أنواع الألواح الشمسية: دليل سهل لاختيار النوع المناسب لاحتياجاتك

هل تفكر في التحول إلى الطاقة الشمسية؟ إن فهم الأنواع المختلفة من الألواح الشمسية يمكن أن يساعدك في اتخاذ قرار مستنير لمنزلك أو عملك.

الطاقة الشمسية هي وسيلة رائعة للاستفادة من الطاقة المتجددة، وتقليل فواتير الكهرباء، وخفض بصمتك الكربونية. من خلال اختيار النوع المناسب من الألواح الشمسية، يمكنك تعظيم الكفاءة وإيجاد أفضل ما يناسب احتياجاتك.

في هذه المقالة، ستتعرف على كل نوع من أنواع الألواح الشمسية، وكيفية مقارنتها، وما الذي يجب مراعاته عند اختيارك. ستمكنك هذه المعرفة من الاستفادة الكاملة من الطاقة الشمسية.

ثلاثة أنواع رئيسية من الألواح الشمسية

الألواح الشمسية هي أجهزة تقوم بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. 

تتكون الألواح الشمسية من خلايا ضوئية متعددة، تستخدم عادةً السليكون البلوري وعناصر مثل الفوسفور والبورون. عندما تضرب أشعة الشمس الخلايا الضوئية، فإنها تثير الإلكترونات، مما يخلق مجالًا كهربائيًا ينتج تيارًا كهربائيًا مستمرًا.

يتم ترتيبها عادة في مجموعات تسمى المصفوفات أو الأنظمة. يتضمن النظام الكهروضوئي الكامل الألواح الشمسية، وعاكسًا لتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد، وأحيانًا مكونات أخرى مثل وحدات التحكم والبطاريات.

يمكن تركيب الألواح الشمسية على أسطح المنازل، أو في المزارع الشمسية، أو دمجها في هياكل مختلفة. وغالبًا ما تكون متصلة بشبكة الكهرباء، ولكن يمكن أيضًا استخدامها في أنظمة مستقلة.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الألواح الشمسية: الألواح أحادية البلورية، والألواح متعددة البلورية، والألواح الرقيقة.

الألواح الشمسية أحادية البلورة

الألواح الشمسية أحادية البلورة هي نوع من الألواح الكهروضوئية المصنوعة من بنية بلورية واحدة من السيليكون. وهي مصنوعة من سبائك السيليكون عالية النقاء المقطعة إلى رقائق لتشكيل الخلايا الشمسية. 

هناك نوعان من الألواح أحادية البلورية:

لوحات الباعث الخامل والاتصال الخلفي (PERC): تتميز ألواح PERC بالكفاءة من خلال استخدام الضوء داخل الخلية بشكل أفضل.

الألواح ثنائية الوجه: يمكن للألواح ثنائية الوجه امتصاص الضوء من كلا جانبي اللوحة، والاستفادة من الضوء المنعكس (البياض) من الأسطح الموجودة أسفل اللوحة.

تشتهر الألواح الشمسية أحادية البلورة بمظهرها الأسود الأنيق، مما يجعلها ملائمة من الناحية الجمالية للعديد من أصحاب المنازل. الألواح أحادية البلورة مناسبة للاستخدام السكني والتجاري، بما في ذلك التركيبات على الأسطح وأساطيل المركبات ومزارع الطاقة الشمسية واسعة النطاق.

الألواح الشمسية متعددة البلورات

الألواح الشمسية متعددة البلورات، والمعروفة أيضًا باسم الألواح الشمسية متعددة البلورات أو متعددة البلورات، هي نوع من الألواح الكهروضوئية المصنوعة من شظايا بلورات السيليكون المتعددة التي تذوب معًا لتشكيل الخلايا الشمسية. 

تتمتع الألواح متعددة البلورات بلون أزرق مميز وسطح يشبه الفسيفساء. 

إنها مناسبة للاستخدام السكني والتجاري على حد سواء، وخاصة عندما تكون التكلفة هي الاعتبار الأساسي والمساحة غير محدودة.

الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة

الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة هي نوع من تكنولوجيا الطاقة الكهروضوئية التي تستخدم طبقات رقيقة للغاية من مادة تمتص الضوء لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. يتم تصنيعها عن طريق ترسيب طبقة أو أكثر من المواد الكهروضوئية على ركيزة، مثل الزجاج أو البلاستيك أو المعدن.

تتراوح سماكة الطبقات النشطة عادة بين بضعة نانومتر إلى بضعة ميكرونات، وهي أرق بكثير من الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري التقليدي.

تشمل الأنواع الشائعة من الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ما يلي:

• السيليكون غير المتبلور (a-Si):مشابه لتكوين الألواح أحادية البلورية والمتعددة البلورية، ولكنه شكل غير بلوري من السيليكون.
• تيلوريد الكادميوم (CdTe): وهو مركب بلوري مستقر يتكون من الكادميوم والتيلوريوم.
• سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم (CIGS): إنه مركب شبه موصل رباعي يتكون من النحاس والإنديوم والغاليوم والسيلينيوم.

يمكن تركيب الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة بسهولة أكبر نظرًا لطبيعتها خفيفة الوزن، حيث تتميز بعض الأنواع بوجود دعامة لاصقة لسهولة الاستخدام. وهي مثالية للأنظمة الكهروضوئية المدمجة في المباني والأجهزة المحمولة ومزارع الطاقة الشمسية واسعة النطاق.

الفرق بين الألواح الشمسية

تتميز أنواع مختلفة من الألواح الشمسية بخصائص فريدة. إن فهم الاختلافات بينها يمكن أن يساعدك في اختيار النوع المناسب لاحتياجاتك. فيما يلي الاختلافات بين الأنواع الثلاثة من الألواح الشمسية.

كفاءة

• الألواح الشمسية أحادية البلورية: تعتبر الألواح أحادية البلورة الأكثر كفاءة بين الأنواع الثلاثة. وتتراوح كفاءتها عادةً من 17% إلى 22%. 

ترجع الكفاءة العالية للألواح أحادية البلورة إلى بنائها من بنية بلورية واحدة من السيليكون، مما يسمح بتدفق أفضل للإلكترون وتحويل الطاقة. 

• الألواح الشمسية متعددة البلورات: تتمتع الألواح متعددة البلورات بنطاق كفاءة أقل مقارنة بالألواح أحادية البلورة. ونادرًا ما تتجاوز كفاءتها 17%. 

يعود انخفاض كفاءة الألواح متعددة البلورات إلى بنائها من عدة شظايا سيليكون منصهرة معًا، مما يخلق المزيد من الحواجز أمام حركة الإلكترونات داخل الخلية.

على الرغم من كفاءتها المنخفضة، شهدت الألواح متعددة البلورات تحسنات في السنوات الأخيرة، مما أدى إلى تضييق الفجوة مع الألواح أحادية البلورة. وقد جعلت هذه التطورات الألواح متعددة البلورات خيارًا قابلاً للتطبيق وفعّالاً من حيث التكلفة للعديد من التركيبات.

• الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة: تتمتع الألواح ذات الأغشية الرقيقة عمومًا بأقل كفاءة بين الأنواع الثلاثة. 

تتراوح كفاءة الألواح الرقيقة المتوفرة تجاريًا عادةً بين 10% و13%. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن تكنولوجيا الأغشية الرقيقة قطعت خطوات كبيرة في السنوات الأخيرة. فقد حققت النماذج الأولية المعملية كفاءة تصل إلى 23.4%، على الرغم من أن هذه الإصدارات عالية الكفاءة ليست متاحة بعد في السوق التجارية.

سعة

• الألواح الشمسية أحادية البلورية: تتمتع الألواح أحادية البلورة عادةً بأعلى سعة بين الأنواع الثلاثة.

 تتمتع أغلب الألواح أحادية البلورة المتاحة في السوق اليوم بقوة خرج تبلغ 320 واط على الأقل، مع وصول بعض الطرز إلى 375 واط أو أكثر. وترجع هذه القدرة العالية إلى هيكلها المصنوع من السيليكون أحادي البلورة، والذي يسمح بتدفق أفضل للإلكترونات وتحويل الطاقة.

• الألواح الشمسية متعددة البلورات: تتمتع الألواح متعددة البلورات عمومًا بسعة أقل مقارنة بالألواح أحادية البلورة.

 يتراوح إنتاج الطاقة عادةً بين 240 وات و300 وات. ومع ذلك، أدت التطورات في التكنولوجيا إلى تحقيق بعض الألواح متعددة البلورات تصنيفات طاقة أعلى من 300 وات، مما أدى إلى تضييق الفجوة مع الألواح أحادية البلورة.

• الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة: تتمتع الألواح ذات الأغشية الرقيقة عمومًا بأقل سعة بين الأنواع الثلاثة.

 يمكن أن يختلف إنتاجها من الطاقة بشكل كبير اعتمادًا على التكنولوجيا المحددة المستخدمة (السيليكون غير المتبلور، أو تيلوريد الكادميوم، أو سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم). 

يكلف

• الألواح الشمسية أحادية البلورية: عادةً ما تكون الألواح أحادية البلورة هي الخيار الأكثر تكلفة بين الأنواع الثلاثة. ويرجع هذا الارتفاع في التكلفة في المقام الأول إلى عملية تصنيعها المعقدة والسيليكون عالي النقاء المستخدم في إنتاجها.

تتضمن عملية إنتاج الألواح أحادية البلورة إنشاء سبائك سيليكون أسطوانية كبيرة الحجم ذات بلورة واحدة، ثم يتم تقطيعها إلى رقائق رقيقة. وتتطلب هذه العملية قدرًا كبيرًا من الطاقة وتؤدي إلى بعض نفايات السيليكون، مما يساهم في ارتفاع التكلفة. 

• الألواح الشمسية متعددة البلورات: تعتبر الألواح متعددة البلورات أقل تكلفة بشكل عام من الألواح أحادية البلورة. ويرجع هذا الانخفاض في التكلفة إلى عملية التصنيع الأكثر بساطة واستخدام السيليكون الأقل جودة.

تتضمن عملية إنتاج الألواح متعددة البلورات صهر السيليكون الخام وصبّه في قالب مربع، ثم يتم تبريده وتقطيعه إلى رقائق. وتستهلك هذه العملية قدرًا أقل من الطاقة وتنتج نفايات أقل مقارنة بإنتاج الألواح أحادية البلورة. 

• الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة: تعتبر الألواح ذات الأغشية الرقيقة عمومًا الخيار الأقل تكلفة في البداية. ومع ذلك، يمكن أن تختلف تكلفتها بشكل كبير اعتمادًا على التكنولوجيا المحددة المستخدمة (السيليكون غير المتبلور، أو تيلوريد الكادميوم، أو سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم).

إن عملية تصنيع الألواح ذات الأغشية الرقيقة أقل تعقيدًا من ألواح السيليكون البلوري، حيث تتضمن ترسيب طبقات رقيقة من المواد الكهروضوئية على ركيزة. وتستهلك هذه العملية قدرًا أقل من الطاقة وتستخدم مواد أقل، مما يساهم في خفض تكاليف الإنتاج.

عند مقارنة التكاليف، من الأهمية بمكان مراعاة ليس فقط أسعار الألواح ولكن تكاليف النظام الإجمالية. في حين أن الألواح أحادية البلورة أكثر تكلفة لكل واط، فقد تتطلب عددًا أقل من الألواح، مما قد يقلل من تكاليف مكونات النظام الأخرى مثل الرفوف والأسلاك والعمالة. 

فضاء

• الألواح الشمسية أحادية البلورية: تُعد الألواح أحادية البلورة الأكثر كفاءة في استخدام المساحة بين الأنواع الثلاثة. وتعني كفاءتها العالية أنها قادرة على توليد المزيد من الطاقة في مساحة أصغر. 

إن كفاءة المساحة التي توفرها الألواح أحادية البلورة مفيدة بشكل خاص في التركيبات السكنية حيث تكون مساحة السطح محدودة في كثير من الأحيان. فهي تسمح لأصحاب المنازل بزيادة إنتاجهم من الطاقة الشمسية حتى مع القيود المفروضة على مساحة التركيب المتاحة.

• الألواح الشمسية متعددة البلورات: تتمتع الألواح متعددة البلورات بكفاءة مساحة أقل مقارنة بالألواح أحادية البلورة. تتراوح كفاءتها عادةً من 13% إلى 16%، مما يعني أنها تتطلب مساحة أكبر لإنتاج نفس كمية الطاقة التي تنتجها الألواح أحادية البلورة.

في حين تتطلب الألواح متعددة البلورات مساحة أكبر، فإن الفارق ليس كبيرًا بشكل كبير. بالنسبة للعديد من التركيبات السكنية والتجارية ذات مساحة السقف الكافية، قد يتم تعويض كفاءة المساحة المنخفضة قليلاً للألواح متعددة البلورات من خلال تكلفتها المنخفضة، مما يجعلها خيارًا قابلاً للتطبيق.

• الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة: تتمتع الألواح ذات الأغشية الرقيقة عمومًا بأقل كفاءة مساحة بين الأنواع الثلاثة. 

تتطلب الألواح ذات الأغشية الرقيقة مساحة أكبر بكثير لإنتاج نفس كمية الكهرباء التي تنتجها الألواح المصنوعة من السيليكون البلوري. 

ومع ذلك، فهي مرنة وخفيفة الوزن، مما يسمح بالتركيب على مجموعة متنوعة من الأسطح، بما في ذلك الأسطح المنحنية أو الواجهات. وفي التركيبات الأرضية واسعة النطاق حيث لا تشكل المساحة قيدًا كبيرًا، فإن التكلفة المنخفضة للألواح ذات الأغشية الرقيقة يمكن أن تجعلها خيارًا قابلاً للتطبيق اقتصاديًا على الرغم من كفاءتها المنخفضة في استخدام المساحة.

متانة

• الألواح الشمسية أحادية البلورية: تعتبر الألواح أحادية البلورية بشكل عام الأكثر متانة بين الأنواع الثلاثة. 

تتكون هذه الألواح من بنية بلورية واحدة من السيليكون، وهي تتمتع ببنية داخلية أكثر تناسقاً واستقراراً، مما يساهم في إطالة عمرها.

ويجعل السيليكون عالي النقاء المستخدم في الألواح أحادية البلورة أكثر مقاومة للعوامل البيئية.

• الألواح الشمسية متعددة البلورات: تتمتع الألواح متعددة البلورات أيضًا بمتانة كبيرة، على الرغم من أنها أقل متانة قليلاً من الألواح أحادية البلورة. 

مصنوعة من عدة شظايا سيليكون منصهرة معًا، مما قد يؤدي إلى انخفاض طفيف في سلامة البنية مقارنة بالألواح أحادية البلورية.

• الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة: تتمتع الألواح ذات الأغشية الرقيقة عمومًا بأقل قدر من المتانة بين الأنواع الثلاثة. 

يمكن أن تكون الطبقات الرقيقة من المواد الكهروضوئية المترسبة على الركيزة أكثر عرضة للضرر البيئي.

تتمتع بعض تقنيات الأغشية الرقيقة بأداء جيد في درجات الحرارة المرتفعة وظروف الإضاءة المنخفضة، ولكنها بشكل عام قد تكون أكثر عرضة للعوامل البيئية.

اعتبارات اختيار الألواح الشمسية

عند اختيار الألواح الشمسية، من المهم مراعاة تفضيلاتك واحتياجاتك المحددة.

متطلبات الطاقة:

قم بتقييم استهلاك الطاقة في منزلك. 

راجع فواتير الكهرباء لتحديد متوسط استهلاكك الشهري. سيساعدك هذا في تحديد حجم نظام الطاقة الشمسية الذي تحتاجه. إذا كانت احتياجاتك من الطاقة عالية، فقد تميل إلى الألواح أحادية البلورة عالية الكفاءة لزيادة إنتاج الطاقة في مساحة محدودة.

الظروف المناخية والطقس

خذ في الاعتبار المناخ المحلي الخاص بك.

في المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة، تعمل الألواح أحادية البلورة بشكل أفضل بشكل عام بسبب معامل درجة الحرارة المنخفض. وهذا يعني أنها تفقد كفاءتها بشكل أقل مع ارتفاع درجات الحرارة. إذا كنت تعيش في منطقة ذات أجواء غائمة أو ملبدة بالغيوم بشكل متكرر، ففكر في الألواح التي تعمل بشكل جيد في ظروف الإضاءة المنخفضة.

خصائص السقف

خذ في الاعتبار اتجاه سقفك وزاويته وسلامته البنيوية. 

تعتبر الأسطح التي تواجه الجنوب في نصف الكرة الشمالي مثالية للألواح الشمسية. إذا لم يكن سقفك موجهًا بشكل مثالي، فقد تحتاج إلى ألواح ذات كفاءة أعلى للتعويض. تأكد أيضًا من أن سقفك يمكنه تحمل وزن نوع اللوحة المختار.

من خلال دراسة هذه العوامل بعناية فيما يتعلق بحالتك المحددة، يمكنك اتخاذ قرار مستنير بشأن أفضل الألواح الشمسية التي تناسب احتياجاتك.