تتواصل التطورات في مجال الطاقة الشمسية بلا هوادة، وعلى مدى السنوات القليلة الماضية، كانت هناك ابتكارات ثورية للغاية أدت إلى تغيير الطريقة التي نستغل بها ضوء الشمس بشكل كامل. إن التقنيات الجديدة والمواد الثورية والتصميمات الأكثر قدرة على التكيف تأخذ الألواح الشمسية إلى مستويات غير مسبوقة من الكفاءة، مما يساهم في استدامة الطاقة ووضع الطاقة الشمسية كحجر الزاوية في التحول البيئي.
في هذه المقالة، سنقدم مراجعة مفصلة وشاملة لجميع التطورات التي تشكل حاضر ومستقبل قطاع الطاقة الكهروضوئية، بدءًا من وصول الألواح من النوع N ذات الكفاءة التي تزيد عن 25% إلى التقنيات الناشئة مثل البيروفسكايت والألواح القابلة للطباعة التي تعد بتحويل مدننا. إذا كنت تبحث عن معلومات كاملة ومحدثة حول أحدث ما توصلت إليه تكنولوجيا كفاءة الطاقة المرتبطة بالألواح الشمسيةهذا التحليل لك.
الألواح الشمسية من النوع N: الكفاءة والمتانة
أحد أبرز الابتكارات في سوق الطاقة الكهروضوئية لعام 2024 يأتي من شركة Aiko، وهي شركة تصنيع صينية قدمت أكثر الألواح الشمسية كفاءة في العالم باستخدام تقنية النوع N. يحقق نموذج Comet 3N72e كفاءة التحويل 25,2% وقوة قصوى تبلغ 650 واط، وهو رقم يضعه في الصدارة من حيث الأداء الحقيقي.
يتم تحقيق هذا المستوى من الكفاءة عن طريق تحويل قضبان ناقلة نحاسية في الجزء الخلفي من الخلايا، مما يقلل الظلال على السطح النشط للوحة. لا يعمل هذا التصميم على تحسين حصاد الضوء فحسب، بل يقلل أيضًا من تدهور الطاقة الشمسية. أيكو تضمن معدل التآكل السنوي 0,35% فقط بعد السنة الثانية، مع ضمان أن تحافظ ألواحها على 88,85% من قدرتها بعد 30 عامًا. إذا كنت تريد معرفة المزيد عن أنواع الطاقة الشمسية المختلفةقد تكون هذه المعلومات مفيدة.
صنع في تنسيق الخلايا الكهروضوئية 144بفضل هيكله المصنوع من الزجاج الأحادي ووزنه الذي يقل عن 30 كجم، يجمع جهاز Comet 3N72e بين الخفة والقوة. على الرغم من التضحية بالثنائية الوجه، هناك مكسب كبير في الكفاءة الأمامية، وهو أمر مثالي للتركيبات التي تواجه اتجاهًا واحدًا أو حيث لا يكون التجميع الخلفي عمليًا.
البيروفسكايت والتقنيات الكمومية: المستقبل يُكتب بالفعل
في حين تستمر الألواح القائمة على السيليكون في الهيمنة على السوق، فإن التقنيات الجديدة مثل خلايا البيروفسكايت يتحركون للأمام بسرعة. وعلى الرغم من أن وصوله إلى السوق الشامل قد يستغرق نحو خمس سنوات، وفقاً للمصنعين الصينيين، فإن نتائجه المعملية واعدة.
تستخدم هذه الخلايا مواد ذات بنية مشابهة لبنية معدن البيروفسكايت بدلاً من السيليكون، مما يسمح بتحقيق كفاءات أكبر من 25% مع انخفاض كبير في تكاليف التصنيع. ومع ذلك، لا تزال قضايا الاستقرار والمتانة بحاجة إلى حل من أجل التسويق الشامل. لفهم كيفية تحسين الطاقة الشمسية، يمكنك القراءة عن بطاريات الليثيوم للمحولات التي تعمل على تحسين الكفاءة.
من ناحية أخرى، حققت مجموعة من الباحثين من جامعة ليهاي (الولايات المتحدة الأمريكية) إنجازًا غير مسبوق من خلال تطوير مادة كمية للخلايا الشمسية قادرة على توليد ما يصل إلى إلكترونين لكل فوتون ممتص. وقد أثبتت هذه التقنية كفاءة كمية خارجية (EQE) بنسبة 190% وامتصاص للطاقة بنسبة 80%، مقارنة بـ 30% للألواح الشمسية التقليدية.
ألواح شمسية قابلة للطباعة، خفيفة الوزن، ورقيقة للغاية
كما تعمل MIT أيضًا على إحداث ثورة في القطاع من خلال ألواح شمسية قابلة للطباعة وخفيفة الوزن، والتي توفر كفاءة تبلغ 370 واط/كجم. هذه الألواح، المصنعة بـ أحبار الطاقة الضوئية وتقنيات الطباعة على الشاشة الأساسيةيمكن وضعها على أي سطح: الأقمشة، المعادن، البلاستيك وحتى أشرعة القوارب أو أجنحة الطائرات بدون طيار.
بالإضافة إلى تنوعها، فهي توفر متانة ملحوظة: يمكن لفها حتى 500 مرة دون أن تفقد أكثر من 10% من سعتها. تمهد هذه التقنية الطريق أمام الأجهزة الشمسية القابلة للارتداء وحلول توليد الطاقة اللامركزية في البيئات التي يكون فيها الوزن والمرونة أمرًا بالغ الأهمية. قد يكون من المثير للاهتمام أيضًا أن نأخذ في الاعتبار مزايا طاقة شمسية في هذه التطورات الجديدة.
الخلايا ثنائية الوجه، غير المتجانسة، ومتعددة الوصلات
حاليًا، بالإضافة إلى الألواح من النوع N، فإن أكثر تقنيات الطاقة الكهروضوئية السائدة ابتكارًا هي لوحات ثنائية الوجه وتلك من الوصلة غير المتجانسة (HJT).
- الألواح ثنائية الوجه إنها تسمح بالتقاط الضوء على جانبي الوحدة، مما يزيد من إنتاجها الإجمالي بشكل كبير، خاصة عند تركيبها على الأسطح العاكسة.
- خلايا غير متجانسة إنها تجمع بين السيليكون البلوري مع مواد غشائية رقيقة مثل السيليكون غير المتبلور، مما يسمح بأداء حراري أكبر وكفاءة إجمالية.
- خلايا متعددة الوصلات يقومون بتكديس مواد أشباه موصلة مختلفة تعمل على التقاط أطوال موجية مختلفة من الضوء، مما يزيد من كفاءة التحويل.
في هذا الخط، قدمت العلامة التجارية Huasun لوحة HJT بقوة خرج تبلغ 750 واط وكفاءة 24,16%. علامة تجارية أخرى جديرة بالملاحظة هي Risen، بنموذجها RRSM108-10-450-BNDG الذي يوفر كفاءة بنسبة 22,1% عند 450 وات. تعرف على المزيد حول الطاقة الشمسية الكهروحرارية إذا كنت مهتمًا بمعرفة المزيد عن تطبيقات الطاقة الشمسية المختلفة.
الابتكارات المادية: الزجاج ذاتي التنظيف والخلايا العضوية
لقد طورت جامعة نافارا العامة زجاج مستوحى من أوراق اللوتس الذي يقلل من انعكاس الشمس ويحسن التقاط الطاقة، بالإضافة إلى قدرته على التنظيف الذاتي. يعمل هذا الابتكار على تحسين الكفاءة من خلال منع تراكم الغبار والأوساخ، وهي الأسباب الشائعة لفقدان الأداء.
بالإضافة إلى ذلك، من المملكة المتحدة، أحرزت فرق البحث تقدماً في الخلايا الشمسية العضوية، والتي تستخدم البوليمرات أو الجزيئات الاصطناعية. تتميز هذه الخلايا بالمرونة وخفيفة الوزن واقتصادية، على الرغم من أنها أقل كفاءة من خلايا السيليكون. تسمح التكوينات الجزيئية الجديدة بنقل أفضل للإلكترون، مما يؤدي إلى تصميمات أكثر تنافسية. للحصول على نظرة عامة كاملة، لا تفوت الألواح الشمسية المعاد تدويرها كخيار للمستقبل.
الألواح الشمسية الملائمة للبيئة الحضرية والمعمارية
أصبح دمج الألواح الشمسية في التصميم المعماري أمرًا شائعًا بشكل متزايد. حلول مثل الزجاج الكهروضوئي y أفلام شمسية مرنة والتي يمكن تركيبها على الواجهات أو الأسقف أو النوافذ دون المساس بالجماليات.
في التطورات الحضرية العمودية، مثل ناطحات السحاب الزجاجية، يسمح الزجاج الشمسي بتوليد الطاقة دون تعديل التصميم. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد بعض المنازل على هياكل دوارة مستوحاة من عباد الشمس والتي تتبع الشمس، مما يزيد من إنتاجها اليومي.
حالات واقعية: الصناعة والضيافة تستثمران في الطاقة الشمسية
لا يقتصر تطبيق تقنيات الطاقة الشمسية على المجال المنزلي فقط. في دينيا، قام مطعم El Faralló بتركيب محطة للطاقة الشمسية 50 كيلو واط للاستهلاك الذاتي، مع ألواح Longi Solar بتقنية Topcon. لا يقلل هذا الحل من استهلاك الكهرباء بنسبة 50% إلى 70% فحسب، بل يوفر أيضًا الظل للعملاء من خلال العريشة الشمسية.
النظام لديه تم تحسين الألواح لتعمل حتى في الظل الجزئي وهيكل معزز بدعامات خرسانية. النتيجة: أعمال أكثر كفاءة واستدامة وراحة، وتحسين صورتها بين الجمهور الذي يدرك بشكل متزايد أهمية الحد من بصمته الكربونية.
الإدارة الذكية والذكاء الاصطناعي والبلوك تشين: القفزة الرقمية للطاقة الشمسية
استخدام الأدوات الرقمية ل مراقبة وإدارة أنظمة الطاقة الشمسية في الوقت الحقيقي ينمو بسرعة. المنصات المبنية على الذكاء الاصطناعي إنها تسمح لك بتعديل اتجاه الألواح، والتنبؤ بإنتاجها وتحسين استهلاك الطاقة وفقًا للطلب.
علاوة على ذلك، فإن دمج سلسلة كتلة إنها تعمل على إحداث ثورة في إمكانية تتبع الطاقة الشمسية والطريقة التي تتفاعل بها مجتمعات الطاقة، وتعزيز الاستهلاك الذاتي المشترك و شبكات الطاقة الصغيرة اللامركزية.
أهمية الكفاءة الفعلية والتدهور السنوي
بالإضافة إلى ذروة الطاقة، فإن أحد العوامل الرئيسية في تقييم جودة اللوحة الشمسية هو كفاءة الطاقة الحقيقية. ويتم ذلك من خلال حساب العلاقة بين ما تستقبله اللوحة وما تنتجه، مع الأخذ في الاعتبار ظروف الإشعاع ودرجة الحرارة الطبيعية.
كما تبين أن جودة الخلايا ومعدل التحلل السنوي يؤثر بشكل كبير على الربحية على المدى الطويل. يضمن معدل التحلل الذي يقل عن 1% سنويًا، والذي تقدمه نماذج Aiko الجديدة، إنتاجًا مرتفعًا حتى بعد عدة عقود. بالنسبة لأولئك الذين يتطلعون إلى الاستثمار، من المهم أن يأخذوا في الاعتبار أفضل الألواح الشمسية للمنزل.
عند اختيار لوحة شمسية، بالإضافة إلى قدرتها الكهربائية، عليك أن تأخذ في الاعتبار كفاءتها (يفضل أن تكون أعلى من 22%)، وتحملها الحراري، ومتانتها المادية، وضمان أدائها على المدى الطويل.
سيؤدي تطور الطاقة الشمسية في عام 2024 إلى إعادة تشكيل القطاع بالكامل: من الحلول الخفيفة للغاية إلى الألواح القابلة للطباعة، بما في ذلك الخلايا الكمومية ومواد التنظيف الذاتي. وتتيح هذه الابتكارات مستويات متزايدة باستمرار من الكفاءة، مع خفض تكاليف التشغيل وتسهيل دمجها في جميع أنواع المساحات. تشير كل الدلائل إلى أنه خلال بضع سنوات، لن تكون الطاقة الشمسية هي الطاقة الأنظف فحسب، بل والأكثر ربحية ويمكن الوصول إليها أيضًا.
