PGSB seminar on the Topic: PGSB PV-cluster: The Dynamics of Hotspot Formation in Thin-Film Solar Modules

Date
Place

Academy premises, Ramallah-Al Masayef area, Emile Toma street 11, and via teams technology (Link to be provided)

Invitation to a Seminar on PGSB PV-cluster: The Dynamics of Hotspot Formation in Thin-Film Solar Modules


Palestine Academy for Science and Technology (PALAST) will host PGSB fellow MSc. Eng. Suheir Nofal, who is a doctoral fellow within PGSB program and the speaker of the Photovoltaics research cluster. The researcher works at the Institute of Energy and Climate Research, Photovoltaics:IEK-5 at Jülich Research Center (Forschungszentrum Jülich GmbH, FZJ) in Germany, under the supervision of Dr. Bart Pieters and the direction of Prof. Dr. Uwe Rau

Eng. Suheir Nofal will give a seminar on the Topic 
“The Dynamics of Hotspot Formation in Thin-Film Solar Modules”
on 08 May 2022 at 12:00pm at Academy premises, Ramallah-Al Masayef area, Emile Toma street 11, and via teams technology 

The Seminar will provide a platform for academics, researchers, and interested students from various Palestinian universities to be introduced to the research work related to solar energy (Photovoltaics) field at Jülich Research Center in Germany. the fellow will present her PhD work entitled by The Dynamics of Hotspot Formation in Thin-Film Solar Modules.

The performance of thin-film solar technologies tends to degrade when a module is partially shaded. A solar module consists of many series connected cells. Under partial shading conditions one or more of these cells may become reverse biased. As a solar module can produce rather high voltages the reverse biased cells are driven into junction breakdown. Typically, junction breakdown does not occur in the whole area of the reverse biased cells. Instead, one or more small areas conduct all the current, and thus the power is dissipated very locally. As the commonly used encapsulation materials are poor conductors for heat, and the solar cell itself is very thin, the generated heat cannot quickly flow away and a so-called hot spot is formed. These hot spots can reach very high temperature in a very short time (we measured up to 1740 K) and often permanently damage the solar cell. For some thin-film technologies we know that junction breakdown is very sensitive to the temperature and thus a good understanding of this mechanism needs to consider both electrical and thermal aspects.

In her work, they aim to develop a detailed electro-thermal model for hot-spot formation in thin-film solar cells. So far, they have developed 3D electrical models for solar modules and are in the process of coupling this model with 3D thermal models for the solar module. On the experimental side we have access to advanced thermos-cameras with high temporal and spatial resolution. Thermography experiments will be used to calibrate and verify the model. The model will be used to investigate the influence of various factors such as module temperature, and breakdown site position, shape, and size, on the transient temperature development. The electro-thermal model may lead to a better understanding of the process leading to hot-spot formation and ultimately may contribute to the development of more robust solar modules.

Four main points are supposed to be discussed in this seminar. The seminar will begin with introducing the institute of Energy and Climate Research, Photovoltaics: IEK-5 in general and the group she works with in particular. While the second session will focus on some parts of her doctoral work. The mechanism of hot-spot formation in thin-film solar cells, the electro-thermal model, and the related experiments will be presented and discussed in detail. 

The last session will focus mainly on presenting the new PGSB cluster in Photovoltaics at IEK-5, the current pilot project, and the current proposed MSc topics within this pilot project. At the end of this seminar, she will meet the MSc students who applied for the current proposals within the 7th call and discuss/answer their questions regarding the future work.

The Academy welcome your attendance


    
ندوة حول الموضوع: ديناميكا تشكل النقاط الساخنة في الخلايا الشمسية ذات السماكة القليلة. 
ستوفر الندوة منصة للأكاديميين والباحثين والطلاب المهتمين من مختلف الجامعات الفلسطينية للتعرف على أبحاث الطاقة الشمسية في مركز أبحاث يوليش في ألمانيا. 

تُقسم الخلايا الشمسية إلى ثلاث أجيال مختلفة مصنّفة بحسب المواد المستخدمة في تصنيعها وهي تقوم بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية.
الجيل الأول وهو أقدم تكنولوجيا في الألواح الشمسية، وتكون الخلايا مصنوعة من السيليكون، ويعود انتشارها لكفاءتها وطول عُمرها الافتراضي مقارنة بالخلايا الأخرى. أما الجيل الثاني فيعرف باسم الخلايا رقيقة الغشاء، لأنّها أقل سماكة من الجيل الأول،لذلك فهي أقل تكلفة في الصناعة وأقل استهلاكاً للمواد. أما الجيل الثالث فلا يزال قيد البحث والتطوير.

العمل يركز على نوع من خلايا الجيل الثاني المسمى (CIGS)، نظراً لقدرتها العالية على امتصاص أشعة الشمس المرئية فإن سماكة رقيقة حوالي 3 ميكروميتر من هذه المادة كافية للحصول على كفاءة تصل إلى 16.7٪ للوحدة الشمسية. 
تميل كفاءة الخلايا الشمسية ذات السماكة الرقيقة إلى التدهور مع الزمن عندما تكون مظللة جزئيًا. تتكون الوحدة الشمسية من العديد من الخلايا الشمسية المتصلة ببعضها على التوالي.

عند حدوث ظل على الوحدة الشمسية قد تصبح واحدة أو أكثر من هذه الخلايا منحازة عكسيًا. نظرًا لأن الوحدة الشمسية يمكن أن تنتج جهدًا عاليًا إلى حد ما ، فإن الخلايا المنحازة العكسية يتم دفعها إلى الانهيار. عادة ، لا يحدث الانهيار في الخلية كاملة. بدلاً من ذلك ، تقوم منطقة صغيرة واحدة أو أكثر بتوصيل التيار بالكامل ، وبالتالي يتم تبديد الطاقة محليًا.
نظرًا لأن مواد التغليف عبارة عن موصلات رديئة للحرارة ، والخلية الشمسية نفسها رقيقة جدًا ، فلا يمكن للحرارة المتولدة أن تتدفق بعيدًا بسرعة

سيتم تكوين ما يسمى بالنقطة الساخنة. يمكن أن تصل هذه النقاط الساخنة إلى درجة حرارة عالية جدًا في وقت قصير جدًا (حتى 1740 كلفن) وهذا غالبًا ما يتلف الخلايا الشمسية بشكل دائم. 

هذه العملية حساسة جدًا لدرجة الحرارة، وبالتالي فإن الفهم الجيد لهذه الآلية يحتاج إلى مراعاة الجوانب الكهربائية والحرارة فيها ودراستها جيداً. تتضمن الدراسة عمل تجارب مخبرية على هذه الخلايا الشمسية إضافة إلى تحليل النتائج).

تنقسم الندوة إلى عدة أجزاء رئيسية، تبدأ بتعريف المؤسسة ثم شرح موضوع الدكتوراة، ثم يتم طرح المجموعة البحثي الخاصة بأبحاث الطاقة الشمسية ومقابلة طلاب الماجستير الذين تقدمو للمواضيع المطروحة ضمن النداء السابع لجسر العلوم الفلسطيني الألماني.