أصبحت ألواح الطاقة الشمسية مشهدًا شائعًا بشكل متزايد على أسطح المنازل والمباني التجارية في جميع أنحاء المملكة المتحدة – ولكن هل سبق لك أن توقفت يومًا لتتساءل عن كيفية صنعها؟ قد يبدو هذا سؤالاً أكاديمياً بحتاً؛ فطالما أنها تعمل، فما أهمية كيفية تركيبها؟
ولكن بالنسبة لأصحاب المنازل والشركات المهتمة بسلاسل التوريد الأخلاقية، فإن فهم عملية التصنيع والمواد المستخدمة والتأثير البيئي لمختلف أنواع الألواح الشمسية في السوق يمكن أن يكون عاملاً حاسماً عند التحول إلى الطاقة الشمسية الكهروضوئية.
مما تُصنع الألواح الشمسية؟
تُعد الألواح الشمسية الكهروضوئية قطعة هندسية معقدة – ليس فقط من حيث الخلايا الشمسية التي تحوّل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية، ولكن أيضًا كل من المكونات الهيكلية والوقائية التي تضمن المتانة والكفاءة والعمر الوظيفي الطويل. وكما هو الحال مع أي جهاز إلكتروني، فإن جودة المواد المستخدمة وعملية التصنيع لها تأثير كبير على جودة الألواح النهائية، وكذلك التكلفة.
| المكوّن | المادة | الوظيفة |
| الخلايا الكهروضوئية (PV) | السيليكون (أحادي أو متعدد الكريستالات) | المكون الأساسي الذي يحول ضوء الشمس مباشرةً إلى كهرباء تيار مستمر من خلال التأثير الكهروضوئي. |
| الغطاء الأمامي | زجاج مقسّى (منخفض الحديد) | يحمي الخلايا الكهروضوئية من العوامل الجوية والصدمات والحطام مع زيادة انتقال أشعة الشمس إلى أقصى حد. |
| الإطار | ألومنيوم مؤكسد | يوفر صلابة هيكلية ويحمي حواف الصفائح ويسمح بالتركيب الآمن. |
| مادة التغليف | أسيتات فينيل الإيثيلين فينيل (EVA) | طبقة بوليمر تربط الخلايا بالزجاج والغطاء الخلفي، مما يوفر توسيداً ويمنع دخول الرطوبة. |
| الغطاء الخلفي | مركب البوليمر (مثل PVF، PET) | يعمل كحاجز للرطوبة وعازل كهربائي على الجانب الخلفي للوحة. |
| صندوق التوصيل | مبيت بلاستيكي مع ثنائيات وموصلات | ضميمة في الجزء الخلفي من اللوحة حيث يتم إجراء التوصيلات الكهربائية، مما يضمن إخراجاً آمناً للطاقة. |
أنواع الألواح الشمسية وموادها
المادة الأكثر شيوعًا المرتبطة بالألواح الشمسية هي السيليكون – وهو المكون الرئيسي في “الخدعة السحرية” التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام والتخزين. ولكن لا تستخدم جميع الألواح الشمسية السيليكون بالطريقة نفسها. فالاختلافات في كيفية معالجة السيليكون وتطبيقه تؤدي إلى أنواع مختلفة من الألواح الشمسية، والتي تختلف في الأداء والمظهر والتكلفة.
الأفضل أداءً: أحادي البلورية
يتم تصنيع الألواح الشمسية أحادية الكريستال من سبيكة كريستال سيليكون واحدة عالية النقاء. وتؤدي البنية البلورية الموحدة إلى مظهر أسود أنيق وأعلى معدلات الكفاءة. وتعمل هذه الألواح بشكل أفضل في ظروف الإضاءة المنخفضة ودرجات الحرارة المرتفعة، ولكنها عادةً ما تكون الأكثر تكلفة في الإنتاج بسبب عملية التصنيع التي تستهلك طاقة كبيرة.
فعالة من حيث التكلفة: متعدد الكريستالات
تُصنع الألواح متعددة الكريستالات عن طريق صهر أجزاء متعددة من السيليكون معًا وصبها في كتلة مربعة. هذه العملية أسرع وأرخص، ولكن الحدود الفاصلة بين البلورات تعطي الخلايا مظهراً رخامياً أزرق اللون وكفاءة أقل قليلاً. ومع ذلك، فهي خيار شائع عندما تكون الميزانية عاملاً رئيسياً.
الأكثر مرونة الأغشية الرقيقة
يتم إنتاج ألواح الأغشية الرقيقة عن طريق ترسيب طبقة رقيقة أو أكثر من المواد الكهروضوئية (مثل السيليكون غير المتبلور أو تيلورايد الكادميوم أو CIGS) على ركيزة مرنة. وهذا يجعلها خفيفة الوزن وأرخص في الإنتاج، ولكن ينتج عنها كفاءة أقل وعمر افتراضي أقصر مقارنة بالألواح أحادية أو متعددة البلورات. وغالباً ما تُستخدم هذه الألواح في مزارع الطاقة الشمسية واسعة النطاق أو في التطبيقات الفريدة التي تكون فيها مرونة اللوحة أساسية.
دليل تفصيلي: كيف تُصنع الألواح الشمسية خطوة بخطوة
إن تصنيع الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري عبارة عن عملية متعددة المراحل تحول الرمال الخام إلى جهاز متطور لتوليد الطاقة.
| المرحلة | العملية |
| تنقية السيليكون | يتم صهر رمل الكوارتز إلى سيليكون نقي بنسبة 99%، ثم يتم تنقيته كيميائياً حتى لا يتبقى سوى ذرات قليلة من مليون ذرة كشوائب. والنتيجة – “بولي سيليكون” فائق النقاء – هي المادة الخام للخلايا الشمسية. |
| صناعة السبيكة والرقاقة | تتم إعادة صهر البولي سيليكون وزراعته في بلورة مستديرة واحدة أو يتم صبها ككتلة مربعة. ثم تقوم أسلاك الماس بتقطيعه إلى أقراص أو مربعات رقيقة رقيقة كل منها بسمك ورقة من الورق. |
| المنشطات وإنشاء الخلايا (تقاطع P-N) | تتم إضافة كميات صغيرة من البورون في أحد جانبي كل رقاقة، والفوسفور في الجانب الآخر. وهذا يشكل طبقة موجبة (P) وطبقة سالبة (N). تخلق الحدود بينهما المجال الكهربائي الذي يحوّل الضوء إلى تيار قابل للاستخدام. |
| طلاء مضاد للانعكاس والموصلات | يقلل فيلم نيتريد السيليكون الرمادي المائل للأزرق من الانعكاسات بحيث تمتص الخلية المزيد من ضوء الشمس. تُطبع خطوط فضية دقيقة على الجزء الأمامي والخلفي تعمل كأسلاك مصغرة تجمع الكهرباء المولدة وتحملها. |
| توصيل الخلية وتصفيحها | يتم لحام عشرات الخلايا في خيوط، وتوضع بين بلاستيك EVA الشفاف والزجاج المقوى والصفائح الخلفية المصنوعة من البوليمر، ثم يتم تسخينها تحت التفريغ. تندمج الطبقات في صفيحة واحدة محكمة الإغلاق. |
| التأطير والتركيب | يوفر إطار من الألومنيوم المؤكسد صلابة ونقاط تثبيت. يتم لصق صندوق توصيل مزود بصمامات ثنائية مدمجة في الخلف، مما يوفر توصيلات كبلات مقاومة للماء لبقية المصفوفة الشمسية. |
| الاختبار ومراقبة الجودة | تومض كل لوحة منتهية بدفعة من أشعة الشمس الاصطناعية للتحقق من خرج الطاقة، ويتم فحصها بحثًا عن الشقوق، ويتم اختبارها كهربائيًا من حيث السلامة قبل أن تغادر المصنع. |
التأثير البيئي لتصنيع الألواح الشمسية
في حين أن الألواح الشمسية هي حجر الزاوية في التحول إلى الطاقة النظيفة والمتجددة، فإن تصنيعها على نطاق واسع لا يخلو من التأثير البيئي. ومع ذلك، فإن معظم هذا التأثير يتم تعويضه – على الأقل في نهاية المطاف – من خلال الطاقة التي تولدها الألواح مع مرور الوقت، ومن خلال ممارسات التوريد والتصنيع وإعادة التدوير المسؤولة بشكل متزايد.
استخدام الطاقة
إن إنتاج الألواح الشمسية عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة، لا سيما تنقية السيليكون وزراعة البلورات. ومع ذلك، عندما ننظر إلى وقت استرداد الطاقة (EPBT) – أي طول الفترة الزمنية التي يجب أن تعمل فيها اللوحة لتوليد نفس كمية الطاقة المستخدمة في إنتاجها – فإن الألواح الشمسية تحقق نتائج جيدة. يبلغ زمن استرداد الطاقة (EPBT) للألواح الحديثة حوالي 1-4 سنوات، مقارنةً بعمرها التشغيلي الذي يتراوح بين 25 و30 سنة.
المواد الخام والنفايات
يستخدم تنظيف الرقائق وحفرها الأحماض والمذيبات وكميات كبيرة من مياه الشطف. وتستخدم الشركات المصنعة الأكثر مسؤولية أنظمة الحلقة المغلقة التي تلتقط المواد الكيميائية والمياه وتنظفها وتعيد استخدامها، مما يؤدي إلى نفايات خطرة قليلة جدًا.
المصادر الأخلاقية والعمالة الأخلاقية
يمر السيليكون والكوارتز والمواد الخام الأخرى عبر عدة بلدان قبل وصولها إلى المصنع. تقوم أفضل العلامات التجارية الآن بالتدقيق في كل خطوة – المناجم والمصاهر والنقل والتجميع – لضمان خلو المواد الخام من النزاعات وأن العمال يتقاضون أجوراً عادلة وظروف عمل منظمة بشكل جيد.
التعميم وإعادة التدوير
تعمل الصناعة بنشاط على تطوير طرق أكثر كفاءة لإعادة تدوير الألواح القديمة. تقوم خطوط إعادة التدوير الحديثة بتجريد الإطار، وتمزيق الصفائح وفصل الزجاج والألومنيوم والنحاس والسيليكون لإعادة استخدامها. وتعني معدلات الاسترداد الأفضل أنه يمكن بناء ألواح جديدة جزئياً من الألواح التي يتم إيقاف تشغيلها.
وبشكل عام، فإن الفائدة البيئية الصافية للطاقة الشمسية كبيرة. فخلال عمرها الافتراضي الذي يزيد عن 25 عامًا، تمنع اللوحة الواحدة دخول عدة أطنان من ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي – وهو ما يفوق بكثير الانبعاثات الناتجة عن تصنيعها. وكلما أصبح التصنيع أكثر كفاءة وتحسنت البنية التحتية لإعادة التدوير، ستزداد الاستدامة الإجمالية لتكنولوجيا الطاقة الشمسية.
ما الذي يجعل اللوح الشمسي عالي الجودة؟
كما تطرقنا في قسم المواد أعلاه، فإن المواد التي تُصنع منها الألواح الشمسية وكيفية تصنيعها وجودة بنائها بشكل عام تؤثر جميعها على الأداء والموثوقية وطول العمر. سواءً كنت تقوم بتسعير الألواح للاستخدام المنزلي أو تفكر في تركيب ألواح شمسية تجارية، فإن فهم هذه العوامل أمر بالغ الأهمية لزيادة قيمة استثمارك إلى أقصى حد.
درجة المواد
إن نقاء السيليكون المستخدم عامل رئيسي يؤثر على الكفاءة والإنتاج. فكلما ارتفعت درجة السيليكون المستخدم، قلّت العيوب أو “الخلايا الميتة” التي ستواجهها، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة والإنتاج من اليوم الأول، وتحسين الأداء على المدى الطويل.
معايير التصنيع
تلتزم الشركات المصنعة ذات السمعة الطيبة بالمعايير الدولية الصارمة (مثل شهادات IEC) وتحافظ على تفاوتات صارمة في جميع مراحل الإنتاج، للحصول على منتج نهائي متسق وموثوق به. إذا اكتشفت صفقة رخيصة من علامة تجارية غير معروفة تبدو جيدة جدًا لدرجة يصعب تصديقها، فغالبًا ما تكون كذلك!
معدل التدهور
سيتم دعم الألواح عالية الجودة (من الشركات المصنعة ذات السمعة الطيبة) بضمانات قوية. ابحث عن معدل تدهور منخفض، مما يضمن أن اللوحة ستظل تنتج نسبة عالية من طاقتها الأصلية في نهاية عمرها الافتراضي – عادةً ما تكون 25 سنة كمعيار قياسي.
مستقبل تكنولوجيا الألواح الشمسية
أصبح تصنيع ألواح الطاقة الشمسية أكثر نظافة وكفاءة واستدامة – مع وجود مواد جديدة وعمليات إنتاج جديدة توفر معدلات كفاءة وإنتاج أعلى من أي وقت مضى. كما أصبحت الألواح الشمسية الكهروضوئية أكثر تكاملاً من أي وقت مضى، مما يتيح لك خيار إقران ألواحك مع بطاريات تخزين الطاقة الشمسية الفعالة، وإدارة التوليد والاستهلاك باستخدام أنظمة الشبكة الذكية، وحتى تحقيق الدخل من استثمارك من خلال بيع الطاقة إلى الشبكة.
ولكن مع استمرار تطور التكنولوجيا، تظل المبادئ بالنسبة للمشترين كما هي عند تقييم عملية الشراء – إعطاء الأولوية للمواد عالية الجودة والمصنعين ذوي السمعة الطيبة وخبراء التركيب. في JLM Energy، نتعاون في شركة JLM Energy مع كبار المصنعين الذين يشاركوننا التزامنا بالجودة والمتانة. ومن خلال التركيز على الهندسة والمواد المتفوقة، نضمن حصول عملائنا على أنظمة مصممة لتدوم طويلاً. تعرّف على المزيد حول كيفية تصميم أنظمتنا الشمسية الكهروضوئية لتوفير أقصى قيمة وموثوقية.
