ظهرت رقائق الوايفر كبيرة الحجم بشكل تجاري في عام 2019، ومع ظهورها انتقل كبار مُصنعي الألواح الكهروضوئية من تصنيع الألواح باستطاعات تكاد تتجاوز الـ 450 واط للوح الواحد إلى تصنيع ألواح باستطاعات عالية تتجاوز الـ 650 واط.
ويتجه اليوم كبار مصنعو الألواح الشمسية الكهروضوئية إلى الاعتماد على رقائق الوايفر كبيرة الحجم (M10، M12) بأبعادها (182 مم، 210مم) على التوالي، وبدأت الشركات على مدار العامين الماضيين بطرح العديد من المنتجات باستطاعات توفق الـ 500 واط وتكاد تقارب الـ 700 واط. نتعرف في هذا المقال على أسباب تبني رقائق الوايفر كبيرة الحجم وفوائد استخدامها في الألواح الكبيرة.
الألواح كبيرة الحجم
أطلقت هذه التسمية على سلاسل الألواح الجديدة التي يتجاوز طولها المترين وتقدم استطاعة تفوق الـ 550 واط، وتعتمد في تركيبها على خلايا شمسية كهروضوئية من وايفر بقياس M10 أو بقياس M12.
ميزات إنتاج الألواح كبيرة الحجم
ساهم اعتماد قياس الوايفر الجديد الأكبر حجماً مثل M12 بتقديم ميزة كبيرة في عملية التصنيع حيث أصبح من الممكن إنتاج ألواح كهروضوئية باستطاعات عالية (+600 واط) خلال المدة الزمنية نفسها التي تحتاج لإنتاج الألواح السابقة (400 واط) وبالتالي استطاع المصنعون رفع سعتهم الإنتاجية بشكل ملحوظ. إن هذا الرفع في الاستطاعة يساهم بشكل تدريجي في الدفع لخفض تكلفة انتاج الألواح الشمسية وكفاءة عملية الإنتاج بشكل عام.
تقدم الألواح كبيرة الحجم توفيراً في عدة مراحل، منها النقل حيث تستطيع حاوية الشحن استيعاب استطاعة أعلى عند وضع ألواح كبيرة الحجم بالمقارنة مع وضع ألواح تقليدية باستطاعة لا تتجاوز الـ 450 واط مثلاً. إن توفير تكاليف الشحن في ظل ارتفاع أسعار الشحن عالمياً يساهم بشكل كبير بتقليل تكاليف المشاريع ومنها حسابات تكلفة الكهرباء المتكافئة LCOE وربحية المشروع IRR.
كما يتيح استخدام رقائق الوايفر الكبيرة الاستفادة من التقنيات المختلفة بشكل أفضل مثل تقنية نصف الخلية. ولكون اللوح يسمح باستخدام عدد أكبر من الخلايا (في هذه الحالة أنصاف الخلايا) لتشغل مساحة معينة وبالتالي استطاعة أكبر لنفس المساحة بالمقارنة مع ألواح أصغر حجماً.
تتميز الألواح الكبيرة بانخفاض جهد الدارة المفتوحة وبالتالي يمكن ربط عدد أكبر من الألواح في سلسلة الألواح الواحدة مع مراعاة شروط تيار القصر للألواح.
ويجدر الذكر بأن زيادة أبعاد رقائق الوايفر لا يعني بالضرورة زيادة أبعاد الألواح الشمسية بنفس النسبة وذلك بسبب المقدرة على تقسم الخلية الكهروضوئية إلى قسمين أو ثلاثة أقسام.
مخاوف المستخدمين ومطوري المشاريع الكهروضوئية
يمتلك مطورو المشاريع الكهروضوئية حول العالم مخاوفاً محقة فيما يتعلق باستخدام الألواح الكهروضوئية كبيرة الحجم، حيث لم يتم استخدامها بشكل كافٍ بعد في العديد من المشاريع الكهروضوئية ليتم التأكد من ادعاءات المُصنعين.
تتمثل هذه المخاوف بعدة نقاط أبرزها:
- انخفاض جهد الدارة المفتوحة للألواح يقابله ارتفاع في قيمة التيار مما يترتب عليه الحاجة لاستخدام حمايات بقيم تيار أعلى، بالإضافة للاعتماد على كابلات بمقاطع أكبر لتتحمل القيم الجديدة للتيار، كما الحاجة لاستخدام عواكس شمسية بتيار تشغيل أعلى وكل هذا يترتب عليه تكاليف إضافية.
- الحجم الأكبر يقابله وزن أكبر، وبالتالي يحتاج المطورون للاعتماد على أنظمة تثبيت أكبر واعتماد تصاميم جديدة لأنظمة التتبع لتتناسب مع الأحجام الكبيرة.
- زجاج الألواح: معظم الشركات لم تقم بزيادة سماكة زجاج الألواح مع التوجه لتصنيع ألواح أكبر حجماً مما ترتب عليه مخاوف متعلقة بمدى قدرة الزجاج للصمود في الظروف الخارجية.
مواجهة المُصنعين لمخاوف المطورين
عمل المُصنعون على مواجهة مخاوف المطورين المحقة بشكل تدريجي من خلال إخضاع الألواح الجديدة لاختبارات معينة بالإضافة إلى تشكيل ورشات ومجموعات عمل مشتركة مع المطورين ومختلف الناشطين في هذا القطاع، وتقديم دراسات لحالات مختلفة وتوضيح فوائد استخدام الألواح كبيرة الحجم.
أكدت العديد من الشركات أنها أخضعت الزجاج المستخدم في الألواح الكبيرة لاختبارات تحمل تثبت قدرته على تحمل ضغط يعادل 5,400 باسكال وأنها ستزيد من قوة الإطار المعدني بشكل عام.
كما قدمت شركة Trina Solar على سبيل المثال دراسة حالة لمشروع باستطاعة 100 ميجاواط حيث تضمنت الدراسة مقارنة بين استخدام سلسلة ألواحها الجديدة Vertex 670 باستطاعة 670 واط واستخدام ألواح لأحد المنافسين باستطاعة 540 واط. وخلصت دراسة الحالة إلى أن استخدام ألواح Vertex 670 سمح بالتالي:
- زيادة عدد الألواح في السلسلة الواحدة، حيث تمكنوا من استخدام 28 لوحاً عوضاً عن 26.
- زيادة الاستطاعة في السلسلة الواحدة بسبب زيادة عدد الألواح بنسبة 34%.
- استخدام عدد أقل من القواعد الإسمنتية في السلسلة الواحدة مما سبب توفيراً في التكاليف بلغ 17%.
- الحاجة لعدد أقل من الأعمدة الحديدية للسلسلة الواحدة مما حقق توفيراً بلغ 15%.
- استخدام كابلات أقل وانخفاض التكاليف بنسبة 11%.
- الحاجة لتكاليف عمال أقل بنسبة 7%.
كل ذلك ساهم في تخفيض تكاليف البناء (BOS) وتحقيق توفير في سعر مكافئ الكهرباء (LCOE) بنسبة 1.2% تقريباً وزيادة في عائدات المشروع بنسبة 0.18%.
إضافةً لذلك أطلق مُصنعو العواكس الشمسية سلاسل جديدة من عواكسها الشمسية متوافقة مع الألواح كبيرة الحجم، بالإضافة لتعديلات على عواكس موجودة مسبقاً قادرة أن تكون متوافقة تماماً مع شروط التيار والجهد للألواح كبيرة الحجم.
سلسلة ألواح ترينا سولار 670 واط
أطلقت شركة ترينا سولار مؤخراً سلسلة ألواحها الجديدة المبنية على رقائق وايفر M12 بقياس 210 مم، وباستطاعة تصل حتى 670 واط، مقدمةً نقلة نوعية في استطاعة الألواح الكهروضوئية كبيرة الحجم، وتتميز هذه الألواح باعتمادها على أحدث التقنيات التي تساهم في زيادة كفاءة الألواح ورفع الاستطاعة المولدة منها، ونذكر أبرزها:
- ترتيب الخلايا ضمن اللوح بحيث تكون متداخلة تقريباً (وضع حرف الخلية على حرف الخلية المجاورة)، مما ساهم في تقليل المسافة في صف الخلايا وبالتالي زيادة عدد الخلايا في الصف الواحد.
- استخدام تقنية خطوط التوصيل المتعددة مع خطوط توصيل دائرية المقطع مما ساهم في تحسين أداء الألواح بنسبة 1.5%.
- توزع التيار على خطوط أكبر يساهم في تقليل قيمة التيار المار في الخط الواحد.
- توضيب الألواح بشكل عمودي مما يسمح بوضع 31 لوح في الطبلية وبالتالي وضع 18 طبلية في الحاوية الواحدة لتكون الاستطاعة في الحاوية الواحدة 373,860 واط، بزيادة تصل حتى 12% في الاستطاعة ضمن الحاوية بالمقارنة مع حاوية تحمل ألواحاً باستطاعة 540 واط.
بالإضافة للميزات السابقة، فإن ألواح Vertex 670W متوافقة مع العديد من أنظمة التتبع الخاصة بأشهر الشركات بالإضافة لأنظمة التتبع الخاصة بترينا سولار (Vanguard, Agile).