مقدمة
أصبحت الطاقة الشمسية واحدة من أسرع مصادر الطاقة المتجددة نموًا في العالم. وفي قلب هذا النمو يوجد الوحدة الكهروضوئية (PV)، أو ما يعرف شائعًا بـ اللوح الشمسي. لكن، ممّ يتكوّن اللوح الشمسي بالضبط، وكيف تؤثر مكوّناته على الأداء والموثوقية على المدى الطويل؟
في هذا المقال سنفصّل البنية الطبقية للألواح الشمسية، وشرح دور كل مكوّن، ونسلط الضوء على الاعتبارات التصميمية التي تضمن المتانة والكفاءة والسلامة.
البنية الطبقية للألواح الشمسية
الزجاج الأمامي (الطبقة المواجهة للشمس)
الطبقة الخارجية للوح الشمسي تعمل كحاجز واقٍ وكمحسّن لالتقاط الضوء. غالبًا ما يكون هذا الزجاج مُقوّى ومنخفض الحديد، مما يجعله أقوى وأكثر قدرة على تمرير الضوء.
-
الاستقرار الميكانيكي: يمنح صلابة ضد الرياح والثلوج والصدمات.
-
إدارة الضوء: الطلاءات المضادة للانعكاس ومعالجة السطح تقلل الفاقد وتزيد الطاقة الملتقطة.
-
القيمة الجمالية: في التطبيقات المعمارية (BIPV)، يُستخدم الزجاج المحفور أو المصنفر للاندماج في المباني.
طبقات التغليف (Encapsulant)
التغليف عبارة عن صفائح شفافة تربط الطبقات ببعضها وتُحمي الخلايا من الظروف البيئية.
-
المادة الأكثر شيوعًا: EVA (إيثيلين فينيل أسيتات).
-
وظائفها:
-
ربط الزجاج بالخلايا والطبقة الخلفية.
-
تقليل الانعكاس عبر مطابقة معامل الانكسار.
-
مقاومة للرطوبة والأشعة فوق البنفسجية.
-
-
المتانة: تُضاف إضافات مثل مثبتات UV ومحفّزات الالتصاق لزيادة العمر.
الخلايا الشمسية والربط الكهربائي
الخلايا هي القلب النابض للوحدة، إذ تُحوّل الضوء إلى كهرباء.
-
التصميم الشائع: 60 أو 72 خلية سيليكون متصلة على التوالي.
-
الوصلات: شرائط نحاسية مطلية بالقصدير ملحومة بخطوط فضية.
-
الأشرطة المتعددة (Busbars): تقلل المقاومة وتحسّن الكفاءة.
-
التباعد (~2 مم): يمنع التشقق ويسمح بانحناء الشرائط.
الطبقة الخلفية (Backsheet)
الطبقة السفلية تحمي الوحدة من الرطوبة والعوامل الجوية.
-
البنية الشائعة: طبقة بوليستر (PET) بين طبقتين من PVF (تيدلار).
-
وظائفها:
-
حاجز ضد الرطوبة والأشعة.
-
عزل كهربائي.
-
تحسين الكفاءة: اللون الأبيض يعكس الضوء ويُبقي اللوح أكثر برودة.
-
الإطار، الحواف، وصندوق التوصيل
إلى جانب المكوّنات الطبقية، هناك عناصر أساسية أخرى:
-
الإطار: عادة من الألمنيوم، يمنح صلابة ويسهّل التثبيت.
-
الحواف: تُغلق السيليكون أو الأشرطة الخاصة أطراف اللوح لمنع تسرب الرطوبة.
-
صندوق التوصيل (Junction Box): يحتوي على ديودات التجاوز (Bypass Diodes) وموصلات قياسية مثل MC4.
الاعتبارات التصميمية والتوازنات
-
المواد مقابل الأداء: نوع الزجاج، سُمك التغليف، ولون الطبقة الخلفية يؤثر على الكفاءة والمتانة.
-
التمدد الحراري: يجب أن تتحمل المكونات نطاق درجات من -20 إلى +95 °م دون تشقق.
-
المتانة: تقنيات لحام محسّنة وحواجز رطوبة ومثبتات UV تطيل عمر اللوح إلى أكثر من 25 عامًا.
ضمان الموثوقية طويلة الأمد
الاختبارات والمعايير
تخضع الألواح لاختبارات قاسية لمحاكاة الظروف الميدانية:
-
أشعة فوق بنفسجية قوية
-
رطوبة وحرارة عالية
-
أحمال ميكانيكية (رياح، ثلوج، صدمات)
منظمات مثل NREL و IEA-PVPS تعمل على تحسين المعايير لضمان عمر يتجاوز 25–30 سنة.
أنماط التدهور والأعطال
-
تسرب الرطوبة: يؤدي إلى التآكل.
-
تحلل EVA: ينتج أحماض تضعف المكونات.
-
إرهاق اللحامات: بسبب تغيرات الحرارة.
-
PID (التحلل المستحث بالجهد): قد يخفض الأداء بنسبة تصل إلى 30%.
الخاتمة
الألواح الشمسية ليست مجرد خلايا سيليكون؛ بل هي نظام متكامل متعدد الطبقات، حيث يساهم كل مكوّن في الصلابة الميكانيكية، السلامة الكهربائية، الكفاءة، والمظهر الجمالي.
بفضل التصميم الدقيق والاختبارات الصارمة، تستطيع هذه الوحدات أن تولّد طاقة نظيفة وموثوقة لعقود.
الأسئلة الشائعة (مهيأة للبحث الصوتي)
1. ما هي المكوّنات الرئيسية للوح الشمسي؟
يتكون عادة من الزجاج الأمامي، التغليف، الخلايا الشمسية، الطبقة الخلفية، الإطار، وصندوق التوصيل.
2. لماذا يُستخدم الزجاج منخفض الحديد والمقوّى؟
لأنه أقوى ويسمح بمرور ضوء أكثر، مما يزيد الكفاءة.
3. ما دور EVA في اللوح الشمسي؟
تربط الطبقات ببعضها، تقلل الانعكاس، وتحمي الخلايا من الرطوبة والأشعة فوق البنفسجية.
4. كيف تتدهور الألواح الشمسية مع الوقت؟
بسبب الرطوبة، الأشعة فوق البنفسجية، تغيرات الحرارة، أو PID.
5. كم يدوم اللوح الشمسي؟
تُصمَّم الألواح الحديثة لتدوم 25–30 سنة أو أكثر.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق