1. لمحة عامة عن تقنية نصف الخلية
تعتمد تقنية الخلايا النصفية على تقسيم الخلايا الشمسية القياسية إلى نصفين متساويين. وعلى عكس الألواح الشمسية التقليدية التي تحتوي على 60 أو 72 خلية كاملة الحجم، فإن ألواح الخلايا النصفية تحتوي عادةً على 120 أو 144 خلية نصفية مع الحفاظ على نفس التصميم والأبعاد العامة للألواح القياسية.
2. عملية تقطيع نصف الخلية
تعتمد عملية إنتاج نصف الخلية عادةً على القطع بالليزر، حيث يتم تقسيم خلية شمسية قياسية الحجم إلى نصفين متساويين على طول اتجاه عمودي على قضبان التوصيل الرئيسية. ثم يتم إعادة توصيل هذين النصفين على التوالي لتشكيل دائرة كاملة.
3. الخصائص الكهربائية للخلايا النصفية
يتم تغليف الألواح نصف الخلوية بالزجاج المقسى، ومادة EVA، وغطاء خلفي، على غرار الوحدات التقليدية.
تحتوي اللوحة الشمسية النموذجية على 60 خلية متصلة على التوالي، كل منها تولد 0.5-0.6 فولت، بجهد تشغيل إجمالي يبلغ 30-35 فولت.
عند توصيل أنصاف الخلايا كما هو الحال في الوحدة القياسية، فإنها تنتج نصف التيار وضعف الجهد، مع الحفاظ على المقاومة ثابتة.
لتحقيق التوافق مع مخرجات الجهد والتيار للألواح التقليدية، تُصمم الألواح نصف الخلوية بتكوين متسلسل-متوازي، حيث تجمع فعلياً بين وحدتين فرعيتين أصغر حجماً بالتوازي. وهذا يضمن ما يلي:
كل نصف خلية له نفس جهد الدائرة المفتوحة مثل الخلية الكاملة.
يتم تقليل تيار كل نصف خلية إلى النصف، لكن التصميم المتوازي يعيد التيار الكلي ليطابق وحدات الخلية الكاملة.
يتم تقليل المقاومة الكلية للدائرة إلى ربع مقاومة وحدة الخلية الكاملة، مما يقلل بشكل كبير من فقد الطاقة.
4. مزايا تقنية نصف الخلية
① تقليل خسائر التغليف
بتقليل التيار الداخلي ومقاومة الدائرة، يتم تقليل فقد الطاقة الداخلي إلى أدنى حد. يتناسب فقد الطاقة طرديًا مع التيار، لذا فإن خفض التيار إلى النصف وتقليل المقاومة إلى الربع يقلل فقد الطاقة بمقدار أربعة أضعاف. وهذا بدوره يعزز إنتاجية اللوحة وكفاءتها في توليد الطاقة.
يؤدي انخفاض الفاقد الداخلي أيضًا إلى خفض درجة حرارة تشغيل اللوحة. في الظروف الخارجية، تعمل الألواح ذات الخلايا النصفية بدرجة حرارة أقل بحوالي 1.6 درجة مئوية من الألواح التقليدية، مما يحسن كفاءة التحويل.
٢- تقليل خطر ظهور البقع الساخنة نتيجة التظليل
تتعامل الألواح ذات الخلايا النصفية مع التظليل بشكل أفضل من الوحدات القياسية
بخلاف الألواح التقليدية ذات ثلاث سلاسل من الخلايا، تحتوي الألواح نصف الخلوية على ست سلاسل، تعمل كست وحدات أصغر.
تقوم الثنائيات الجانبية (المميزة باللون الأحمر في الرسم التخطيطي) بعزل المناطق المظللة عن بقية اللوحة، مما يقلل من خسائر الأداء الناتجة عن التظليل الجزئي (على سبيل المثال، من الأوراق أو فضلات الطيور).
حتى لو تم تظليل نصف اللوحة، يمكن للنصف الآخر أن يستمر في العمل، مما يضمن كفاءة إجمالية أعلى.
③ انخفاض التيار يقلل من درجة حرارة البقعة الساخنة
تعمل تقنية الخلايا النصفية على توزيع التيار بشكل أكثر فعالية، مما يحسن الأداء والعمر الافتراضي وتحمل التظليل.
في حالات التظليل، يمكن أن تشكل الخلايا المتأثرة بقعًا ساخنة بسبب التسخين الموضعي المفرط.
تتعرض الألواح ذات الخلايا النصفية، التي تحتوي على ضعف عدد السلاسل، لنصف كمية الحرارة المتولدة في النقاط الساخنة. وهذا يقلل من التلف، ويعزز المتانة، ويطيل عمر الوحدة.
④ تحسين تحمل التظليل لفقدان الطاقة
في المصفوفة الشمسية، يتم توصيل ألواح متعددة على التوالي ضمن سلسلة، ويتم توصيل السلاسل على التوازي.
في تصميمات الألواح التقليدية، يؤثر فقدان الطاقة في لوحة مظللة واحدة على السلسلة بأكملها.
في الألواح الشمسية ذات الخلايا النصفية، تعمل الثنائيات الجانبية على إنشاء مسارات بديلة للتيار، مما يسمح له بالتدفق حول المناطق المظللة ويقلل من فقد الطاقة. وهذا يحسن الأداء ويقلل من تأثير التظليل.
تمثل الألواح الشمسية نصف الخلوية نقلة نوعية في تكنولوجيا الطاقة الشمسية، إذ تجمع بين الكفاءة العالية والمتانة ومقاومة التظليل. ويضمن تصميمها المتطور أداءً موثوقاً حتى في الظروف الصعبة، مما يجعلها الخيار الأمثل لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الحديثة.
