مكونات الألواح الشمسية: دليل المشتري

كل تركيب للطاقة الشمسية يمكن الاعتماد عليه بقدر أضعف مكوناته. في حين أن الألواح الشمسية تحظى بمعظم الاهتمام، فإن أداء النظام الكهروضوئي وسلامته وطول عمره يعتمد بالتساوي على جودة كل جزء فردي يدخل فيه - بدءًا من الطبقات الواقية المغلفة داخل كل وحدة إلى العلب الكهربائية التي تدير مخرجات التيار. بالنسبة للمشترين والمهندسين وفرق المشتريات التي تقوم بتقييم الشركات المصنعة لمكونات الطاقة الشمسية وموردي مكونات الطاقة الشمسية، فإن فهم ما يفعله كل جزء والمواصفات المطلوبة هو أساس أنظمة البناء التي تفي بضمانات الأداء الموعودة لمدة 25 عامًا.

النواة مكونات الألواح الشمسية يجب أن يعرف كل مشتري

إن الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري القياسي عبارة عن مجموعة متعددة الطبقات مصممة بدقة. تؤدي كل طبقة وظيفة هيكلية أو كهربائية محددة، والفشل في أي طبقة واحدة يعرض الوحدة بأكملها للخطر. إن فهم ماهية هذه الطبقات وكيفية تفاعلها يمنح فرق المشتريات الأساس الفني لتقييم مطالبات جودة الموردين، وقراءة أوراق بيانات المواد بدقة، واتخاذ قرارات مستنيرة عند مقارنة العطاءات من موردي مكونات الطاقة الشمسية المتنافسين.

مكونات الألواح الشمسية الأساسية الموجودة في كل وحدة من وحدات السيليكون البلورية هي: الخلايا الكهروضوئية، والزجاج المقسى، والمغلف، والطبقة الخلفية، والإطار المعدني، وصندوق التوصيل، والأسلاك بموصلات MC4. يتم الحصول على كل جزء من هذه الأجزاء واختبارها وتجميعها في ظل ظروف خاضعة للرقابة. يمكن أن يكون فرق الجودة بين مكون من الدرجة الممتازة وبديل الميزانية كبيرًا - غالبًا ما يكون غير مرئي عند التثبيت ولكن يمكن قياسه خلال السنوات الخمس الأولى من التشغيل من خلال معدلات التحلل، والتصفيح، والأعطال الكهربائية.

الخلايا الكهروضوئية: جوهر توليد الطاقة

الخلايا الشمسية، والتي تسمى أيضًا الخلايا الكهروضوئية (PV)، هي القلب الوظيفي لكل لوحة شمسية. يتم تصنيعها من مواد شبه موصلة - معظمها من السيليكون - والتي تولد تيارًا كهربائيًا عند تعرضها لأشعة الشمس من خلال التأثير الكهروضوئي. لا تحدد تقنية الخلايا المحددة مدى كفاءة تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء فحسب، بل تحدد أيضًا كيفية تصرف اللوحة في ظل ظروف العالم الحقيقي مثل التظليل الجزئي ودرجات الحرارة المرتفعة والضوء المنتشر.

أنواع الخلايا الأربعة الرئيسية المتاحة من الشركات المصنعة لمكونات الطاقة الشمسية اليوم هي:

• أحادي البلورية: توفر هذه الخلايا، المقطوعة من بلورة سيليكون نقية واحدة، أعلى معدلات الكفاءة - عادة 20-23٪ - وأفضل أداء في درجات الحرارة المرتفعة. إنها الخيار المفضل لأنظمة الأسطح السكنية حيث تكون المساحة محدودة.
• متعدد البلورات: تكون الخلايا متعددة البلورات، المصنوعة عن طريق صهر أجزاء متعددة من السيليكون معًا، أقل كفاءة (15-18٪) ولكنها أقل تكلفة. وتظل خيارًا قابلاً للتطبيق للمنشآت الكبيرة المثبتة على الأرض حيث لا تشكل مساحة الأرض عائقًا.
• PERC (باعث خامل وخلية خلفية): تحسين مطبق على كل من الخلايا الأحادية والمتعددة، تضيف تقنية PERC طبقة تخميل في الجزء الخلفي من الخلية تعكس الضوء غير الممتص مرة أخرى لتمرير ثانٍ عبر أشباه الموصلات، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة بنسبة 1-2 نقطة مئوية فوق الخلايا القياسية.
• الأغشية الرقيقة: تقوم هذه الخلايا بإيداع طبقة كهروضوئية رقيقة جدًا على ركيزة مثل الزجاج أو المعدن أو البلاستيك. فهي خفيفة الوزن ومرنة ولكنها عمومًا أقل كفاءة وأقصر عمرًا من بدائل السيليكون البلوري. تعد الأغشية الرقيقة أكثر شيوعًا في التطبيقات التجارية وعلى نطاق المرافق مقارنة بالأنظمة السكنية.

الزجاج المقسى والغلاف: الحماية من الخارج إلى الداخل

السطح الأمامي للوحة الشمسية مغطى بطبقة من الزجاج المقسى منخفض الحديد، بسمك 3.2 ملم. الزجاج المقسى أقوى بأربع مرات تقريبًا من الزجاج القياسي ويوفر الدفاع الأساسي للوحة ضد التأثير الميكانيكي الناتج عن البرد والحطام والتعامل مع التركيب. تم تحديد الزجاج منخفض الحديد لأن الزجاج القياسي يحتوي على أكاسيد الحديد التي تمتص جزءًا من الضوء الوارد، حيث تعمل تركيبات منخفضة الحديد على تقليل هذا الامتصاص، مما يسمح لمزيد من الفوتونات بالوصول إلى الخلايا وتحسين كفاءة الوحدة الإجمالية بنسبة تصل إلى 2%.

تطبق معظم الألواح الشمسية التجارية الآن طلاءًا مضادًا للانعكاس على السطح الزجاجي. يقلل هذا الطلاء من الضوء المفقود بسبب انعكاس السطح - والذي يمكن أن يمثل ما يصل إلى 4% من إجمالي الإشعاع على الزجاج غير المطلي - وهو قياسي في أكثر من 90% من الألواح قيد الإنتاج حاليًا. عند شراء مكونات الطاقة الشمسية، تأكد من أن مورد الزجاج يحمل الشهادات ذات الصلة مثل إيك 61215 أو UL 61730، والتي تتضمن اختبار الحمل الميكانيكي ومتطلبات مقاومة تأثير البرد.

تحت الزجاج وفوق الطبقة الخلفية، يتم وضع الخلايا الشمسية داخل طبقة مغلفة، وهي الأكثر شيوعًا أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA) أو المطاط الصناعي البولي أوليفين (POE). يؤدي التغليف ثلاث وظائف مهمة: فهو يربط طبقة الخلايا بالزجاج والطبقة الخلفية تحت الحرارة والضغط أثناء التصفيح، ويعزل الخلايا كهربائيًا عن الطبقات الهيكلية، ويمنع الرطوبة التي قد تسبب التآكل والتصفيح مع مرور الوقت. يتم تحديد كبسولات POE بشكل متزايد للوحدات ثنائية الجانب وعالية الكفاءة نظرًا لانخفاض معدل نقل بخار الرطوبة مقارنةً بـ EVA.

الطبقة الخلفية للوحة الشمسية: الطبقة الواقية الخلفية

الطبقة الخلفية للوحة الشمسية هي الطبقة الخلفية لوحدة الطاقة الشمسية أحادية الوجه القياسية. إنه بمثابة العازل الكهربائي الأساسي بين دائرة الخلية الداخلية وبيئة التركيب، ويوفر حاجزًا للطقس ضد دخول الرطوبة، وتدهور الأشعة فوق البنفسجية، والتآكل الميكانيكي من هيكل التركيب. تسمح الطبقة الخلفية الفاشلة للرطوبة باختراق صفائح الوحدة، مما يتسبب في تآكل الخلايا وتغير لون التغليف وفي النهاية فقدان خرج الطاقة الذي يتسارع بما يتجاوز معدل التدهور السنوي القياسي الذي يتراوح بين 0.5 و0.7%.

يتم تصنيع الألواح الخلفية للألواح الشمسية في العديد من تكوينات المواد، ولكل منها خصائص أداء مميزة:

• TPT (تدلار-بوليستر-تدلار): معيار الصناعة لمتانة الطبقة الخلفية. توفر الطبقات الخارجية Dupont Tedlar مقاومة ممتازة للأشعة فوق البنفسجية وأداء حاجز للرطوبة. تحمل الألواح الخلفية TPT أعلى تكلفة مادية ولكنها مخصصة للأنظمة التي تستهدف عمر خدمة يبلغ 25 عامًا أو أطول.
• TPE (Tedlar-بوليستر-EVA): بديل منخفض التكلفة يستبدل طبقة Tedlar الداخلية بـ EVA. الأداء مناسب لمعظم التطبيقات السكنية ولكن انتقال بخار الرطوبة أعلى من TPT خلال فترات التعرض الممتدة.
• KPK وKPE (القائمة على كينار): استخدم أفلام Kynar الفلوروبوليمر بدلاً من Tedlar. توفر الألواح الخلفية المستندة إلى Kynar مقاومة مماثلة للأشعة فوق البنفسجية والرطوبة بسعر تنافسي وتستخدم على نطاق واسع من قبل الشركات المصنعة لمكونات الطاقة الشمسية من المستوى الأول.
• الأبيض مقابل الخلفية السوداء: تعكس الألواح الخلفية البيضاء الضوء المنتشر عبر الكبسولة للحصول على زيادة هامشية في الكفاءة؛ تمتص الألواح الخلفية السوداء الحرارة وعادة ما تكون مخصصة للتكامل الجمالي في التطبيقات المعمارية، على الرغم من أنها تعمل في درجات حرارة أعلى قليلاً للخلايا.

عند تقييم موردي مكونات الطاقة الشمسية، اطلب تقارير اختبار IEC 61215 وإيك 61730 التي تتضمن على وجه التحديد الحرارة الرطبة (85 درجة مئوية، 85% رطوبة نسبية لمدة 1000 ساعة) ونتائج التكييف المسبق للأشعة فوق البنفسجية لمواد الطبقة الخلفية. هذه الاختبارات هي الأكثر تنبؤًا بالأداء الميداني على المدى الطويل.

صندوق التوصيل: الإدارة الحالية والسلامة على مستوى الوحدة

صندوق التوصيل هو مركز التوصيل الكهربائي المثبت في الجزء الخلفي من كل لوحة شمسية. وهو يضم الثنائيات الالتفافية التي تحمي سلاسل الخلايا من تلف النقاط الساخنة أثناء التظليل الجزئي، وتوفر نقطة النهاية لكابلات الإخراج وموصلات MC4 التي تدمج اللوحة في أسلاك النظام الأوسع. يعد صندوق التوصيل هو العنصر الأكثر ذكرًا في تقارير الأعطال الميدانية التي تتضمن دخول المياه وتدهور الموصل، مما يجعل جودة المواد وتصنيف IP معايير اختيار حاسمة.

سيحمل صندوق التوصيل المحدد جيدًا الحد الأدنى من المعايير التالية:

• تصنيف حماية الدخول IP67 أو IP68: يشير IP67 إلى بنية مقاومة للغبار ومقاومة للغمر المؤقت في الماء حتى عمق 1 متر لمدة 30 دقيقة. يمتد IP68 إلى الانغماس المستمر. بالنسبة للتطبيقات المثبتة على الأسطح وفي الهواء الطلق، فإن IP67 هو الحد الأدنى للتقييم المقبول.
• تجاوز الثنائيات: تحتوي اللوحات القياسية المكونة من 60 خلية و72 خلية على ثلاثة صمامات ثنائية، واحدة لكل سلسلة خلية. عندما يتم تظليل خلية أو سلسلة، يتم تنشيط الصمام الثنائي الالتفافي المقابل، وتوجيه التيار حول السلسلة المتضررة ومنع تراكم الحرارة الموضعي الذي يسبب النقاط الساخنة وتشقق الخلايا.
• مادة الإسكان مستقرة للأشعة فوق البنفسجية: عادةً ما يتم تشكيل جسم صندوق الوصلات من أكسيد البولي فينيلين (PPO) أو البولي كربونات (PC). يجب أن تقاوم هذه المواد التقصف الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية على مدى فترة خدمة تبلغ 25 عامًا. تأكد من أن مادة الغلاف تلبي متطلبات مثبطات اللهب UL 94 V-0.
• جودة الكابل والموصل: يتم تصنيف كابلات الإخراج بـ 1000 فولت تيار مستمر أو 1500 فولت تيار مستمر اعتمادًا على تصميم النظام. يجب أن يتم تصنيف موصلات MC4 وأن تكون متوافقة بشكل متبادل مع الموصلات المستخدمة في أي مكان آخر في المصفوفة. يعد خلط العلامات التجارية للموصلات - حتى تلك المتطابقة بصريًا - سببًا رئيسيًا لأعطال القوس الكهربائي ويجب حظره صراحةً في مواصفات الشراء.

مقارنة مواصفات مكونات الألواح الشمسية الرئيسية

يوفر الجدول أدناه مرجعًا عمليًا لتقييم المشترين مكونات الألواح الشمسية عبر الفئات الهيكلية والكهربائية الأولية.

اختيار مصنعي وموردي مكونات الطاقة الشمسية

تتم خدمة السوق العالمية لمكونات الطاقة الشمسية من خلال نظام بيئي متعدد المستويات للموردين. تحافظ الشركات المصنعة لمكونات الطاقة الشمسية من المستوى 1 على إنتاج متكامل رأسيًا - التحكم في مصادر الخلايا والزجاج والمغلف وصناديق التوصيل في ظل نظام واحد لإدارة الجودة - مما ينتج توافقًا أكثر إحكامًا بين المكونات وأداء أكثر اتساقًا على مستوى الوحدة. تقوم الشركات المصنعة من المستوى 2 والمستوى 3 عادةً بتجميع الوحدات النمطية من مكونات مصدرها طرف ثالث، والتي يمكن أن تقدم تباينًا في التصاق التغليف، وقوة ربط الصفائح الخلفية، وختم صندوق الوصلات.

عند تقييم موردي مكونات الطاقة الشمسية لمشروع ما، يجب على فرق المشتريات طلب الوثائق التالية قبل الانتهاء من اختيار البائع:

• شهادات اختبار IEC 61215 وIEC 61730 الحالية الصادرة عن مختبر معتمد من CBTL خلال الـ 24 شهرًا الماضية
• قائمة المواد (BOM) التي تحدد الشركة المصنعة والنموذج المحدد للصفائح الخلفية والمغلفة وصندوق التوصيل المستخدم في الإنتاج
• تقارير اختبار فلاش من الإنتاج، تؤكد أن الوحدات المشحونة تلبي تفاوت الطاقة المعلن (عادةً ±3% أو أفضل)
• تقارير التصوير بالتألق الكهربائي (EL) من دفعة الإنتاج، توضح عدم وجود شقوق دقيقة، وكسر الخلايا، وعيوب اللحام
• شروط ضمان الطاقة الخطية والدعم المالي الذي يقف وراءها - إن الضمان لمدة 25 عامًا من المورد دون استقرار مالي طويل الأجل لا يحمل سوى قيمة عملية قليلة

يدمج كبار الموردين الملتزمين بحلول الطاقة الذكية طوال دورة الحياة البحث والتطوير المستقل والإنتاج والمبيعات والخدمة ضمن إطار جودة موحد. يتيح هذا التكامل - الذي يشمل أنظمة الطاقة الذكية والمباني الذكية وتطبيقات الزراعة الذكية - للمشترين الحصول على مكونات الألواح الشمسية بثقة حيث تم اختبار كل طبقة من الوحدة للتأكد من توافقها مع الطبقات الأخرى، وليس فقط للامتثال الفردي. بالنسبة لفرق المشتريات التي تدير برامج متعددة الميجاوات أو عقود الخدمة طويلة الأجل، فإن هذا النهج المنهجي لجودة المكونات هو ما يفصل الموردين القادرين على دعم منتجاتهم على مدى أفق تشغيلي مدته 25 عامًا عن أولئك الذين لا يستطيعون ذلك.