الخلية الشمسية مقابل اللوح الشمسي: ما لا تقوله أسماء الآلات

إجابة سريعة: الإجابة المختصرة: الخلية الشمسية واللوح الشمسي يصنعهما قطاعان مختلفان في مصنعين مختلفين. يبدأ تصنيع الخلايا من رقاقة سيليكون ويستخدم أفران الانتشار وPECVD وآلات الطباعة بالشاشة لإنتاج جهاز بجهد نحو 0.5 فولت إلى 0.6 فولت، ونحو 95% من الخلايا التجارية من السيليكون البلوري. أما تصنيع اللوح، أو الوحدة، فيبدأ من خلايا جاهزة ويستخدم آلة توصيل الشرائط، ومحطة التجميع الطبقي، وآلة التصفيح، وآلة التأطير، وجهاز الاختبار لتجميع 60 إلى 144 خلية في وحدة محكمة الإغلاق بقدرة 400 واط إلى 700 واط. تحتاج مصانع الخلايا إلى أفران تتجاوز 800 °C وظروف غرفة نظيفة؛ أما خط الوحدات فيعمل عند درجات حرارة تصفيح قريبة من 150 °C في قاعة صناعية عادية. تبني Ooitech خطوط وحدات من 5 ميجاواط إلى 1.2 جيجاواط ولا تصنع معدات تصنيع الخلايا. الالتباس في التسمية حقيقي حتى في كتالوجنا الخاص، حيث تحمل الآلات التي تتعامل مع الخلايا أثناء تجميع الوحدات أسماء الخلايا الشمسية.

بقلم جيري، تسويق المنتجات في Ooitech

تصلني نسخة من هذا السؤال معظم الأسابيع: يسأل المشتري عما إذا كنا نصنع خلايا شمسية، وما يريدون بناؤه فعلاً هو خط وحدات. أحياناً يكونون قد قارنوا عروض أسعار مصانع الخلايا لفترة قبل أن يسأل أحدهم عما يدخل في بداية عمليتهم.

يحدث هذا باستمرار، وهو ليس خطأ المشتري. آلاتنا نفسها تحمل أسماء مثل آلة القطع بالليزر للخلايا الشمسية وآلة توصيل الشرائط للخلايا الشمسية. إنها تتعامل مع الخلايا، وهي موجودة في مصنع ألواح.

مصنعان، نشاطان مختلفان

الخلية الشمسية هي جهاز كهروضوئي واحد — بعرض يقارب 16 إلى 23 سم، وتنتج نحو 0.5 إلى 0.6 فولت. اللوح الشمسي يحتوي على العديد منها موصولة على التوالي لرفع الجهد، ثم على التوازي لرفع التيار.

هذه هي العلاقة كاملة. المنتجان يصنعهما قطاعان.

نحن في Ooitech نورد خطوط إنتاج الألواح من 5 ميجاواط إلى 1.2 جيجاواط. نحن لا نصنع أفران الانتشار أو أنظمة PECVD أو آلات الطباعة بالشاشة. إذا كنت تبني مصنع خلايا، فأنا الشخص الخطأ لتسأله.

أين ينتهي تصنيع الخلايا

يبدأ تصنيع الخلايا من السيليكون متعدد البلورات وينتهي بصندوق من الخلايا المختبرة. خمس خطوات، تقريباً.

يُصهر السيليكون متعدد البلورات إما ليُصب في سبائك متعددة البلورات أو يُسحب إلى سبيكة أحادية البلورة بعملية Czochralski. تُقطع السبائك إلى رقائق، وتُنظف وتُخشّن لتحتجز مزيداً من الضوء.

خلية شمسية أحادية البلورة نصف مقطوعة مع قضبان التوصيل، قبل تجميع الوحدة

ثم التشويب. ينتشر البورون والفوسفور لإحداث وصلة p-n، وتُزال المسار الموصّل الذي يتشكل حول حافة الرقاقة لمنع الدوائر القصيرة. ثم تُضاف طبقة مضادة للانعكاس، عادةً نيتريد السيليكون المرسّب بالترسيب الكيميائي البخاري المعزز بالبلازما. أخيراً، تُطبع التلامسات المعدنية بالشاشة بمعجون الفضة أو النحاس وتُحرق.

عندما ينتهي ذلك تكون لديك خلية. تُختبر وتُصنّف حسب التيار وتُعبأ وتُباع. هذه نهاية قطاع كامل.

نحو 95% من خلايا الطاقة الشمسية التجارية من السيليكون البلوري، والباقي في معظمه أغشية رقيقة من تيلوريد الكادميوم. تصنيع الخلايا كثيف رأس المال ويهيمن عليه عدد قليل من اللاعبين الكبار. كل تغيير في الجيل، من Al-BSF إلى PERC ومن PERC إلى TOPCon، كان مدفوعاً بالمجموعة المركزة نفسها من المصنعين. أضافت PERC وحدها نحو 12% إضافية من إنتاج الطاقة مقارنة ببنية Al-BSF الأقدم.

أين يبدأ تصنيع الألواح

خلايا شمسية مصنفة تتغذى إلى خط تجميع وحدات على ناقل

يبدأ تجميع الوحدات من صندوق الخلايا ويحوله إلى منتج. ست محطات، بالترتيب.

يبدأ بليزر يقطع الخلايا إلى الحجم المطلوب لتنسيقات النصف مقطوع والمرصوف. الليزر المضبوط على حرارة مرتفعة جداً يتلف حافة الخلية، والشق الدقيق الذي يتركه يبقى غير مرئي حتى الفحص بالتألق الكهربائي — وعندها تكون الوحدة قد أُغلقت بالفعل. ثم تلحم آلة توصيل الشرائط الشريط على كل خلية وتضمها في سلسلة متسلسلة. في آلة AM050FH لدينا يمتد نطاق الخلايا من 161 مم إلى 230 مم، ويبقى كسر الخلايا أقل من 0.2% ومردود اللحام أعلى من 95%. لا يمكن إصلاح أي من العيبين في المراحل اللاحقة. الخلية المتشققة التي تدخل آلة التصفيح تخرج كنفايات، لا كقطعة قابلة لإعادة العمل.

رأس اللحام يضع شريط النحاس على الخلايا الشمسية

آلة توصيل الشرائط للخلايا الشمسية الأوتوماتيكية في مصنع وحدات

التجميع الطبقي هو حيث تتجمع الطبقات: سلاسل موضوعة على الزجاج، مع مادة التغليف (EVA) فوقها وتحتها والطبقة الخلفية في الأعلى. ثم تسحب آلة التصفيح الفراغ وتطبق الضغط وتُبقي الطبقات قرب 150 °C حتى تترابط مادة EVA في وحدة واحدة محكمة الإغلاق. نافذة الحرارة هذه أضيق مما توحي به كتيبات المعدات، والصفيحة ذات الزاوية الباردة تترك مادة تغليف غير معالجة ستتقشر بعد سنوات. آلة التصفيح نفسها هي حيث تكمن معظم هذه المخاطر. التأطير وصندوق التوصيل والاختبار النهائي تُكمل الوحدة، وبوابتا الاختبار تنتميان إلى الخط نفسه لا إلى نهاية الخط. المصنع الذي يختبر الوحدات النهائية فقط يكون قد صفّح كل عيب في توصيل الشرائط داخل منتج لا يمكن إعادة العمل عليه.

فحص التألق الكهربائي لسلاسل الخلايا الملحومة

كل آلة في تلك القائمة تعيش على خط وحدات، بما في ذلك تلك المسماة على اسم الخلايا.

جانب الخلايا مشروح بشكل منفصل في دليل عملية تصنيع الخلايا الشمسية TOPCon.

لماذا يكلف الالتباس أموالاً

إن أخطأت في هذا، يتغير مخطط رأس مالك بمقدار مرتبة عشرية.

يحتاج مصنع الخلايا إلى أفران عالية الحرارة، وترسيب بالتفريغ، وبيئة بدرجة نظافة الغرف النظيفة. أما مصنع الوحدات فيحتاج إلى قاعة صناعية، وطاقة معتدلة، وفريق فني يمكن تدريبه في غضون أشهر. ولنفس الإنتاج الاسمي، يختلف الاستثمار بمقدار مرتبة عشرية تقريباً. وتظهر هذه الفجوة في المبنى الذي تستأجره، وتوصيل الكهرباء الذي تتقدم بطلب للحصول عليه، والتصاريح، والمهارات التي توظفها، والمدة التي تنتظرها قبل خروج أول وحدة قابلة للبيع من الباب. فالمشترون الذين يضعون ميزانية للخيار الخاطئ إما يجمعون رأس مال أكثر مما يستطيعون إنفاقه، أو يجمعون أقل من اللازم فيتوقفون في منتصف بناء المصنع بهيكل خالٍ من المعدات.

وهناك فخ ثانٍ. يقدم الموردون عروضاً بوحدة الميغاواط السنوية، والميغاواط السنوية هي جزئياً حساب للقدرة الكهربائية. خذ آلة تعالج 24 وحدة في الساعة. إذا قُدّرت الوحدة بـ 275 واط، تحصل على نحو 57 ميغاواط سنوياً. وإذا قُدّرت الوحدة نفسها بـ 550 واط، تنتج الآلة نفسها فجأة 114 ميغاواط. لم يتغير شيء في الغرفة أو المضخات أو الدورة. عند مقارنة العروض، اطلب عدد الوحدات القابلة للبيع في الساعة وحوّلها بنفسك إلى ميغاواط باستخدام المنتج الذي ستبنيه فعلاً.

بلغت القدرة الكهروضوئية المركبة عالمياً نحو 1,185 غيغاواط بحلول نهاية 2022، لتوفر أكثر من 6% من كهرباء العالم، وانخفضت تكلفة الكهرباء الشمسية بنحو 85% منذ 2010. ونمو كهذا يجذب الكثير من الوافدين الجدد إلى تجميع الوحدات، وهذا بالضبط سبب وصول العديد من المشترين لأول مرة إلى سؤال الخلية مقابل اللوح.

لماذا يستمر الالتباس

تجعل نسبة 95% تصنيع الخلايا يبدو صناعة واسعة بينما هو في الحقيقة صناعة ضيقة ومركزة. والعامل الأكبر أقرب إلى الديار. فخطوط الوحدات تشتري الخلايا وتتعامل معها وتقطعها وتختبرها طوال اليوم، لذا فمن الطبيعي تسمية المعدات باسم الشيء الذي تلمسه. وتتوقف فائدة هذه العادة لحظة محاولتك معرفة ما يُعرض عليك للبيع.

أربعة أسئلة قبل مقارنة العروض

اطرح هذه الأسئلة قبل مقارنة أي عرضين.

ابدأ بطلب قائمة المحطات. يسرد عرض خط الوحدات آلة التوصيل، والتركيب الطبقي، وآلة التصفيح، والتأطير، وجهاز الاختبار — التسلسل الكامل هنا — بينما يسرد عرض خط الخلايا الأفران، والترسيب، والطباعة. وعادةً ما يحسم هذا الرد الواحد الأمر.

وإن لم يحسمه، اسأل عما يدخل في بداية العملية. الرقائق تعني تصنيع الخلايا؛ وصناديق الخلايا الجاهزة تعني تجميع الوحدات. اسأل عن شكل المبنى — قاعة بدرجة نظافة الغرف النظيفة مع إمداد طاقة ثقيل تشير إلى مصنع خلايا، وقاعة صناعية عادية تشير إلى خط وحدات. واسأل عن وحدة قياس الإنتاج: الوحدات في الساعة تعني خط وحدات، والرقائق في الساعة تعني خط خلايا.

المورد الذي لا يستطيع الإجابة عن السؤال الأول بوضوح قد أجاب عنه بالفعل.

الأسئلة الشائعة

هل اللوح الشمسي مجرد خلايا شمسية كثيرة؟ كهربائياً، نعم — من 60 إلى 72 خلية على التوالي، أو 144 بصيغة نصف مقطوعة. فيزيائياً هو منتج مختلف من مصنع مختلف. تصل الخلايا جاهزة ومصنفة؛ ومهمة خط الوحدات هي توصيلها وتغليفها وحمايتها.

هل يمكن لشركة واحدة تشغيل كليهما؟ بعض المصنّعين الكبار يفعلون ذلك في الموقع نفسه. لكنها مبانٍ منفصلة بمعدات منفصلة وفرق منفصلة عادةً، ومعظم صانعي الوحدات يشترون خلاياهم من منتجي خلايا متخصصين.

قدّم لي المورد عرضاً لـ "آلة خلايا شمسية". لأي مصنع هي؟ تحقق من العملية. إذا كانت تلحم الشريط، أو تقطع الخلايا لتصاميم نصف مقطوعة، أو تختبر الوحدات الجاهزة، فهي معدات خط وحدات.

أيهما أكثر ربحية؟ تجميع الوحدات، وفق الأرقام التي أراها، لكن الميزة أضيق مما توحي فجوة رأس المال. يحتاج خط الوحدات إلى رأس مال أقل ويصل إلى الإنتاج في غضون أشهر، لذا تتنافس عدة مصانع على الطلبات نفسها وتبقى الهوامش ضيقة. أما تصنيع الخلايا فيحتاج إلى رأس مال أكبر بكثير ويهيمن عليه عدد قليل من المالكين، ما يبقي الأسعار أكثر استقراراً لكنه يجعل الدخول شبه مستحيل دون ميزانية كبيرة. وفي الحالتين، يحدد معدل الاستغلال النتيجة قبل التكنولوجيا بوقت طويل.

هل تحد كفاءة الخلية مما يمكن أن تبلغه وحدتي؟ نعم، وهذا السقف ثابت قبل أن تصل الخلايا إليك أصلاً. يمكن لخط الوحدات أن يحافظ على كفاءة الخلية أو يفقدها، عبر الشقوق الدقيقة أو وصلات اللحام الباردة أو EVA التي لم تترابط تماماً. ولا يمكنه إضافة كفاءة لم تمتلكها الخلية. فخط الوحدات يحمي سقفاً لم يصنعه.

عرضي بوحدة الميغاواط سنوياً. هل هذا قابل للمقارنة؟ فقط إذا استخدم العرضان قدرة الوحدة نفسها وافتراضات وقت التشغيل نفسها. حوّل أولاً إلى وحدات قابلة للبيع في الساعة، ثم طبّق قدرة منتجك أنت.

ما الخطوة التالية

في المرة القادمة التي ترسل فيها استفساراً، ضع سطراً واحداً في أعلاه: يرجى تضمين قائمة المحطات الكاملة مع زمن الدورة لكل محطة. الموردون الذين يملكونها سيرسلونها في دقيقتين. والذين لا يملكونها سيرسلون رقم ميغاواط سنوي بدلاً منها.