الوضع الحالي لتكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية العالمية
أصبح تطوير الطاقة المتجددة أولوية عالمية في مواجهة التحول الطاقي ومكافحة تغير المناخ. ومن بين تقنيات الطاقة المتجددة، شهد توليد الطاقة الكهروضوئية نموًا سريعًا في السنوات الأخيرة، وبرز كمصدر طاقة نظيف ومنخفض الكربون وتنافسي من حيث التكلفة في العديد من البلدان. ففي عام 2020 وحده، أضاف العالم 127 جيجاواط من قدرة الطاقة الكهروضوئية الجديدة، ليصل إجمالي القدرة المركبة إلى 707 جيجاواط.
تهيمن الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري، بينما تكتسب التقنيات الناشئة زخماً.
تُصنّف الخلايا الكهروضوئية، وهي المكوّن الأساسي لصناعة الطاقة الشمسية، بحسب المواد والعمليات المستخدمة، إلى أنواع مثل خلايا السيليكون البلوري، والخلايا الرقيقة، وخلايا البيروفسكايت، والخلايا العضوية. ولا تزال خلايا السيليكون البلوري، المعروفة بكفاءتها العالية في تحويل الطاقة، ووفرة المواد الخام، وسلامتها البيئية، هي التقنية السائدة في الإنتاج على نطاق واسع.
أدى الانتشار الواسع لتقنية PERC (الخلايا ذات الباعث الخلفي المُخَمَّل) إلى تعزيز كفاءة خلايا السيليكون البلوري بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة. وفي الوقت نفسه، أصبحت التقنيات الناشئة، مثل خلايا البيروفسكايت، موضوعًا بحثيًا هامًا على مستوى العالم. تحقق هذه الخلايا كفاءات تحويل في المختبرات تُضاهي كفاءة السيليكون البلوري، ومع أن تصنيعها على نطاق صناعي يتقدم، إلا أن هناك تحديات لا تزال قائمة في التوسع وضمان استقرارها على المدى الطويل.
أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المحسّنة وتطبيقاتها المتنوعة.
تشهد أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية تطوراً ملحوظاً من حيث الدقة وقابلية التوسع. وقد تجاوز اعتماد أنظمة 1500 فولت معيار 1000 فولت السابق، مما يُحسّن سلامة الشبكة وموثوقيتها، ويرفع من جودة توليد الطاقة. وتتوسع التطبيقات المتكاملة، مثل "الطاقة الشمسية الكهروضوئية + الزراعة" و"الطاقة الشمسية الكهروضوئية + تربية الأحياء المائية" و"الطاقة الشمسية الكهروضوئية + الهندسة المعمارية"، في نطاقها. كما تُسهم ابتكارات مثل الشبكات الصغيرة والشبكات الذكية في دمج الطاقة الشمسية الكهروضوئية بشكل أكبر مع البنية التحتية التقليدية للكهرباء.
اتجاهات تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية العالمية
تُسرّع الدول في جميع أنحاء العالم وتيرة الابتكار في سلسلة قيمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية كخطوة استراتيجية لتعزيز الصناعات الناشئة. وتركز الجهود على تطوير المواد والتصنيع وتطبيقات الأنظمة لخفض التكاليف وتعزيز القدرة التنافسية.
تتطور المكونات الأساسية للخلايا الكهروضوئية نحو كفاءة أعلى وتكاليف أقل.
ستستمر خلايا السيليكون البلوري، بفضل بنيتها الصناعية الراسخة، في الهيمنة على الإنتاج. وستركز التحسينات المستقبلية على رفع كفاءة التحويل، وتقليل استهلاك المواد والطاقة، وخفض تكاليف التصنيع. وتمثل تقنيات مثل خلايا البيروفسكايت والخلايا الشمسية الترادفية أفقًا جديدًا، مع استثمارات ضخمة تهدف إلى تحسين أداء الأجهزة واستقرارها. وبمجرد حل مشكلات التطبيق واسع النطاق والموثوقية، يُتوقع أن تُعيد خلايا البيروفسكايت تشكيل مشهد سوق الخلايا الكهروضوئية.
توسيع نطاق استخدامات تقنية الخلايا الكهروضوئية.
تعمل الدول على تكييف تطبيقات الطاقة الشمسية الكهروضوئية مع ظروفها الخاصة، وتشجع على تطوير تقنيات مثل الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني، والمزارع الشمسية العائمة، والزراعة المتكاملة مع الطاقة الشمسية، ومواقف السيارات الشمسية. وتركز الأبحاث ذات الصلة على المنتجات المتخصصة، وتقنيات التحكم المتكاملة، والتكامل التشغيلي لتعزيز التنوع والأداء.
تطوير تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية في الصين
خلال فترة الخطة الخمسية الثالثة عشرة، شهدت تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية في الصين تقدماً ملحوظاً، مدفوعةً بالتوسع الصناعي السريع. وقد حققت المكونات الرئيسية، مثل الخلايا والوحدات الكهروضوئية، قدرات إنتاجية رائدة عالمياً، بينما اتجهت معدات التصنيع نحو التوطين الكامل. كما ساهم دمج التقنيات الذكية في أنظمة الخلايا الكهروضوئية في تحسين الأداء بشكل أكبر.
تقنيات الخلايا والوحدات الكهروضوئية ذات المستوى العالمي.
بحلول نهاية الخطة الخمسية الثالثة عشرة، انتقلت الصين من الخلايا التقليدية متعددة البلورات ذات الغطاء الخلفي المصنوع من الألومنيوم إلى خلايا PERC أحادية البلورة المتطورة. وارتفع متوسط كفاءة تحويل الطاقة في خلايا السيليكون البلوري من 18.5% في بداية الفترة إلى 22.8%، مما يعكس قفزة نوعية في تكنولوجيا الإنتاج.
تشهد التقنيات الناشئة، مثل تقنية TOPCon (التلامس المُخَمَّل بأكسيد النفق)، وتقنية HJT (الوصلة غير المتجانسة)، وتقنية IBC (التلامس الخلفي المتشابك)، انتشارًا صناعيًا متزايدًا، حيث تُحقق الشركات الصينية باستمرار أرقامًا قياسية عالمية في كفاءة الإنتاج. وبالمثل، مكّنت التطورات في تقنية البيروفسكايت الباحثين الصينيين من منافسة الشركات العالمية الرائدة في سجلات كفاءة المختبرات، مع استمرار التقدم نحو التسويق التجاري.
معدات تصنيع محلية ومتطورة.
شهدت معدات تصنيع الخلايا الكهروضوئية في الصين تحولاً من الإنتاج منخفض التكلفة إلى الإنتاج عالي الجودة. ويساهم التخصيص العالي والأتمتة والرقمنة في تحويل هذا القطاع إلى قوة تصنيعية ذكية. وتُنتج المكونات الرئيسية، مثل رقائق السيليكون متعدد البلورات والخلايا والوحدات، الآن بشكل أساسي باستخدام التكنولوجيا المحلية.
أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أكثر ذكاءً وكفاءة.
تساهم التقنيات الحديثة، بما في ذلك أنظمة التتبع وتصاميم 1500 فولت، في زيادة إنتاج الطاقة لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. كما تُستخدم الروبوتات الذكية والطائرات المسيّرة وتحليلات البيانات الضخمة وتقنيات الاتصالات المتقدمة على نطاق واسع في تشغيل وصيانة هذه الأنظمة، مما يعزز الأداء بشكل أكبر.
اتجاهات تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية في الصين
باعتبارها أكبر سوق للخلايا الكهروضوئية في العالم، تلعب الصين دوراً محورياً في تطوير وتطبيق تقنيات الطاقة الشمسية الجديدة. وتطمح البلاد مستقبلاً إلى قيادة الابتكار العالمي في تقنيات الخلايا الكهروضوئية الصناعية.
كفاءة أعلى للخلايا الكهروضوئية.
ستحافظ خلايا السيليكون البلورية على هيمنتها، مع استمرار تطور تقنية PERC. ومن المتوقع أن تصبح خلايا السيليكون البلورية من النوع N، التي تستخدم تقنية TOPCon أو HJT، الخيار السائد التالي بمجرد أن تتحسن كفاءتها من حيث التكلفة. وستساهم الخلايا عالية الأداء، مثل خلايا البيروفسكايت والخلايا الترادفية، في تحقيق مزيد من الإنجازات في الكفاءة مع تقدم التصنيع.
وحدات محسّنة ذات أولويات مزدوجة: الكفاءة والموثوقية.
ستشهد تقنيات مثل الخلايا النصفية، والوحدات المتداخلة، والوحدات متعددة الموصلات انتشارًا أوسع. ومن المتوقع أن تصبح الوحدات ثنائية الوجه، التي توفر قدرة توليد طاقة أعلى، شائعة الاستخدام، مدعومة بمواد وتقنيات تغليف جديدة تُحسّن المتانة.
أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أكثر ذكاءً وتنوعاً.
ستتطور أجهزة تحويل الطاقة نحو قدرات طاقة أعلى، وعمليات تشغيل ذكية، وتكامل سلس مع أنظمة تخزين الطاقة. وستتيح الابتكارات في مجال أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المدمجة في المباني وغيرها من التطبيقات الجديدة فرصًا إضافية لتطوير هذه الأنظمة، مما يزيد من إمكاناتها في مختلف السيناريوهات.
