تواجه ألمانيا، المعروفة بممارساتها المستدامة ووعيها البيئي، مشكلة ملحة في صناعة الطاقة الشمسية. تتعلق المشكلة بالشيخوخة المبكرة للألواح الخلفية في الوحدات الشمسية بقدرة 10 جيجاوات المستخدمة في مجموعة متنوعة من المواقع. وقد أدى ذلك إلى انخفاض كفاءة الألواح الشمسية وأداء النظام. ومع ذلك، توجد حلول لهذه المشكلة، كما سنستكشفها في هذا المقال.
مشكلة شيخوخة الطبقة الخلفية
الألواح الخلفية عبارة عن طبقة عازلة في الجزء الخلفي من وحدة الألواح الشمسية. وتتمثل وظيفتها الأساسية في حماية الطبقات الداخلية للوحة من عوامل البيئة الخارجية مثل الأشعة فوق البنفسجية ودرجات الحرارة المرتفعة والماء والأيونات السالبة.
يعتبر تدهور الألواح الخلفية أحد الأسباب الرئيسية لفشل الألواح الكهروضوئية. وهذه مشكلة خاصة في حالة التدهور المبكر، مما يؤدي إلى ظهور طبقات البوليستر الألومنيوم ذات الجودة الرديئة. يمتد التأثير السلبي للتدهور المبكر للصفائح الخلفية إلى ما هو أبعد من الألواح الشمسية نفسها حيث تتأثر جميع أنواع الخلايا الشمسية. تتجلى هذه المشكلة في جميع مستويات تركيبات الطاقة الشمسية، بدءًا من أنظمة الأسطح الصغيرة وحتى المنشآت على نطاق المرافق.
خلفية
لقد كان تدهور Backsheet موضوعا للقلق على مستوى العالم لفترة من الوقت الآن؛ وهو الاتجاه الذي لاحق ألمانيا. في عام 2013، افتتح باحثون من معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية مشروعًا شاملاً لتحليل مدى انتشار تقادم الألواح الخلفية عبر 100 ميغاواط من الألواح الكهروضوئية المثبتة في ألمانيا. تم العثور على أن تدهور الصفائح الخلفية يمثل مشكلة كبيرة حيث أنه يمثل حوالي 80% من الأخطاء المبلغ عنها.
علاوة على ذلك، وجد الباحثون أن درجة تدهور الألواح الخلفية تختلف اعتمادًا على موقع التثبيت، حيث تكون الألواح المثبتة في المناطق الساحلية وجبال الألب هي الأكثر تضرراً. يتوافق هذا الاتجاه مع الدراسات التي أجريت في جميع أنحاء العالم ويسلط الضوء على المشكلة العامة المتمثلة في تدهور الطبقة الخلفية.
أسباب شيخوخة الطبقة الخلفية
يمكن أن تتسبب عوامل مختلفة في تقادم الألواح الخلفية، بما في ذلك العوامل الجوية وأخطاء التصنيع والجودة والإصلاح وأخطاء التثبيت. السبب الرئيسي وراء تدهور الألواح الخلفية هو الأشعة فوق البنفسجية: وذلك لأن الطبقة الخلفية تحتوي على بوليمرات وأصباغ غير مقاومة للأشعة فوق البنفسجية، مما يجعلها تتراكم الحرارة أثناء النهار وتصبح هشة بمرور الوقت. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي التعرض لدرجات الحرارة المرتفعة والماء والأيونات السالبة إلى تسريع عملية الشيخوخة بشكل كبير. تعمل هذه العوامل معًا بحيث تؤدي مع مرور الوقت إلى فقدان الطبقة الخلفية لخصائصها الوقائية، مما يؤدي إلى تباطؤ النظام الشمسي بأكمله.
الكشف عن الأضرار Backsheet
وبالنظر إلى أن تدهور الطبقة الخلفية يؤثر بشكل كبير على أداء الوحدات الشمسية، فمن الضروري التعرف على مدى هذا التدهور وتتبع اتجاهاته. المشكلات التي يجب أن نأخذها في الاعتبار عند تقييم تلف الطبقة الخلفية هي حجم الضرر وشكله وخطورته. تتضمن الأساليب المستخدمة حتى الآن للكشف عن مثل هذه الأضرار الفحص البصري للألواح، على الرغم من أن هذه العملية صعبة وتستغرق وقتًا طويلاً وعرضة لا مفر منها للأخطاء البشرية.
ولمعالجة هذه المشكلة، بدأ الباحثون في تطوير طرق غير مدمرة تهدف إلى اكتشاف وقياس تلف الألواح الخلفية بشكل أكثر دقة. توفر طرق التعلم بالموجات فوق الصوتية والتعلم الآلي اكتشافًا أكثر دقة للأضرار وهي مجانية لعمليات الفحص البصري. ولذلك، تسمح هذه الأساليب بإجراء تحليل أفضل على مدى فترات أقصر.
حلول
إذا تم اكتشافه مبكرًا، فيمكن إصلاح تلف الطبقة الخلفية بسرعة، مما يمنعه من الانتشار ويعزز صلاحية النظام على المدى الطويل. هناك ثلاثة حلول أساسية لإصلاح تلف الطبقة الخلفية.
أولاً، يمكن إصلاح أقسام الألواح الخلفية التالفة مباشرة على الألواح الشمسية من خلال تغطية المناطق التي بها مشاكل، مما يجعلها في مأمن من تأثيرات العوامل الجوية أو باستخدام طرق أخرى مثل الشريط اللاصق الذاتي.
ثانيًا، يعد استبدال الطبقة الخلفية تمامًا حلاً فعالاً، خاصة إذا كانت الألواح الشمسية لا تزال ضمن فترة الضمان الخاصة بها.
وأخيرًا، يمكن للصيانة الاستباقية والفحص المتكرر للألواح أن يمنع المشكلات أو يحددها مبكرًا، مما يقلل من مخاطر حدوث أضرار كبيرة. وهذا يتطلب نشر أحدث أنظمة المراقبة والكشف.
خاتمة
تعد مسألة تقادم الألواح الخلفية المبكرة مشكلة شائعة في جميع أنحاء صناعة الطاقة الشمسية، وألمانيا ليست استثناءً. وتعود المشكلة إلى الظروف الجوية وضعف جودة التصنيع، مما يؤدي إلى تراجع أداء النظام خلال فترة قصيرة نسبياً. على الرغم من أن اكتشاف تلف الألواح الخلفية بدقة أمر معقد، إلا أن هناك عدة طرق متاحة لتحقيق ذلك. إذا تم اكتشافه مبكرًا، فإن إصلاح الألواح الخلفية أو استبدالها يعد عملية بسيطة نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن تنفيذ الصيانة الاستباقية والفحص المنتظم يمكن أن يتجنب احتمالات حدوث أضرار واسعة النطاق. يمكن للمجتمع العلمي أن يعمل على تطوير صفائح خلفية ذات جودة أفضل وأكثر تكيفًا مع الظروف الجوية المتقلبة ومتطلبات الجودة الأعلى للمنشآت الشمسية.