المزايا والعيوب: توليد الطاقة من الأغشية الرقيقة مقابل توليد الطاقة من السيليكون البلوري

تُعدّ الطاقة الشمسية حجر الزاوية في استراتيجيات الطاقة المتجددة العالمية. تعتمد الأغشية الرقيقة على خلايا خفيفة الوزن ومرنة، بينما يُعطي السيليكون البلوري الأولوية للكفاءة ولكنه يتطلب ألواحًا أكثر سمكًا. فيما يلي مقارنة مُفصّلة:

I. توليد الطاقة من الأغشية الرقيقة
المزايا:

1. كفاءة المواد والإنتاج

• يستخدم 1-5% من مادة أشباه الموصلات مقارنة بالسيليكون.

• تصنيع بسيط، واستهلاك أقل للطاقة، وإنتاج مستمر على مساحة كبيرة.

• الركائز: خيارات منخفضة التكلفة (الزجاج، الفولاذ المقاوم للصدأ، البوليمرات).

2. الابتكار التقني

• طرق متعددة: CIGS (سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم)، CdTe، السيليكون غير المتبلور.

• تتيح الوحدات المرنة إمكانية إنشاء تطبيقات جديدة (على سبيل المثال، الأسطح المنحنية، والأجهزة المحمولة).

3. الأداء في الظروف الحقيقية

• استجابة فائقة للضوء المنخفض (على سبيل المثال، الأيام الغائمة، الفجر/الغسق).

• فجوة أصغر بين الأجيال بين الأيام المشمسة/الغائمة مقابل السيليكون.

4. التطبيقات

• مثالي لمحطات الطاقة الصحراوية، وتكامل المباني (BIPV)، ومواقف السيارات الشمسية، و"منازل الشمس".

العيوب:

1. انخفاض الكفاءة

• متوسط ​​معدل التحويل: ~8% (مقارنة بمعدل السيليكون 17-26%).

2. التكاليف الأولية المرتفعة

• الاستثمار في المعدات/التكنولوجيا: أعلى من السيليكون بنحو 5 إلى 10 مرات.

3. تحديات العائد

• وحدات السيليكون غير المتبلورة/الميكروبلورية: ~60% إنتاج.

• CIGS (المستوى الأعلى): ~65% عائد (مقارنة بـ 95-98%) للسيليكون.

II. توليد الطاقة من السيليكون البلوري

المزايا:

1. كفاءة عالية

• الألواح التجارية: معدل التحويل 17-26% (أحادية البلورة > متعددة البلورات).

2. التكنولوجيا الناضجة

• عمليات مستقرة، وحاجة ضئيلة للترقيات المتكررة.

3. معدات عالية الإنتاجية وفعالة من حيث التكلفة

• العائد أحادي البلورة: >98%؛ متعدد البلورات: >95%.

• تلبي المعدات المحلية معظم احتياجات الإنتاج.

• التخفيف: تعمل العلامات التجارية عالية الجودة على تحسين الموثوقية.

العيوب:

1. مخاطر سلسلة التوريد

• تقلب أسعار البولي سيليكون (على سبيل المثال، 2021-2023: ارتفعت الأسعار بنسبة 300%).

2. التأثير البيئي

• الإنتاج كثيف الطاقة؛ البصمة الكربونية العالية.

• خطر التحولات في السياسات (على سبيل المثال، الضرائب على الكربون).

3. القيود المادية

• إن الألواح الصلبة والثقيلة تحد من مرونة التركيب.

المقارنة الفنية الرئيسية

الخلاصة: المقايضات الحرجة

• تتميز الأغشية الرقيقة بمرونتها وأدائها في ظروف الإضاءة المنخفضة وجمالها، لكنها تتخلف في الكفاءة والإنتاجية. مثالية لـ: دمج المباني، والمشاريع محدودة المساحة، والبيئات القاسية.

• يتميز السيليكون البلوري بالكفاءة والموثوقية، ولكنه يعاني من التدهور والصلابة. مثالي للمزارع الكبيرة، والمناطق ذات أشعة الشمس المباشرة، والمشاريع منخفضة التكلفة.

القيمة على المدى الطويل: على الرغم من أن الأغشية الرقيقة لها تكاليف أولية أعلى، فإن تدهورها القريب من الصفر (مقارنة بخسارة السيليكون بنسبة 10-20% على مدى 25 عامًا) قد يوفر عائد استثمار أعلى طوال العمر في التطبيقات التي تعطي الأولوية للمتانة على الكفاءة القصوى.

مصادر البيانات: المختبر الوطني للطاقة المتجددة، الوكالة الدولية للطاقة المتجددة، مواقع الطاقة المتجددة في الاتحاد الأوروبي، معهد بيكريل.