الحساب النهائي… كم تضيف تقنية EPD من القدرة الفعلية؟
السؤال الذي يهم جميع مصنعي الخلايا والألواح الشمسية هو:
ما مقدار العائد الحقيقي الذي تضيفه تقنية تخميل الحواف؟
تشير نتائج الأبحاث الأكاديمية وبيانات الإنتاج التجاري إلى أن القيمة الحقيقية لهذه التقنية لا تكمن في خطوة التصنيع نفسها، بل في سلسلة متكاملة من التحسينات الكهربائية تبدأ من الحافة وتنتهي بزيادة القدرة الاسمية للوح الشمسي.
وتسير هذه السلسلة وفق التسلسل التالي:
إصلاح عيوب الحواف → إطالة عمر حوامل الشحنة الأقلية → رفع جهد الدائرة المفتوحة (Voc) وعامل الامتلاء (FF) → زيادة كفاءة الخلية → زيادة القدرة النهائية للوح الشمسي.
نتائج معهد Fraunhofer ISE
قدّم معهد Fraunhofer ISE الألماني أحد أهم المراجع العلمية في هذا المجال، حيث قيّم أداء خلايا TOPCon بعد تطبيق تقنية تخميل الحواف (التي أطلق عليها في الدراسة اسم Passivated Edge Technology – PET).
وأظهرت النتائج أنه، سواء استُخدمت تقنية القطع التقليدية LSMC أو تقنية القطع الحراري TLS، فإن تطبيق طبقة من أكسيد الألمنيوم بسماكة 8 نانومتر باستخدام تقنية ALD، متبوعة بعملية تلدين عند 250°C، أدى إلى:
- زيادة مطلقة في كفاءة تحويل الخلية بلغت 0.5% مقارنة بالخلية المقطوعة غير المخملة.
كما أجريت اختبارات استقرار طويلة الأمد استمرت 11 شهرًا، وأثبتت أن طبقة Al₂O₃ حافظت على خصائصها الكيميائية والكهربائية دون أي تدهور ملحوظ.
وبفضل الجمع بين TLS وPET، وصلت كفاءة الخلية النهائية إلى حوالي 22%، بعد أن قُطعت من خلية أصلية بلغت كفاءتها 22.08%، بينما حققت أفضل القطع كفاءات بلغت 21.92% و21.88%.
كما لاحظ الباحثون أن مقدار التحسن يختلف قليلًا تبعًا لموقع القطعة داخل الخلية الأصلية، إذ تستفيد القطع الواقعة على الأطراف بدرجة مختلفة عن القطع الموجودة في المركز.
نتائج تقنية RS-ALD
أظهرت الدراسات التي أجرتها مؤسسات بحثية وشركات صينية أن تخميل الحواف باستخدام RS-ALD يحسن أهم المؤشرات الكهربائية لخلايا TOPCon.
فعند أفضل ظروف تشغيل (200°C) تحققت النتائج التالية مقارنة بالخلايا غير المخملة:
- ارتفاع جهد الدائرة المفتوحة (Voc) بمقدار 1.7 ملي فولت لكل خلية.
ويعكس ذلك انخفاض معدل إعادة اتحاد حوامل الشحنة وازدياد انفصال مستويات فيرمي شبه المستقرة.
- ارتفاع عامل الامتلاء (FF) بمقدار 0.23%.
ويدل ذلك على نجاح عملية تخميل الحواف في تقليل تيارات التسرب وتحسين معامل المثالية للخلية.
- زيادة الكفاءة المطلقة للخلية بمقدار 0.123%.
ورغم أن هذه الزيادة تبدو صغيرة، فإنها تصبح ذات قيمة كبيرة بعد تجميع مئات الخلايا داخل اللوح.
ماذا يحدث بعد تجميع الخلايا داخل اللوح؟
عند توصيل الخلايا المخملة داخل اللوح الشمسي، تتضاعف الفائدة على مستوى النظام الكامل.
وأظهرت القياسات أن اللوح النهائي يحقق:
- زيادة في Voc تبلغ 0.11 فولت.
- تحسنًا في FF يصل إلى 0.37%.
- زيادة في القدرة الاسمية تبلغ 3.78 واط.
وهذه أرقام ذات أهمية اقتصادية كبيرة في صناعة تعتمد على هوامش ربح محدودة للغاية.
البيانات التجارية… أكثر من 5 واط إضافية
لا تقتصر فوائد تخميل الحواف على المختبرات.
فقد أعلنت شركة Laplace، التي تزود عددًا من كبار المصنعين بخطوط إنتاج EPD، أن متوسط الزيادة في قدرة الألواح المصنعة باستخدام نظامها المتكامل يصل إلى:
+5.2 واط لكل لوح.
وتتوزع هذه الزيادة على النحو التالي:
- ارتفاع Voc بمقدار 0.088 فولت.
- زيادة طفيفة في تيار القصر (Isc) تبلغ 0.008 أمبير نتيجة تحسين الاستفادة من المساحة الفعالة وتقليل الانعكاس.
- تحسن كبير في عامل الامتلاء (FF) يصل إلى 0.41%.
لماذا تعتبر زيادة 5 واط مهمة جدًا؟
في سوق الألواح الشمسية تُصنف المنتجات غالبًا بفواصل قدرة مقدارها 5 واط.
فعلى سبيل المثال:
- 650 واط
- 655 واط
- 660 واط
- 665 واط
وكل انتقال إلى فئة أعلى يسمح للمصنع ببيع اللوح بسعر أعلى.
ولذلك فإن زيادة تتجاوز 5 واط قد تنقل المنتج بالكامل إلى فئة تسويقية جديدة دون الحاجة إلى تغيير جذري في خط الإنتاج.
وفي ظل المنافسة الشديدة وهوامش الربح المنخفضة، قد تمثل هذه الزيادة الفارق بين تحقيق الربح أو الخسارة.
الفائدة التي لا يتحدث عنها الكثيرون… تحسين مقاومة النقاط الساخنة
يرى المقال أن أهم فائدة لتقنية الأرباع ربما لا تكون زيادة الكفاءة، بل تحسين مستوى الأمان.
فعندما يتعرض جزء من اللوح للظل بسبب:
- فضلات الطيور،
- أو الأوراق،
- أو تراكم الغبار،
تتحول الخلية المظللة من عنصر منتج للطاقة إلى حمل كهربائي يستهلك القدرة.
وفي الألواح التقليدية، يجبر التيار العالي بقية الخلايا على المرور عبر الخلية المظللة، مما يضعها تحت انحياز عكسي (Reverse Bias).
وتتحول الطاقة الكهربائية في هذه الحالة إلى حرارة وفق قانون جول، وقد ترتفع درجة حرارة المنطقة المتضررة خلال ثوانٍ إلى أكثر من 200°C، وهو ما يعرف بظاهرة النقاط الساخنة (Hot Spots).
وقد تؤدي هذه الظاهرة إلى:
- احتراق مادة التغليف،
- تلف الزجاج الخلفي،
- تقصير عمر اللوح،
- وفي الحالات الشديدة قد تتسبب في حرائق بمحطات الطاقة الشمسية.
لماذا تقل هذه المشكلة في تصميم الأرباع؟
عند تقسيم الخلية إلى أربعة أجزاء، ينخفض التيار المار في كل جزء إلى حوالي ربع التيار الأصلي.
وبما أن الحرارة الناتجة تتناسب مع مربع التيار:
P = I²R
فإن خفض التيار إلى الربع يؤدي نظريًا إلى انخفاض القدرة الحرارية المتولدة إلى حوالي 1/16 فقط مقارنة بالخلية الكاملة.
وبالتالي تصبح درجات حرارة النقاط الساخنة أقل بكثير، خاصة في البيئات الصحراوية أو المناطق ذات الغبار الكثيف أو التضاريس الجبلية.
ولهذا السبب بدأت شركات التأمين والمستثمرون ينظرون إلى تصميم الأرباع باعتباره وسيلة لتحسين موثوقية محطات الطاقة الشمسية وتقليل المخاطر التشغيلية على المدى الطويل.
الخلاصة
بحلول عام 2026، لم تعد تقنية تقسيم خلايا TOPCon إلى أربعة أرباع مع القطع الحراري بالليزر (TLS) وتخميل الحواف (EPD) مجرد وسيلة لمعالجة العيوب الناتجة عن القطع.
بل أصبحت منصة تقنية متكاملة تجمع بين:
- رفع كفاءة الخلية.
- زيادة القدرة الاسمية للألواح.
- تحسين عامل الامتلاء وجهد الدائرة المفتوحة.
- تقليل خسائر المقاومة.
- دعم تقنيات 0BB والتغليف عالي الكثافة.
- تحسين موثوقية التشغيل.
- تعزيز مقاومة ظاهرة النقاط الساخنة.
ولهذا تُعد هذه التقنيات اليوم إحدى أهم ركائز الجيل الجديد من تصنيع خلايا TOPCon، وتمثل أساسًا لتحقيق التوازن بين الكفاءة العالية، والإنتاجية الضخمة، والاعتمادية طويلة الأمد في مصانع الطاقة الشمسية على مستوى الجيجاواط والتيراواط.