مبدأ توليد الطاقة من الخلايا الكهروضوئية
يعتمد مبدأ عمل الخلايا الكهروضوئية على التأثير الكهروضوئي، مما يعني أنه عندما يتم تشعيع الفوتونات على مواد شبه موصلة، يتم إنشاء أزواج ثقب الإلكترون. ويتم فصل هذه الإلكترونات والثقوب تحت تأثير مجال كهربائي، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي. يمكن شرح عملية عملها المحددة على النحو التالي:
امتصاص الفوتون:عندما يسلط ضوء الشمس على الخلية الكهروضوئية، تمتص المواد شبه الموصلة (مثل السيليكون) الفوتونات.
توليد أزواج ثقب الإلكترون:عندما تكون طاقة الفوتون أكبر من طاقة فجوة الحزمة لأشباه الموصلات، فإنها ستثير الإلكترونات للانتقال من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، وتشكيل أزواج ثقب الإلكترون.
فصل المجال الكهربائي:عند تقاطع pn لخلية البطارية، يفصل مجال كهربائي مدمج الإلكترونات والثقوب، مما يتسبب في تحرك الإلكترونات نحو المنطقة n وتحرك الثقوب نحو المنطقة p.
التشكيل الحالي:في الدائرة الخارجية، تتدفق الإلكترونات عبر الأسلاك لتكوين الطاقة الكهربائية الحالية والمخرجة.
1. ما هو التشقق الخفي في الخلايا الكهروضوئية؟
تشير الشقوق الدقيقة في الخلايا الكهروضوئية إلى شقوق صغيرة موجودة داخل الخلية أو على سطحها، والتي قد لا تكون مرئية بالعين المجردة ولكن يمكن أن يكون لها تأثير كبير على أداء الخلية وعمرها.
أ) تقليل مساحة توليد الطاقة الفعالة:لا يمكن لمنطقة الشقوق المخفية أن تشارك بشكل فعال في التحويل الكهروضوئي، مما يقلل من مساحة توليد الطاقة الفعالة لخلية البطارية. مما أدى إلى انخفاض في كفاءة توليد الطاقة بشكل عام.
ب) زيادة المقاومة:يمكن أن تؤدي الشقوق المخفية إلى زيادة المقاومة المحلية، مما يجعل من الصعب على الإلكترونات التدفق بسلاسة في منطقة الشقوق المخفية. مما يؤدي إلى زيادة في مقاومة السلسلة، وانخفاض في عامل التعبئة (FF) لخلايا البطارية، وانخفاض في طاقة الخرج.
ج) عدم التطابق الحالي:يمكن أن تسبب الشقوق المخفية تيارًا غير متساوٍ داخل خلية البطارية، حيث يكون التيار أقل في بعض المناطق. يمكن أن يؤثر عدم التطابق الحالي في خلايا البطارية المتصلة بالسلسلة على أداء سلسلة البطارية بأكملها ويقلل من إخراج المكونات.
د) تأثير النقطة الساخنة:يمكن أن تؤدي المقاومة العالية في منطقة الشقوق المخفية إلى ارتفاع درجة الحرارة المحلية، وتشكيل نقاط ساخنة. قد تؤدي النقاط الساخنة إلى إتلاف خلايا البطارية أو التسبب في نشوب حرائق، مما يؤثر بشكل خطير على سلامة النظام.
ه) الشيخوخة المتسارعة:الشقوق المخفية يمكن أن تجعل بنية خلايا البطارية أكثر هشاشة وعرضة لمزيد من الضرر من البيئات الخارجية مثل التغيرات في درجات الحرارة والضغط الميكانيكي وما إلى ذلك. يتم تقصير عمر خلايا البطارية وانخفاض استقرارها على المدى الطويل.
و) التسرب الحالي:قد تتسبب الشقوق المخفية في تسرب التيار من منطقة الشقوق المخفية، مما يشكل مسارات تيار غير ضرورية. مما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة الإجمالية لخلايا البطارية وانخفاض إنتاج الطاقة الكهربائية.
أسباب تكون الشقوق الخفية:
1) الإجهاد أثناء عملية التصنيع:
أ) أثناء عملية القطع واللحام والتعبئة لخلايا البطارية، قد يتولد ضغط ميكانيكي، مما يؤدي إلى حدوث شقوق مخفية.
ب) أثناء عملية المعالجة الحرارية، قد تسبب التغيرات في درجات الحرارة إجهادًا حراريًا، مما يؤدي إلى ظهور شقوق مخفية.
2) الاهتزاز والتأثير أثناء النقل والمناولة
أثناء النقل والمناولة، إذا تم تعبئتها بشكل غير صحيح، قد تتعرض خلايا البطارية للاهتزاز والتأثير، مما يؤدي إلى حدوث شقوق مخفية.
3) الإجهاد الميكانيكي أثناء التثبيت: قد يؤدي التشغيل غير السليم والضغط الميكانيكي المفرط والتمدد أثناء التثبيت إلى حدوث تشققات مخفية في خلايا البطارية.
4) تأثير الظروف البيئية
أثناء التشغيل الفعلي، تتأثر خلايا البطارية بالعوامل البيئية مثل التغيرات في درجات الحرارة، وأحمال الرياح، وأحمال الثلوج، مما يؤدي إلى حدوث شقوق مخفية.
طريقة الاختبار:
اختبار EL (اختبار التألق الكهربائي)
مبدأ:من خلال تطبيق التيار، تبعث خلية البطارية الضوء، وتستخدم كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء للكشف عن انبعاث الضوء من خلية البطارية. سوف تظهر الشقوق المخفية كبقع داكنة.
المزايا:يمكنه عرض توزيع وشدة الشقوق المخفية بشكل حدسي.
العيب:يجب أن يتم تنفيذها في ظل ظروف غرفة مظلمة وتكون العملية معقدة.
مبدأ التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء:من خلال الكشف عن صورة التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء لخلية البطارية، يمكنك تحديد درجة الحرارة غير الطبيعية للمنطقة الناتجة عن الشقوق المخفية.
المزايا:يمكنه اكتشاف خلايا البطارية ذات المساحة الكبيرة بسرعة ودون تدمير.
العيوب:متطلبات عالية لمعدات الاختبار والتكلفة العالية.
اختبار اللمعان الضوئي (PL).
مبدأ:استخدام إشعاع الليزر للكشف عن خصائص التألق الضوئي لخلايا البطارية. سيظهر التلألؤ عند الشق المخفي تغيرات كبيرة.
المزايا:سرعة الكشف السريعة، مناسبة لفحص خط الإنتاج.
العيب:لديها متطلبات عالية لمعدات الكشف والبيئة.
اختبار بالموجات فوق الصوتية
مبدأ:الاستفادة من خصائص الانعكاس والانتقال للموجات فوق الصوتية للكشف عن الشقوق المخفية داخل خلايا البطارية.
المزايا:حساسية عالية لكشف الشقوق المخفية، قادرة على اكتشاف الشقوق المخفية الأصغر حجما.
العيوب:المعدات معقدة وتتطلب مهارات مهنية للتشغيل.
كيفية الوقاية بشكل رئيسي من الأسباب المذكورة أعلاه
تحسين عمليات التصنيع
عملية القطع:يتم استخدام تكنولوجيا القطع غير المدمرة لتقليل توليد الضغط الميكانيكي.
عملية اللحام:تحسين معلمات اللحام لتقليل تأثير الإجهاد الحراري.
عملية التغليف:استخدام مواد التعبئة والتغليف المرنة لتقليل تأثير الإجهاد الميكانيكي.
تحسين النقل والمناولة
تصميم العبوة:استخدام مواد تغليف ممتصة للصدمات لتقليل الاهتزاز والتأثير أثناء النقل.
مواصفات العملية:تطوير مواصفات عملية المناولة التفصيلية لتقليل الأضرار الميكانيكية أثناء عملية المناولة.
الاحتياطات أثناء التثبيت
التثبيت المهني:تأكد من أن موظفي التركيب قد تلقوا تدريبًا احترافيًا لتجنب التشغيل غير السليم الذي يؤدي إلى حدوث شقوق مخفية.
الحماية الميكانيكية:أثناء التثبيت، استخدم أجهزة الحماية لتجنب تلف خلايا البطارية بسبب الإجهاد الميكانيكي.
المراقبة والصيانة البيئية
المراقبة البيئية:قم بمراقبة بيئة تشغيل خلايا البطارية بانتظام لتجنب الضرر الناتج عن البيئات القاسية.
الصيانة الدورية:قم بصيانة الخلايا الكهروضوئية وفحصها بانتظام للكشف عن مشكلات التشقق الخفية ومعالجتها على الفور.