بهبود عملکرد و بازدهی پنل های خورشیدی همواره یکی از دغدغه‌های اصلی محققان و صنعتگران این صنعت بوده است. یکی از عوامل کلیدی که تأثیر قابل توجهی بر کارایی پنل‌های خورشیدی دارد، طراحی و تعداد شینه یا باسبارها (Busbar) در سلول است؛ اگر این سوال برایتان بوجود آمده است که باسبار در سلول خورشیدی چیست و افزایش تعداد باسبار در سلول خورشیدی چه تاثیری بر عملکرد آن دارد، تا انتهای این مطلب همراه ما باشید.
به طور خلاصه باسبارها نقش انتقال جریان الکتریکی تولید شده توسط سلول های خورشیدی به مدار خارجی را بر عهده دارند و به همین دلیل کیفیت و کمیت آنها مستقیماً بر میزان تلفات الکتریکی و در نهایت بازدهی کلی پنل خورشیدی تأثیرگذار است.
مطالعات متعددی نشان داده‌اند که افزایش تعداد باسبارها می‌تواند مقاومت سری سلول های خورشیدی را کاهش داده، جریان خروجی را بهبود بخشد و در نتیجه بازدهی پنل را تا چند درصد افزایش دهد. همچنین، طراحی بهینه باسبارها می‌تواند به دوام مکانیکی بهتر و کاهش احتمال آسیب‌دیدگی سلول‌ها کمک کند، که این امر در طول عمر مفید پنل های خورشیدی اهمیت ویژه‌ای دارد. در این مقاله، به بررسی تأثیر تعداد باسبارها بر عملکرد الکتریکی و مکانیکی پنل های خورشیدی میپردازیم.
بیشتر بخوانید: ساختار سلول خورشیدی چیست؟
تعریف باسبار و نقش آن در پنل های خورشیدی
-
ساختار فیزیکی باسبارها و جایگاه آنها در سلول های خورشیدی
باسبارها (busbar) در سلول های خورشیدی، نوارهای فلزی باریکی هستند که به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند و هر دو نوع بر روی یک سلول خورشیدی نصب می‌گردند. نوع اول، باسبارهایی هستند که از نقره ساخته شده و بر روی سطوح پشتی و جلویی سلول خورشیدی چاپ می‌شوند. نوع دوم، باسبارهایی هستند که معمولاً از مس با روکش قلع ساخته می‌شوند و به آنها ریبون (Ribbon) نیز گفته می‌شود؛ این باسبارها بر روی باسبارهای نقره‌ای قبلی لحیم می‌شوند. این نوارها به صورت افقی یا عمودی بر روی سطح سلول قرار می‌گیرند و عرض آنها معمولاً بین 50 تا 150 میکرون متغیر است.
نقش باسبارها، ایجاد مسیرهای کم‌مقاومت برای انتقال جریان الکتریکی تولید شده در سلول خورشیدی است و به دلیل سطح تماس بزرگ‌تر نسبت به فینگرها (Fingers)، جریان را به صورت مؤثر به سیم‌های اتصال (Tab wires) منتقل می‌کنند. مکانیزم ساخت این باسبارها معمولاً با روش چاپ صفحه‌ای (screen printing) انجام می‌شود که امکان تولید دقیق و اقتصادی آنها را فراهم می‌آورد.
-
مکانیسم انتقال الکترون‌ها از طریق باسبار در سلول خورشیدی به مدار خارجی
وقتی فوتون‌ها به سلول خورشیدی برخورد می‌کنند، جریانی از الکترون‌ها در لایه نیمه‌هادی تولید می‌شود. این بارهای الکتریکی توسط خطوط بسیار نازک به نام فینگرها جمع‌آوری شده و به باسبارها منتقل می‌شوند. باسبارها به عنوان مسیرهای اصلی جریان الکتریکی عمل می‌کنند و الکترون‌ها را به سیم‌های اتصال که سلول‌ها را به هم متصل می‌کنند، هدایت می‌نمایند. سپس این جریان مستقیم (DC) از طریق باسبارها به جعبه اتصال (junction box) و در نهایت به اینورتر منتقل می‌شود. کیفیت و پهنای باسبارها تعیین‌کننده میزان مقاومت الکتریکی و تلفات انرژی در این مسیر است.
-
ارتباط بین باسبارها و فینگرها در جمع‌آوری بارهای الکتریکی
همانطور که اشاره کردیم، فینگرها خطوط فلزی بسیار نازکی هستند که به صورت عمود بر باسبارها روی سطح سلول چاپ می‌شوند و وظیفه جمع‌آوری جریان تولید شده در سطح سلول را بر عهده دارند. این خطوط نازک به دلیل عرض کم، کمترین سایه‌افکنی را روی سلول ایجاد می‌کنند و اجازه می‌دهند نور بیشتری جذب شود. جریان جمع‌آوری شده توسط فینگرها به باسبارها منتقل می‌شود، که جریان را به صورت مؤثر به مدار خارجی هدایت می‌کنند. بنابراین، ترکیب بهینه تعداد و ابعاد باسبارها و فینگرها کلید کاهش تلفات مقاومتی و افزایش بازدهی پنل های خورشیدی است.
سیر تکامل تعداد باسبارها در پنل های خورشیدی
- مدل‌های قدیمی با ۲ تا ۳ باسبار (مقایسه عملکردی و محدودیت‌ها)
در دهه‌های گذشته، پنل های خورشیدی عمدتاً با ۲ یا ۳ باسبار طراحی می‌شدند که این تعداد محدود، مسیرهای جریان الکتریکی را کاهش می‌داد و منجر به مقاومت سری بالاتر و تلفات انرژی بیشتر می‌شد. باسبارهای ضخیم‌تر و کمتر، علاوه بر ایجاد سایه‌افکنی بیشتر روی سطح سلول، باعث کاهش مساحت فعال جذب نور می‌شدند و در نتیجه بازدهی کلی پنل های خورشیدی محدود می‌شد. این طراحی سنتی، هرچند ساده و اقتصادی بود، اما در برابر نیازهای روزافزون به بازدهی بالاتر و دوام مکانیکی بهتر، محدودیت‌های فنی قابل توجهی داشت.
- گذار به پنل‌های ۴ و ۵ باسباری و دلایل فنی این تحول
با پیشرفت فناوری و افزایش اندازه سلول ها، تولیدکنندگان پنل خورشیدی به سمت افزایش تعداد باسبارها به ۴ و ۵ عدد حرکت کردند. این افزایش تعداد باسبارها باعث کاهش طول مسیر جریان در خطوط فینگر و کاهش مقاومت سری سلول های خورشیدی شد که بهبود قابل توجهی در بهره‌وری و توان خروجی پنل های خورشیدی ایجاد کرد. همچنین، باسبارهای بیشتر امکان توزیع بهتر جریان و کاهش تمرکز تنش‌های مکانیکی را فراهم آوردند که به دوام بالاتر پنل های خورشیدی کمک کرد. این تحول فنی، نقطه عطفی در طراحی پنل های خورشیدی بود که تعادل بهتری بین کاهش تلفات الکتریکی و حفظ مساحت جذب نور ایجاد کرد.
- آخرین فناوری‌ها با بیش از ۱۲ باسبار
در سال‌های اخیر، فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند Multi-Busbar (MBB) و Super Multi-Busbar (SMBB) معرفی شده‌اند که به جای چند باسبار پهن، از تعداد زیادی باسبار نازک و گرد (بین ۹ تا ۲۰ باسبار) استفاده می‌کنند. این طراحی جدید (مولتی باسبار) با استفاده از سیم‌های گرد و باریک، سایه‌افکنی را به حداقل رسانده و مسیرهای جریان متعددی ایجاد می‌کند که مقاومت الکتریکی را به شدت کاهش می‌دهد. این فناوری‌ها به ویژه در سلول‌های پیشرفته TOPCon وHJT به کار گرفته شده‌اند و موجب افزایش چشمگیر بازدهی، بهبود عملکرد در شرایط سایه اندازی جزئی و دوام مکانیکی بالاتر شده‌اند. همچنین، این روند به سمت حذف کامل باسبارها (0BB) نیز در حال پیشرفت است که با کاهش مصرف مواد و افزایش سطح فعال سلول، افق‌های جدیدی در بهینه‌سازی پنل‌های خورشیدی گشوده است.
.jpg)
پنل های خورشیدی مانا انرژی با بهره‌گیری از پیشرفته‌ترین فناوری مولتی باسبار، ضمن افزایش چشمگیر بازدهی و کاهش تلفات الکتریکی، کیفیت و دوام بی‌نظیری را در تولید انرژی پاک و پایدار فراهم می‌آورند. این پنل‌ها با داشتن 16 و 18 باسبار ظریف و کارآمد، مسیر جریان الکتریکی را بهینه کرده و بازدهی بی‌نظیری را ارائه می‌دهند. ترکیب نوآوری و کیفیت در مانا انرژی پاک، تضمینی است برای تولید انرژی پایدار و قدرتمند که آینده‌ای روشن و سبز را برای شما رقم می‌زند.
تأثیر تعداد باسبار بر پارامترهای الکتریکی
· رابطه معکوس بین تعداد باسبارها و مقاومت سری سلول
افزایش تعداد باسبارها در پنل‌های خورشیدی به طور مستقیم باعث کاهش مقاومت سری سلول می‌شود، زیرا باسبارهای بیشتر مسیرهای کوتاه‌تر و متعددی برای جریان الکتریکی فراهم می‌کنند. این کاهش مقاومت سری، موجب کاهش تلفات انرژی درون سلول و بهبود عملکرد کلی پنل می‌شود. مطالعات نشان داده‌اند که هر افزایش در تعداد باسبارها، مقاومت سری را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و این امر به ویژه در سلول های خورشیدی بزرگ‌تر و با جریان‌های بالاتر اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
· افزایش جریان خروجی با کاهش مسیر انتقال الکترون‌ها
با افزایش تعداد باسبارها، فاصله‌ای که الکترون‌ها باید برای رسیدن به مسیرهای جمع‌آوری جریان طی کنند، کاهش می‌یابد. این کاهش طول مسیر انتقال الکترون‌ها باعث کاهش مقاومت داخلی و افزایش جریان خروجی پنل می‌شود. به عبارت دیگر، باسبارهای بیشتر باعث می‌شوند جریان الکتریکی با کمترین اتلاف به مدار خارجی منتقل شود، که این موضوع در شرایط نوری ضعیف یا سایه‌زدگی جزئی نیز عملکرد پنل را بهبود می‌بخشد.
· بهبود بازدهی در پنل های خورشیدی 16 و 18 باسبار نسبت به مدل‌های قدیمی‌تر
همانطور که اشاره کردیم افزایش تعداد باسبارها این امکان را فراهم می‌آورد که عرض هر باسبار کاهش یابد. طراحی باسبارهای نازک، ناحیه سایه‌انداز روی سطح سلو های فتوولتائیک را به حداقل می‌رساند و بدین ترتیب، نور بیشتری به سطح لایه سیلیکونی می‌تابد. این امر منجر به افزایش راندمان تبدیل نور خورشید به برق می‌شود. تحقیقات جدید نشان می‌دهند که استفاده از پنل‌های خورشیدی با 16 و 18 باسبار، نسبت به مدل‌های سنتی با 3 تا 5 باسبار، می‌تواند بازدهی را افزایش دهد. فناوری مولتی باسبار با کاهش تلفات الکتریکی و بهبود انتقال جریان، بهینه‌سازی عملکرد پنل‌ها را به سطحی فراتر از استانداردهای قبلی رسانده است.
تأثیر تعداد باسبار بر دوام و پایداری مکانیکی سلول خورشیدی
· کاهش استرس مکانیکی با استفاده از فناوری مولتی باسبار
افزایش تعداد باسبارها در سلول‌های خورشیدی باعث توزیع یکنواخت‌تر جریان و کاهش طول انگشتک‌های فلزییا فینگرها در سلول (fingers) می‌شود. این ساختار نه تنها مقاومت داخلی سلول خورشیدی را کاهش می‌دهد، بلکه استرس مکانیکی وارد بر سلول را نیز کم می‌کند. به‌دلیل کوتاه‌تر شدن فاصله بین باسبارها، فشارهای ناشی از خم‌شدگی، حمل و نقل و تغییرات دمایی به صورت متوازن‌تری پخش شده و احتمال ایجاد آسیب‌های ساختاری کاهش می‌یابد. مطالعات نشان می‌دهد که فناوری مولتی باسبار (مانند 16 یا 18 باسبار) دوام مکانیکی سلول خورشیدی را نسبت به سلول‌های سنتی با تعداد باسبار کمتر به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد و باعث کاهش افت عملکرد در طول زمان می‌شود.
· کاهش تاثیر ترک‌های ریز در سلول های خورشیدی بر عملکرد
یکی از مشکلات رایج در سلول های خورشیدی، ایجاد ترک‌های ریز (micro-cracks) به دلیل تنش‌های مکانیکی است که می‌تواند مسیر جریان را مختل کند و موجب کاهش بازدهی شود. استفاده از تعداد بیشتر باسبار، مسیرهای جایگزین بیشتری برای عبور جریان فراهم می‌کند و در صورت ایجاد ترک، جریان به راحتی از طریق نزدیک‌ترین باسبار منتقل می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود تأثیر ترک‌های ریز بر عملکرد کلی سلول به حداقل برسد و دوام و قابلیت اطمینان پنل های خورشیدی افزایش یابد.
· ارتباط بین تعداد باسبارها و سایه اندازی روی سطح سلول
افزایش تعداد باسبارها هرچند مزایای مکانیکی و الکتریکی دارد، اما می‌تواند منجر به افزایش سطح فلزی روی سلول خورشیدی و در نتیجه افزایش سایه‌اندازی شود. این سایه‌اندازی می‌تواند بخشی از نور ورودی را مسدود کرده و بازدهی پنل خورشیدی را کاهش دهد. با این حال، فناوری‌های جدید مانند باسبارهای نازک‌تر و گرد (rounded) به جای نوارهای پهن، میزان سایه‌اندازی را به حداقل رسانده و حتی با افزایش تعداد باسبار، بازدهی کلی سلول خورشیدی را حفظ یا بهبود می‌بخشند. به طور کلی، یک تعادل بهینه بین کاهش مقاومت و افزایش سایه‌اندازی باید برقرار شود تا بیشترین بازدهی و دوام در پنل های خورشیدی حاصل گردد.
.jpg)