شرکت چینی DAS Solar از توسعه یک روش نوآورانه مبتنی بر مدل مدار الکتریکی برای شناسایی دقیق ریسک هات‌اسپات (Hot-Spot) در ماژول‌های خورشیدی TOPCon با معماری بک‌کانتکت (Back-Contact) خبر داد. این روش جدید، محدودیت‌های روش مرجع IEC 61215 را که ناشی از مقاومت شنت پایین در سلول‌های TOPCon BC است، برطرف می‌کند.

به گفته DAS Solar، این روش پس از انجام آزمایش‌های داخلی (Indoor) و میدانی (Outdoor) اعتبارسنجی شده و قادر است افزایش دما در شرایط سایه‌اندازی را با دقت بالا پیش‌بینی کند. این ویژگی، امکان ارزیابی سریع‌تر و دقیق‌تر ریسک هات‌اسپات را نسبت به روش‌های متداول فراهم می‌سازد.

چرا روش IEC 61215 برای TOPCon BC کافی نیست؟

دِنگ‌یوان سونگ، نویسنده اصلی این تحقیق، در گفت‌وگو با pv magazine توضیح داد:

«ما دریافتیم که مقاومت شنت ذاتاً پایین در سلول‌های TOPCon بک‌کانتکت باعث می‌شود روش نقطه عطف (Inflection Point) تعریف‌شده در IEC 61215 MQT09 نتواند ریسک هات‌اسپات ماژول‌ها را به‌درستی شناسایی کند؛ موضوعی که هم زمان‌بر است و هم دقت ارزیابی را کاهش می‌دهد.»

برای رفع این گلوگاه فنی، تیم تحقیقاتی DAS Solar یک مدل معادل مدار الکتریکی دو‌سطحی و همکارانه برای سیستم‌های Substring–Module پیشنهاد کرده است. این مدل به‌طور مستقیم مشکل «نبود نقطه عطف» در تست IEC 61215 MQT09 را که ناشی از مقاومت شنت پایین سلول‌های TOPCon BC است، حل می‌کند.

ارتباط مستقیم توان هات‌اسپات و افزایش دما

پژوهشگران با ایجاد یک مدل معادل اختصاصی در سطح Substring، رفتار اتلاف توان را تحت شرایط مختلف سایه‌اندازی جزئی شبیه‌سازی کردند. نتیجه این کار، ایجاد یک رابطه کمی مستقیم بین چگالی توان هات‌اسپات و افزایش دمای ماژول بود.

به گفته سونگ:

«دقت و پایداری این مدل از طریق اعتبارسنجی دوگانه شامل آزمایش‌های کنترل‌شده آزمایشگاهی و اندازه‌گیری‌های میدانی در فضای باز به‌طور کامل تأیید شد. نتایج نشان داد که روند تغییرات دمای پیش‌بینی‌شده، تطابق بسیار نزدیکی با داده‌های واقعی دارد.»

جزئیات فنی سلول‌ها و فرآیند ساخت ماژول

در این تحقیق، از سلول‌های خورشیدی TOPCon BC با مساحت ۱۹۱٫۳۷ سانتی‌متر مربع از یک خط تولید واحد استفاده شد تا یکنواختی پارامترهای ساخت تضمین شود. سلول‌ها بر اساس معیارهای زیر دسته‌بندی شدند:

• بازه بازدهی ۰٫۱٪
• بازه ولتاژ مدار باز ۵ میلی‌ولت
• یکنواختی رنگ لایه‌ها

سلول‌هایی با نقص در فتولومینسانس (PL)، الکترولومینسانس (EL) یا عیوب ظاهری حذف شدند. سلول‌های تأییدشده وارد فرآیند استاندارد ساخت ماژول TOPCon BC شدند که شامل مراحل زیر بود:

چاپ خمیر، اعمال خمیر لحیم، جوش سری، لمینیشن، پخت لمینیشن، تست EL، مونتاژ فریم، نصب جعبه اتصال و تست نهایی I‑V.

مواد لایه‌بندی و یکنواختی تولید

در فرآیند کپسولاسیون، از موارد زیر استفاده شد:

• شیشه جلویی فوق‌شفاف نیمه‌تمپر شده با ضخامت ۲ میلی‌متر و عبوردهی بالا
• فیلم EVA
• شیشه پشتی فوق‌شفاف نیمه‌تمپر شده بدون پوشش با ضخامت ۲ میلی‌متر، دارای سه سوراخ میانی و ساختار مش‌بندی

تمام قطعات از یک مدل و یک بچ تولیدی انتخاب شدند و سه ماژول نهایی با نام‌های A، B و C ساخته شد.

نتایج تست هات‌اسپات در شرایط واقعی و آزمایشگاهی

آزمایش‌های دمای هات‌اسپات در دو شرایط انجام شد:

• شرایط پایدار آزمایشگاهی (Indoor)
• شرایط بهره‌برداری واقعی در فضای باز، در سایت نمایشی DAS Solar در Quzhou چین

نتایج نشان داد:

• حداکثر دمای هات‌اسپات:
  • ۱۱۹ درجه سانتی‌گراد (Indoor)
  • ۱۱۴ درجه سانتی‌گراد (Outdoor)

همچنین، روند تغییرات دما در تست‌های سایه‌اندازی در سطح Substring، سطح ماژول و تست‌های میدانی کاملاً سازگار و تکرارپذیر بود.

جمع‌بندی و اهمیت صنعتی روش جدید DAS Solar

سونگ در جمع‌بندی گفت:

«این تحقیق، قابلیت اطمینان روش جدید ارزیابی هات‌اسپات را تأیید کرده و راهنمای فنی مهمی برای استانداردسازی ارزیابی ریسک هات‌اسپات در ماژول‌های TOPCon BC ارائه می‌دهد.»

وی افزود که در شرایط واقعی فضای باز، عواملی مانند جریان طبیعی هوا و کنترل اینورتر آرایه اثرات پیچیده‌ای بر رفتار حرارتی ماژول دارند، اما روش پیشنهادی قادر است ناحیه سایه‌ای متناظر با بیشترین اتلاف توان را به‌سرعت و با دقت بالا شناسایی کند؛ موضوعی که کارایی تست هات‌اسپات را به‌طور قابل‌توجهی نسبت به روش‌های مرسوم افزایش می‌دهد.

نتایج این پژوهش در مقاله‌ای با عنوان:

“Circuit model-driven investigation of hot-spot behavior in n-type TBC photovoltaic modules”

در مجله Solar Energy Materials and Solar Cells منتشر شده است.