توقعات بسيطرة ألواح (N-type) على سوق الألواح الشمسية خلال خمس سنوات

بدأ استخدام خلايا ألواح (N-type) تجارياً حوالي عام 2012، وشهدت تقنية البيرك ارتفاعاً ملحوظاً في حصتها السوقية على حساب تقنية طبقة الحقل الخلفي (بالإنجليزية: Back Surface Field، واختصاراً: BS)، تُعد خلايا البيرك حاليًا التقنية الأكثر انتشارًا في تصنيع خلايا السيليكون، حيث بلغت حصتها السوقية حوالي 80% في عام 2021.

 توفر الألواح المصنّعة باستخدام خلايا البيرك كفاءة تصل إلى نحو 21%، ومن المتوقع أن تصل هذه النسبة إلى 22.5% خلال العقد المقبل، ومع ذلك، ترى العديد من الشركات أن هذه التقنية قد اقتربت من حدودها النظرية من حيث الكفاءة، وأن تحقيق تحسينات إضافية يتطلب استثمارات مرتفعة، مما دفعها للبحث عن تقنيات بديلة تحقق كفاءة أعلى بتكاليف اقتصادية.

تكنولوجيا نوع ألواح  (N-type)

تكنولوجيا نوع ألواح  “N” (N-type) تشمل أربع تقنيات رئيسية تهدف إلى تحسين كفاءة الخلايا الشمسية الكهروضوئية:

1. تقنية البيرت (بالإنجليزية: Passivated Emitter Rear Totally Diffused، واختصاراً: PERT).
2. تقنية الاتصال الخلفي المتكامل (بالإنجليزية: Integrated Back Contact، واختصاراً: IBC).
3. تقنية التوب كون (بالإنجليزية: Tunnel Oxide Passivated Contact، واختصاراً: TOPCON).
4. تقنية الخلايا غير المتجانسة (بالإنجليزية: Heterojunction، واختصاراً: HJT).

بسبب القيود المتعلقة بكفاءة تقنية البيرت (PERT) التي تصل إلى مستويات مشابهة لتقنية البيرك (PERC) التقليدية، بالإضافة إلى تعقيد عمليات التصنيع والتكاليف المرتفعة المرتبطة بتقنية الاتصال الخلفي المتكامل (IBC)، من المتوقع أن تتركز المنافسة على الحصة السوقية لتقنية البيرك بين تقنيتي التوب كون (TOPCON) والخلايا غير المتجانسة (HJT).

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

من المتوقع أن تشهد السنوات القادمة تنافساً شديداً بين تقنية خلايا التوب كون (TOPCON) وتقنية الخلايا غير المتجانسة (HJT)، نظراً لما تقدمه كل تقنية من ميزات تنافسية في مجال الخلايا الشمسية الكهروضوئية، وبناءً على ذلك، قررنا في هذا المقال تسليط الضوء على مقارنة شاملة بين هاتين التقنيتين الرائدتين. 

ستتناول المقارنة الجوانب التصنيعية لكل تقنية، بالإضافة إلى مستوى الأداء والكفاءة، وتأثير الاعتماد على كل منهما في تحسين إنتاجية مشاريع الطاقة الشمسية، تم إعداد هذه المقارنة بأسلوب مبسط لتوضيح الفروقات الرئيسية دون التعمق في التفاصيل الفنية الدقيقة، مما يتيح للقارئ فهم الصورة الكاملة لهذه المنافسة التقنية.

من الناحية التصنيعية

• تتميز خلايا التوب كون (TOPCON) بإمكانية ترقية خطوط الإنتاج الخاصة بخلايا البيرك (PERC) لإنتاجها بسهولة وبكفاءة اقتصادية، نظرًا لتشابه العديد من خطوات التصنيع بين التقنيتين، في المقابل، يتطلب إنتاج خلايا غير المتجانسة (HJT) إنشاء خطوط إنتاج جديدة تمامًا.
• لذلك، نجد أن الشركات العمودية (Vertical Manufacturers) التي تمتلك بالفعل خطوط إنتاج بتقنية البيرك (PERC) تفضل التحول إلى تقنية التوب كون (TOPCON)، للاستفادة من بنيتها التحتية الحالية لأطول فترة ممكنة، أما المصانع الجديدة، فتتجه نحو تقنية الخلايا غير المتجانسة (HJT)، وذلك لتحقيق ميزة تنافسية في السوق مقارنة بمصانع الألواح الكبرى، ولعدم وجود خطوط إنتاج سابقة يمكن ترقيتها لتقنية التوب كون (TOPCON).
• وعلى الرغم من أن عملية تصنيع خلايا غير المتجانسة (HJT) تعد أبسط من حيث عدد الخطوات، حيث تتطلب أربع خطوات رئيسية فقط مقارنة بتسع خطوات لإنتاج خلايا التوب كون (TOPCON) وسبع خطوات لتقنية البيرك (PERC)، إلا أنها تتطلب دقة عالية واهتماماً أكبر خلال التصنيع، هذا الحرص الإضافي يؤدي إلى زيادة في الوقت والتكاليف اللازمة لإتمام عملية الإنتاج.

من ناحية الأداء

تتفوق خلايا التوب كون (TOPCON) والخلايا غير المتجانسة (Heterojunction) على خلايا البيرك (PERC) من عدة جوانب تتعلق بالأداء:

1. معامل درجة الحرارة الخاص بقدرة اللوح (Power Temperature Coefficient)
   تتميز خلايا تكنولوجيا ألواح  (N-type) بمعامل درجة حرارة منخفض مقارنة بخلايا البيرك (PERC)، مما يجعلها أكثر كفاءة في الظروف ذات الحرارة المرتفعة.
2. الانخفاض الناتج عن التعرض لأشعة الشمس (Light-induced Degradation – LID)
   تمتاز خلايا ألواح  (N-type) بانخفاض شبه معدوم في الأداء بسبب التعرض لأشعة الشمس (LID)، حيث يبلغ الانخفاض الإجمالي للقدرة في السنة الأولى 1% فقط، مقارنة بـ 2% لألواح البيرك (PERC).
3. انخفاض القدرة السنوي (Annual Degradation)
   تسجل خلايا و ألواح (N-type) معدل انخفاض سنوي في القدرة يتراوح بين -0.2% و-0.4%، بينما يصل معدل الانخفاض السنوي لخلايا البيرك (PERC) إلى -0.45% و-0.55%.
4. الكفاءة (Efficiency)
   السبب الرئيسي للتوجه نحو خلايا تكنولوجيا (N-type) هو تحقيق كفاءة أعلى. حاليًا، تتراوح كفاءة ألواح (N-type) بين 21.8% و22.5%، بينما تبلغ الكفاءة القصوى لألواح البيرك (PERC) 21.7% فقط.

هذا التفوق يجعل خلايا (N-type) خيارًا أكثر جاذبية للمشاريع التي تتطلب أداءً عاليًا وكفاءة طويلة الأمد.

الجدوى الاقتصادية

تتميز ألواح تكنولوجيا ألواح  (N-type)، سواء بتقنية التوب كون (TOPCON) أو الخلايا غير المتجانسة (HJT)، بتكلفة أعلى مقارنة بألواح تكنولوجيا النوع (P-type)، حيث يزيد سعر ألواح التوب كون (TOPCON) عن ألواح البيرك (PERC) بمقدار يتراوح بين 0.015 و0.025 دولار أمريكي لكل واط، في حين أن سعر ألواح الخلايا غير المتجانسة (HJT) يزيد بمقدار يتراوح بين 0.04 و0.06 دولار أمريكي لكل واط.

لذلك، لتقييم الجدوى الاقتصادية لاستخدام هذه الألواح، يجب التركيز على احتساب التكلفة المستوية للطاقة (Levelized Cost of Energy – LCOE) عند استخدام ألواح (N-type) ومقارنتها بالتكلفة المستوية للطاقة للألواح التقليدية بتقنية البيرك (PERC)، هذا التحليل يساعد في تحديد الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة على المدى الطويل.

الإنتاجية الإضافية

يعتمد الفرق في الإنتاجية بين ألواح تكنولوجيا النوع (P-type) وألواح تكنولوجيا ألواح  (N-type) على عدة عوامل رئيسية:

1. موقع تركيب المشروع
   في المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة، تصبح ألواح (N-type) أكثر جدوى بالمقارنة مع ألواح البيرك (PERC)، نظرًا لأن ألواح (N-type) تتميز بمعاملات درجة حرارة منخفضة تؤثر إيجابيًا على الأداء.
2. الإنتاجية الإضافية للألواح ثنائية الأوجه (Bifacial)
   عندما تكون الظروف مثالية لتشغيل الأنظمة ثنائية الأوجه، يزداد الجدوى الاقتصادية لاستخدام ألواح (N-type)، لأنها تتميز بمعامل ثنائية الأوجه (Bifaciality Factor) أعلى مقارنة بألواح البيرك التقليدية.
3. انخفاض القدرة
   تتميز ألواح (N-type) بانخفاض سنوي في القدرة (Annual Degradation) وأيضًا بانخفاض قدرة أقل في السنة الأولى (First Year Degradation) مقارنة بألواح البيرك. هذا العامل يجب أن يؤخذ في الاعتبار عند دراسة الإنتاجية الكهربائية.

من خلال هذه العوامل الثلاثة، يمكن استنتاج أن تكنولوجيا (N-type) تعد خيارًا مثاليًا في المناطق الحارة ذات الإشعاع الشمسي العالي، كما أن استخدامها يظهر بوضوح جدواها الاقتصادية في المشاريع الكبيرة على مستوى المرافق (Utility Scale Projects) التي تعتمد على الألواح ثنائية الأوجه مع متتبعات شمسية ذات اتجاه واحد (Single Axis PV Trackers).

مستقبل تكنولوجيا ألواح  (N-type)

تتوقع جمعية الصناعة الكهروضوئية الصينية (CPIA) أن تشهد الحصة السوقية لتكنولوجيا النوع (N-type) زيادة ملحوظة خلال السنوات القليلة المقبلة، وأن تصبح هي التقنية السائدة في تصنيع الألواح الكهروضوئية، لتحل محل تقنية البيرك (PERC) خلال خمس سنوات. وتعتمد الزيادة في حصة ألواح تكنولوجيا ألواح (N-type) على حساب تكنولوجيا (P-type) بشكل أساسي على عاملين رئيسيين:

1. انخفاض كلف إنتاج ألواح (N-type).
2. وجود فارق كفاءة واضح بين ألواح (N-type) وألواح (P-type).

في الختام، يتضح أن تكنولوجيا ألواح (N-type) الكهروضوئية تمثل مستقبل الطاقة الشمسية بفضل مزاياها الكبيرة من حيث الكفاءة المنخفضة في معامل درجة الحرارة، وقلة الانخفاض السنوي في القدرة، وتقنيات التصنيع الأكثر بساطة. ورغم أن تكنولوجيا (PERC) لا تزال تهيمن على السوق حاليًا، إلا أن التوقعات تشير إلى أن تكنولوجيا (N-type) ستكتسب حصة سوقية أكبر في السنوات المقبلة، لتصبح الخيار المفضل في تصنيع الألواح الكهروضوئية، خاصة مع انخفاض تكاليف الإنتاج والفارق الواضح في الكفاءة. هذه التطورات تؤكد على أهمية الابتكار المستمر في قطاع الطاقة الشمسية، مما يعزز من جدوى تكنولوجيا (N-type) لمشاريع الطاقة الشمسية الكبيرة، ويساهم في دفع عجلة التحول نحو الطاقة المتجددة بشكل أكثر كفاءة واستدامة.