تغير لون مادة التغليف أو الطبقة الخلفية في الألواح الشمسية: الأسباب والتأثيرات والحلول

يُعد تغير لون مادة التغليف(Encapsulant)  أو الطبقة الخلفية (Backsheet) في الألواح الشمسية الكهروضوئية من العيوب الشائعة التي قد تؤثر على أدائها وكفاءتها على المدى الطويل. هذا التغير، الذي يتراوح من اللون الأصفر الفاتح إلى البني الداكن، قد يظهر في مناطق مختلفة من اللوح، مثل المناطق المحيطة بالخلايا الشمسية، على طول قضبان التوصيل (Busbars)، أو على السطح الأمامي أو الخلفي للطبقة الخلفية. يتميز هذا التغير عادة بعدم تجانسه، ويتبع أنماطاً مختلفة باختلاف تصميم الألواح. في هذا المقال، سنناقش آثار هذه المشكلة، وكيفية اكتشافها، وأسبابها، وتأثيرها، وطرق الحد منها.

صورة (): تغير لون مادة التغليف لأكثر من خلية في لوح شمسي.

1. مقدمة

     يظهر تغير اللون في مادة التغليف(Encapsulant)  أو الطبقة الخلفية (Backsheet)  للألواح الشمسية بعد عدة سنوات من التشغيل. يتخذ هذا التغير عدة أشكال، مثل:

• اصفرار أو تحول مادة التغليف إلى اللون البني.
• ظهور بقع داكنة أو غير منتظمة على سطح الطبقة الخلفية.
• تدهور واضح في لون الطبقة الخلفية، مثل التحول إلى اللون الأصفر أو البني أو حتى تشققها.
• في بعض الحالات، قد يكون تغير اللون أكثر وضوحاً في خلية واحدة أو أكثر داخل اللوح، مما قد يكون مرتبطاً بارتفاع درجة حرارة هذه الخلايا مقارنة بالخلايا المجاورة.

2. طرق الاكتشاف

     يمكن اكتشاف تغير اللون من خلال:

• الفحص البصري الدوري: يتم رصد أي تغيرات في اللون باستخدام عمليات التفتيش الروتينية بالعين المجردة.
• التصوير الحراري  (Thermography): قد يكشف التصوير الحراري عن ارتفاع غير طبيعي في درجة حرارة الألواح، والذي قد يكون مرتبطاً بتغير اللون.
• تتبع منحنى التيار-الجهد (I-V Curve Tracing): يعتبر تتبع منحنى التيار-الجهد وسيلة سريعة وفعالة لمعرفة الأداء الحقيقي للألواح الشمسية الكهروضوئية أو سلاسل الألواح الشمسية الكهروضوئية. بالتالي يساعد هذا الفحص تحديد ما إذا كان تغير اللون يؤثر على كفاءة إنتاج الطاقة.

صورة (): تغير لون مادة التغليف للعديد من الخلايل في لوح شمسي.

3. أسباب تغير لون مادة التغليف أو الطبقة الخلفية

توجد عدة أسباب تؤدي إلى تغير لون هذه الطبقات، ومن أبرزها:

• تفاعل الأشعة فوق البنفسجية (UV) مع مادة التغليف: يؤدي ذلك إلى تحلل البوليمرات المستخدمة في مادة التغليف والطبقة الخلفية، وخاصة مادة إيثيلين فينيل أسيتات (EVA)، مما يسبب اصفرارها أو تحولها إلى اللون البني.
• عمليات التصنيع غير المكتملة: قد تؤدي أخطاء في عملية التصفيح (Lamination) إلى تسريع تدهور مادة التغليف.
• استخدام مواد غير عالية الجودة: بعض الشركات المصنعة قد تستخدم مواد بوليمرية منخفضة الجودة أو غير مستقرة أمام الأشعة فوق البنفسجية والحرارة، مما يسرع بظهور المشكلة.
• تفاعلات كيميائية داخل اللوح: يمكن أن يؤدي التفاعل بين الطبقة الخلفية ومادة التغليف إلى انتشار منتجات تفاعلية، مثل حمض الأسيتيك، مما يساهم في تغير اللون.
• الظروف البيئية القاسية: في المناخات الحارة والرطبة، يكون معدل تغير اللون أعلى بسبب التعرض المستمر للحرارة والأشعة فوق البنفسجية.
• النقاط الساخنة (Hot-spots): يؤدي تراكم الأتربة بشكل غير متجانس فوق اللوح الشمسي أو تعرض جزء من اللواح للظلال الدائمة إلى تكون نقاط ساخنة (Hot-spots)، حيث ترتفع درجة حرارة مادة التغليف والطبقة الخلفية أسفل المناطق المتأثرة. يؤدي ذلك إلى تسريع عملية تغير اللون نتيجة تعرض المواد البوليمرية لإجهاد حراري مستمر.

صورة (): تغير لون مادة التغليف نتيجة التعرض المستمر للظل الناتج عن جسم قريب من الألواح.

صورة (): تغير لون مادة التغليف نتيجة التعرض المستمر للظل بسبب تراكم الأتربة.

4. تأثير تغير اللون على أداء الألواح الشمسية

رغم أن تغير اللون يعتبر في البداية مشكلة جمالية، إلا أن تأثيره قد يمتد إلى أداء اللوح بمرور الوقت. تشمل التأثيرات المحتملة:

• انخفاض نفاذية الضوء: في حالة تغير لون مادة التغليف، فإن قدرتها على نقل الضوء إلى الخلايا الشمسية ستتأثر، مما يقلل من كمية الطاقة المنتجة.
• ارتفاع درجة حرارة الألواح: يؤدي التدهور في المواد البوليمرية إلى زيادة امتصاص الحرارة، مما قد يسبب ارتفاع درجة حرارة اللوح وتقليل كفاءته.
• زيادة مخاطر الفشل الميكانيكي والكهربائي: قد يؤدي تغير لون الطبقة الخلفية إلى فقدانها لخواصها الميكانيكية، مما يزيد من احتمالية حدوث الأعطال الكهربائية مثل انهيار العزل.
• التأثير على موثوقية النظام: إذا كان تغير اللون شديداً ومتركزاً في خلية واحدة، فقد يؤدي ذلك إلى تنشيط الصمام الثنائي “By-Pass Diode” لتجاوز السلسلة الجزئية، مما قد يسبب انخفاضاً إضافياً في الطاقة المنتجة.

5. الحلول

نظراً لأن معظم أسباب تغير لون مادة التغليف أو الطبقة الخلفية تعود إلى مشاكل تصنيعية، كما أوضحنا في النقطة الثالثة في هذا المقال، فإن الحلول العلاجية لهذه المشكلة محدودة. لذلك، يكون التركيز على الحلول الوقائية قبل تنفيذ وتركيب الألواح الشمسية، والتي تشمل:

• اختيار مصنع موثوق: يجب اختيار مصنع الألواح بعناية، والتأكد من أنه يمتلك سمعة جيدة وخبرة طويلة في تصنيع الألواح الشمسية.
• استخدام مواد ذات جودة عالية: حتى مع اختيار المصنع بعناية، وخصوصًا في المشاريع على مستوى المرافق (Utility Scale Projects)، يُفضل التحقق من قائمة المواد (BOM: Bill Of Materials) المستخدمة في الألواح لضمان استخدام مواد تغليف وطبقات خلفية عالية الجودة، مقاومة للأشعة فوق البنفسجية والظروف البيئية القاسية.

• التحكم في الظروف البيئية: يجب تركيب الألواح بطريقة تضمن التهوية الجيدة أسفلها، خاصة في المناطق الحارة، لتقليل تعرضها المستمر لدرجات حرارة مرتفعة..
• شهادات إضافية:  في حال تركيب الألواح في المناطق الحارة، يُفضل اختيار ألواح اجتازت اختبار المعيار IEC 63126:2020، الذي يحدد متطلبات إضافية للألواح التي يتم تركيبها في بيئات ذات درجات حرارة مرتفعة تفوق نطاق المعايير IEC 61215 و IEC 61730. تضمن هذه الألواح استخدام مواد تغليف ذات حماية عالية ضد الأشعة فوق البنفسجية وطبقات خلفية متعددة الطبقات لتحمل الظروف البيئية القاسية.

خاتمة

تعتبر مشكلة تغير لون مادة التغليف أو الطبقة الخلفية تحدياً يجب أخذه بعين الاعتبار عند تصميم وتركيب الألواح الشمسية. وعلى الرغم من أنها قد لا تؤدي إلى فشل فوري للنظام، إلا أن تأثيرها التراكمي يمكن أن يقلل من كفاءة وأداء الألواح بمرور الوقت. لذا، فإن الاستثمار في مواد ذات جودة عالية، والالتزام بالصيانة الدورية، واختيار مصنع الألواح بعناية يعد من أفضل الحلول لضمان استدامة الأنظمة الكهروضوئية وتحقيق أقصى استفادة منها.