الطاقة الشمسية مصدرٌ لا ينضب من مصادر الطاقة المتجددة للبشرية، ولها مكانةٌ مهمةٌ في استراتيجيات الطاقة طويلة المدى في جميع أنحاء العالم. يعتمد توليد الطاقة باستخدام الأغشية الرقيقة على شرائح الخلايا الشمسية الرقيقة، وهي خفيفة الوزن ورقيقة ومرنة، بينما يتميز توليد الطاقة باستخدام السيليكون البلوري بكفاءة تحويل طاقة عالية، ولكن يجب أن تكون الألواح سميكةً بما يكفي. لذا، نركز اليوم على مزايا وعيوب توليد الطاقة باستخدام الأغشية الرقيقة والسيليكون البلوري.
أولا: مزايا توليد الطاقة من الأغشية الرقيقة
بطارية أغشية رقيقة تتميز بمواد أقل، وعملية تصنيع بسيطة، واستهلاك أقل للطاقة، وإنتاج مستمر لمساحات كبيرة، ويمكنها استخدام مواد منخفضة التكلفة مثل الزجاج أو الفولاذ المقاوم للصدأ كركيزة. وقد تطورت بطاريات الأغشية الرقيقة حاليًا عبر مسارات تقنية متنوعة، بما في ذلك تقنية CIGS (سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم) للطاقة الشمسية، وحققت تقنية الوحدات الكهروضوئية المرنة ذات الأغشية الرقيقة إنجازات بارزة، ويتقلص الفرق تدريجيًا بين معدل التحويل الكهروضوئي لبطاريات السيليكون البلورية.
تتميز خلايا الأغشية الرقيقة باستجابة أفضل للضوء الخافت، كما تضيق الفجوة بين توليد الطاقة في الأيام الغائمة والمشمسة، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للاستخدام في محطات الطاقة الكهروضوئية الصحراوية. كما أنها أكثر ملاءمة لبناء الملاجئ الشمسية المنزلية والبيوت الشمسية. وتُعدّ خلايا الأغشية الرقيقة، باعتبارها المكونات الرئيسية للنظام الكهروضوئي، خيارًا مثاليًا لتحقيق التكامل بين أنظمة الطاقة الكهروضوئية.
ثانيًا: عيوب توليد الطاقة باستخدام الأغشية الرقيقة
معدل التحويل الكهروضوئي لخلايا الأغشية الرقيقة منخفض، وعادةً ما يكون حوالي 8% فقط. الاستثمار في معدات وتقنيات خلايا الأغشية الرقيقة يفوق بكثير الاستثمار في خلايا السيليكون البلورية، كما أن إنتاج وحدات الخلايا الشمسية الأغشية الرقيقة ليس بالجودة المطلوبة، إذ يبلغ معدل إنتاج وحدات خلايا الأغشية الرقيقة المصنوعة من السيليكون غير البلورية/الميكروبلورية حوالي 60% فقط، بينما يبلغ معدل إنتاج مجموعات خلايا CIGS الرئيسية 65% فقط. وبالطبع، فإن مشكلة الإنتاجية تكمن في إيجاد منتجات ذات جودة احترافية مناسبة من الأغشية الرقيقة، مما يُمكّن من حل هذه المشكلة.
ثالثًا: مزايا توليد الطاقة من السيليكون البلوري
تتميز خلايا السيليكون البلورية بمعدل تحويل كهروضوئي أعلى، حيث يتراوح معدل التحويل في خلايا السيليكون البلورية المحلية بين 17% و19%. وقد تطورت تكنولوجيا بطاريات السيليكون البلورية بشكل أكثر نضجًا، ولم تعد الشركات بحاجة إلى تغييرات تقنية متكررة. كما أن الاستثمار في معدات خلايا السيليكون البلورية منخفض، ويمكن للمعدات المحلية بالفعل تلبية معظم احتياجات خطوط إنتاج الخلايا.
من مزايا تقنية السيليكون البلوري أيضًا نضج عملية الإنتاج. حاليًا، يستطيع معظم مصنعي خلايا السيليكون أحادية البلورة تحقيق معدل إنتاجية يصل إلى 98% أو أكثر، بينما يتجاوز معدل إنتاج خلايا السيليكون متعددة البلورات 95% أيضًا.
رابعًا: عيوب توليد الطاقة من السيليكون البلوري
سلسلة الصناعة معقدة، وقد لا تنخفض تكلفتها بشكل ملحوظ. تتقلب أسعار المواد الخام بشكل كبير، وفي السنوات الأخيرة، شهدت السوق الدولية تقلبات حادة في أسعار البولي سيليكون. إضافةً إلى ذلك، تُعتبر صناعة السيليكون صناعةً شديدة التلوث واستهلاكًا للطاقة، وهناك خطر تعديل السياسات.
ملخص
تتكون خلايا السيليكون البلورية بشكل أساسي من مواد السيليكون، وتحتوي على رقائق سيليكون من البورون والأكسجين، والتي تظهر بدرجات متفاوتة من التحلل بعد التعرض للضوء. كلما زاد محتوى البورون والأكسجين في رقاقة السيليكون، في ظروف الضوء أو حقن التيار الناتج عن مركب البورون والأكسجين، زاد انخفاض العمر الافتراضي بشكل واضح. بالمقارنة مع خلايا السيليكون البلورية الشمسية، لا تتطلب الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة استخدام مواد السيليكون، وهي نوع من خلايا السيليكون غير المتبلورة، وتتميز بتوهين صفري.
لذا، بعد بضع سنوات من الاستخدام، ستشهد منتجات الخلايا الشمسية السيليكونية البلورية انخفاضًا متفاوتًا في الكفاءة، مما لا يؤثر فقط على عائدات توليد الطاقة، بل يُقصّر أيضًا من عمرها الافتراضي. تُعدّ الخلايا الشمسية الرقيقة الجيل الثاني من معدات توليد الطاقة الكهروضوئية، وتُستخدم على نطاق واسع في الدول المتقدمة حول العالم، وسعرها أعلى قليلًا من سعر الخلايا الشمسية السيليكونية البلورية الحالية، مع عدم وجود أي توهين، وعمر افتراضي طويل، وغيرها من الخصائص، ما يُحسّن القيمة الناتجة عن الاستخدام طويل الأمد.
وقت النشر: ١٦ ديسمبر ٢٠٢٢