IMLebanon

عوائد وحدات الرقائق الشمسية

CIGS-Solar-Cell
بات من الممكن للباحثين عن بديل للخلايا الشمسية المصنعة من c-Si) إيجاد بعض الخيارات التي تحظى بنفس القدر من الاهتمام الذي تتمتع به تقنية رقائق النحاس والإنديوم والغاليوم واالسيلينيوم (CIGS). وبحسب آخر إحصائية بهذا الصّدد، حققت وحدات الرقائق الشمسية (CIGS) مستويات عالية من الكفاءة وصلت لنسبة قدرها 16% عند اختبارها ميدانياً، وبالإضافة إلى قدرتها على التخزين ضمن طبقات زجاجية خاصة، فإن تقنية (CIGS) تبشّر بعوائد كبيرة على من يفضلونها على رقائق السيليكون البلورية (c-Si).

كما تستند الشركات لغاية الآن على مستويات الكفاءة العالية التي بلغها السيليكون البلوري مقارنة بالرقائق الشمسية. وقد يكون هذا صحيحاً حتى أواخر العام 2013 عندما تفوقت تقنية الرقائق الشمسية في الكفاءة المخبرية على السيليكون متعدد البلورات. وتتضافر الجهود حالياً للعمل على نقل النتائج المخبرية إلى الإنتاج الفعلي. ولهذا، فإنه لم يعد من المفاجئ أن تشهد سوق القطاع اهتماماً كبيراً بتكنولوجيا الرقائق الشمسية.

كيف يمكن المقارنة بناءً على المواد الخام

تعتمد التكاليف التي يتم تكبدها لإنتاج الخلايا الشمسية على تكلفة المواد الخام بشكل كبير، وهذا بدوره يعطي أفضلية واضحة لتكنولوجيا الرقائق الشمسية. أضف إلى ذلك حقيقة أن كمية المواد المستخدمة تكون أقل عند إنتاج وحدات الرقائق الشمسية.

في الحقيقة لا يعد هذا السبب الوحيد وراء ازدياد انتشار تكنولوجيا الرقائق الشمسية، حيث أنه من المعروف جيداً أن أحد سمات السيليكون هي قدرته الجيدة على امتصاص الضوء ذي الطول الموجي القصير (كالأشعة الحمراء والأشعة تحت الحمراء) وذلك من مجمل الضوء الصادر من الشمس. وبذلك، فإنه يعد من الجوهري وجود فجوة مضطربة تتمثل بمدى الأطوال الموجية التي يتم استيعابها. ولهذا، يتطلب السيليكون ما مقداره 100 ميكرون من المواد الممتصة للضوء بينما تتطلب الرقائق الشمسية ميكروناً واحداً فقط.

ما نقوله هنا أن الرقائق الشمسية تمتص الأطوال الموجية الملائمة باستخدام مواد أقل بـ 100 مرة. ومما لا يعد مثيراً للدهشة أنه كلما زاد سعر المواد في هذا القطاع كلما زادت الرغبة في استخدام رقائق أقل سماكة. ويبدو هذا جلياً حينما نعلم بأن خلايا السيليكون الشمسية تستخدم رقائق سيليكون تعادل سماكة مبنى مكون من عشرة طوابق مقارنة بالرقائق الشمسية التي لا يتعدى سمكها ميكروناً واحداً.

كيف يمكن المقارنة بناءً على الطبقات

يستخدم الزجاج كطبقة في تصنيع الرقائق الشمسية والتي تعرف بكونها أقل تكلفة وأكثر طواعية للعمل مقارنة بالسيليكون. كما يكلف السيليكون عند استخدامه كطبقة عشرات أضعاف: أي ما قيمته 36 دولاراً لكل متر مربع مقابل 2.6 دولاراً لكل متر مربع من الزجاج.

يسهم استخدام الزجاج كطبقة حامله في التصنيع بإيجاد منتجات بدرجات غير مسبوقة. ولقد وسعت صناعة الألواح المسطحة، والتي تمكننا من مشاهدة التلفاز عالي الدقة بسعر معقول، أدوات معالجة الزجاج بطاقة انتاجية بلغت 50 ضعفاً على مدى العقود القليلة الماضية وأصبحت المعرفة الفنية في متناول يد كافة من يستخدمون طبقات الزجاج. ويعد هذا التوسع ضخماً من حيث تخفيض التكاليف غير المادية مثل الأيدي العاملة والنفقات العامة والاستهلاك.

بالإضافة إلى ذلك، تحتاج مصانع السيليكون لرأس مال مرتفع جداً ولتوفير ملدى “بولي سيليكون” والرقائق والخلايا الشمسية ناهيك عن مصانع الألواح الزجاجية التي تكلف ما قيمته 1.4 دولاراً أمريكيا لكل واط. على النقيض من ذلك، تتراوح تكلفة مصانع الرقائق الشمسية بين 0.5 – 1 دولار أمريكي لكل واط وأفضلية أقل في كثافة رأس المال- أقل بأربع مرات.

عوائد الاستثمار

في حين أنه من غير الممكن إبداء أية ملاحظات بشأن عوائد الاستثمار في الشركات الأخرى والوحدات الخاصة بها للخلايا الشمسية المصنعة من السيليكون البلّوري التقليدي (c-Si)، فإن العائد من الاستثمار في الطاقة المولدة من محطة الطاقة الكهروضوئية باستخدام وحدات الرقائق الشمسية التي تصنعها شركة “مانز” بتقنية رقائق النحاس والإنديوم والغاليوم واالسيلينيوم (CIGS) سيبلغ ما نسبته أكثر من 15% من معدل التوليد الداخلي: أي أن ما نسبته 40% إلى 50% من سعر التكلفة التناسبية للطاقة لتوليد طاقة تعادل تكلفة الوحدة نفسها.

وفي هذه الأثناء، ونحن نتكلم تحديدا عن منطقة الشرق الأوسط، فلقد أثبتت تقنية الرقائق الشمسية مدى ملاءمتها الإقليمية، كما وأظهرت هذه التقنية كفاءتها لإيجاد معامل درجة حرارة مميز حتى لو كان ذلك تحت أشعة الشمس الحارقة. ويثبت معامل درجة الحرارة الأقل لألواح (CIGS) بأن الطاقة الناتجة أفضل بكثير من وحدات الطاقة الشمسية البلورية، على الرغم من ارتفاع درجة حرارة الأرض.

وبناء على ما تم ذكره آنفا، فإن العامل المحدد لتكنولوجيا الرقائق الشمسية يبدو، وعلى نحو مألوف، أنه درجة الكفاءة مقارنة بتكنولوجيا الطاقة الشمسية البلورية، ولكن التطورات الجارية في عمليات التصنيع تساهم في ردم هذه الفجوة. وعلى وجه التحديد، ستكون كفاءة وحدات الرقائق الشمسية في حال إنتاجها بشكل ضخم بمستوى مماثل للخلايا الشمسية متعددة البلورات.

وفي الوقت نفسه، حقق مركز بحوث الطاقة الشمسية والهيدروجين بادن فوتمبورغ (ZSW) والشريك الحصري ل “مانز” الرقم القياسي العالمي لدرجة كفاءة تكنولوجيا طاقة الرقائق الشمسية بنسبة لم يسبق لها مثيل والبالغة 21.7%.، كما وأن الهدف الذي تصبو إليه تكنولوجيا الرقائق الشمسية هو ترجمة الكفاءة المثبتة مخبريا لتظهر في نسبة إنتاج ضخمة وهذا ليس ببعيد.