الهندسة الكهروضوئية لبيروفسكايت في عام 2025: كيف تسرّع المواد الشمسية من الجيل التالي ثورة الطاقة النظيفة. استكشف نمو السوق، والتكنولوجيات الرائدة، ورؤية للتجاري.

• ملخص تنفيذي: رؤية 2025 للهندسة الكهروضوئية لبيروفسكايت
• حجم السوق، ومعدل النمو، والتوقعات (2025-2030)
• الجهات الرئيسية والمبادرات الصناعية (مثل أكسفورد PV، سولي تكنولوجيز، NREL)
• الابتكارات التكنولوجية: خلايا التعاقب، الوحدات المرنة، وابتكارات التصنيع
• معايير الأداء: الكفاءة، والاستقرار، ومعايير القابلية للتوسع
• سلسلة التوريد والاعتبارات الخاصة بالمواد الخام
• محطات التجاري ومشاريع تجريبية
• المعايير التنظيمية، والشهادات، ومعايير الصناعة (مثل IEC، IEEE)
• التحديات: المتانة، السمية، والقابلية للتمويل
• التوقعات المستقبلية: اختراق السوق، سيناريوهات التبني، والتوصيات الاستراتيجية
• المصادر والمراجع

ملخص تنفيذي: رؤية 2025 للهندسة الكهروضوئية لبيروفسكايت

تستعد الهندسة الكهروضوئية لبيروفسكايت لتحقيق تقدم كبير في عام 2025، مع انتقال القطاع من الاختراقات بحجم المختبر إلى النشر التجاري في المراحل المبكرة. حصلت خلايا الطاقة الشمسية من بيروفسكايت (PSCs) على اهتمام كبير بسبب كفاءتها العالية في تحويل الطاقة (PCE)، وموادها ذات التكلفة المنخفضة، وتوافقها مع الهيكليات المرنة والتسلسلية. في عام 2024، تجاوزت خلايا بيروفسكايت أحادية الوصلة المعتمدة نسبة كفاءة 26%، بينما تجاوزت الأجهزة التسلسلية من السيليكون-بيروفسكايت 33%، مما يقلل الفجوة مع الخلايا الشمسية التقليدية من السيليكون.

تسرّع الشركات الرئيسية في القطاع من عملية تجارية تكنولوجيا البيروفسكايت. أكسفورد PV، شركة بريطانية-ألمانية، تتصدر المشهد، حيث أعلنت عن أول خط إنتاج لخلايا الطاقة الشمسية التسلسلية من البيروفسكايت على السيليكون في ألمانيا. ومن المتوقع أن تقدم منشأتهم التجريبية وحدات ذات كفاءات تفوق 28% في عام 2025، مستهدفة سوق الأسطح السكنية والتجارية. كما استثمرت Meyer Burger Technology AG، شركة سويسرية، في بحوث وتطوير البيروفسكايت، وتخطط لدمج طبقات البيروفسكايت في وحداتها الشمسية ذات الكفاءة العالية.

في آسيا، تقدم شركة توشيبا وPanasonic Corporation تطوير وحدات الطاقة الشمسية الصغيرة من البيروفسكايت والألواح الشمسية المرنة، مع مشاريع تجريبية قيد التنفيذ لتطبيقات الطاقة الشمسية المتكاملة مع المباني (BIPV) والطاقة المحمولة. في الوقت نفسه، تستكشف Hanwha Solutions في كوريا الجنوبية خلايا التسلسل من السيليكون-بيروفسكايت للنشر الواسع النطاق، مستفيدة من قاعدة تصنيع السيليكون القائمة.

على الرغم من هذه التقدمات، لا تزال هناك تحديات في زيادة إنتاج البيروفسكايت، خاصة في ما يتعلق بالاستقرار على المدى الطويل، وإدارة الرصاص، واتحاد العمليات. تعمل اتحادات الصناعة مثل جمعية هلمهولتز والمختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) على تنسيق الجهود لمعالجة هذه القضايا، مع التركيز على تقنيات السد، والمواد البديلة، واختبارات الشيخوخة المتسارعة.

نظراً للتطلعات المستقبلية حتى عام 2025 وما بعده، فإن الآفاق بالنسبة للكهروضوئيات من بيروفسكايت متفائلة. تتوقع التقديرات الصناعية أن تكون أولى التركيبات التجارية من وحدات تسلسل السيليكون-البيروفسكايت، حيث تكون الأحجام الأولية محدودة ولكن من المتوقع أن تنمو بسرعة مع تراكم بيانات الموثوقية. من المحتمل أن يشهد القطاع مزيداً من الاستثمار في توسيع نطاق التصنيع، وتطوير سلسلة التوريد، وعمليات الشهادات. إذا تم التغلب على العوائق الفنية، فقد تلعب الكهروضوئيات من بيروفسكايت دوراً محورياً في تحقيق الأهداف العالمية للطاقة المتجددة، مقدمة كفاءات أعلى وأشكال جديدة مقارنة بالتكنولوجيا الحالية.

حجم السوق، ومعدل النمو، والتوقعات (2025-2030)

يستعد قطاع الكهروضوئيات (PV) من البيروفسكايت للتوسع بشكل كبير بين عامي 2025 و2030، مدفوعًا بالتقدم السريع في استقرار المواد، والتصنيع القابل للتوسع، والشراكات التجارية. اعتبارًا من عام 2025، تنتقل تكنولوجيا خلايا الشمس من البيروفسكايت (PSC) من الاختراقات بحجم المختبر إلى الإنتاج التجريبي والتجاري المبكر، وأسهمت العديد من الشركات الرائدة والاتحادات في قيادة هذا التطور.

في عام 2025، لا يزال السوق العالمي للكهروضوئيات من البيروفسكايت جزءًا صغيرًا من السوق الشمسية الإجمالية، لكن يُتوقع أن يتجاوز معدل نموه معدل الخلايا الشمسية التقليدية من السيليكون. وقد أعلنت العوامل الرئيسية مثل أكسفورد PV (بريطانيا/ألمانيا)، التي تُعد رائدة في خلايا التسلسل من السيليكون-البيروفسكايت، عن زيادة إنتاج خطها التجاري الأول في ألمانيا، مستهدفة كفاءة الوحدات فوق 25%. كما دخلت Meyer Burger Technology AG (سويسرا)، وهي مصنع رئيسي للكهروضوئيات في أوروبا، مجال البيروفسكايت، متعاونًا في تطوير خلايا التسلسل وخطط الإنتاج التجريبي. في آسيا، تستثمر GCL Technology Holdings (الصين) وTCL (الصين) في بحوث وتطوير البيروفسكايت وخطوط التجريب، بهدف الاستفادة من حجم تصنيعها للتجارية السريعة.

تشير التوقعات لعام 2025-2030 إلى أن معدل النمو السنوي المركب (CAGR) لتركيبات الكهروضوئيات من البيروفسكايت سيتجاوز 30%، مع ان تصل سعة التركيبات العالمية المحتملة إلى عدة غيغاوات بحلول عام 2030. يعتمد ذلك على إمكانية تكنولوجيا الكهروضوئيات من البيروفسكايت في توفير وحدات منخفضة التكلفة وعالية الكفاءة، وتوافقها مع الركائز المرنة والخفيفة الوزن. تتوقع خرائط الطريق الصناعية من منظمات مثل فرانهوفر ISE (ألمانيا) والمختبر الوطني للطاقة المتجددة (الولايات المتحدة) أن وحدات التسلسل من السيليكون-البيروفسكايت يمكن أن تحقق كفاءات تجارية تراوحت بين 28-30% بحلول عام 2030، متجاوزة الحدود العملية لخلايا السيليكون أحادية الوصلة.

تعزز توقعات السوق من خلال الزيادة في الاستثمارات في توسيع الإنتاج وتطوير سلسلة التوريد. لقد أمنت أكسفورد PV شراكات مع مصنعي وحدات معتمدين، بينما Meyer Burger Technology AG يدمج تكنولوجيا البيروفسكايت في نظام الإنتاج الخاص به في أوروبا. من المتوقع أن تسرّع الشركات الكبرى مثل TCL وGCL Technology Holdings تخفيضات التكاليف من خلال الإنتاج الضخم.

على الرغم من هذه الاتجاهات الإيجابية، لا تزال هناك تحديات في زيادة الإنتاج، وضمان الاستقرار على المدى الطويل، والامتثال لمعايير القابلية المالية. ومع ذلك، مع التزام الشركات الصناعية الكبرى بالتجارية وبدء المشاريع التجريبية بالفعل، فإن الكهروضوئيات من البيروفسكايت تتموضع لتصبح قوة مغيرة في السوق العالمي للطاقة الشمسية بحلول نهاية العقد.

الجهات الرئيسية والمبادرات الصناعية (مثل أكسفورد PV، سولي تكنولوجيز، NREL)

يعاني قطاع الكهروضوئيات من البيروفسكايت من تسارع التصنيع السريع، مع قيادة العديد من الشركات الرائدة والمؤسسات البحثية للتجارية والتقدم التكنولوجي اعتبارًا من عام 2025. من بين أبرزها أكسفورد PV، الشركة البريطانية-الألمانية المعروفة بتصدرها في خلايا الطاقة الشمسية التسلسلية بين البيروفسكايت والسيليكون. حققت أكسفورد PV كفاءات قياسية عالمية معتمدة تفوق 28% لوحداتها التسلسلية، وفي عام 2024، أعلنت عن بدء الإنتاج التجريبي في مصنعها ببراندنبورغ، ألمانيا. تستهدف خارطة الطريق الخاصة بالشركة تحقيق تصنيع على نطاق غيغاوات في السنوات القليلة المقبلة، مع هدف تقديم وحدات عالية الكفاءة لكل من أسطح المنازل والأسواق الكبيرة.

تُعد سولي تكنولوجيز، ومقرها بولندا، لاعبًا رئيسيًا آخر يركز على الألواح الشمسية المرنة وخفيفة الوزن من البيروفسكايت. طورت سولي عمليات التصنيع بتقنية الطباعة متعددة المراحل، ومنذ عام 2021، تابع خط الإنتاج التجريبي للنشاط التجاري. تستهدف الشركة تطبيقات الطاقة الشمسية المتكاملة في المباني (BIPV) وتطبيقات إنترنت الأشياء (IoT)، مع شراكات جارية لنشر وحدات البيروفسكايت في البيئات الواقعية، مثل المباني المكتبية والبنية التحتية العامة.

في آسيا، تقوم ميكرو كوانتا سمكونداكتور في الصين بتوسيع إنتاج وحدات البيروفسكايت، وقد أظهرت وحدات كبيرة بمعدل كفاءة تجاوز 17%. تستثمر الشركة في خطوط الإنتاج الآلية وتهدف إلى الوصول إلى الإنتاج الضخم بحلول عام 2025، مع التركيز على الأسواق المحلية والدولية.

على صعيد البحث ومعايير القياس، يبقى المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) في الولايات المتحدة جهة عالمية مرجعية. يقدم NREL شهادات مستقلة لكفاءات خلايا البيروفسكايت ويقود مشاريع تعاونية لمعالجة الاستقرار، والقابلية للتوسع، والأمان البيئي. يدعم عملهم ثقة الصناعة ويوجه الأطر التنظيمية لنشر البيروفسكايت.

تشمل المبادرات الصناعية الأخرى البارزة Hanwha Solutions (والدة Q CELLS) التي تستثمر في R&D توضح البيروفسكايت-السيليكون، وToray Industries في اليابان التي تطور مواد التعبئة المتقدمة لتحسين متانة وحدات البيروفسكايت. بالإضافة إلى ذلك، أعلنت First Solar عن بحوث استكشافية لتكامل البيروفسكايت مع تقنياتها المتعلقة بالأفلام الرقيقة.

نظريًا، من المتوقع أن تشهد السنوات القليلة المقبلة أول عمليات نشر تجارية للعناصر القائمة على البيروفسكايت في الأسواق المتخصصة والعامة، حيث تقوم الشركات الرائدة بتوسيع الإنتاج وتشكيل شراكات استراتيجية. تطبق مؤشر تقدم السوق بفضل التحسينات المستمرة في الكفاءة، والاستقرار، وقابلية التصنيع، مما يؤهل الكهروضوئيات بالبروفسكايت لتكون تكنولوجيا تحويلية في صناعة الطاقة الشمسية العالمية.

الابتكارات التكنولوجية: خلايا التعاقب، الوحدات المرنة، وابتكارات التصنيع

يشهد مجال هندسة الكهروضوئيات من البيروفسكايت تقدمًا تكنولوجيًا سريعًا، وخاصةً في مجالات تصميم خلايا التعاقب، تطوير الوحدات المرنة، وعمليات التصنيع القابلة للتوسع. اعتبارًا من عام 2025، تدفع هذه التقدمات خلايا الشمس من البيروفسكايت (PSCs) نحو جدوى تجارية ونشر واسع النطاق.

تُعتبر خلايا الطاقة الشمسية التسلسلية، التي تضع طبقات البيروفسكايت فوق خلايا السيليكون الثابتة، في مقدمة الاختراقات في الكفاءة. من خلال الاستفادة من طيف الامتصاص التكميلي للبيروفسكايت والسيليكون، تجاوزت هذه الوحدات التسلسلية الحدود الفعالة لوحدات السيليكون التقليدية. في عام 2023، تم تحقيق كفاءة عالمية قياسية معتمدة تبلغ 33.9% لخلايا السليكون-البيروفسكايت، وتستهدف الشركات الرائدة وحدات تجارية بإنتاجية تفوق 30% بحلول عام 2025. أكسفورد PV، الشركة البريطانية-الألمانية التي نشأت من جامعة أكسفورد، تُعد رائدة في هذا المجال، حيث تدير خطًا تجريبيًا في ألمانيا وتخطط لزيادة الإنتاج للنشر التجاري. تهدف خريطة الطريق التكنولوجية الخاصة بهم إلى تسليم وحدات تسلسلية بكفاءة عالية وتحسين الاستقرار، وهما من التحديات الرئيسية في الكهروضوئيات من البيروفسكايت.

تمثل الوحدات المرنة من البيروفسكايت ابتكارًا رئيسيًا آخر، مما يتيح تكوين ألواح شمسية خفيفة الوزن، وقابلة للثني، وشفافة إلى حدٍ ما. هذه الوحدات جذابة بشكل خاص لـ BIPV والطاقة المحمولة، وتطبيقات حيث تكون الألواح الثابتة التقليدية غير مناسبة. تعمل شركات مثل سولي تكنولوجيز في بولندا على تجارية الوحدات المرنة من البيروفسكايت باستخدام الطباعة بالأحبار عمليات التصنيع بالتدريج. إن خطوط الإنتاج التجريبية الخاصة بهم توفر بالفعل مشاريع عرض للمدن الذكية وأجهزة إنترنت الأشياء، مع خطط لتوسيع الطاقة الإنتاجية وعروض المنتجات في السنوات القليلة المقبلة.

في الجانب التصنيعي، تمثل الانتقال من التصنيع بحجم المختبر إلى الإنتاج على نطاق صناعي محور اهتمام حاسم. تُعزز تقنيات الطباعة القابلة للتوسع—مثل طباعة الشريحة، والطلاء بالشريحة، والتبخر—لتكون أكثر تناسقًا، وسرعة، وفعالية من حيث التكلفة. أعلنت Hanwha Solutions، الشركة الكبرى المصنعة للطاقة الشمسية على مستوى العالم، عن مبادرات بحث وتطوير لدمج طبقات البيروفسكايت في خطوط إنتاجها، مما يشير إلى اهتمام متزايد من الشركات الرائدة في هذا المجال. في الوقت نفسه، تتابع First Solar تطورات البيروفسكايت كجزء من استراتيجيتها الأوسع لتقنية الأفلام الرقيقة، رغم أنها تركز حاليًا على كادميوم تيلورايد.

نظرةً نحو الأمام، من المتوقع أن تشهد السنوات القليلة المقبلة أول التركيبات التجارية لوحدات التسلسل السيليكون-البيروفسكايت، واعتماد أوسع للمنتجات المرنة من البيروفسكايت، وتحسينات إضافية في قابلية التصنيع وطول عمر الأجهزة. مع نضوج هذه الابتكارات، من المتوقع أن تلعب الكهروضوئيات من البيروفسكايت دورًا رئيسيًا في الانتقال العالمي نحو الطاقة المتجددة.

معايير الأداء: الكفاءة، والاستقرار، ومعايير القابلية للتوسع

تقدمت الهندسة الكهروضوئية لبيروفسكايت بسرعة، ليكون عام 2025 هو العام المحوري لمعايير الأداء، وخصوصًا في الكفاءة، والاستقرار، وقابلية التوسع. يُشهد القطاع انتقالًا من الاختراقات بحجم المختبر إلى النشر على نطاق صناعي، مدفوعًا من قبل كل من الشركات المصنعة التقليدية والشركات المتخصصة في البيروفسكايت.

تظل الكفاءة المعيار الأكثر وضوحًا. في عام 2024، تجاوزت خلايا التسلسل من السيليكون-البيروفسكايت نسبة الكفاءة المعتمدة في المختبر 33%، وهو معلم تم التأكيد عليه بواسطة اتحادات البحث والشركات الرائدة. أكسفورد PV، الشركة البريطانية-الألمانية، كانت في المقدمة، حيث أبلغت عن كفاءات الخلايا التسلسلية المعتمدة تجاوزت 28% في خطوط الإنتاج التجريبية، مع أهداف للوحدات التجارية التي تتجاوز 30% بحلول عام 2025. وبالمثل، أعلنت Meyer Burger Technology AG، مصنع الطاقة الشمسية السويسري، عن خطط لدمج تكنولوجيا التسلسل من البيروفسكايت في خارطة طريق المنتج الخاصة بها، وتهدف إلى وحدات عالية الكفاءة للسوق الأوروبية.

الاستقرار، الذي كان تحديًا تاريخيًا لخلايا الطاقة الشمسية من البيروفسكايت، أصبح الآن محورًا مركزيًا. لقد أدت التقدمات الأخيرة في التعبئة، والهندسة التركيبية، وتعديل الواجهة إلى تمديد أعمار العمل. First Solar, Inc.، المعروفة أساسًا بموديلاتها من الأفلام الرقيقة CdTe، استثمرت في بحوث البيروفسكايت، مشددة على أهمية تحقيق استقرار تشغيلي لمدة 25 عامًا لتلبية احتياجات السوق الواسع. ويتطلب الهدف الصناعي تحقيق خسارة في الأداء تقل عن 10% على مدى 20-25 عامًا، حيث تستهدف عدة مشاريع تجريبية في 2025 التحقق من هذه المطالب تحت ظروف حقيقية.

تُحدد معايير القابلية للتوسع بينما تنتقل خطوط الإنتاج التجريبية إلى تصنيع بحجم غيغاوات. أعلنت Hanwha Solutions، من خلال قسم Q CELLS، عن تعاونات لتطوير وحدات تسلسل silicon-perovskite القابلة للتوسع، مع الاستفادة من البنية التحتية الحالية للسيليكون. يركز العمل على عمليات التصنيع بالتدريج وتقنيات الطلاء ذات المساحات الكبيرة، بهدف خفض تكاليف الإنتاج إلى أقل من 0.20 دولار – لكل واط بحلول عام 2027. أكسفورد PV تكلف بتجهيز خط إنتاج بقدرة 100 ميغاوات في ألمانيا، بهدف توفير وحدات تجارية لتطبيقات الأسطح والشبكة الكهربائية بحلول نهاية عام 2025.

نظرةً نحو المستقبل، ستشهد السنوات القليلة المقبلة انتقال الكهروضوئيات من البيروفسكايت من العروض التجريبية إلى التوسع. تشمل مؤشرات القطاع لعام 2025 وحدات ذات كفاءة تفوق 25%، واستقرار معتمد لأكثر من 20 عامًا، وأول التركيبات على نطاق تجاري. يدعم آفاق القطاع الاستثمار القوي من اللاعبين الرائدين والوافدين الجدد، مع وجود اتجاهاً واضحاً نحو التبني الواسع الجوانب والدمج في سلاسل التوريد العالمية للطاقة الشمسية.

سلسلة التوريد والاعتبارات الخاصة بالمواد الخام

تتطور سلسلة التوريد للهندسة الكهروضوئية من البيروفسكايت بسرعة مع اقتراب التكنولوجيا من الجدوى التجارية في عام 2025. على عكس خلايا الطاقة الشمسية التقليدية القائمة على السيليكون، تعتمد الكهروضوئات من البيروفسكايت على مجموعة متميزة من المواد الخام، بما في ذلك هاليدات الرصاص أو القصدير، والكاتيونات العضوية، وطبقات النقل المتخصصة. تعتبر مصادر هذه المواد، ومعالجتها، وقابليتها للتوسع أمرًا مركزيًا في الآثار القريبة للقطاع.

تكمن ميزة رئيسية في الكهروضوئات من البيروفسكايت في قدرتها على التصنيع باستعمال درجة حرارة منخفضة، مما يقلل من مدخلات الطاقة ويمكّن الإنتاج بالتدريج. توفر هذه المرونة نطاقاً أوسع من الموردين والجغرافيا بالمقارنة مع سلسلة التوريد المدمجة جداً لأي سيليكون. ومع ذلك، يواجه القطاع تحديات في تأمين المواد الأولية ذات النقاء العالي على نطاق واسع. على سبيل المثال، يجب أن تلبي إمدادات يوديد الرصاص وأملاح الفوراميدينيوم معايير النقاء الصارمة لضمان استقرار وكفاءة الجهاز. تعمل شركات مثل أكسفورد PV وسولي تكنولوجيز بنشاط على تطوير سلاسل التوريد الخاصة بهم والعمل مع شركات الكيماويات لتأمين مصادر موثوقة لهذه المواد.

اعتبار آخر حاسم هو التدقيق البيئي والتنظيمي حول استخدام الرصاص في تركيبات البيروفسكايت. بينما تعتبر محتويات الرصاص الفعلية لكل واط أقل بكثير من التطبيقات الأخرى، تطور الصناعة بنشاط بروتوكولات إعادة التدوير واستكشاف البدائل الخالية من الرصاص. تتعاون منظمات مثل imec مع شركاء سلسلة التوريد لتأسيس أنظمة مغلقة لتقليل استعادة المواد وتقليل النفايات.

تُعتبر المواد الحاجزة والمغلفة اللازمة لحماية طبقات البيروفسكايت من الرطوبة والأكسجين أيضًا محورًا لتطوير سلسلة التوريد. يتم الحصول على البوليمرات المتقدمة والركائز المرنة من موردي الكيمياء المختصين، حيث توفر شركات مثل داو وDupont خبرات في المواد للإنتاج القابل للتوسع للوحدات.

نظرةً نحو السنوات القليلة المقبلة، من المتوقع أن تتنوع وتكتمل سلسلة توريد الكهروضوئيات من البيروفسكايت، مع زيادة الاستثمار في معالجة المواد الأولية والبنية التحتية لإعادة التدوير. من المحتمل أن تؤدي الشراكات الاستراتيجية بين المطورين من البيروفسكايت والشركات الكيميائية والمواد القائمة إلى تسريع الانتقال من الإنتاج التجريبي إلى الإنتاج الضخم. مع دخول المزيد من اللاعبين إلى السوق، ستصبح مرونة سلسلة التوريد والاستدامة من الفروق الأساسية، مما يشكل المشهد التنافسي للهندسة الكهروضوئية من البيروفسكايت حتى عام 2025 وما بعدها.

محطات التجاري ومشاريع تجريبية

تتسارع إجراءات تجارية تكنولوجيا الكهروضوئيات من البيروفسكايت بسرعة في عام 2025، وهو ما يتجلى من خلال سلسلة من المحطات المهمة ومشاريع تجريبية يقودها كل من الشركات المصنعة للطاقة الشمسية القائمة والشركات الناشئة المبتكرة. تُعتبر خلايا الطاقة الشمسية من البيروفسكايت، المعروفة بكفاءتها العالية والتصنيع منخفض التكلفة، تتحرك من الاختراقات بحجم المختبر إلى النشر في العالم الحقيقي، حيث أعلنت عدة شركات عن خطوط انتاج تجريبية ووحدات تجارية أولية.

أحد اللاعبين الأكثر بروزًا، Oxford Photovoltaics، تتصدر تطوير خلايا التسلسل من البيروفسكايت-السيليكون. في عام 2024، أعلنت الشركة عن تشغيل خطها التجريبي في ألمانيا، مستهدفة شحنات الوحدات التجارية في عام 2025. وقد أظهرت خلاياها التسلسلية كفاءات معتمدة تجاوزت 28%، وهو تقدم كبير مقارنةً بالوحدات التقليدية من السيليكون. من المتوقع أن يُسهل تعاون أكسفورد PV مع الشركات المصنعة المتخصصة في السيليكون دمج طبقات البيروفسكايت في خطوط الإنتاج الموجودة، مما يُعجل من دخول السوق.

في آسيا، قامت ميكرو كوانتا سمكونداكتور بإطلاق منشأة إنتاج تجريبية في الصين، تُركز على وحدات البيروفسكايت الكبيرة. أفادت الشركة بنجاح تركيب مشاريع تجريبية من البيروفسكايت على الأسطح التجارية، حيث حققت الوحدات استقرارًا عمليًا في الهواء الطلق على مدار 1000 ساعة. يتضمن خارطة الطريق الخاصة بميكرو كوانتا التوسع إلى سعة تصنيع على مستوى غيغاوات بحلول عام 2026، مما يشير إلى ثقة قوية في جدوى التكنولوجيا القريبة.

وفي هذا السياق، أعلنت Hanwha Solutions، وهي شركة رئيسية في تصنيع الطاقة الشمسية عالميًا، عن استثمارات في البحث والتطوير ومشاريع تجريبية تهدف إلى دمج تكنولوجيا البيروفسكايت في خط منتجات Q CELLS. تركز جهود Hanwha على تحسين متانة وقابلية تصنيع وحدات التسلسل من السيليكون والبيروفسكايت، مع إجراء اختبارات ميدانية حالية في كل من أوروبا وكوريا الجنوبية. يتم اعتبار مشاركة الشركة كمؤشر رئيسي على اعتماد الصناعة التقليدية.

تشمل المبادرات البارزة الأخرى سولي تكنولوجيز في بولندا، التي قامت بنشر وحدات بيروفسكايت مرنة لأغراض الطاقة الشمسية المتكاملة في المباني (BIPV) وتطبيقات إنترنت الأشياء. تُظهر مشاريعهم التجريبية في المباني التجارية والبنية التحتية العامة تنوع الكهروضوئيات من البيروفسكايت بعيدًا عن مزراعات الطاقة الشمسية التقليدية.

نظرةً نحو المستقبل، من المتوقع أن تشهد السنوات القليلة التالية أول نشرات تجريبية على نطاق واسع للوحدات القائمة على البيروفسكايت، مع استهداف اللاعبين في الصناعة لعمر الوحدات يتجاوز 20 عامًا وتكلفة الكهرباء المستوية (LCOE) تنافسية. ستكون نجاح هذه المشاريع التجريبية والجهود التجارية الأولية أمرًا حاسمًا في تطور الكهروضوئيات من البيروفسكايت كنوع من تكنولوجيا الطاقة المتجددة في السعينات.

المعايير التنظيمية، والشهادات، ومعايير الصناعة (مثل IEC، IEEE)

تتطور البيئة التنظيمية للهندسة الكهروضوئية من البيروفسكايت بسرعة مع اقتراب التكنولوجيا من نضوجها التجاري في عام 2025. تاريخيًا، واجهت خلايا الطاقة الشمسية من البيروفسكايت تحديات في الالتزام بالمعايير المعتمدة والشهادات بما فيها تلك التي وضعتها اللجنة الدولية للتقنيين الكهربائيين (IEC) ومعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE)، بسبب خصائصها الفريدة والقلق بشأن الاستقرار. ومع ذلك، شهدت السنوات الأخيرة تقدمًا كبيرًا في تطوير وحدات البيروفسكايت وتقيس وتعديل الأطر التنظيمية لاستيعاب هذه الابتكارات.

تعمل IEC، من خلال لجنتها الفنية 82، بنشاط على تحديث وتوسيع المعايير لتلبية الاحتياجات الخاصة بالكهربائيات من البيروفسكايت. تشمل المعايير الأكثر صلة IEC 61215 (لتأهيل التصميم والموافقة على النوع) وIEC 61730 (للتأهيل والسلامة)، وكلاهما قيد المراجعة لضمان قابلية تطبيقهما على الأجهزة المستندة إلى البيروفسكايت. في عام 2024، أكملت العديد من المشاريع التجريبية في أوروبا وآسيا بنجاح اختبارات ما قبل الشهادة وفق بروتوكولات IEC المعدلة، مما أظهر استقرارًا محسنًا ومعايير سلامة لوحدات البيروفسكايت. من المتوقع أن تتوج هذه التقدمات بتعديلات محددة للبيروفسكايت على معايير IEC بحلول أواخر عام 2025.

تتولى اتحادات الصناعة والشركات الرائدة دورًا حيويًا في تشكيل هذه المعايير. كانت أكسفورد PV، التي تتصدر تقنية التسلسل من البيروفسكايت-السيليكون، تتعاون بنشاط مع هيئات الشهادة للتحقق من موثوقية وحداتها على المدى الطويل. وبالمثل، تشارك ميكرو كوانتا سمكونداكتور في الصين وسولي تكنولوجيز في بولندا في مجموعات العمل الدولية لضمان أن تعكس المعايير الناشئة واقع التصنيع الكبير للبيروفسكايت.

تساهم IEEE أيضًا في عملية التوحيد القياسي، سيما من خلال لجنته المعنية بمعايير الطاقة الشمسية، التي تنظر في إرشادات جديدة لقياس الأداء واختبارات الشيخوخة المتسارعة المناسبة لمواد البيروفسكايت. تتكامل هذه الجهود مع مبادرات من المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) في الولايات المتحدة، التي تقدم بيانات مرجعية وبروتوكولات اختبار لدعم التوحيد العالمي لمتطلبات الشهادة.

نظرةً نحو المستقبل، ستكون السنوات القليلة المقبلة حاسمة في إنشاء مسارات شهادة معترف بها عالميًا لهذه الصناعات. مع البحث عن المزيد من الشركات، مثل Hanwha Solutions وFirst Solar، لاستكشاف دمج البيروفسكايت، من المتوقع أن يحدث لدى الصناعة اعتماد واسع للقوانين المعدلة من IEC وIEEE. من المتوقع أن تسرع هذه الوضوح التنظيمي قبول التمويل، والتأمين، والنشر الواسع للكهروضوئيات من البيروفسكايت، مما يضع التكنولوجيا للتأثير بصورة معينة في السوق بحلول أواخر 2020.

التحديات: المتانة، السمية، والقابلية للتمويل

حققت الهندسة الكهروضوئية لبيروفسكايت خطوات ملحوظة في الكفاءة والقابلية للتوسع، لكن القطاع يواجه تحديات مستمرة في المتانة، السمية، والقابلية للتمويل مع انتقاله عبر 2025 وما بعدها. تبقى التحدي الفني الأكثر إلحاحًا هو الاستقرار على المدى الطويل لخلايا الطاقة الشمسية من البيروفسكايت (PSCs) في ظل ظروف التشغيل الواقعية. بينما حققت الأجهزة في المختبر كفاءات فوق 25%، غالبًا ما تتدهور هذه النتائج بسرعة عند تعرضها للرطوبة، والأكسجين، والحرارة، والأشعة فوق البنفسجية. تستثمر الشركات الرائدة واتحادات البحث، مثل أكسفورد PV وFirst Solar، بشكل كبير في تقنيات السد، والهندسة التركيبية، لمعالجة هذه القضايا. وقد أفادت أكسفورد PV، على سبيل المثال، بأنها حققت تقدمًا في وحدات التسلسل من السيليكون-البيروفسكايت مع تحسين الأعمار التشغيلية، لكن ضمانات التجارة ما تزال متأخرة مقارنةً بتلك الخاصة بالخلايا الشمسية من السيليكون المعروفة.

تبقى السمية، خاصة بسبب استخدام الرصاص في أكثر تركيبات البيروفسكايت كفاءة، مصدر قلق كبير لكل من المنظمين والمستثمرين. تراقب الاتحاد الأوروبي والسلطات الأخرى عن كثب التأثير البيئي لتسرب الرصاص خلال التصنيع، والتشغيل، والتخلص من نهاية الحياة. تعمل شركات مثل Solaronix وHunt Perovskite Technologies بنشاط على تطوير بدائل خالية من الرصاص أو مخفضة للرصاص، ولكنها لم تصل بعد إلى مستوى الأداء والاستقرار. يبحث القطاع أيضًا في استراتيجيات إعادة التدوير والاحتواء القوية للتخفيف من المخاطر البيئية المحتملة، مما سيكون أمرًا حاسمًا للحصول على موافقة تنظيمية وقبول عام.

تبقى القابلية للتمويل—ثقة المستثمرين والمقرضين بالجدوى المالية طويلة الأمد لمشاريع الكهروضوئيات من البيروفسكايت—عائقًا أمام النشر الواسع النطاق. تجعل قلة بيانات الميدانية الشاملة عن أداء وحدات البيروفسكايت ومعدلات التدهور تحت ظروف مناخية متنوعة من الصعب على المؤسسات المالية تقييم المخاطر. تعمل مجموعات الصناعة مثل القوة العاملة الدولية لضمان الجودة في فوتوفولتيك لتأسيس بروتوكولات اختبار موحدة ومعايير موثوقية مخصصة لتقنيات البيروفسكايت. في الوقت نفسه، تتابع شركات الطاقة الشمسية المعروفة مثل JinkoSolar وTrina Solar التطورات المتعلقة بالبيروفسكايت عن كثب، حيث بدأت بعض منها مشاريع تجريبية لتقييم دمجه مع خطوط السيليكون الحالية.

نظرةً نحو المستقبل، ستظل السنوات القليلة المقبلة محورية للكهروضوئيات من البيروفسكايت. سيتوقف النجاح على إظهار أعمار وحدات موثوق بها، ومعالجة مشكلات السمية من خلال الابتكارات في المواد أو إعادة التدوير، وبناء سجل موثوق للأداء الميداني. فقط عند ذلك ستبلغ الكهروضوئيات من البيروفسكايت القابلية المالية المطلوبة للتبني الواسع النطاق والنشر الضخم.

التوقعات المستقبلية: اختراق السوق، سيناريوهات التبني، والتوصيات الاستراتيجية

تُميز التوقعات للهندسة الكهروضوئية من البيروفسكايت في عام 2025 وما بعدها مرحلة الانتقال من الاختراقات بحجم المختبر إلى النشر التجاري المبكر. أظهرت خلايا الطاقة الشمسية من البيروفسكايت (PSCs) تحسينات سريعة في كفاءة تحويل الطاقة (PCE)، حيث تجاوزت الآن أجهزة أحادية الوصلة 25% في مختبرات الاختبار. تركز المرحلة التالية على زيادة نطاق التصنيع، وتحسين الاستقرار على المدى الطويل، ودمج تكنولوجيا البيروفسكايت في الأسواق الشمسية التقليدية.

تأخذ عدة شركات زمام المبادرة في هذا الانتقال. أكسفورد فوتوفولتيك، شركة بريطانية-ألمانية، هي رائدة معترف بها في تكنولوجيا البيروفسكايت-السيليكون. في عام 2023، أعلنت أكسفورد PV عن تشغيل خط إنتاجها الأول في ألمانيا، مستهدفة وحدات تجارية بكفاءات تفوق 27%. تهدف الشركة إلى تقديم أول منتجاتها التجارية إلى السوق في عام 2025، مع التركيز على الشراكات مع الشركات المصنعة للطاقة الشمسية الأمريكية لتسريع التبني.

يستطيع ميكرو كوانتا سمكونداكتور في الصين، أن يحقق إنتاجًا تجريبيًا للوحدات من البيروفسكايت، ويعمل باتجاه التوسع إلى مستوى غيغاوات في التصنيع. تتضمن خارطة الطريق الخاصة بهم نشر وحدات البيروفسكايت في أنظمة الطاقة الشمسية المتكاملة في البناء (BIPV) ومشاريع على مستوى الشبكة، حيث يتم إجراء اختبارات ميدانية للتحقق من المتانة والأداء.

في الولايات المتحدة، استثمرت First Solar—التي تركز أساسًا على تكنولوجيا الأفلام الرقيقة من كادميوم تيلورايد (CdTe)—في شراكات بحثية تستكشف تكنولوجيات التسلسل من البيروفسكايت، مما يشير إلى النمو المتزايد للاهتمام من الشركات المصنعة الرائدة في تقنيات خلايا هجينة ومتقدمة.

تسليط الضوء من قبل الهيئات الصناعية مثل جمعية صناعات الطاقة الشمسية (SEIA) والوكالة الدولية للطاقة (IEA) تتعلق بالكهربائيات من البيروفسكايت كمجال الابتكار رئيسي في العقد القادم، مع القدرة على تخفيض التكاليف وتوسيع اعتماد الطاقة الشمسية في أسواق جديدة. تتوقع خرائط طريق الوكالة الدولية للطاقة أن تبدأ وحدات البيروفسكايت في التقاط حصة مقاسة من التركيبات الشمسية الجديدة بحلول أواخر السعينات، بشرط النجاح في تحقيق تجارية وقابلية التمويل.

• اختراق السوق: يُتوقع أن يكون التبني الأول في سوق الأسطح المميزة، وأنظمة BIPV، وقطع الترقية التسلسلية، حيث تبرر الكفاءة الأعلى التكاليف الأولية. سيعتمد النشر الأوسع على الاستقرار المُثبت وتكلفة الكهرباء المستوية التنافسية (LCOE).
• سيناريوهات التبني: من المرجح أن تؤدي الشراكات الاستراتيجية بين مبتكري البيروفسكايت والشركات المصنعة للوحدات من السيليكون الراسخة إلى تسريع دخول السوق. ستكون المشاريع الحكومية المبكرة ومشاريع المرافق الكهربائية ضرورية للتحقق من الأداء وتقليل المخاطر المرتبطة بالاستثمار.
• توصيات استراتيجية: ينبغي لشركات التركيز على اختبارات ميدانية قوية، وبيانات أداء شفافة، وتطوير سلسلة التوريد. يمكن لصانعي السياسات دعم التبني من خلال حوافز مستهدفة لتقنيات الطاقة الشمسية من الجيل التالي ومسارات شهادة مبسطة.

بصفة عامة، سيكون عام 2025 عامًا محوريًا بالنسبة للهندسة الكهروضوئية من البيروفسكايت، حيث ستحدد أول النشر التجاري الأساس للتبني الأوسع ونضج التكنولوجيا في السنوات القادمة.

المصادر والمراجع

• أكسفورد PV
• Meyer Burger Technology AG
• توشيبا
• جمعية هلمهولتز
• المختبر الوطني للطاقة المتجددة
• فرانهوفر ISE
• سولي تكنولوجيز
• ميكرو كوانتا سمكونداكتور
• First Solar
• imec
• DuPont
• Solaronix
• JinkoSolar
• Trina Solar
• الوكالة الدولية للطاقة