أفضل الخلايا الشمسية.. هل تتحكم الألوان في الكفاءة؟ (صور)

يتوقف اختيار أفضل الخلايا الشمسية على عدة عوامل تتعلق بالجمالية والمظهر والكفاءة والتكلفة والمساحة المخصصة للتركيب، ويمثّل هذا الاختيار خطوة مهمة في مرحلة التخطيط لتركيب نظام الطاقة الشمسية في المسكن أو مقر العمل.

ويهدف استعراض أوجه التشابه والاختلاف بين نوعي ألواح الخلايا الشمسية إلى المساعدة في اتخاذ قرار مبني على المعرفة قبل انتقاء أنسب الألواح الشمسية وأفضلها.

ونشر موقع إيكو ووتش، المعني بالشؤون البيئية، قبل أيام، مقالًا بعنوان "أيهما أفضل: الخلايا الشمسية أحادية البلورة أو متعددة البلورات؟" لاستشاري الطاقة الشمسية المهندس ليوناردو ديفيد، استعرض فيه مزايا هذين النوعين وعيوبهما، وكذلك التعرف على أفضل ألواح الطاقة الشمسية.

أنواع الخلايا الشمسية

تُعدّ الألواح الشمسية أحادية البلورة ومتعددة البلورات النوعين الأكثر شيوعًا بين مستقبلات الطاقة الشمسية.

ويعمل كلا النوعين باستخدام الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون، وهي المادة نفسها المستخدمة في رقائق الأدوات الإلكترونية.

ويكمن الفرق بين الخلايا الشمسية أحادية البلورة والخلايا الشمسية متعددة البلورات في تكوين مادة السيليكون.

وتُعرَّف الألواح الشمسية أحادية البلورة بأنها كل خلية شمسية كهروضوئية مصنوعة من بلورة سيليكون واحدة، ويُشار إليها أحيانًا باسم "الألواح الشمسية أحادية البلورة".

أمّا الألواح أو الخلايا الشمسية متعددة البلورات فهي كل خلية كهروضوئية تتكوّن من عدة قطع "كسر" بلورية من السيليكون تُدمج معًا في أثناء التصنيع، وتسمى "الألواح متعددة البلورات".

ويؤدي كلا النوعين من الألواح الشمسية الغرض والوظيفة نفسها، وهي تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.

وتؤثّر بنية السيليكون البلوري للخلايا الشمسية الفردية على أدائها ومظهرها، إذ يمكن تحديد نوع اللوحة بمجرد ملاحظة شكل خلاياها الشمسية ولونها، حسبما نشر موقع إيكو ووتش المعني بالشؤون البيئية.

الخلايا الشمسية أحادية البلورة

تتميّز الألواح الشمسية أحادية البلورة بخلاياها الكهروضوئية السوداء ذات الحواف المستديرة، وتتمتع بكفاءة تحويل أعلى من الألواح متعددة البلورات، ما يعني أنها تنتج كمية أكبر من الكهرباء.

وتُعدّ الألواح أحادية البلورة أفضل ألواح الطاقة الشمسية، نظرًا إلى أنها أكثر إنتاجية لكل قدم مربعة، عند الرغبة في تركيب نظام الطاقة الشمسية في مساحة محدودة. وعلى الرغم من كفاءتها العالية فإنها -أيضًا- الأغلى تكلفة، نظرًا إلى أن عملية تصنيع خلايا السيليكون أحادية البلورة أكثر تعقيدًا.

الخلايا الشمسية متعددة البلورات

تحتوي الألواح الشمسية متعددة البلورات على خلايا كهروضوئية زرقاء اللون ذات حواف مستقيمة، وتتميز بكفاءة أقل مقارنة بالخلايا أحادية البلورة، ما يعني أن هناك حاجة إلى المزيد من الألواح للوصول إلى ناتج الكهرباء نفسه.

• توقعات باستمرار ارتفاع أسعار الخلايا الشمسية في 2022
• فيرست سولار تبدأ تنفيذ أكبر مجمع لصناعة الألواح الشمسية في أوهايو
• أميركا.. مشروعات الطاقة الشمسية السكنية تتجاوز تداعيات كورونا

ونظرًا إلى أن عملية تصنيعها أبسط، تُعدّ الألواح متعددة البلورات من أفضل ألواح الطاقة الشمسية، لأنها أقلّ ثَمَنًا، وتتميز بأنها متينة للغاية، إلا أن عمرها التشغيلي أقل نسبيًا من عمر الألواح أحادية البلورة، عدا عن أنها أكثر تأثّرًا بدرجات الحرارة المرتفعة، ما يقلّل من إنتاجيتها في الأيام الحارة.

تكلفة الخلايا الشمسية

تمثّل بنية السيليكون لكل لوح شمسي العامل الرئيس الذي يحدد التكلفة، وعند إنتاج الألواح متعددة البلورات، تصبّ الشركات المصنعة السيليكون المصهور في قوالب مربعة، ثم تقطع الرقاقات الناتجة إلى خلايا فردية.

وأمّا إنتاج الخلايا الشمسية أحادية البلورة، فيتطلب التحكم في تصلب السيليكون بعناية فائقة، إذ تُعدّ الألواح الشمسية أحادية البلورة مرتفعة التكلفة عند مقارنة الألواح فقط، في حين تكون تكلفة العواكس (المحولات) والأسلاك والحماية الكهربائية والأرفف وأجور العمالة هي نفسها لكلا النوعين.

ونظرًا إلى أن الألواح أحادية البلورة أكثر كفاءة، يمكن الحصول على عائد أفضل على الاستثمار، كما أن أصحاب المنازل مؤهلون للحصول على ائتمان ضريبة الطاقة الشمسية الفيدرالية، سواء اختاروا الألواح الأحادية أو المتعددة البلورات.

معامل الكفاءة ودرجة الحرارة

تتمتع الألواح الشمسية أحادية البلورة بكفاءة أعلى، وهذا لا يعني أن الألواح الشمسية متعددة البلورات منتجات رديئة، ويمكن العثور على الألواح الشمسية عالية الجودة من كلا النوعين.

تُجدر الإشارة إلى أن الألواح الشمسية عالية الكفاءة تحوّل نسبة أكبر من ضوء الشمس إلى كهرباء.

وفي المقابل، أصبحت الألواح متعددة البلورات تتمتع بمعامِلات كفاءات نموذجية أقل من 20%، في حين تقترب أفضل الألواح أحادية البلورة من 23%، بدءًا من عام 2021.

وبالإضافة إلى ذلك، تتطلّب الكفاءة القليلة تركيب المزيد من الألواح متعددة البلورات، للوصول إلى ناتج معين من الكهرباء شهريًا.

وتعاني جميع الألواح الشمسية انخفاضًا مؤقتًا في الكفاءة عندما ترتفع درجة حرارتها، ولكن الخلايا الشمسية أحادية البلورة تُعدّ أقل تأثرًا بالحرارة.

ويشير معامل درجة الحرارة إلى مقدار تأثر الألواح الشمسية بدرجة الحرارة، ويجري اختبار جميع الألواح الشمسية في المصنع وفقًا لشروط الاختبار القياسية نفسها (إي تي سي)، لضمان مقارنة عادلة بين النوعين.

جدير بالذكر أن الألواح الشمسية متعددة البلورات تتميز بمعامِلات درجة حرارة أعلى، ما يعني أنها تفقد المزيد من الإنتاجية عند تسخينها.

ونتيجة تطور التكنولوجيا، توجد الآن ألواح شمسية من كلا النوعين ذات معامِلات درجات حرارة منخفضة مماثلة. ولا تُعدّ كفاءة الألواح الشمسية عاملاً حاسمًا عند وجود مساحة كبيرة متاحة للتركيب.

ونظرًا إلى أن الخلايا الشمسية متعددة البلورات أقلّ ثمنًا، فإن تركيب المزيد منها للتعويض عن الكفاءة المنخفضة يُعدّ حلًا مقبولًا.

وفي حالات المساحة المحدودة، فإن تركيب المزيد من الألواح ليس خيارًا جيدًا، لذا فإن الألواح أحادية البلورة ستزيد من إنتاج الكهرباء في المنطقة المتاحة.

المظهر والعمر

يتوقف مظهر الخلايا الشمسية على بنيتها المصنوعة من السيليكون، لأنها تحدد طريقة تفاعلها مع ضوء الشمس وانعكاسها على عين الإنسان، إذ تعطي بنية السيليكون أحادية البلورة للخلايا لونًا أسود، في حين تكون الخلايا متعددة البلورات زرقاء اللون.

ويتمتع كلا النوعين من الألواح الشمسية بعمر طويل، في حين تكون مدة الاسترداد أقل من 5 سنوات في كثير من الحالات، حسبما نشر موقع إيكو ووتش المعني بالشؤون البيئية.

وتقدّم الشركات المصنعة للطاقة الشمسية عادةً ضمانًا لإنتاج الطاقة لمدة 25 عامًا، لكن بعض العلامات التجارية تقدم الآن ضمانًا لمدة 30 عامًا.

أفضل الخلايا الشمسية

لكل نوع من الألواح الشمسية مزاياه وعيوبه، ويمكن الحصول على عائد استثمار ممتاز من كليهما، ويجب أخذ العوامل التالية في الحسبان عند اختيار أفضل ألواح الطاقة الشمسية للمنزل، من أجل تسهيل الاختيار.

يعود انتقاء لون الألواح إلى ذوق المشتري، إذ إن الألواح أحادية البلورة سوداء، في حين تكون الألواح متعددة البلورات زرقاء اللون.

أما فيما يتعلق بالمساحة المتاحة، فإن الأبعاد الدقيقة للألواح الشمسية المنزلية تعتمد على علامتها التجارية والشركة المصنعة لها.

وتبلغ الأبعاد النموذجية 165.1 × 99.06 سنتيمترًا، أي ما يعادل 536.5 سنتيمترًا مربعًا لكل لوح، لكن الألواح أحادية البلورة توفّر المزيد من الكهرباء لكل قدم مربعة.

ويمكن أن تنتج الألواح متعددة البلورات 300 واط، في حين تنتج الألواح أحادية البلورة ذات الحجم نفسه 350 واط.

وإذا توفرت مساحة لـ20 قطعة منها، يمكن الوصول إلى 7 كيلوواط مع الألواح أحادية البلورة، وإلى 6 كيلوواط فقط مع الألواح متعددة البلورات.