كفاءة أعلى، تكلفة أقل: كيف غيرت الألواح الشمسية عالية الكفاءة المعادلة؟

إن النمو المتسارع في استخدام الطاقة الشمسية حول العالم ليس وليد الصدفة. فقد شهدت الألواح الشمسية العديد من التحولات الجذرية والتطورات المذهلة الأمر الذي ساهم في إعادة تشكيل مشهد الطاقة المتجددة. فعلى مدار العقود الماضية، كان هناك عاملان رئيسيان يقودان هذه الثورة: الانخفاض الملحوظ في تكلفة الألواح الشمسية، وزيادة كفاءتها بشكل كبير. هذه الاتجاهات لم تجعل الطاقة الشمسية متاحة أكثر، بل أيضًا أكثر جاذبية للاستخدامات السكنية والتجارية. ومع تقدم تقنيات التصنيع وارتفاع الطلب، شهدنا انخفاضًا في تكلفة الواط الواحد من الألواح الشمسية، بينما ساهمت الابتكارات في المواد والتصميم في تعزيز قدرة هذه الألواح على تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بكفاءة أعلى. وإن فهم هذه التغيرات يعد أمرًا حيويًا لكل من المستثمرين الذين يفكرون في تركيب الألواح الشمسية، وصناع السياسات الذين يعملون على تطوير استراتيجيات الطاقة.

في هذا المقال، سنتعرف على العوامل المؤثرة على كفاءة الألواح الشمسية، وكيف تساهم الألواح عالية الكفاءة في خفض قيمة الكهرباء المكافئة.

العوامل المؤثرة على كفاءة الألواح الشمسية

تعد الألواح الشمسية وسيلة رائعة لتوليد الكهرباء، وعلى الرغم من طول عمرها الافتراضي إلا أن أداؤها يتدهور تدريجياً مع مرور الوقت، وتقل كفاءتها في إنتاج الكهرباء.

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على كفاءة الألواح الشمسية التي تعبر عن نسبة الإشعاع الشمسي الساقط على اللوح الذي يتم تحويله إلى كهرباء بالنسبة إلى الإشعاع الكلي الساقط على نفس اللوح.

بعض هذه العوامل يرتبط بتصميم اللوح، الذي يؤثر بشكل أساسي على الكفاءة وذلك من خلال طريقة تموضع الخلايا وتكوينها على طول اللوح.

وهناك عوامل أخرى تتعلق بالمواد المستخدمة في تركيب الألواح الشمسية فكفاءة الألواح الشمسية ترتبط ارتباطاً وثيقاً بجودة الخلايا الشمسية المكونة لها. فعلى سبيل المثال تتمتع الألواح الشمسية المكونة من خلايا سيليكونية أحادية البلورة ذات نقاوة عالية بدرجة عالية من الكفاءة مقارنة بغيرها من الألواح المكونة من خلايا متعددة البلورات. فالخلايا متعددة البلورات تُصنع عادة من السيليكون المنصهر والذي تم تقطيعه إلى رقائق في حين أن الخلايا أحادية البلورة يتم قطعها من بلورة أسطوانية واحدة من السيلكون.

بالإضافة إلى ما سبق، هناك عوامل أخرى تؤثر على كفاءة الألواح الشمسية ونذكر منها ميل الألواح الشمسية. فاتجاه تركيب الألواح الشمسية، والذي يُعرف أيضاً بزاوية اللوح أو ميله، يعد أمرًا بالغ الأهمية للاستفادة القصوى من أشعة الشمس. إذ أن الألواح المسطحة على الأرض لن تحقق الأداء ذاته كالألواح المائلة نحو الشمس. ولتحقيق أقصى استفادة من ضوء الشمس لا بد من دراسة توجيه الألواح الشمسية بعناية وبما يضمن تعرض الألواح لأقصى قدر من أشعة الشمس طوال اليوم وفي مختلف المواسم فالميل المثالي يعتمد على خط عرض موقع المنشأة المثبتة فيها الألواح بالإضافة إلى التوقيت من السنة (حسب الفصل).

كما أن العوامل البيئية يمكن أن تؤثر بشكل كبير على كفاءة الألواح الشمسية. فدرجات الحرارة المرتفعة تؤثر بشكل سلبي على الألواح الشمسية كما أنها تؤدي إلى انخفاض جهد الخرج وبالتالي انخفاض إنتاج الطاقة. كما أن الأمطار والثلوج قد تشكل عائقاً أمام الخلايا الشمسية يمنعها من العمل بكفاءة مما يتسبب بانخفاض إنتاج الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، فإن التظليل الذي تتعرض له الألواح يعتبر من أبرز العوائق التي تؤثر بشكل كبير على إنتاج الطاقة وعلى كفاءة الألواح الشمسية سواء كان هذا الظل من الأشجار أو المباني أو حتى الألواح الشمسية المجاورة. وكذلك أيضاً فإن سرعة الرياح يمكن أن تسبب ضغطاً ميكانيكياً على الألواح مما يتسبب في ظهور الشقوق الصغيرة ويقلل من إنتاج الطاقة والارتفاع الذي تُنصب عليه الألواح والغبار الذي يتراكم على الألواح يؤثر على كفاءتها.

ومن العوامل التي تتسبب في تدهور أداء الألواح الشمسية الرطوبة التي قد تدخل إلى اللوح من مسارات مختلفة كالشقوق الصغيرة أو عيوب في الطبقات الواقية للوح أو ظهور البقع الساخنة. بالإضافة إلى التدهور الناجم عن الضوء فالخلايا الشمسية تفقد كفاءتها عند تعرضها لأشعة الشمس لفترة طويلة. كما أن التدهور الناجم عن الضوء ودرجات الحرارة المرتفعة (LETID) يمكن أن يتسبب في انخفاض كفاءة الخلايا الشمسية، مما يؤدي إلى انخفاض في الطاقة المنتجة من الألواح الكهروضوئية.

ألواح Astro N7 من شركة Astronergy استثمار يستحق

دمجت شركة أسترونيرجي (Astronergy) الرائدة في تصنيع الألواح الشمسية الكهروضوئية العديد من تقنيات الخلايا والألواح المتقدمة لتصدر ألواح (Astro N7) بخصائص استطاعة عالية وكفاءة عالية وإنتاجية طاقة عالية لكل واط وموثوقية عالية بالإضافة إلى المظهر الجمالي الرائع.

تعتمد هذه الألواح الشمسية ثنائية الوجه على خلايا شمسية أحادية البلورة بتقنية التوب كون من النوع N مما ساهم في زيادة كفاءتها لتصل حتى 23.3% الأمر الذي جعلها خياراً مثالياً للعديد من التطبيقات التجارية والصناعية.

وبمقارنة هذه الألواح مع نظيرتها ذات خلايا (PERC) فإنها تتفوق عليها من عدة عوامل مثل القدرة على إنتاج قدر أكبر من الطاقة من الوجه الخلفي ومعدل التدهور السنوي الأقل ومعامل درجة الحرارة والأداء في ظروف الإضاءة المنخفضة وما إلى ذلك من عوامل رئيسية تؤثر بشكل مباشر على توليد الطاقة من الألواح.

تستخدم هذه الألواح تقنية خطوط التوصيل المتعددة (Smart Multi Bus Bars – SMBB). والتي تعتبر مفتاحاً لتحسين كفاءة الألواح الشمسية إذ أنها تساهم في تحسين التقاط الضوء بشكل أكثر كفاءة من خلال توزيع التيار ضمن مسارات متعددة الأمر الذي يقلل من المقاومة الكهربائية ويحسن من كفاءة الخلية الشمسية، مما يزيد من إنتاجية الألواح وموثوقيتها.

تتراوح استطاعة هذه الألواح بين 605 و630 واط وتتميز بانخفاض جهد الدارة المفتوحة مما يساهم في زيادة عدد الألواح في السلسة وتخفيض تكاليف مكونات النظام الأخرى (BOS) الأمر الذي يؤثر بشكل إيجابي على قيمة التكلفة المستوية للطاقة  (LCOE).

كما تجدر بنا الإشارة إلى أن ألواح (Astro N7) تستخدم مواداً ذات جودة عالية لذلك تتميز بمعدل تدهور منخفض في السنة الأولى يصل إلى 1% بحد أقصى. بالإضافة إلى أن معدل التدهور السنوي منذ السنة الثانية وحتى الثلاثين يصل إلى 0.4%. أي أن هذه الألواح ستستمر في إنتاج الكهرباء بكفاءة عالية تصل إلى 87.40% في السنة الثلاثين من عمر النظام.

كيف تساهم ألواح (Astro N7) في خفض تكلفة الكهرباء المكافئة؟

في البداية لا بد من تعريف مصطلح تكلفة الكهرباء المكافئة (LCOE) والذي يعبر عن متوسط التكلفة لكل وحدة طاقة ينتجها نظام الطاقة الشمسية طوال عمره الافتراضي مع مراعاة تكاليف الاستثمار الأولية وتكاليف الصيانة وأداء النظام. وكلما انخفضت قيمة تكلفة الكهرباء المكافئة كلما كان نظام الطاقة الشمسية أكثر فعالية من حيث التكلفة.

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على تكلفة الكهرباء المكافئة لنظام الطاقة الشمسية من سعر اللوح نفسه وتكاليف التثبيت وكذلك تكاليف الصيانة ومدى فعالية نظام تخزين الطاقة ولكن أهم هذه العوامل المؤثرة على تكلفة الكهرباء المكافئة لنظام الطاقة الشمسية هي كفاءة الألواح الشمسية.

تتميز ألواح (Astro N7) بكفاءة عالية تساهم بشكل كبير في خفض تكلفة الكهرباء المكافئة (LCOE) فبفضل هذه الكفاءة العالية، تنتج ألواح (Astro N7) كمية أكبر من الكهرباء من نفس المساحة مقارنة بالألواح التقليدية، مما يؤدي إلى تقليل التكلفة لكل كيلوواط ساعة. بالإضافة إلى ذلك، فإن معدل التدهور المنخفض لهذه الألواح يعني استقراراً في الإنتاج على المدى الطويل، مما يزيد من العائد على الاستثمار.

كما أن حجم ألواح (Astro N7) يلعب دوراً كبيراً في تخفيض قيمة الكهرباء المكافئة. إذ يبلغ حجم اللوح (2382*1134) مما يزيد من مساحة إشغال الحاوية ويزيد السعة بأكثر من 4.3%الأمر الذي يقلل من تكاليف الشحن بأكثر من 0.04 سنت لكل واط مقارنة بإصدار (Astro N5-72).يتكون لوح N7 من 66 خلية ما يجعل فرق الجهد الناتج أقل مقارنة بلوح N5 المكون من 72 خلية، ما يسمح بإضافة مزيد من الألواح الشمسية إلى نفس السلسة و بالتالي تقليل عدد المتبعات الشمسية لنفس المشروع، وبالتأكيد سيحقق ذلك تخفيض في كلف المتتبعات الشمسية

بالإضافة إلى ذلك فإن الكفاءة العالية لألواح (Astro N7) تساهم في تقليل عدد الألواح اللازمة لإنتاج نفس الطاقة فبازدياد كفاءة الألواح نصبح بحاجة إلى عدد أقل من الألواح في المشروع للوصول إلى نفس قدرة أو إنتاجية المشروع. وهذا ما يقلل من تكاليف الشراء والتثبيت. كما أن استخدام ألواح ذات كفاءة عالية ستساهم في تقليل المساحة المطلوبة للتثبيت مما يقلل من تكاليف الإعداد والبنية التحتية.

وكذلك فإن استخدام ألواح ذات كفاءة عالية تعني عائدًا أسرع على الاستثمار، إذ يتم استرداد تكاليف النظام في فترة زمنية أقصر.

الخلاصة

تقدم الألواح الشمسية عالية الكفاءة حلولاً مبتكرة للتحديات البيئية والاقتصادية التي تواجه العالم اليوم.  ويمكننا القول أن هذه الألواح تمثل المستقبل الواعد للطاقة المتجددة. فبالإضافة إلى مساهمتها في تقليل الانبعاثات الكربونية وحماية البيئة، إلا أن هذه الألواح توفر مصدرًا مستدامًا للطاقة يمكن الاعتماد عليه وإن الاستثمار فيها ليس مجرد اختيار صديق للبيئة، وإنما هو قرار استثماري ذكي يضمن توفير الطاقة وتقليل التكاليف على المدى الطويل.

تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…