ألواح ال (N-type) تسيطر على سوق الألواح خلال خمس سنوات

مقالات مشابهة

أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية للتحكم بحركة الرمال

يناير 31, 2024

كهربة القطاعات، ماذا تمثل؟ ما أهميتها؟ وأثرها على الشبكات الكهربائية

يوليو 1, 2023

منحنى البطة وتأثير مشاريع الطاقة المتجددة على الشبكة الكهربائية

يونيو 13, 2023

مقدمة

 

   بدأ استخدام خلايا البيرك (بالإنجليزية: Passivated Emitter and Rear Contact، واختصاراً: PERC) على المستوى التجاري في عام 2012 تقريباً، وبدأت حصتها السوقية بالارتفاع على حساب تقنية طبقة الحقل الخلفي (بالإنجليزية: Back Surface Field، واختصاراً: BSF) (1).

شكل (1) الحصة السوقية لتقنيات تصنيع خلايا السيليكون المختلفة في عام 2013، والحصة المتوقعة لها مستقبلاً. (1)

تعتبر تقنية البيرك (PERC) التقنية السائدة المستخدمة في الوقت الحالي لتصنيع خلايا السيليكون، وبلغت حصتها السوقية حوالي 80-85% في عام 2021. (2).

شكل (2): الحصة السوقية لتقنيات تصنيع خلايا السيليكون المختلفة في عام 2021، والحصة المتوقعة لها مستقبلاً. (2)

 

تصل كفاءة الألواح المصنعة باستخدام خلايا بتقنية البيرك (PERC) إلى حوالي 21% والتي من المتوقع أن ترتفع إلى 22.5% في العشر سنوات المقبلة (2). ولكن تعتبر العديد من الشركات بأن هذه التقنية أوشكت على الوصول إلى حدها النظري الأعلى من حيث الكفاءة، وأن رفع الكفاءة بشكل أكبر يتطلب كلف استثمارية عالية. لذلك بدأت الشركات تتجه للبحث عن تقنيات أخرى لرفع كفاءة الخلايا والألواح بشكل اقتصادي.

 

تكنولوجيا نوع ال “ن” (N-type)

     تكنولوجيا ال (N-type) تتضمن أربع تقنيات رئيسية يمكن استخدامها لرفع كفاءة الخلايا الشمسية الكهروضوئية، وهي:

1. تقنية “البيرت” (بالإنجليزية: passivated emitter rear totally diffused، واختصاراً: n-PERT).
2. تقنية الاتصال الخلفي المتكامل (بالإنجليزية: Integrated Back Contact، واختصاراً: IBC).
3. تقنية “التوب كون” (بالإنجليزية: tunnel oxide passivated contact، واختصاراً: n-TOPCON).
4. تقنية الخلايا غير المتجانسة (بالإنجليزية: Heterojunction، واختصاراً: HJT).

 

ولعدة أسباب منها محدودية الكفاءة لتقنية “البيرت” (PERT) والتي تصل قيمها إلى قيم قريبة من تقنية البيرك “PERC” التقليدية، وعملية التصنيع المعقدة والكلف العالية لتقنية الاتصال الخلفي المتكامل (IBC)، من المتوقع أن تكون المنافسة ما بين تقنية التوب كون (TOPCON) وتقنية الخلايا غير المتجانسة (HJT) للاستحواذ على الحصة السوقية الخاصة بتقنية البيرك (PERC).

 

تقنية التوب كون “TOPCON” مقارنة بتقنية الخلايا غير المتجانسة “HJT”

كما ذكرنا، فإنه من المتوقع أن تحتدم المنافسة ما بين تقنيتي خلايا التوب كون (TOPCON) وتقنية الخلايا غير المتجانسة (HJT) في السنوات القليلة القادمة. لذلك فقد قررنا أن نحصر المقارنة هذا المقال بين هاتين التقنيتين.

سوف نقارن بين تقنيتي التوب كون (TOPCON) وتقنية الخلايا غير المتجانسة (HJT) من الناحية التصنيعية ومن ناحية الأداء وأثر استخدام هذه التقنيات على أداء وإنتاجية مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية بدون الخوض في التفاصيل الفنية الدقيقة.

 

من الناحية التصنيعية

• يمكن ترقية خطوط الإنتاج الخاصة بخلايا البيرك (PERC) لإنتاج خلايا التوب كون (TOPCON) بشكل سريع وبكلف مجدية اقتصادياً. وذلك لتشابه عدة خطوات في عملية إنتاج خلايا البيرك (PERC) بعملية إنتاج خلايا التوب كون (TOPcon). بينما يتطلب إنتاج الخلايا غير المتجانسة (HJT) خطوط إنتاج جديدة بالكامل.

لذلك نلاحظ أن المصانع العمودية (Vertical Manufacturers) والتي تمتلك خطوط إنتاج بتقنية البيرك (PERC) تتجه إلى تصنيع خلايا التوب كون (TOPcon)، وذلك لإمكانية استغلال خطوط إنتاجها الحالية لفترة أطول.

بينما نلاحظ أن المصانع الجديدة تتجه إلى استخدام الخلايا غير المتجانسة (HJT) لتميز نفسها عن مصانع الألواح العملاقة، ولعدم امتلاكها لخطوط إنتاج سابقة يمكن ترقيتها لإنتاج خلايا بتقنية التوب كون (TOPcon).

 

• تعتبر عملية إنتاج الخلايا غير المتجانسة (HJT) أبسط من عملية إنتاج خلايا التوب كون (TOPcon) كون عملية التصنيع تتضمن أربع خطوات تصنيعية رئيسية، مقارنة بتسع خطوات رئيسية لإنتاج خلايا التوب كون (TOPcon) و7 خطوات رئيسية لإنتاج خلايا البيرك (PERC) التقليدية.

 

• بالرغم من بساطة عملية تصنيع الخلايا غير المتجانسة (HJT) إلا أنها تتطلب حرص أكبر خلال عملية التصنيع، وهذا يعني وقت وكلفة أعلى خلال عملية التصنيع.

من ناحية الأداء

تختلف خلايا التوب كون (TOPCON) والخلايا غير المتجانسة (Heterojunction) عن خلايا البيرك من حيث الأداء ب:

1. معامل درجة الحرارة الخاص بقدرة اللوح (Power Temperature Coefficient)

تتميز خلايا تكنولوجيا ال (N-type) بمعامل درجة حرارة (Power Temperature Coefficient) منخفض مقارنة بمعامل درجة الحرارة لخلايا البيرك (PERC).

 

2. الانخفاض الناتج عن التعرض لأشعة الشمس (بالإنجليزية: Light-induced degradation، واختصاراً: LID)

يبلغ الانخفاض الناتج عن التعرض لأشعة الشمس (LID) قرابة الصفر لخلايا تكنولوجيا ال (N-type)، لذلك نجد أن انخفاض القدرة في السنة الأولى (الذي يشمل الانخفاض السنوي بالإضافة إلى الخسائر الناتجة عن التعرض لأشعة الشمس) في النشرات الفنية لألواح تكنولوجيا ال (N-type) يساوي 1%، مقارنة ب2% لألواح البيرك (PERC).

 

3. انخفاض القدرة السنوي (بالإنجليزية: Annual Degradation).

تمتع ألواح وخلايا تكنولوجيا ال (N-type) بانخفاض قدرة سنوي أقل (-0.2% ~ -0.4%)، مقارنة بانخفاض قدرة سنوي يبلغ (-0.45% ~ -0.55%) لألواح تقنية البيرك (PERC).

 

4. الكفاءة (بالإنجليزية: Efficiency).

كما ذكرنا في بداية المقال، فإن التوجه لخلايا تكنولوجيا ال (N-type) سببه الأساسي هو الوصول إلى الواح بكفاءة أعلى، فإن كفاءة ألواح تكنولوجيا ال (N-type)  في الوقت الحالي تتراوح ما بين (21.8% ~ 22.5%) في حين أن أعلى كفاءة لألواح البيرك تساوي 21.7%.

جدول (1): مقارنة بين تقنية البيرك (PERC) وتقنيتي التوب كون والخلايا غير المتجانسة   (4)

 

الجدوى الاقتصادية

سعر ألواح تكنولوجيا ال (N-type) بتقنيتي التوب كون (TOPCON) والخلايا غير المتجانسة (HJT) أعلى من سعر ألواح تكنولوجيا ال (P-type). حيث إن سعر ألواح تقنية التوب كون (TOPCON) يزيد عن ألواح البيرك بمقدار 0.015-0.025 دولار أمريكي لكل واط، بينما يزيد سعر ألواح تقنية الخلايا غير المتجانسة (HJT) عن ألواح البيرك بمقدار 0.04-0.06 دولار أمريكي لكل واط. (3)

 

لذلك لمعرفة الجدوى الاقتصادية من استخدام هذه الألواح، يجب حساب التكلفة المستوية للطاقة (بالإنجليزية: Levelized Cost of Energy، اختصاراً: LCOE) عند استخدام ألواح ال (N-type)، ومقارنتها مع التكلفة المستوية للطاقة (LCOE) عند استخدام الألواح التقليدية بتقنية البيرك.

 

الإنتاجية الإضافية

يعتمد الفرق بالإنتاجية بين ألواح تكنولوجيا ال (P-type) وألواح تكنولوجيا ال (N-type) بشكل أساسي على:

1. موقع تركيب المشروع

حيث إن درجات الحرارة المرتفعة تزيد من جدوى استخدام ألواح تكنولوجيا ال (N-type) مقارنة مع ألواح البيرك، لأن ألواح ال (N-type) تتميز بمعاملات درجة حرارة منخفضة.

 

2. الإنتاجية الإضافية من استخدام ألواح ثنائية الأوجه (Bifacial).

كلما كانت العوامل المؤثرة على إنتاجية الأنظمة ثنائية الأوجه (Bifacial Systems) مثالية، كلما زادت جدوى استخدام ألواح تكنولوجيا ال (N-type). وذلك لأن ألواح ال (N-type) تتميز بمعامل (Bifaciality Factor) مرتفع مقارنة مع الألواح التقليدية بتقنية البيرك.

 

3. انخفاض القدرة

ألواح ال (N-type) تتميز بانخفاض قدرة سنوي (Annual Degradation) وانخفاض قدرة في السنة الأولى (1st year degradation) أقل من الألواح التقليدية بتقنية البيرك. ويجب أن يتم أخذ ذلك بعين الاعتبار في دراسات الإنتاجية الكهربائية.

 

من النقاط الثلاث المذكورة أعلاه، نستنج أن تكنولوجيا ال (N-type) مناسبة للمناطق الحارة وذات الإشعاع الشمسي المرتفع. وتبرز جدواها الاقتصادية بشكل واضح في المشاريع على مستوى المرافق (Utility Scale PV Plants) التي تستخدم الألواح ثنائية الأوجه مع متتبعات شمسية باتجاه واحد (Single Axis PV Trackers).   

 

مستقبل تكنولوجيا ال (N-type)

   تتوقع جميعة الصناعة الكهروضوئية الصينية (CPIA) أن تبدأ الحصة السوقية لتكنولوجيا ال (N-type) بالارتفاع خلال السنوات القليلة القادمة، وأن تصبح هي التقنية السائدة المستخدمة في تصنيع الألواح الكهروضوئية عوضاً عن تقنية البيرك (PERC) خلال خمس سنوات.

شكل (3) الحصة السوقية المتوقعة للتقنيات المستخدمة صناعة الألواح الشمسية الكهروضوئية. (5)

 

وتعتمد زيادة حصة ألواح تكنولوجيا ال (N-type) على حساب تكنولوجيا ال (P-type) خلال السنوات الخمس المقبلة بشكل أساسي على:

• انخفاض كلف إنتاج ألواح ال (N-type).
• وجود فارق كفاءة واضح ما بين ألواح (N-type) وألواح ال (P-type).

 

المصادر:

1. تقرير خارطة الطريق الدولية لتكنولوجيا الطاقة الكهروضوئية، الإصدار الخامس.
2. تقرير خارطة الطريق الدولية لتكنولوجيا الطاقة الكهروضوئية، الإصدار الثالث عشر.
3. تقرير لشركة (infolink-group) التايوانية.
4. قاعدة بيانات “ذا سولاريس” لألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
5. تقرير خارطة طريق تطوير صناعة الخلايا الكهروضوئية في الصين (إصدار 2021) الصادر عن جميعة الصناعة الكهروضوئية الصينية (CPIA)