الموضوع: الطاقة الشمسية بين مادة السليكون ومادة Cigs

السليكون, الشمسية, cigs, بين, ولادة

في عالم الطاقة الشمسية هذه الكلمات تشكل أرض المعركة
إنّ صناعة الطاقة الشمسية المزدهرة تتعرض لجدال حول المادّة التي ستصبح مهيمنة في المستقبل لحصاد نور الشمس وتحويله إلى كهرباء، فالألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون البلّوري تشكّل أكثر من 90 بالمئة حالياً من البنية التحتية للطاقة الشمسية اليوم.
وتبقى ألواح السيليكون غالية نسبياً لتصنيعها، وفي غياب الإعانات المالية يبدو الحصول على الكهرباء من الشبكة أرخص، فالعجز لمدّة سنتين من مادة البولي سيليكون الذي قد لا يقل حتى 2008، قد حد بشدة من النمو والمبيعات.
ويقول المؤيدون إن الألواح التي تحصد الطاقة المصنوعة من CIGS (copper indium gallium selenide) تكلف أقلّ بكثير للتصنيع والتركيب، المادّة يمكن أن ترشّ على ورق القصدير أو البلاستيك أو الزجاج كما يمكنها أن تدمج في الأسمنت والمواد الإنشائية الأخرى، وبشكل معقول، يمكن أن يصبح خارج المنزل أو البناية بالكامل مولّد شمسي، وهذه المادة لا تتدهور في نور الشمس مثل تقنيات الطبقات الرقيقة الأخرى.
وقال مارتن روزتشيسين، مدير تنفيذي أعلى في نانوسولار، وهي شركة ناشئة حصلت على 100 مليون دولار من أموال المشروع لبناء مصنع قادر على إنتاج ألواح CIGS بقيمة 430 ميجاوات إن المستثمرين الأذكى يستخدمون السيليكون بشكل أقل والطبقات الرقيقة، بشكل أكبر، فشبه الموصل 100 مرة أنحف.
وقد تم التعبير عن الثقة الكبيرة في CIGS في أوائل هذا العام عندما قامت شركة ************L وهي من أكبر شركات الطاقة الشمسية في العالم ببيع عمليات الطاقة الشمسية من السيلكون لديها لكي تقوم بالتركيز على تطوير CIGS ولذلك، إذا كان CIGS بهذه الجودة، فلماذا لا يتم استخدامه بشكل كبير؟
إذ إن مادة السيلكون قد أصبحت من أكبر المواد المكتشفة التي تخضع للدراسة، وقد تم إحراز تقدم كبير في عمليات تخفيض وقت التصنيع والإنتاج التي تم اكتشافها في عالم شبه الموصلات التي تعود مباشرة إلى مصنعي خلايا الطاقة الشمسية من السيلكون.
وقد أخفقت البدائل الأخرى مثل الطاقة الحرارية الشمسية، وأصباغ PHOTOVOLTAIC في التغلب على خلايا السيلكون من حيث الوظيفة والكلفة.
من ناحية أخرى، قال تي جيه ردجيرز، الرئيس التنفيذي لشركة Cypress Semiconductor مصنعة الألواح السيلكونية: إن (السيلكون حائز على سجل موثوقية لا تضاهيه أي مادة أخرى).
وقال ردجيرز وهو يشير إلى Nanosolar يمكنهم إعادة تسمية الشركة NanoDollar لأن ذلك هو ما سوف يتبقى لهم بعد أن ننتهي من التغلب عليهم.
وقال بي جي ستابيري، الرئيس التنفيذي لشركة HelioVolt المطورة لمادة CIGS المواد الثلاثة التي تم دراستها بأكبر قدر في التاريخ هي الفولاذ، والأسمنت والسيليكون، والحقيقة إنه من الغباء أن يتوقع أحد الموت الوشيك للسيليكون، لكن عدم قابليتهم على الإنتاج يخلق فرصة للطبقات الرقيقة، وCIGS ستحصل على جزء مهمّ من السوق في غضون 10 سنوات.
ومع زيادة الطلب إلى أعلى مستوى للتقنية الشمسية، من المحتمل أن يتعايش النوعان من الألواح معاً لسنوات، خصوصاً في ضوء الدور الصغير الذي تلعبه الطاقة الشمسية الآن في توليد الكهرباء، طبقاً للتخمينات المختلفة، وذلك الطلب يتوقّع أن يتضاعف بحلول عام 2025م فالطاقة الشمسية تشكل أقل من 0.10 بالمئة من المجموع الحالي.
مع هذا، هناك زخم لتقنية واحدة بين الباحثين، وصنّاع الأجهزة، وفي النهاية، الزبائن، يمكن أن يمهّد الطريق لكي يهيمن واحد منهما على الآخر، كما أن هناك نقاشاً مشابهاً ضدّ البراجماتية حدث في مجال صنع الرقاقات، فقد تم استخدام الفاليوم في إنتاج أشباه الموصلات الفائقة السرعة، لكن التكاليف المرتفعة المرتبطة بهذه المواد أبقتها في هامش السوق.
السيليكون يضرب ويخسر
إن السيليكون، وباعتراف أتباعه، ليس مثالياً، فعلى المستوى النظري، يمكن للسيليكون أن يحوّل 29 بالمئة من نور الشمس الذي يضربه إلى كهرباء، وذلك طبقاً لدكّ سوانسون، أستاذ سابق في ستانفورد قام بتأسيّس شركة SunPower.
وقال سوانسون: تخيّل خلية مثالية بكلّ ما تحمله الكلمة من معنى، ذلك سيكون من دون أيّ خسائر في الطاقة أو التسرّب غير ذلك المطلوب لفيزياء السيليكون، والحدّ العملي، كما يقول الأغلبية عند نحو 25 بالمئة إلى 26 بالمئة.
وتبيع SunPower الألواح التي تحوّل معدل من 20 بالمئة من نور الشمس إلى الكهرباء، وستنتج في وقت لاحق من هذه السنة ألواحاً ستحوّل 22 بالمئة، وتعود الكفاءة العالية لتصميم ألواح الشركة، كما تقوم شركة SunPower بوضع الاتصالات الكهربائية في خلف اللوح لزيادة المنطقة السطحيّة.
ويوضع السيليكون أيضاً في أعلى طبقة عاكسة، فالصور التي تمرّ من خلال اللوح ما عدا ذلك كليّاً ارتدّت فيه ويتم إعادة تدويرها.
أما أكثر مصنعي الطاقة الشمسية الآخرين عند 15 بالمئة إلى 18 بالمئة كفاءة، ولا يزال الحدّ الطبيعي هو الحدّ الطبيعي وصنّاع السيليكون يعترفون بأنّهم يقتربون من الحاجز.
فالطبقات الإضافية المصنوعة من المواد المختلفة يمكن أن تضاف إلى ألواح السيليكون لحصاد طاقة أكثر، لكن سوف تضيف إلى الكلفة.
ويدور التقدّم في الصناعة بدلاً من ذلك حول تخفيض كلفة الألواح، وحتى الآن، فإن هذا الموضوع ناجح.
وقد فهمت SunPower، من ضمن الآخرين، الطرق لأتمتة عدد من إجراءات المصنع.
كما أنها تبني المصانع أيضاً في الفلبين، حيث تظل العمالة رخيصة، كما أن الألواح تصبح أنحف أيضاً، ما يخفّض من المادة المطلوبة ويزيد كفاءتها. جدير بالذكر أن المدة التي تستغرقها تغطية كلفة بناء منشأة للطاقة الشمسية تستغرق نحو تسعة إلى 10 سنوات، مما يعني أن الكلفة تساوي المبلغ الذي كنت ستدفعه إلى شركة الكهرباء بشكل فواتير الكهرباء.
وفي غضون خمس سنوات، يزعم صنّاع السيليكون بأنّهم يستطيعون اختصار ذلك الوقت مناصفة، وكعلاوة إضافية، فإن ألواح الطاقة الشمسية ليست قبيحة كما كانت.
فقد أنتجت شركة PowerLight بلاط السطح المزود بألواح السيليكون الشمسية الملحقة الذي يتم تركيبه عند بناء المنزل، فهو نظام تامّ يكلف نحو 8.000 دولار إلى 13.000 دولار، طبقاً لشركة Grupe Homes التي وضعت ألواح PowerLight في بعض البيوت في بضع تطوّرات جديدة نسبياً.
الطاقة الشمسية بحاجة للعقارات
وقال ستانبيري إن المشكلة، على أية حال، هي أن الكهرباء الشمسية تحتاج لكثير من العقارات، تشعّ الشمس نحو كيلو واط الطاقة لكلّ متر مربّع على سطح الأرض.
هناك 2.6 مليون متر مربّع في الميل المربّع، وهكذا، فكلّ ميل مربّع يحصل على 2.6 gigawatts (مليون كيلووات يساوي واحد جيجاوات).
على المستوى العملي، فإن الطاقة الشمسية ستحصد فقط نحو 10 بالمئة من الطاقة التي تضرب منطقة كبيرة، لذا يحتاج الأمر إلى نحو 4 أميال مربّعة من الألواح الشمسية لتوليد gigawatt، أو تقريباً كمّية الكهرباء المزودة نفسها من محطتين للكهرباء.
وقال ستانبيري: إذا نظرت إلى آلاف الأشياء التي يقوم الناس بها، هناك فقط ثلاثة أشياء التي تحتاج آلاف الأميال المربّعة: الزراعة والطرق السريعة والبناء، والهدف المستحيل لتجنب للتقنية الشمسية هو كيف تغطّية آلاف الأميال المربّعة بشكل رخيص. ويقول المدافعون: إن ألواح CIGS تستطيع عمل هذا لأن الألواح رخيصة الصنع.
ويقول ديفيد بيرس، الرئيس التنفيذي لشركة Miasole المصنعة لألواح CIGS: إنّ شركته تستطيع إقامة مصنع ينتج ألواحاً للطاقة الشمسية بقيمة 100 ميجاواط سنوياً بقيمة 25 مليون دولار، (ويعني هذا القياس أنه إذا قمت بجمع كل الألواح التي ينتجها المصنع، يمكنها أن تزود طاقة تبلغ 100 ميجاوات في الوقت نفسه).
وقد أنفقت شركة Evergreen Solar صانعة السيليكون، 75 مليون دولار لبناء منشأة بقدرة 30 ميجاواط في ألمانيا في 2006م.
ويقول بيرس إنه على الرغم من أن القدرة الإضافية يمكن إضافتها بشكل أرخص من أول 30 ميجاوات، إلا أن كلفة CIGS لا تزال تحمل قيمة من حيث الكلفة، وأضاف في مؤتمر عقد مؤخراً أن الحرب سوف يتم الفوز بها على أرض التصنيع، وأن ما يجب علينا القيام به هو تحويل ذلك إلى إنتاج مرتفع الحجم.
وفي عام 2010، سوف تبلغ كلفة توليد واط واحد من الكهرباء من ألواح CIGS - بما في ذلك المصنع والنفقات الأخرى - نحو 2.50 دولار، عندما تدرس عمر اللوح، وذلك سيكون مساوياً بشكل غير متقن إلى قوّة الشبكة في ذلك الوقت، وبحلول نهاية السنة القادمة، نتوقّع شركة Miasole أن يكون لديها القدرة المركّبة لإنتاج ألواح بقدرة 200 ميجاواط في السّنة، وأضاف بيرس أنّ الشركة ستكون مربحة السنة القادمة.
وقد أظهرت Miasole خلية CIGS الشمسية التي تحوّل 19.5 بالمئة من نور الشمس إلى كهرباء؛ في بيئة تصنيعية، ما يعني 15 بالمئة إلى 16 بالمئة كفاءة، لماذا إذا CIGS ليس حلاً مثالياً؟ فهو يوجد بالكاد تجارياً والبدائل ليس لديها سجل للنجاحات العظيمة.
فمنذ ثلاثين سنة، تكلف إنتاج الطاقة الشمسية نحو 100 دولار للواط، قال سوانسون، لذا بدأت وزارة الطاقة بالولايات المتحدة بتمويل البدائل من السيليكون، الآن، تبلغ الكلفة نحو 8 دولارات أو 9 دولارات، كما أنها تنخفض أيضاً إنّ البدائل بدأت فقط تخرج من مرحلة البحث. وأضاف أن موثوقية السيليكون مؤكدة. كما أن حقيقة أنّ CIGS يمكن تركيبه على الأسطح المختلفة قد لا تكون ميزة كبيرة كما تبدو. وقال رون كينيدي، مدير عامّ وحدة الطاقة الشمسية في شركة Sharp وهي إحدى كبار صنّاع سيليكون الطاقة الشمسية أن هناك كثيراً من المساحة على أسطح المنازل الأمريكية.
وفي النهاية، التقنيتان يمكن أن تتعايشا بدخول التطبيقات المختلفة، على حد قول والتر ناسديو، محلّل في Ardour Capital.
ويقول أيضاً إن هذا سؤال صعب للإجابة، فإذا كنت تتحدّث عن ألواح شمسية فوق سطح (المنلز)، فمن المحتمل أن يكون استعمال السيليكون أفضل حالاً، خصوصاً على المدى القريب.
فهو قيد الاستخدام منذ وقت طويل، وعلى النقيض، فإن CIGS قد تكون أفضل للأسطح أو الإشارات الصناعية الكبيرة.

---

hg'hrm hgalsdm fdk lh]m hgsgd;,k ,lh]m Cigs