الوحدات الشمسية: تكنولوجيا الخلايا الشمسية PERC مقابل TOPCon

على الرغم من أن أول خلية شمسية تم تطويرها في الولايات المتحدة الأمريكية عام 1954 كانت من النوع N، إلا أن الخلية من النوع P أصبحت شائعة في السنوات التالية. والسبب في ذلك هو أنه في الأيام الأولى تم استخدام الوحدات بشكل أساسي في السفر إلى الفضاء، حيث أثبتت أنها أكثر مرونة. في السنوات الأخيرة فقط، بدأ مصنعو الخلايا الشمسية في إعادة التفكير في نهجهم، والذي يرجع إلى الأداء الأفضل للخلايا من النوع N. والسبب الرئيسي لذلك هو العمر الأطول لهذه الخلايا، لأنها، على عكس النوع P، ليست مهددة بـ "عيب البورون والأكسجين". وهذا يؤدي إلى انخفاض الكفاءة مع زيادة وقت التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، فإن الخلايا الشمسية من النوع N أقل عرضة للتلوث المعدني بالسيليكون.

في التكنولوجيا الكهروضوئية، حتى أصغر التناقضات في التركيب الكيميائي تكون مسؤولة عن اختلافات كبيرة في الكفاءة والتوزيع الاقتصادي. ويمكن ملاحظة ذلك، على سبيل المثال، عند مقارنة الخلايا الشمسية من النوع P والنوع N. ويختلف كلاهما من حيث بنية الخلايا، حيث تعتمد الخلايا الشمسية من النوع P على قاعدة من السيليكون مشحونة بشكل إيجابي. في المقابل، تم تصميم الخلايا الشمسية من النوع N في الاتجاه المعاكس، لأن الجانب السلبي المخدر يعمل كقاعدة للخلية الشمسية.

ومع ذلك، فإن إنتاج الخلايا الشمسية من النوع N يعد حاليًا أكثر تكلفة، وذلك بسبب التركيز المستمر منذ عقود على الخلايا من النوع P. وقد أدى إنتاجها إلى تحقيق وفورات الحجم في سلسلة القيمة، والتي يجب أن يتم بناؤها أولاً في إنتاج النوع N. بالإضافة إلى ذلك، هناك حاجة إلى خطوات إضافية في إنتاج وحدات الطاقة الشمسية من النوع N، مما يزيد من التكاليف. ومع ذلك، نظرًا لكفاءتها العالية، فإن حصة النوع N تتزايد باستمرار ولن تكون سوى مسألة وقت قبل أن تحل محل النوع P باعتبارها تكنولوجيا الخلايا الشمسية المهيمنة.

يمكن رؤية تنافس مماثل بين نوعين من الخلايا عند مقارنة تقنيات الخلايا الشمسية PERC (الباعث السلبي والخلية الخلفية) وTOPCon (الاتصال النفقي بأكسيد النفق)، والتي أحدثت ضجة مؤخرًا.

تعمل وحدات PERC على زيادة كفاءة الوحدات الكهروضوئية لأنها تحول الضوء الساقط بشكل أفضل إلى طاقة. يفعلون ذلك عن طريق عكس جزء الضوء الذي يصل إلى الجزء الخلفي من الخلية مرة أخرى إلى الخلية. أصبح هذا ممكنًا من خلال طبقة مطبقة على الجزء الخلفي من الوحدة، وهو ما يسمى بالتخميل الخلفي. تبلغ الكفاءة المتزايدة لخلايا PERC مقارنة بالوحدات التقليدية 1%، مما يساعد بدوره على تقليل تكاليف الإنتاج لكل كيلوواط مكتسب.

من أجل تحقيق أكبر قدر ممكن من الكفاءة، يتم استخدام الرقائق الأحادية بشكل رئيسي في خلايا PERC. لقد شهد نوع الخلية الشمسية تطورًا هائلاً في السنوات الأخيرة. وقد أدت الكفاءة المتزايدة إلى استبدال خلايا Al BSF التقليدية بالكامل تقريبًا في مجال الأنظمة الكهروضوئية الاحترافية. خلايا PERC ليست جديدة على الإطلاق، حيث تم ذكر مبدأها لأول مرة في عام 1983 من قبل الجامعة الأسترالية في نيو ساوث ويلز. ومع ذلك، فإن عمليات الإنتاج المحسنة بشكل مطرد فقط تعني أنه يمكن استغلال قيمة التكنولوجيا بالكامل في الإنتاج الضخم.

ومع ذلك، فإن تقنية PERC لا تخلو من المشاكل. وهذا يجعلها أكثر حساسية للتدهور الناجم عن الضوء من الخلايا التقليدية. يؤدي تأثير LID هذا إلى فقدان الخلايا الشمسية للطاقة بعد أول اتصال لها بالضوء. كما أن خطر التدهور الناجم عن ذلك أعلى أيضًا. يمكن أن يكون لخلل PID عواقب بعيدة المدى لأنه يمكن أن يقلل بشكل كبير من أداء الأنظمة الكهروضوئية بأكملها. ولذلك يجب على المستثمرين إيلاء اهتمام خاص لحقيقة أن خلايا PERC قد تم اعتمادها لمقاومة PID وفقًا للمواصفة IEC TS 62804.

النجم الصاعد في مجال الخلايا الشمسية هو تقنية TOPCon التي تم تطويرها في Fraunhofer ISE في فرايبورغ. يمكن أن تكون هذه الخلايا أحادية الوجه وثنائية الوجه، وعلى النقيض من PERC، تعتمد بشكل أساسي على الرقاقات من النوع N. لديهم إمكانات كفاءة أعلى مقارنة بـ PERC. في العام الماضي، أظهرت الشركة المصنعة الصينية جينكو سولار مدى ارتفاع هذا المستوى عندما قدمت وحدة TOPCon الشمسية أحادية البلورية ثنائية الجانب من النوع N بكفاءة تصل إلى 23.53%. حققت وحدة TOPCon التي قدمتها Longi Solar في عام 2021 أداءً أعلى. ومع خلية TOPCon من النوع P، تم تحقيق كفاءة بنسبة 25.19%، مسجلاً رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا للكفاءة لهذه التقنية. ونظراً للتقدم السريع، فلن يكون الأمر سوى مسألة وقت قبل أن يتم تحطيم هذا الرقم القياسي. يجب أن يضمن البحث المكثف حول الوحدات عدم وجود نهاية في الأفق للتطوير.

على الرغم من صعوبة التغلب على أداء الخلايا الشمسية TOPCon، إلا أن تقنية PERC لا تزال تهيمن على السوق. ومن المحتمل أن يستمر هذا الأمر لفترة من الوقت بسبب زيادة كفاءة الخلايا وفي نفس الوقت انخفاض تكاليف الإنتاج.

ومع ذلك، فإن خلايا TOPCon آخذة في الارتفاع بسبب كفاءتها العالية للغاية. لا تزال تكاليف الإنتاج المرتفعة تتحدث ضد هذا النوع من الطاقة الكهروضوئية. ومع ذلك، مع بدء الإنتاج الضخم، من المتوقع هنا أيضًا تحقيق وفورات كبيرة في الحجم، مما يضمن تطور وحدات TOPCon في ألمانيا إلى منافسة جدية على تقنية PERC. ويؤكد الباحثون في Fraunhofer-ISE هذا أيضًا. ومع ذلك، وفقًا لهم، بالإضافة إلى انخفاض تكاليف التصنيع، فإن زيادة إنتاج الإنتاج إلى مستوى خلايا PERC ضرورية لدعم الجدوى الاقتصادية لوحدات TOPCon.

وفقًا لنتائج العلماء، تولد تقنية TOPCon زيادة إجمالية في تكاليف الخلايا الشمسية بنسبة 13.5 إلى 18.6% وتكاليف إجمالية للوحدة بنسبة 3.6 إلى 5.5% مقارنةً بـ PERC للأنظمة الكهروضوئية المثبتة على الأرض بإنتاج 5 ميجاوات. ومع ذلك، ذكر الباحثون في Fraunhofer ISE أن زيادة كفاءة الخلايا بنسبة 0.4 إلى 0.55% للخلايا الشمسية TOPCon مقارنةً بالخلايا p-PERC ثنائية الجانب تجعل الإنتاج على نطاق واسع فعالاً من حيث التكلفة ممكنًا.

بغض النظر عما إذا تم استخدام الخلايا الشمسية من النوع N أو النوع P، هناك طريقة لزيادة كفاءة الوحدات الشمسية بشكل كبير. هذه هي التكنولوجيا ثنائية الوجه. وعلى النقيض من الخلية الشمسية أحادية الوجه، التي تولد الكهرباء الكهروضوئية فقط من خلال إضاءة الجزء العلوي، فإن الخلية الشمسية ثنائية الوجه مصممة بحيث يمكنها توليد الكهرباء من الأعلى والأسفل. الزيادة في استخدام الضوء التي تم تحقيقها بهذه الطريقة تزيد بشكل كبير من كفاءة الوحدة.

وبطبيعة الحال، فإن الكفاءة في الجزء السفلي ليست كبيرة كما هي في الجزء العلوي، والتي تكون موجهة نحو ضوء الشمس. ومع ذلك، يمكن أن تزيد الكفاءة بنسبة تزيد عن 19% بسبب الإشعاع الموجود على الجانب السفلي، اعتمادًا على الموقع والبعد عن الأرض والظروف الخارجية. وهذا يعني أنه يمكن زيادة قدرة النظام بأكمله بما يتراوح بين 10 و30. على سبيل المثال، يزداد أداء الوحدة التي كانت توفر 290 واطًا في السابق إلى 320 إلى 360 واطًا.

عند تركيب الأنظمة ثنائية الجانب، يجب الحرص على التأكد من تركيبها على مسافة كافية من السطح الموجود أسفلها للسماح بإشعاع إضافي. يجب أن يكون الحد الأدنى للمسافة 40 سم على الأقل للأسطح العاكسة الضعيفة إلى المتوسطة مثل السقف المبلط أو العشب. ومع ذلك، بالنسبة للأسطح شديدة الانعكاس (مثل الثلج)، يجب أن تكون المسافة إلى الأرض أكبر من 1.5 متر.

مناسب ل:

• وحدات الطاقة الشمسية ثنائية الجانب والزجاج الشفاف/الزجاج المزدوج مثالية للخلايا الكهروضوئية الزراعية وأنظمة المساحات المفتوحة والمرائب الشمسية والأسوار الشمسية

كل شيء من مصدر واحد، مصمم خصيصًا لحلول الطاقة الشمسية لمناطق وقوف السيارات الكبيرة. يمكنك إعادة التمويل أو التمويل المضاد في المستقبل من خلال توليد الكهرباء الخاص بك.

النصائح والحلول تجدها هنا 👈🏻

المشورة والتخطيط بما في ذلك تقدير التكلفة غير الملزم. نحن نجمعك مع شركاء كهروضوئيين أقوياء.

النصائح والحلول تجدها هنا 👈🏻

نحن متمركزون في مناطق مختلفة في البلدان الناطقة باللغة الألمانية. لدينا شركاء موثوقون يقدمون لك النصائح وينفذون رغباتك.

تواصل معنا 👈🏻