربط المتطورة، وتحسين إعادة تدوير الضوء، مما يُعيد امتصاص الضوء بشكل يفوق ما يفقده. قارن أداء الألواح المرنة بألواح مرنة أخرى.
لماذا كفاءة الوحدة النمطية لدي أقل بكثير من كفاءة الخلية؟
هناك سببان مستقلان. جزء من مساحة اللوحة لا يحتوي على رقائق سيليكون، وفقدان الطاقة الناتج عن التكامل يقلل من الطاقة التي تنتجها رقائق السيليكون. في المثال المذكور أعلاه، بلغت التغطية حوالي 14%، وبلغت CTM حوالي 10%.
هل يقلل الألياف الزجاجية من إنتاجية الألواح الشمسية؟
تُضيف الألياف الزجاجية على الجانب الأمامي بعض التأثير البصري. ويعتمد مقدار هذا التأثير على الوزن السطحي وجودة التشريب، وليس على وجود الألياف الزجاجية بحد ذاته. أما تقوية الجانب الخلفي فلا تُضيف أي تأثير بصري مباشر تقريبًا.
هل الخلية المقطوعة نصفياً تساوي نصف قوة الخلية الكاملة تماماً؟
قريب، لكن ليس تمامًا. يُنتج القطع حوافًا جديدة عند إعادة تجميع الحاملات، لذا فإن النصفين معًا يقلان قليلًا عن النصف الأصلي. تبلغ تكلفة الفصل الحراري بالليزر الأمثل حوالي 0.1% من حيث الكفاءة المطلقة، وتُعوض عملية تخميل الحواف معظم هذه التكلفة.
هل CTM مواصفة معتمدة؟
لا. تندرج قدرة الوحدة ضمن معيار IEC 61215، وقياس الخلية ضمن معيار IEC 60904، ولكن لا يوجد معيار ينظم كيفية الإبلاغ عن النسبة. تعامل مع أي رقم CTM على أنه مجرد ادعاء للتأهيل، وليس قيمة معتمدة.
تحدث من خلال أرقامك الخاصة
كل طبقة رقيقة هي بمثابة عملية تفاوض. وزن الألياف مقابل مقاومة التشقق. عدد الطبقات مقابل القدرة البصرية. نصف قطر الانحناء مقابل الصلابة. لا توجد تركيبة مثالية عالمية، بل التركيبة المناسبة فقط لطريقة تركيب اللوحة وما يجب أن تتحمله.
أرسل إلينا ورقة بيانات - أي ورقة بيانات - وسنقوم بإجراء التدقيق المذكور في هذه المقالة بناءً عليها. الفولت لكل خلية، وكثافة التيار مقارنةً بالحد الأقصى المسموح به فيزيائيًا، وموازنة الكفاءة. ستحصل على ثلاثة أرقام، بالإضافة إلى رأينا حول مدى مصداقية هذه الأرقام. لا يوجد أي التزام، وسنخبرك ما إذا كانت أرقام المنافسين دقيقة أم لا.
تقوم شركة Coulee بتصنيع وحدات ETFE المرنة ذات التلامس الخلفي، ووحدات BC الصلبة، ووحدات BIPV ذات الزجاج المزدوج للموزعين، والمثبتين، ومشتري OEM، والمطورين في جميع أنحاء أمريكا الشمالية وأوروبا - تصميمات وأحجام وفولتيات مخصصة، وعلامات تجارية خاصة، وتجارب منخفضة الحد الأدنى لكمية الطلب.
بريد إلكتروني: info@couleenergy.com
هاتف: +1 737 702 0119
الموقع الإلكتروني: couleenergy.com
تصنيع المعدات الأصلية وتصميمها · الحد الأدنى لكمية الطلب منخفض · حجم وطاقة وشكل حسب الطلب · عينات سريعة
المصادر ومصادر القراءة الإضافية
- معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية — CTM 100+: تحسين أداء الوحدة من خلال تحليل الفقد من الخلية إلى الوحدة
- معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية — برنامج تحليل الخلايا إلى الوحدات SmartCalc.CTM / SmartCalc.Module
- ريختر، هيرمل وغلونز،, مجلة IEEE للخلايا الكهروضوئية (2013) — إعادة تقييم الكفاءة القصوى للخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري (29.43% و 43.31 مللي أمبير/سم² حدود جوهرية)
- سان غوبان للمواد البلاستيكية عالية الأداء — الخصائص النموذجية لفيلم فلوروبوليمر ETFE من نورتون® (معامل الانكسار، النفاذية)
- باسكوال، دي كاسترو، شويلر، فاسيلوبولوس وكيلر (EPFL، CISBAT 2013) — نفاذية الضوء الكلية لصفائح البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية
- ليسكو، فيرتواني وباليف (EPFL، EU PVSEC 2020) — تحسين مادة التغليف الأمامية لوحدات الخلايا الكهروضوئية خفيفة الوزن وخالية من الزجاج
- لومولر وآخرون (معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية، مؤتمر سيليكون بي في 2025) — فصل الخلايا الشمسية النصفية TOPCon ذات الفقد المنخفض بواسطة TLS وتخميل حواف Al₂O₃
- مجلة الطاقة الشمسية الكهروضوئية — تحسين الليزر للخلايا الشمسية ذات القطع النصفي
- أخبار تايانغ — المكاسب والخسائر على مستوى الوحدة (بيانات ITRPV من الخلية إلى الوحدة)