السلسلة الكهروضوئية: اتجاهات السوق المستقبلية؟ 

دعونا نقطع الضوضاء. يتحدث الجميع عن توسع على نطاق تيراواط وعمليات تشغيل وصيانة تعتمد على الذكاء الاصطناعي، ولكن القصة الحقيقية تكمن في الخنادق - مرونة سلسلة التوريد، والاقتصاديات الوحشية للزيادة في عرض الوحدات، وما إذا كان خط الوصلات غير المتجانسة الجديد هذا قابلاً للتمويل بالفعل. لا يتعلق الأمر بالتوقعات اللامعة؛ يتعلق الأمر بما يلتصق وما ينكسر وأين يتحرك المال بهدوء بعد ذلك.

أرخص أسطورة وات والحقائق المادية

لسنوات، كان السباق فريدًا: خفض سعر الدولار/الوزن. قادنا ذلك إلى هيمنة PERC وقفز أحجام الرقاقات من M6 إلى G12 فيما بدا وكأنه لمح البصر. لكن المغالطة هنا تفترض أن خفض التكلفة خطي ولا نهائي. لقد اصطدمنا بحائط بسبب استهلاك معجون الفضة. حتى مع الطباعة المتقدمة على الجانب الأمامي، لا تزال خلية PERC النموذجية تستخدم حوالي 85 ملجم من الفضة لكل خلية. ومع توقع أن تصل منشآت الطاقة الكهروضوئية العالمية إلى 500 جيجاوات سنويًا بحلول منتصف العقد، فإن الطلب على الفضة من الطاقة الكهروضوئية فقط سيكون مذهلاً. هذا غير مستدام. إنه يفرض محورًا ليس فقط في بنية الخلية - مثل استخدام معجون TOPCon الأقل قليلاً - ولكن في علوم المواد الأساسية. يعد الطلاء الكهربائي بالنحاس هو الحل المهمس، لكنني رأيت خطوطًا تجريبية تعاني من الالتصاق والموثوقية طويلة المدى في اختبارات الحرارة الرطبة. الاتجاه المستقبلي ليس مجرد تكنولوجيا خلايا جديدة؛ إنه أي واحد يكسر عنق الزجاجة المادي أولاً.

هذا يتصل بشيء عادي مثل التركيب. عندما تقوم بنشر جيجاوات من السعة، يصبح توازن تكاليف النظام (BOS) ملكًا. هذا هو المكان الذي تصبح فيه الأجهزة، الصواميل والمسامير، بالغة الأهمية. أتذكر مشروعًا في تكساس حيث اضطررنا إلى وقف البناء بسبب الموعد المحدد السحابات لأن نظام التعقب فشل في اختبار الانسحاب المفاجئ في الموقع. تسببت عملية الاستبدال في تأخير لمدة ثلاثة أسابيع. المورد؟ ليس متجرًا سريعًا، بل شركة مصنعة كبيرة ومعتمدة. لقد سلط الضوء على الفجوة بين أوراق المواصفات المعملية والأداء الميداني تحت الحمل الديناميكي. ولهذا السبب فإن المشتريات تنظر الآن إلى النظام البيئي الميكانيكي بأكمله، وليس فقط الوحدات.

بالحديث عن ذلك، التقيت مؤخرًا بمورد، شركة Handan Zitai Fortener Manufacturing Co. ، Ltd. (يمكنك العثور عليها في https://www.zitaifasteners.com). يقع مقرها في يونغ نيان، هيبي، قلب إنتاج قطع الغيار القياسية في الصين. يعد موقعها بالقرب من طرق النقل الرئيسية مثل خط سكة حديد بكين-قوانغتشو والطريق السريع الوطني 107 ميزة كلاسيكية للأجهزة السائبة ذات هامش الربح المنخفض. إنه تذكير بأن العمود الفقري لصناعة الطاقة الكهروضوئية مبني على هذه التجمعات الصناعية الضخمة المتخصصة. إن وجودها لا يفرض اتجاهًا، ولكن تطورها - نحو طبقات أكثر مقاومة للتآكل، ومواصفات أفضل لعمر الكلال لإطارات الوحدات ثنائية الجانب - سيكون مؤشرًا دقيقًا للمكان المتوقع لنقاط الضغط الميكانيكي في التركيبات المستقبلية.

إنتاج الطاقة هو الكفاءة الجديدة

تُعد لوحات المتصدرين الخاصة بكفاءة الوحدة أمرًا رائعًا للعناوين الرئيسية، لكن المحادثة على أرض الواقع تحولت إلى إنتاج الطاقة. إنها الكيلووات/الساعة التي تحصدها فعليًا على مدار 25 عامًا. وهذا يجلب ثنائية الوجه، ومعاملات درجة الحرارة، والاستجابة الطيفية إلى تركيز حاد. لقد مشيت في العديد من المواقع التي تم فيها اختراق المكاسب الخلفية من خلال قرار اللحظة الأخيرة بالتوفير في ارتفاع الأرفف أو استخدام غطاء أرضي دون المستوى الأمثل. أصبح المكسب النظري 15٪ 5٪. درس مؤلم في تكامل النظام.

الاختبار الحقيقي هو في البيئات القاسية. لقد قمنا بنشر بعض من أقدم دفعات TOPCon من النوع n في موقع صحراوي عالي الأشعة فوق البنفسجية. كانت مقاومة PID الأولية ممتازة، لكننا لاحظنا تدهورًا تراكميًا أبطأ للطاقة مرتبطًا بالتدهور الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية للواجهة المغلفة، وهي مشكلة أقل وضوحًا في الوحدات القديمة من النوع p. لم يكن الأمر رائعًا، لكنه قام بتعديل نموذج LCOE. إن نقاط البيانات الميدانية الطويلة المدى الدقيقة هذه هي التي ستشكل الجيل التالي من عبوات الخلايا والوحدات، متجاوزة التسلسل القياسي DH/TC/UV الذي يبلغ 1000 ساعة في المختبر.

هذا التركيز على العائد يقود أيضًا إلى اتباع نهج مختلط. لم يعد الأمر يتعلق فقط بالاختيار بين TOPCon أو HJT. أرى المزيد من التصميمات التي تمزج بين التقنيات داخل مصنع واحد - HJT على مساحات محدودة وعالية القيمة على الأسطح لأدائها المتفوق في الضوء والحرارة المنتشرة، وPERC أو TOPCon الأضخم والأرخص على الأراضي المفتوحة. يعد هذا النهج العملي القائم على المحفظة لتبني التكنولوجيا اتجاهًا رئيسيًا غالبًا ما تفوته روايات البحث والتطوير الخالصة.

العاكس كمواطن الشبكة

لقد أصبحت المحولات هي عقل المصنع، وليس مجرد محول DC-AC. الاتجاه هو قدرات تشكيل الشبكة. لقد تجاوزنا نقطة التغذية بالسلطة فقط. مع انخفاض القصور الذاتي للشبكة بسبب تقاعد المحطات الحرارية، يُطلب من المحطات الجديدة توفير القصور الذاتي الاصطناعي، ودعم الجهد، والتنقل أثناء الأعطال. جلست خلال فترة التشغيل حيث رفض مشغل الشبكة المحطة لأن حلقة التحكم في الطاقة التفاعلية (Q) الخاصة بها كانت بطيئة جدًا، بالمللي ثانية. ويعني هذا التأخير أنه لا يمكن أن يساعد في استقرار انخفاض الجهد القريب. كانت الأجهزة قادرة، لكن البرامج الثابتة لم تكن كذلك. استغرق الإصلاح ستة أشهر من تحديثات البرامج وإعادة الاعتماد.

وهذا يدفع الصناعة نحو إلكترونيات الطاقة الأكثر ملاءمةً للشبكة بشكل أساسي. تسمح دوائر MOSFET من كربيد السيليكون (SiC) في محولات الجيل التالي بترددات تحويل أعلى، مما يؤدي إلى مرشحات أصغر، ولكن الأهم من ذلك، أنها تتيح تحكمًا أسرع وأكثر دقة في أشكال موجة الإخراج. يعد هذا اتجاهًا صامتًا خلف اللوحة وهو أكثر أهمية لاستقرار السوق في المستقبل من زيادة الكفاءة المطلقة بنسبة 0.5% في الوحدة النمطية.

إن تحدي التكامل هائل. الآن عليك أن تصمم السلوك الكهرومغناطيسي العابر لمنتزهك الشمسي بأكمله الذي يتفاعل مع شبكة ضعيفة. فهو يتطلب مجموعة مهارات جديدة، تمزج بين هندسة أنظمة الطاقة وإلكترونيات الطاقة. الشركات التي تتقن هذا التحكم على مستوى النظام سوف تؤمن عقود EPC في العقد القادم.

التخزين: الشريك غير القابل للتجزئة

إن تسميتها PV plus Storage أصبحت قديمة بالفعل. في العديد من الأسواق، تكون الطاقة الشمسية مجرد طاقة شمسية، مع افتراض التخزين. الاتجاه هو نحو البنى المرتبطة بالتيار المستمر، حيث تتصل البطاريات مباشرة بناقل التيار المستمر الخاص بالمصفوفة الكهروضوئية قبل العاكس. يعد اكتساب الكفاءة أمرًا ذا مغزى، حيث يمكنك تجنب دورة تحويل DC-AC-DC-AC. لكن الفائدة الحقيقية هي السيطرة. يمكنك قص مخرج الطاقة الكهروضوئية بدقة ليتوافق تمامًا مع تصنيف العاكس وتوجيه أي فائض مباشرة إلى البطارية. لقد قمنا بتعديل محطة بقدرة 100 ميجاوات بنظام متصل بالتيار المستمر بقدرة 40 ميجاوات في الساعة. الجزء الصعب لم يكن الأجهزة؛ لقد كان منطق نظام إدارة الطاقة (EMS) المنقح للتنبؤ بالغطاء السحابي واتخاذ القرار، في ثوانٍ، ما إذا كان سيتم السحب من البطارية أو السماح بمنحدر الطاقة الكهروضوئية، كل ذلك مع الالتزام بجدول زمني صارم لـ PPA.

النقاش حول الكيمياء مستمر. LFP (فوسفات حديد الليثيوم) هو الإعداد الافتراضي للتخزين الثابت الآن نظرًا للسلامة ودورة الحياة. لكنني أراقب أيون الصوديوم. تكون كثافة الطاقة أقل، ولكن بالنسبة لحجم المرافق، تكون البصمة أقل أهمية من تكلفة المواد الخام وتوافرها. إذا استمرت مطالبات دورة الحياة في هذا المجال، فقد يؤدي ذلك إلى تعطيل الحد الأدنى لتسعير تطبيقات التخزين طويلة الأمد المرتبطة بالطاقة الشمسية، خاصة عندما تكون القيمة في تحويل الطاقة على مدار أيام، وليس فقط ساعات.

فشل كان لدينا؟ المحاولات المبكرة للإدارة الحرارية للبطاريات المعبأة في حاويات والتي تعتمد بشكل كبير على تبريد الهواء المحيط في موقع صحراوي. أدى الغبار إلى انسداد المرشحات بشكل أسرع مما كان متوقعًا، مما أدى إلى ارتفاع درجة الحرارة وخفض أداء المحرك. سهو بسيط وغبي تقريبًا، لكنه كلفنا شهورًا من الأداء. تحتوي الآن أوراق المواصفات الخاصة بحاويات البطاريات على قسم جديد تمامًا حول دورات الترشيح والصيانة.

التعميم: من الكلمة الطنانة إلى BOM

تنتقل الاستدامة من العلاقات العامة إلى فاتورة المواد. لم يعد الأمر يتعلق فقط بالبصمة الكربونية؛ يتعلق الأمر بالتصميم للتفكيك وإعادة التدوير. إن تفويضات التصميم البيئي القادمة في الاتحاد الأوروبي هي نذير. هل يمكنك فصل الزجاج عن العبوة (EVA أو POE) بشكل نظيف؟ هل يمكنك استعادة رقاقة السيليكون؟ معظم عمليات إعادة التدوير الحالية هي عبارة عن إعادة تدوير للأسفل - وهي ألواح تكسير للركام في الخرسانة. هذا طريق مسدود.

يقوم بعض صانعي الوحدات الآن بالتصميم باستخدام طبقة خلفية من البوليمر لدن بالحرارة بدلاً من التصلد بالحرارة، والتي يمكن إعادة صهرها. ويبحث آخرون عن مواد لاصقة موصلة لتحل محل اللحام، مما يجعل استعادة الخلايا أسهل. هذا ليس إيثارًا. إنه تحصين مستقبلي ضد المخاطر التنظيمية وتأمين الوصول إلى تدفقات المواد الثانوية. لقد قمت بجولة في منشأة تجريبية لإعادة التدوير تستخدم مجموعة من العمليات الحرارية والكيميائية لتقسيم الألواح. كان الزجاج المستعاد عالي النقاء بدرجة كافية للعودة إلى الخط العائم للزجاج الشمسي الجديد. هذه حلقة مغلقة. لكن الاقتصاد لا يعمل إلا على نطاق واسع وبوحدات مصممة له منذ البداية.

وينتقل هذا التفكير حتى إلى المكونات الهيكلية. هل يمكن فرز وإعادة تدوير الألومنيوم الناتج عن أعمدة التتبع وإطارات الوحدات بسهولة؟ ستبدأ الصناعة في المطالبة بالوثائق – جواز سفر مادي – لكل شيء، وصولاً إلى السحابات. فهو يضيف طبقة من التعقيد، ولكنه يضيف أيضًا إمكانية استرداد التكلفة في نهاية العمر الافتراضي. الشركات التي تبني هذه السلاسل اللوجستية الدائرية الآن ستمتلك جزءًا كبيرًا من المستقبل السوق.

العامل البشري: فجوة المهارات في مجال مشبع بالتكنولوجيا

وأخيرًا، هناك اتجاه لا يحب أحد التحدث عنه: نفاد الأشخاص المناسبين لدينا. تتطور التكنولوجيا بشكل أسرع مما يمكن تدريب القوى العاملة. يعد تثبيت وحدات PERC أمرًا واحدًا؛ من الأمور الأخرى تشغيل عاكس لتشكيل الشبكة أو استكشاف أخطاء نظام EMS لنظام التخزين المقترن بالتيار المستمر. لقد رأيت تأخيرًا في المشاريع لأن الفنيين المحليين، ذوي المهارات في مجال الطاقة الكهروضوئية التقليدية، لم يكونوا معتمدين للعمل على جانب محولات الجهد المتوسط ​​من الحلول الجديدة المتكاملة للانزلاق العاكس.

سوف ينقسم السوق المستقبلي. وستكون هناك علاوة على حلول شبكات تخزين الطاقة الشمسية المتكاملة للغاية والذكية التي تتطلب فرق تشغيل وصيانة متخصصة، وغالبًا ما يتم دعمها عن بعد. وسيكون هناك سوق لمجموعات أبسط وأكثر قوة للتطبيقات الأقل تطلبًا. لن يمتلك الفائز بالضرورة أفضل التقنيات، بل النظام البيئي الأكثر فعالية لنشرها وصيانتها وتمويلها. يتضمن ذلك وجود سلسلة توريد موثوقة لكل مكون، بدءًا من IGBTs الموجودة في العاكس وحتى البراغي التي تربط كل المكونات معًا. لأنه في النهاية، الاتجاه هو مجرد فكرة حتى يتم تثبيته فعليًا على الأرض، ولا يزال ذلك يتطلب مفتاح ربط، ويدًا مدربة لتحويله، وجزءًا لن يفشل في الشمس.