الطاقة الشمسية، كمصدر طاقة نظيف وغير محدود، أصبحت تدريجيًا محور اهتمام قطاع الطاقة العالمي اليوم. بفضل الجهود المشتركة للحكومات والشركات والمؤسسات البحثية، تشهد تكنولوجيا توليد الطاقة الشمسية تطورًا مستمرًا، مقدمةً أشكالًا وتطبيقات متنوعة. تتعرض الأرض باستمرار لحوالي 173,000 تيراوات من الإشعاع الشمسي، وهو ما يزيد عن عشرة أضعاف متوسط الطلب العالمي على الكهرباء. هذا يعني أن الطاقة الشمسية قادرة على تلبية جميع احتياجاتنا من الطاقة.
تتوفر حاليًا ثلاثة أنواع رئيسية من الخلايا الشمسية (المعروفة أيضًا بالخلايا الكهروضوئية) في السوق. تتميز هذه الأنواع الثلاثة بمزاياها من حيث الكفاءة والتكلفة وطول العمر.
01
بلوري
تُصنع معظم الألواح الشمسية المُثبتة على أسطح المنازل من السيليكون أحادي البلورة عالي النقاء. وقد حقق هذا النوع من الخلايا كفاءةً تتجاوز 26%، وعمرًا افتراضيًا يزيد عن 30 عامًا في السنوات الأخيرة. وتبلغ كفاءة الألواح الشمسية المنزلية الحالية حوالي 22%.
السيليكون متعدد البلورات أقل تكلفة من السيليكون أحادي البلورة، ولكنه أقل كفاءة وعمره الافتراضي أقصر. انخفاض الكفاءة يعني الحاجة إلى ألواح أكثر ومساحات أكبر.
تُعد الخلايا الشمسية القائمة على تقنية زرنيخيد الغاليوم متعدد الوصلات (GaAs) أكثر كفاءة من الخلايا الشمسية التقليدية. تتميز هذه الخلايا ببنية متعددة الطبقات، وتستخدم كل طبقة مواد مختلفة مثل فوسفيد الغاليوم الإنديوم (GaInP)، وزرنيخيد الغاليوم الإنديوم (InGaAs)، والجرمانيوم (Ge) لامتصاص أطوال موجية مختلفة من ضوء الشمس. على الرغم من أنه من المتوقع أن تحقق هذه الخلايا متعددة الوصلات كفاءات عالية، إلا أنها لا تزال تعاني من ارتفاع تكاليف التصنيع وعدم اكتمال البحث والتطوير، مما يحد من جدواها التجارية وتطبيقاتها العملية.
02
فيلم رقيق
تُعدّ وحدات تيلوريد الكادميوم (CdTe) الكهروضوئية الركيزة الأساسية لمنتجات الخلايا الشمسية الرقيقة في السوق العالمية. وقد تم تركيب ملايين هذه الوحدات حول العالم، بطاقة توليد قصوى تتجاوز 30 جيجاواط، وتُستخدم بشكل رئيسي في محطات الطاقة الكبيرة في الولايات المتحدة.
في تقنية الأغشية الرقيقة هذه، يكون محتوى الكادميوم في وحدة شمسية بمساحة متر مربع واحد أقل من محتوى الكادميوم في خلية نيكل-كادميوم (Ni-Cd) بحجم AAA. بالإضافة إلى ذلك، يرتبط الكادميوم في الوحدة الشمسية بالتيلوريوم، وهو عنصر غير قابل للذوبان في الماء ومستقر عند درجات حرارة تصل إلى 1200 درجة مئوية. تُخفف هذه العوامل من خطر السمية الناتج عن استخدام تيلوريد الكادميوم في خلايا الأغشية الرقيقة.
يوجد التيلوريوم في قشرة الأرض بتركيز 0.001 جزء في المليون فقط. وكما أن البلاتين عنصر نادر، فإن ندرة التيلوريوم تؤثر بشكل كبير على تكلفة وحدات تيلوريد الكادميوم. ومع ذلك، من الممكن التخفيف من هذه المشكلة من خلال ممارسات إعادة التدوير.
يمكن أن تصل كفاءة وحدات CdTe إلى 18.6%، مع كفاءات خلوية قادرة على تجاوز 22% في بيئة معملية. [5] إن استبدال التطعيم بالنحاس، والذي تم استخدامه لفترة طويلة، بالتطعيم بالزرنيخ يمكن أن يزيد بشكل كبير من عمر الوحدة إلى مستوى مماثل للخلايا البلورية.
03
التقنيات الناشئة
ستؤدي تقنيات الطاقة الكهروضوئية الناشئة، التي تستخدم أغشية رقيقة للغاية (أقل من ميكرون واحد) وتقنيات الترسيب المباشر، إلى خفض تكاليف الإنتاج وتوفير أشباه موصلات عالية الجودة للخلايا الشمسية. ومن المتوقع أن تُنافس هذه التقنيات موادًا راسخة مثل السيليكون، وتيلوريد الكادميوم، وزرنيخيد الغاليوم.
هناك ثلاث تقنيات أغشية رقيقة معروفة في هذا المجال: كبريتيد النحاس والزنك والقصدير (Cu2ZnSnS4 أو CZTS)، وفوسفيد الزنك (Zn3P2)، وأنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (SWCNT). في بيئة مختبرية، حققت الخلايا الشمسية المصنوعة من سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم (CIGS) كفاءة قصوى مذهلة بلغت 22.4%. ومع ذلك، لا يزال تحقيق هذه الكفاءة على نطاق تجاري تحديًا.
خلايا الكالكوجينيد هاليد الرصاص الرقيقة هي تقنية شمسية ناشئة ومميزة. الكالسيتونيت مادة ذات بنية بلورية نموذجية للصيغة الكيميائية ABX3. وهو معدن أصفر أو بني أو أسود، مكونه الرئيسي هو تيتانات الكالسيوم (CaTiO3). حققت الخلايا الشمسية المكدسة المصنوعة من تيتانات الكالسيوم، المصنوعة على نطاق تجاري، والمصنوعة من السيليكون، والتي تنتجها شركة أكسفورد للطاقة الكهروضوئية في المملكة المتحدة، كفاءة قياسية بلغت 28.6%، وستدخل مرحلة الإنتاج هذا العام.
في غضون سنوات قليلة، حققت خلايا الكالكوجينيد الشمسية كفاءةً تُضاهي كفاءة خلايا تيلورايد الكادميوم الرقيقة الحالية. في المراحل الأولى من تطوير خلايا الكالسيت، كان طول العمر مشكلةً كبيرة، إذ كان قصيرًا جدًا لدرجة أنه لم يكن من الممكن قياسه إلا بالأشهر.
أصبحت خلايا الكالكوجينيد قادرةً الآن على تحقيق عمر افتراضي يصل إلى 25 عامًا أو أكثر. ومن مزايا خلايا الكالكوجينيد الشمسية حاليًا كفاءة التحويل العالية (أكثر من 25%) وانخفاض تكاليف الإنتاج ودرجات الحرارة اللازمة لعملية الإنتاج.
يُبرز تطور الطاقة الشمسية من مصدر طاقة متخصص إلى مصدر طاقة رئيسي قدرتها على تلبية احتياجاتنا من الطاقة، بل وتجاوزها. وبينما تُهيمن الخلايا الشمسية البلورية حاليًا على السوق، فإن التطورات في تقنيات الأغشية الرقيقة والتقنيات الناشئة، مثل تيلورايد الكادميوم (CdTe) والكالكوجينيد (CdTe)، تُمهد الطريق لتطبيقات شمسية أكثر كفاءة وتكاملًا. لا تزال الطاقة الشمسية تواجه العديد من التحديات، مثل التأثير البيئي لاستخراج المواد الخام واختناقات الإنتاج، إلا أنها في نهاية المطاف صناعة سريعة النمو ومبتكرة وواعدة.
بفضل التوازن الصحيح بين التقدم التكنولوجي والممارسات المستدامة، سيمهد نمو الطاقة الشمسية وتطورها الطريق لمستقبل طاقة أنظف وأكثر وفرة. ولهذا السبب، تشهد الطاقة الشمسية نموًا ملحوظًا في مزيج الطاقة الأمريكي، وتبشر بأن تكون حلاً مستدامًا عالميًا.
شركة بولاند للطاقة المتجددة المحدودة، شركة متكاملة للطاقة الجديدة، تُقدم لكم حلولاً متكاملة عالية الجودة لطاقة الرياح والطاقة الشمسية وأنظمة تخزين الطاقة. بولاند الآن شركة تابعة لشركة CRRC، وهي مسؤولة عن التوسع الخارجي لأعمال CRRC في مجال طاقة الرياح والطاقة الشمسية. نمتلك سلسلة توريد داخلية متكاملة نسبيًا، وشبكة خدمات، وجودة منتجات وتقنيات ممتازة.
بولاند توفر محطة توليد الكهرباء EPC والاستثمار والاستحواذ في محطة توليد الكهرباء.
لا تتردد في الاتصال بنا إذا كنت بحاجة إلى أي دعم فني.
بريدي الإلكتروني: marketing@boland-hydroturbine.com
واشنطن: +8613923745989
