صناعة الألواح الشمسية و التهديدات التي تواجه معدن الفضة الثمين

قامت شركة سنغافورة لبورصة الطاقة الشمسية-Singapore Solar Exchange بعمل لقاء مع البروفسور مروان ذمرين خبير المعادن في تصنيع الألواح الشمسية الكهروضوئية حول مستقبل معدن الفضة واستهلاكه وماهي التطلعات والتحديات المستقبلة في استهلاك هذا العنصر الثمين في صناعة الألواح الشمسية الكهروضوئية. وهنا نقوم في منصة الأكاديمية العربية للطاقة المتجددة -اربرينا بنشره ومشاركته لكي تعم الفائدة.

البروفيسور القدير مروان ذمرين

هو كبير المختصين و رئيس مركز البحوث في شركة تويو المنيوم اليابانية و عضو هيئة التدريس وبروفيسور في جامعة أوساكا اليابانية.

ويعد أحد الأعلام العربية و الكوادر العلمية الفريدة في مجال تصنيع الألواح الشمسية و رفع كفائتها حيث عمل كرئيس وحده الطاقة الشمسية في شركة تويو المنيوم اليابانية الشهيرة و حصل على أكثر من 25 براءة اختراع ممنوحة و 30 طلب براءة اختراع قيد التحقيق في مجال الطاقة الشمسية بالإضافة إلى أكثر من 150 ورقة علمية في المجلات المحكّمة و المؤتمرات الدولية.

هل يمكن أن تخبرنا بإيجاز عن شركة ، Toyo Aluminium KK ، والدور الذي تلعبه في صناعة الألواح الشمسية PV ؟

شركة تويو المنيوم -Toyo Aluminium K.K- هي واحدة من أعرق الشركات اليابانية الرائدة في مجال صناعة الطاقة الشمسية منذ الثمانينيات حيث تقدم مجموعة واسعة من المنتجات المتعددة ابتداء من مساحيق الألومنيوم إلى رقائق الألومنيوم ومعاجين السيارات. بالإضافة إلى معاجين الألومنيوم و الأغطية الخلفية عالية الجودة لمصنعي الطاقة الشمسية في اليابان. ويضيف البروفسور أن الشركة الآن بصدد توسيع مجموعة منتجاتها لتشمل معاجين ذات درجات حرارة منخفضة باستخدام كل من المواد التالية ك:Cu ، Al ، SiO2 وذلك حرصا من الشركة لتقليل الطلب الكبير على استهلاك مادة الفضة في هذه الصنعة.

أصبحت الفضة مؤخرًا موضوعًا مهما وحساسا في صناعة الألواح الشمسية. فهل بالإمكان إلقاء بعض الضوء على كمية الفضة التي تم استهلاكها في مجال صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية مؤخرًا؟

مما لاشك فيه أنه على مدى السنوات القليلة الماضية ، أصبحت الخلايا الكهروضوئية التقنية الأساسية والرائدة في مجال الطاقة المتجددة. ووفقًا لتقرير World Silver Survey 2021 ، فإنه قد استخدم قطاع صناعة الألواح الشمسية الكهروضوئية 11٪ من إجمالي الفضة المنتجة في جميع أنحاء العالم وهو مايعادل 2818 طنًا. وبالرغم من الاظطرابات التي طالت سلسلة التوريد خلال جائحة كورونا  لكن النمو في صناعة الألواح الشمسية لم تتوقف فوفقا لتقرير ITRPV 2021 فإن إجمالي القدرات الإضافية تجاوزت  135 جيجاوات. وهو ما يشير إلى استهلاك الفضة بحوالي 5.7٪ اي بما يعادل على 12.6 طن / جيجاوات بإجمالي 1705 طن.

رسم بياني لمعدل استهلاك معدن الفضة حسب القطاع

كيف سيكون استخدام الفضة عائق بالنسبة للتطور المستقبلي للطاقة الكهروضوئية؟ خصوصا بعد الإتجاه لتقنية ال PERC؟ و التقنيات الأخرى من خلايا نوع N؟

تقنية خلية الباعث ذو الخلفية المبطنة أو مايعرف ب تقنية ال (PERC) هي حاليًا تقنية الخلايا الشمسية السائدة التي تستخدم معجون الفضة الأمامي بمحتويات صلبة تتجاوز 90٪. في حين أن الجانب الخلفي مصنوع بشكل أساسي من الألمنيوم. في حين أن المحتويات الصلبة الأقل نسبيًا و التي تقل عن 60٪ من معجون الفضة يتم طباعتها على شكل وسادات صغيرة لعملية اللحام في الجانب الخلفي للخلية و بما يعادل 5-10 مجم لكل رقاقة من حجم M6. في حين قد يستهلك الجانب الأمامي الذي يتمتع بأفضل قابلية للطباعة حتى الآن 0.29 إلى 0.35 مجم / سم 2 حوالي 80-100 مجم لكل رقاقة منالخلايا حجم M6.

ويضيف البروفسور للإجابة على هذا السؤال هو أنه إذا وصل سوق صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى قدرة إنتاج تيراوات بتقنية ال PERC. فإنه حتى و مع تقليل استهلاك مادة الفضة عن  طريق طباعة أصابع نحيفة بحوالي  0.18 مجم / سم 2 أو 50 مجم / لكل رقاقة من حجمM6. وكذلك حتى مع تحسين كفاءة الخلايا إلى 23.5٪ ، فمن الممكن لنا تقدير الطلب على الفضة ليتراوح ما بين 7500-8000 طن / لكل تيراوات  أو مايعادل 3 إلى 4 أضعاف مستوى الاستهلاك الحالي.

ولكن مع ذلك ، يعتقد البروفسور ذمرين أن معظم التوسعات الجديدة في إنتاج الخلايا الشمسية ستعتمد على تقنيات مثل TOPCON وخلايا السيليكون الشمسية الغير متجانسة HJT و التي تستهلك بالمقابل معدن الفضة على كلا الجانبين، مما سيزيد من استهلاك الفضة لكل خلية ليصل إلى 0.36 مجم / سم 2 على الأقل. و حتى مع افتراض أن هذه التقنيات الجديدة عالية الكفاءة ك التوبكن TOPCON والهيتروجنكشن HJT والتي يمكن أن تحقق كفاءة تصل ل 26٪ إلا أن إجمالي الطلب على الفضة عند الوصول إلى مستوى تيراوات سيتجاوز 13700 طن / تيراوات.

ما هي الحلول التي يتم وضعها لمعالجة هذا النقص الوشيك في الفضة وما سترتب عليه من ارتفاع في اسعارها؟

أفاد البروفسور على هذا السؤال هو أنه يجب ايجاد بدائل أخرى لمعدن الفضة. وأكد كذلك أنهم في شركة  Toyo Aluminium KK قد قاموا بتقديم ​​تقنيات جديدة منخفضة التكلفة لعجينة الألمنيوم  والتي ستكون قادرة على التوصيل على كل من قطبي الخلايا الشمسية  و توصيل طبقة التخميل والتي ستعمل كبديل لدرجات الحرارة المرتفعة. بالإضافة إلى تقديم الشركة مجموعة من معاجين المعدن ذات درجات حرارة منخفضة بناءً على مواد مالئة منخفضة التكلفة مثل Ag-coated Cu ، Al ، SiO2 وذلك لتقليل التكلفة الإجمالية والاعتماد على تقليل معدن الفضة في صناعة الخلايا الشمسية عالية الكفاءة مما سيسمح بنمو و استدامة صناعة الألواح الكهروضوئية في السنوات القليلة القادمة.

وفي نهاية المقابلة اشار البروفسور ذمرين عند سؤاله عن ماهو المؤتمر الدولي أو المعرض العلمي في مجال الطاقة الشمسية و الذي يخطط لحضوره في هذا العام؟

فكانت الإجابة بأنه يعزم في عام 2022 للحضور و المشاركة في مؤتمر Silicon PV الذي سيقام في ألمانيا و مؤتمر SNEC في الصين. بالاضافة الى فعالية Intersolar Europe و بعض الأحداث المماثلة في الشرق الأوسط  التي تتناول باهتمام كبير صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

لمعرفة المزيد حول البروفسور مروان ذمرين أحد الأعلام العربية في مجال الطاقة الشمسية طالع المقالة

العالم و الخبير العربي اليمني في مجال الخلايا الكهروضوئية