مزايا الخلايا الشمسية المقسومة: نهج حديث لزيادة الكفاءة
في التطورات الأخيرة ضمن تكنولوجيا الطاقة الشمسية، برز مفهوم الخلايا الشمسية المقسومة (نصف الخلية) كابتكار واعد يوفر فوائد كبيرة مقارنة بالخلايا التقليدية الكاملة. في الوحدات الكهروضوئية التقليدية المصنوعة من السيليكون البلوري (c-Si PV)، تتسبب الأشرطة الموصلة التي تربط بين الخلايا المجاورة في خسائر كبيرة في الطاقة. تتصل هذه الخسائر الكهربائية مباشرة بالتيار المتولد من الخلايا، وتصبح الخسائر أكثر وضوحاً كلما زادت أبعاد الخلايا. وقد ثبت أن تقليل حجم الخلايا إلى النصف يعتبر طريقة فعالة لتقليل فقدان الطاقة الناتج عن المقاومة، وهو أمر حيوي لتحسين كفاءة الوحدات الشمسية.
كيف تعمل الخلايا المقسومة؟
كما يوحي الاسم، تتضمن الخلايا المقسومة قطع الخلايا الشمسية القياسية إلى جزأين متساويين. يتيح هذا التعديل البسيط لكل نصف خلية أن يحمل نصف التيار الذي تحمله الخلية الكاملة. ومن خلال تقليل التيار المتولد في كل خلية، تساهم الخلايا المقسومة في تقليل الخسائر المقاومة ضمن توصيلات الوحدة الكهروضوئية. والنتيجة هي تحسن ملحوظ في إنتاج الطاقة، حيث تصل بعض التصميمات إلى زيادة في كفاءة الوحدة تصل إلى 2%.
يظهر الفرق بين الخلايا التقليدية والخلايا المقسومة، مما يبرز إمكانية زيادة الكفاءة من خلال تقليل حجم الخلية إلى النصف. أما الشكل ، فيُظهر كيفية توصيل 120 خلية مقسومة (مقارنة بـ60 خلية كاملة) في وحدة واحدة لتقليل فقدان الطاقة.
الفوائد الرئيسية للخلايا المقسومة
تمتد فوائد الخلايا المقسومة إلى ما هو أبعد من تقليل الخسائر المقاومة فقط. وفيما يلي بعض الفوائد الإضافية التي يقدمها هذا التصميم:
1. أداء محسّن في حالات الظل: تعمل الخلايا المقسومة على تحسين أداء الوحدة عند تعرضها لظل جزئي. حيث تعمل كل سلسلة من أنصاف الخلايا بشكل مستقل، مما يقلل من تأثير الظلال على إنتاج الوحدة مقارنةً بالتصميمات التقليدية.
2. تقليل تفعيل الدايودات الجانبية: يقلل تصميم الخلايا المقسومة من احتمالية تفعيل الدايودات الجانبية (bypass diodes)، التي عادةً ما يتم تضمينها لمنع ارتفاع حرارة الخلايا وفقدان الطاقة في المناطق المظللة. وهذا يساعد على إطالة عمر الدايودات ويضمن إنتاجًا مستقرًا للطاقة.
3. حماية أفضل من التشققات الدقيقة: توفر الخلايا المقسومة استقرارًا هيكليًا أفضل، مما يجعلها أقل عرضة للتشققات الدقيقة التي قد تتشكل بسبب الضغط البيئي أو التأثيرات الفيزيائية. هذه التشققات غالباً ما تؤثر على أداء وكفاءة الخلايا.
4. خفض حرارة النقاط الساخنة: من خلال توزيع التيار على عدد أكبر من الخلايا، تقلل التصميمات المقسومة من درجة حرارة النقاط الساخنة. هذا التخفيض في الحرارة يساعد على الحفاظ على كفاءة الخلايا ويمنع التلف المحتمل.
5. فوائد بصرية من زيادة المسافة بين الخلايا: تتيح التصميمات المقسومة زيادة في المسافة بين الخلايا، مما يمكن أن يؤدي إلى تحقيق مكاسب بصرية طفيفة حيث يتم امتصاص المزيد من الضوء واستغلاله لتوليد الطاقة.
توصيلات محسّنة لزيادة الكفاءة
و الفروق في توصيل الخلايا القياسية والخلايا المقسومة. في الوحدات التي تحتوي على خلايا مقسومة، يتم ترتيب السلاسل بطريقة تقلل من الخسائر وتزيد من إنتاج الطاقة. فبدلاً من ثلاث سلاسل مكونة من 60 خلية لكل منها، كما في الوحدات التقليدية، يستخدم الترتيب المقسوم ست سلاسل تحتوي على 120 خلية. هذا الترتيب، إلى جانب تدفق التيار الأمثل ووضع الدايودات الجانبية، يسمح للوحدات المقسومة بالعمل بكفاءة أكبر تحت مختلف الظروف البيئية.
الخلاصة
يعد تصميم الخلايا المقسومة نقلة نوعية في صناعة الطاقة الشمسية، حيث يقدم حلاً بسيطًا ولكنه فعال لمشكلات فقدان الطاقة. من خلال تقليل التيار الذي تحمله كل خلية وتحسين توصيل الخلايا، لا تصبح الوحدات المقسومة أكثر كفاءة فحسب، بل تصبح أيضًا أكثر قدرة على التعامل مع الظل، والتشققات الدقيقة، وارتفاع درجات الحرارة. مع استمرار تطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية، أصبحت الخلايا المقسومة خيارًا شائعًا لتعزيز أداء واستدامة أنظمة الطاقة الكهروضوئية. يمثل هذا التطور خطوة مهمة نحو زيادة إنتاج الطاقة الشمسية ودعم الأهداف المستدامة للطاقة.