كيف يؤثر ضوء الشمس أو الجهد المرتفع على أداء الألواح الشمسية؟ وما هي المعايير المنظمة لذلك التأثير؟

Image Source: Mahmoud Dhimish,Nature 2022

سنتعرف على أحد أهم الظواهر التي تؤثر على أداء الألواح الشمسةالكهروضوئية وهما: ظاهرة التآكل الناتج عن الجهد العالي ويسمى  Potential Induced Degradation (PID), و ظاهرة التآكل الناتج عن ضوء الشمس ويسمى Light Induced Degradation (LID).

بدايةً سنتعرّف على التآكل الناتج عن الضوء Light Induced Degradation LID:

تتعرض الألواح الشمسية السيليكونية للتآكل نتيجةً تدفق الإلكترونات عبر نقاط التوصيل p-n ويزداد تأثير هذه الظاهرة مع الوقت, ولكن قبل البدء بمراقبة هذه الظاهرة وآثارها, لا بدّ من ملاحظة ظاهرة أخرى هي استقرار الطاقة Power Stabilization, والتي تعرّف بأنها التآكل الابتدائي الذي تتعرض له الألواح السيليكونية نتيجةً لتعرضها لضوء الشمس, وكانت الشركات المصنعة تقوم بوضع نسبة الانخفاض الأولي في طاقة اللوح خلال العام الأول من الاستخدام نتيجة تعرّضه لضوء الشمس ضمن مواصفاته, وقيمتها الوسطية 3%, أمّا حالياً فتعرف هذه الظاهرة بانخفاض الطاقة Power Degradation وتحدد قيمتها الوسطية بـ 0.8%.

ويبّن الشكل التالي انحراف قيم الطاقة لأكثر من 58 لوح شمسي سيليكوني أحادي البلورة ومتعدّد البلورات من شركات مصنعة مختلفة, عن قيم بياناتها المرفقة من هذه الشركات, حيث تمّ اختبار ألواح جديدة التصنيع مركّبة في جنوب البرتغال, وتمّ تعريضها لضوء الشمس لمدة ثلاثة أيام (أي لـ 25kWh/m2), وبعدها تمّ إخضاع الألواح لاختبار تحديد الاستطاعة العظمى تحت شروط Standard Test Conditions(STC).

وبيّنت نتائج الاختبارات أنّ نسبة انخفاض الطاقة كانت أعلى من 3% في أكثر من 57% من الألواح المختبرة, وهذا بعد ثلاثة أيام فقط وليس بعد عام كامل!

أمّا بالنسبة لظاهرة التآكل الناتج عن الجهد Potential Induced Degradation (PID):

فتحدث عادةً عند عمل الألواح في سلسلة تحت جهد مرتفع يتجاوز الـ 1000V, في ظروف حارة ورطبة, حيث تطلق عملية تحلّل الزجاج والغبار أيونات الصوديوم التي تحرّض هذه الظاهرة, وغالباً ما يبدأ تأثيرها على الألواح بالقرب من الأقطاب السالبة للسلسلة, وتظهر كخلايا سوداء مغلقة على جوانب إطار اللوح.

وحالياً يتم العمل على تحديد معيار جديد ضمن IEC لاختبار مقاومة الألواح للتآكل الناتج عن الجهد, ويتم التحقق منه من خلال إخضاع اللوح لجهد عالي يتراوح بين -1000 إلى +1000 فولت, ضمن ظروف مناخية تتمثل بنسبة رطوبة 85%, ودرجة حرارة 60 درجة مئوية, ولمدة أربعة أيام. ويبيّن الشكل التالي نتائج الاختبارات قبل وبعد التعرّض للجهد لمدة أربعة أيام, وكما نلاحظ فإنّ نسبة انخفاض الطاقة يصل إلى 25% بعد أربعة أيام فقط وليس عام كامل, بينما لاجتياز معيار IEC PID بنجاح, يجب أن لا تتجاوز نسبة الانخفاض في الطاقة الـ 5%.