يبدأ الفرق بين الألواح أحادية البلورة ومتعددة البلورات من طريقة تصنيع خلية السيليكون. تُقطع الخلايا أحادية البلورة من بلورة سيليكون واحدة، بينما تُنتج الخلايا متعددة البلورات عبر تبريد السيليكون المنصهر داخل قالب لتكوين عدة تراكيب بلورية. وينعكس هذا الاختلاف في التصنيع مباشرة على الكفاءة؛ إذ تتراوح كفاءة الخلايا أحادية البلورة اليوم عادة بين 20% و23%، بينما تبقى في الألواح متعددة البلورات بين 15% و18%.

عمليًا، يعني ذلك أن تركيب ألواح أحادية البلورة على المساحة نفسها يتيح قدرة مركبة أعلى. وكانت الألواح متعددة البلورات تتمتع سابقًا بميزة من حيث التكلفة لكل واط، إلا أن هذا الفارق السعري تقلص بشكل كبير في السنوات الأخيرة مع زيادة حجم إنتاج الألواح أحادية البلورة. كما يسهل التمييز بينهما بصريًا؛ فالألواح أحادية البلورة تكون قريبة من اللون الأسود وموحدة اللون، بينما تتميز الألواح متعددة البلورات بمظهر مزرق ومرقش.

فيما يلي نقارن بالتفصيل بين نوعي الألواح من حيث الكفاءة، والسلوك الحراري، والمساحة المطلوبة، والتكلفة، ومدى ملاءمتهما للمشروعات.

ما هو اللوح أحادي البلورة وكيف يتم تصنيعه؟

تعتمد الألواح أحادية البلورة على طريقة تُعرف باسم عملية تشوخرالسكي. تُغمس بذرة بلورية واحدة في السيليكون المنصهر ثم تُسحب إلى الأعلى ببطء مع تدويرها. وينتج عن هذه العملية سبيكة أسطوانية ذات بنية أحادية البلورة، ثم تُقطع السبيكة إلى شرائح رقيقة لتكوين الخلايا.

تعني البنية أحادية البلورة أن الإلكترونات تواجه عوائق أقل داخل الخلية. وبسبب عدم وجود حدود بلورية، تنخفض خسائر التيار ويتم إنتاج كمية أكبر من الكهرباء من مقدار الضوء نفسه. كما أن المظهر المقطوع عند زوايا الخلايا ناتج عن هذه العملية، إذ تكون الزوايا مشطوفة عند استخراج خلايا مربعة من سبيكة أسطوانية.

تتطلب هذه الطريقة طاقة ووقتًا أكبر. وخلال تقطيع السبيكة، تُفقد كمية من السيليكون على شكل مسحوق. لذلك كان تصنيع الألواح أحادية البلورة تاريخيًا أعلى تكلفة. ومع زيادة حجم الإنتاج وتطور تقنيات الخلايا، تقلص هذا الفارق في التكلفة إلى حد كبير.

اليوم، تعتمد تقريبًا جميع الألواح عالية القدرة من الجيل الجديد في السوق على تقنية أحادية البلورة. كما تندرج الوحدات بقدرة 550 واط وما فوق ضمن هذه الفئة.

بنية الألواح متعددة البلورات وخصائصها المميزة

في الألواح متعددة البلورات، يُذاب السيليكون ويُصب في قالب مستطيل ثم يُترك ليبرد. وأثناء التبريد تتكون داخل المادة أعداد كبيرة من البلورات الصغيرة. وتؤدي الحدود التي تلتقي عندها هذه البلورات إلى إبطاء حركة الإلكترونات جزئيًا، فتظل الكفاءة أقل بعدة نقاط مئوية مقارنة بالألواح أحادية البلورة.

تكون عملية التصنيع أقصر وتتطلب طاقة أقل. كما يقل هدر السيليكون لأن القالب يكون مربع الشكل مباشرة ولا تحدث خسائر عند الزوايا. ولهذا السبب ظلت الألواح متعددة البلورات لسنوات طويلة خيارًا اقتصاديًا شائعًا في المشروعات واسعة النطاق.

ومن الخصائص الأخرى للألواح متعددة البلورات أن معامل الحرارة لديها أعلى قليلًا مقارنة بالألواح أحادية البلورة. أي أن انخفاض الإنتاج يزداد نسبيًا مع ارتفاع درجة الحرارة. وفي المناطق ذات المناخ الحار، ينعكس هذا العامل على حساب الإنتاج السنوي.

انخفض إنتاج الألواح متعددة البلورات بشكل واضح في الوقت الحالي. ومع ذلك، لا يزال من الممكن العثور عليها ضمن المخزونات المتبقية وبعض المشروعات التي تركز على خفض الميزانية.

مقارنة من حيث الكفاءة والقدرة بالواط

عند مقارنة الكفاءة، لا ينبغي النظر فقط إلى قيمة الواط المكتوبة على ملصق اللوح، بل أيضًا إلى المساحة المطلوبة لإنتاج هذه القدرة. فقد ينتج لوحان 400 واط لكل منهما، لكن اللوح متعدد البلورات سيحتاج إلى مساحة أكبر لتحقيق ذلك.

يمكن تلخيص أبرز الفروق كما يلي:

• كفاءة الخلية: تتراوح عادة بين 20% و23% في الألواح أحادية البلورة، وبين 15% و18% في الألواح متعددة البلورات.
• القدرة لكل متر مربع: توفر الألواح أحادية البلورة قدرة مركبة أعلى بنحو 20% إلى 25% على المساحة نفسها.
• معامل الحرارة: في الألواح أحادية البلورة، يكون فقد القدرة لكل درجة ارتفاع في حرارة الخلية أقل عادة.
• الأداء في الإضاءة الضعيفة: تبدأ الألواح أحادية البلورة بالإنتاج في وقت أبكر صباحًا وتستمر لفترة أطول مساءً وفي الطقس الغائم.
• التدهور على المدى الطويل: يكون معدل فقد الأداء السنوي متقاربًا في النوعين، لكن بما أن الألواح أحادية البلورة تبدأ بكفاءة أعلى، فإنها تحافظ على إنتاج أعلى في السنة الخامسة والعشرين.

ولفهم أثر هذه الفروق على الاستثمار بشكل واضح، من المفيد حساب الإنتاج السنوي لكل لوح. كمية الطاقة التي ينتجها اللوح الشمسي يسهّل منهج الحساب لدينا مقارنة نوعي الألواح بما يناسب موقعك.

المساحة المطلوبة واستخدام الأرض

في المشروعات التي تعاني من محدودية المساحة، يصبح اختيار نوع اللوح ضرورة تقنية. فالمساحة المتاحة في تركيبات الأسطح محدودة، وللوصول إلى القدرة المركبة المستهدفة يجب اختيار اللوح الذي يحقق أعلى إنتاج لكل متر مربع. وفي هذه الحالة، تصبح الألواح أحادية البلورة الخيار شبه الوحيد.

أما في المحطات الأرضية فتختلف الصورة قليلًا. فإذا كانت لديك مساحة واسعة، يمكن الوصول إلى القدرة المركبة نفسها باستخدام ألواح متعددة البلورات، لكن ذلك يتطلب عددًا أكبر من الألواح، وهياكل أكثر، ومسارات كابلات أطول. وغالبًا ما تلغي هذه التكاليف الوفر المتحقق في سعر الألواح.

كما أن زيادة عدد الألواح تطيل مدة العمل. إذ تزداد أعمال التركيب والكابلات والتشغيل التجريبي بزيادة عدد الوحدات. لذلك فإن تقييم التكلفة الإجمالية بناءً على سعر اللوح فقط قد يكون مضللًا.

ومن الطرق الأخرى لاستخدام الأرض بكفاءة إبقاء الألواح بزاوية عمودية على الشمس طوال اليوم. نظام تتبع الشمس يزيد الإنتاج السنوي بشكل ملحوظ في المواقع التي تستخدمه مع العدد نفسه من الألواح.

ما الذي يجب مراعاته في حساب التكلفة؟

لا يحدد سعر اللوح وحده التكلفة الإجمالية للاستثمار. ولرؤية العبء الحقيقي للمشروع، يجب تقييم عدة بنود معًا:

1. سعر الوحدة من اللوح: يجب إجراء المقارنة على أساس التكلفة لكل واط، وليس على أساس سعر الوحدة.
2. الهيكل والتركيب: كلما زاد عدد الألواح، زادت تكلفة الهياكل الحاملة وأعمال التركيب.
3. الكابلات والمواد الكهربائية: في النظام الممتد على مساحة أكبر، تزداد أطوال كابلات التيار المستمر والخسائر المرتبطة بها.
4. تكلفة الأرض: إذا كان المشروع يعتمد على الاستئجار أو الشراء، فإن فرق المساحة المطلوبة ينعكس مباشرة على الميزانية.
5. العائد السنوي من الإنتاج: يؤدي الإنتاج الإضافي من المساحة نفسها إلى تقصير فترة استرداد الاستثمار.

عند حساب هذه البنود الخمسة معًا، يُسترد فرق السعر الأولي للألواح أحادية البلورة خلال السنوات الأولى في معظم المشروعات. ويصبح الفرق أكثر وضوحًا في المناطق التي ترتفع فيها تكلفة الأرض والهياكل.

العمر التشغيلي والضمان والأداء طويل الأمد

عند التركيب الصحيح، يمكن لكلا النوعين من الألواح إنتاج الكهرباء لمدة 25 إلى 30 عامًا. ويقدم المصنعون عادة ضمانًا للمنتج لمدة 12 عامًا وضمان أداء لمدة 25 عامًا. ويضمن ضمان الأداء احتفاظ اللوح بنسبة محددة من قدرته الأصلية في نهاية السنة الخامسة والعشرين.

في الألواح أحادية البلورة، تكون هذه النسبة المضمونة أعلى لدى معظم العلامات التجارية. ويبلغ معدل التدهور السنوي عادة نحو 0.4% إلى 0.5%. وقد يكون أعلى قليلًا في الألواح متعددة البلورات. وعلى الرغم من أن الفارق يبدو بسيطًا خلال سنة واحدة، فإنه ينعكس على إجمالي الإنتاج بعد 25 عامًا.

ومن العوامل الأخرى التي تحدد عمر اللوح المتانة الميكانيكية. فسمك الزجاج، وتصميم الإطار، وجودة التصفيح تؤثر مباشرة في المتانة بغض النظر عن نوع اللوح. ولذلك ينبغي مراجعة شهادات اختبارات البَرَد والرياح وأحمال الثلوج. العمر الافتراضي للألواح الشمسية تقدم تقييماتنا حول هذا الموضوع إطارًا تفصيليًا.

أي نوع من الألواح أنسب لكل مشروع؟

في تركيبات الأسطح والمشروعات السكنية، تتفوق الألواح أحادية البلورة بوضوح. فبما أن الهدف هو تحقيق أقصى إنتاج ضمن مساحة محدودة، ينعكس فرق الكفاءة مباشرة على فترة استرداد الاستثمار. كما يفضّل كثير من المستخدمين المظهر الأسود المتجانس من الناحية الجمالية.

وينطبق المنطق نفسه على أسطح المصانع وأنظمة الاستهلاك الذاتي. فالوصول إلى القدرة المركبة المطلوبة لتغطية كامل الاستهلاك يعتمد على الاستخدام الفعال لمساحة السطح. وفي هذه المشروعات، يحدد اختيار اللوح مدى تطابق منحنى الإنتاج مع منحنى الاستهلاك.

أما في المحطات المقامة على أراضٍ واسعة، فيعتمد القرار على التوازن بين الميزانية وتكلفة الأرض. فإذا كانت الأرض واسعة ومنخفضة التكلفة، يمكن الاستمرار في تقييم الألواح متعددة البلورات. لكن توافر المخزون أصبح أقل وقد تظهر صعوبات في التوريد.

باختصار، في ظروف السوق الحالية، تُعد الألواح أحادية البلورة الخيار الأكثر منطقية في معظم السيناريوهات. وعند اتخاذ القرار، لا تقل أهمية العلامة التجارية وتقنية الخلية وشروط الضمان عن أهمية البنية البلورية.

عامل لا يقل أهمية عن اختيار اللوح: زاوية مواجهة الشمس

بغض النظر عن نوع اللوح، فإن العامل الأكثر أهمية في تحديد الإنتاج هو زاوية سقوط الضوء عليه. ففي الأنظمة الثابتة، تكون مواجهة اللوح للشمس بزاوية عمودية مثالية خلال فترة محدودة فقط من اليوم. وفي الساعات الأخرى ينعكس جزء من الضوء الساقط ويُفقد.

تحرك أنظمة التتبع الألواح مع الشمس طوال اليوم لتقليل هذا الفقد. وفي الأنظمة أحادية المحور، تتراوح زيادة الإنتاج السنوي عادة بين 25% و35%. أما في الأنظمة ثنائية المحور فقد تكون الزيادة أعلى من ذلك. وهذا التحسن أكبر بعدة مرات من فرق الكفاءة بين الألواح أحادية البلورة ومتعددة البلورات.

يعتمد أداء أنظمة التتبع في الموقع على جودة مكوناتها الميكانيكية. علبة تروس متتبع شمسي، وجلب المحامل ولوحات التحكم تساعد على ضمان عمل النظام بشكل موثوق لمدة 25 عامًا.

إن تقييم نظام الحركة بالتوازي مع اختيار الألواح عند تخطيط الاستثمار يمكن أن يقلل فترة الاسترداد بشكل ملحوظ.