كيف يصمد غشاء EVA حقًا عندما تواجه الألواح الشمسية سنوات من الظروف الجوية الحقيقية؟

عند تركيب لوحة شمسية على سطح منزلك أو في حقل، فأنت لا تشتري مجرد جهاز تقني، بل تلتزم بعلاقة تمتد من 25 إلى 30 عامًا مع أي ظروف بيئية قد يتعرض لها في ذلك الموقع. وهنا تكمن النقطة التي يغفل عنها معظم الناس: غشاء EVA الموجود داخل اللوحة لا يحارب عدوًا واحدًا في كل مرة، بل يواجه باستمرار عوامل ضغط بيئية متعددة في آن واحد ، وهذا المزيج يغير كل شيء في كيفية تأثره بمرور الوقت.

لا يتحدد أداء الألواح الشمسية المصنوعة من أغشية EVA بمدى مقاومتها للأشعة فوق البنفسجية أو قدرتها على التعامل مع الحرارة بمعزل عن غيرها. بل يكمن السر في التدهور التراكمي، حيث تتضافر عوامل مثل الأشعة فوق البنفسجية، وتقلبات درجات الحرارة، والرطوبة، والإجهاد الفيزيائي على المادة يومًا بعد يوم، مُحدثةً أنماط تلف لا وجود لها لو عملت هذه العوامل منفردة. هذا التأثير التراكمي هو ما يحدد ما إذا كان لوحك سيحافظ على إنتاجه للطاقة أم سيبدأ بالتراجع قبل سنوات من المتوقع.

لماذا لا يكشف اختبار العامل الواحد عن الصورة الكاملة؟

هنا يقع الكثيرون في خطأ شائع. ينظرون إلى تصنيف مقاومة غشاء EVA للأشعة فوق البنفسجية أو تحمله لدرجات الحرارة، ويفترضون أن هذا هو كل شيء. لكن في الواقع، يعتمد أداء غشاء EVA في الألواح الشمسية العاملة على كيفية تفاعل عوامل الإجهاد المختلفة وتضخيمها لتأثيرات بعضها البعض ، وليس على أي رقم محدد في ورقة المواصفات.

لنفترض وجود لوحين متطابقين مصنوعين من نفس تركيبة مادة EVA. أحدهما مُثبّت في مناخ صحراوي جاف، وقد يتعرض لأشعة فوق بنفسجية شديدة وتقلبات حادة في درجات الحرارة، مع رطوبة قليلة. أما الآخر، المُثبّت في منطقة ساحلية رطبة، فيتعرض لدرجات حرارة معتدلة ورطوبة ثابتة، بالإضافة إلى تعرضه للهواء المالح. سيختلف مسار تدهور هذين اللوحين اختلافًا جذريًا، على الرغم من تطابق المادة في البداية. ويعود ذلك إلى أن اجتماع وشدة العوامل البيئية يخلق مسارات تلف مختلفة.

القوى البيئية الأربع التي تعمل ضد فيلم إيفا

يُعرّض تركيب كل لوحة شمسية غلاف EVA لهجوم مستمر من أربعة جوانب. تعمل الأشعة فوق البنفسجية باستمرار على تكسير سلاسل البوليمر من خلال التفاعلات الكيميائية الضوئية. وتجبر تقلبات درجات الحرارة المادة على التمدد والانكماش يوميًا، مما يُولّد إجهادًا ميكانيكيًا عند نقاط الالتقاء بين الغشاء والزجاج والطبقة الخلفية. ويختبر التعرض للرطوبة وظيفة الحاجز للغشاء، باحثًا عن أي مسار دقيق للتسرب. وفي المناطق الساحلية أو الصناعية، تُسرّع العناصر المسببة للتآكل في الهواء عمليات التحلل الكيميائي التي كانت ستستغرق وقتًا أطول بكثير لولا ذلك.

تكمن النقطة الحاسمة في التقييم في التالي: أي تنبؤ بالأداء يعتمد على اختبارات معملية أحادية العامل سيقلل بشكل منهجي من سرعة التدهور الذي يحدث في الواقع. يُخبرك اختبار غرفة الأشعة فوق البنفسجية عن الثبات الكيميائي الضوئي، لكنه لا يستطيع محاكاة كيفية تسبب وجود الرطوبة أثناء التعرض للأشعة فوق البنفسجية في تكوين مركبات التدهور التي لا تتشكل في الظروف الجافة.

ما الذي يحدث فعلياً لغشاء EVA في المناخات ذات درجات الحرارة المرتفعة؟

لا يقتصر تأثير درجات الحرارة المرتفعة على غشاء EVA على ارتفاع درجة حرارة المادة فحسب، بل يتعداه إلى تأثير الحرارة المستمرة على الروابط الكيميائية التي تربط مكوناته. فعندما يتعرض غشاء EVA لفترات طويلة لدرجات حرارة مرتفعة، وخاصةً مع التغيرات الحرارية الناتجة عن الانتقال من حرارة النهار الحارقة إلى برودة الليل، تتسارع عدة آليات للتلف في آن واحد.

أولًا، تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع التفاعلات الكيميائية داخل البوليمر نفسه. وهذا قد يُسبب هشاشة مع مرور الوقت، حيث يصبح الغشاء المرن صلبًا وتظهر عليه تشققات دقيقة. ثانيًا، تُضعف الحرارة الرابطة اللاصقة بين مادة EVA وكلٍّ من الطبقة الزجاجية الأمامية والخلفية ، مما يُؤدي إلى ظهور مناطق انفصال محتملة. وبمجرد تكوّن هذه النقاط الضعيفة، يُصبح من السهل على الرطوبة التغلغل داخل الوحدة.

في المنشآت الصحراوية أو المناطق الاستوائية حيث تصل درجة حرارة الألواح بانتظام إلى 65-85 درجة مئوية خلال ساعات ذروة سطوع الشمس، تتراكم هذه التأثيرات الحرارية عامًا بعد عام. لا يُسبب إجهاد التمدد والانكماش وحدهما تلفًا فوريًا، ولكن عند اقترانهما بالتعرض للأشعة فوق البنفسجية التي تُؤدي في الوقت نفسه إلى تدهور سلاسل البوليمر، فإن المادة تتقادم بشكل أسرع بكثير مما يُتوقع بناءً على درجة الحرارة أو أضرار الأشعة فوق البنفسجية وحدها.

تحدي الرطوبة والبلل

يُظهر أداء أغشية EVA في المناخات ذات الرطوبة العالية نمط تدهور مختلفًا ولكنه لا يقل خطورة. فبينما صُممت EVA لتكون حاجزًا للرطوبة، لا يوجد غلاف مانع للتسرب تمامًا على مدى عقود من التعرض المستمر . في المناطق ذات الرطوبة المحيطة العالية أو دورات التكثيف المتكررة، تتسرب الرطوبة تدريجيًا عبر الغشاء، خاصةً إذا وُجدت أي عيوب دقيقة ناتجة عن التصنيع أو تلف الأشعة فوق البنفسجية في مراحله المبكرة.

بمجرد تسرب الرطوبة ولو بنسبة ضئيلة، فإنها تُطلق سلسلة من المشاكل. يُمكن أن يُسبب بخار الماء تآكلًا في نقاط تلامس الخلايا وقضبان التوصيل. كما يُمكن أن يتفاعل مع نواتج تحلل مادة EVA المتضررة من الأشعة فوق البنفسجية، مُكَوِّنًا حمض الخليك ومركبات أخرى تُسرِّع من انفصال الطبقات. في البيئات الساحلية، يُؤدي اجتماع الرطوبة مع الهواء المُحمَّل بالملح إلى خلق بيئة قاسية للغاية، حيث يتسارع تحلل طبقة EVA بشكل ملحوظ مقارنةً بالمنشآت الداخلية.

غالباً ما تكون العلامة المرئية لهذا التدهور الناتج عن الرطوبة هي اصفرار أو اسمرار طبقة EVA المميزة، مما يقلل من نفاذية الضوء إلى الخلايا الشمسية ويخفض إنتاج الطاقة بشكل مباشر. كما يُعدّ انفصال الطبقات حول حواف اللوحة، حيث يكون مانع التسرب أكثر عرضة للتلف، مؤشراً آخر على بدء تسرب الرطوبة.

كيف تؤثر بيئة التركيب على موثوقية اللوحة على المدى الطويل

عندما يُقيّم خبراء الطاقة الشمسية عمر الألواح الشمسية، فإنهم في الأساس يتوقعون مدى كفاءة نظام التغليف المصنوع من مادة EVA في الحفاظ على وظيفته الوقائية في ظل ظروف الإجهاد المحددة لموقع التركيب . فعلى سبيل المثال، يُفترض أن اللوح المصمم ليدوم 25 عامًا سيستمر في منع تسرب الرطوبة، والحفاظ على وضوح الرؤية، وضمان العزل الكهربائي طوال تلك الفترة.

عمليًا، تتطلب المنشآت التي تواجه ضغوطًا بيئية تراكمية أعلى حلول تغليف أكثر متانة. لهذا السبب، تستخدم بعض سيناريوهات النشر بشكل متزايد أغشية EVA ذات تركيبات محسّنة - إضافات تُحسّن ثباتها ضد الأشعة فوق البنفسجية، وخصائصها العازلة للرطوبة، أو مقاومتها للتغيرات الحرارية. بالنسبة للمشاريع واسعة النطاق حيث يؤثر التنبؤ بالأداء بشكل مباشر على العوائد المالية، أصبح تحديد مواد التغليف المتقدمة استراتيجية لإدارة المخاطر.

كمثال عملي، اعتمدت بعض محطات الطاقة الشمسية الكبيرة في المناطق ذات المناخات الصعبة حلولاً مثل أغشية EVA المُصنّعة من قِبل شركة Foundite ، والمصممة خصيصاً لتحمّل الإجهاد المُضاعف الناتج عن التعرض للأشعة فوق البنفسجية العالية، ودرجات الحرارة القصوى، والرطوبة. يُمثل هذا تحولاً في الصناعة نحو مُطابقة مواصفات مواد التغليف مع الأحمال البيئية المُتوقعة، بدلاً من افتراض أن جميع أغشية EVA ستؤدي أداءً مُماثلاً بغض النظر عن ظروف الاستخدام.

التعرف على متى يؤثر تدهور مادة EVA على ألواحك

بالنسبة لأي شخص مسؤول عن إدارة أنظمة الطاقة الشمسية، فإن فهم العلامات المرئية لتدهور طبقة EVA يساعد في اكتشاف مشاكل الأداء مبكرًا. تشمل المؤشرات المرئية اصفرار أو تغير لون مادة التغليف، وهو ما يرتبط ارتباطًا مباشرًا بانخفاض نفاذية الضوء وانخفاض إنتاج الطاقة . يظهر الانفصال على شكل فقاعات أو مناطق بيضاء، ويبدأ عادةً من حواف الألواح حيث يكون التعرض للعوامل البيئية أشد.

يمكن لرصد الأداء الكشف عن التدهور قبل أن يصبح واضحًا للعيان. إذا انخفض إنتاج اللوحة الشمسية بوتيرة أسرع من معدل التدهور السنوي المتوقع الذي يتراوح بين 0.5% و0.8%، وهو المعدل المعتاد للوحدات الشمسية السليمة، فقد تكون هناك مشكلة في مادة التغليف. كما يمكن أن تشير النقاط الساخنة المكتشفة من خلال التصوير الحراري إلى مناطق أدى فيها الانفصال بين الطبقات إلى تعطيل مسارات نقل الحرارة.

تكمن الفكرة الأساسية في أن تدهور طبقة EVA نادرًا ما يكون عطلًا مفاجئًا؛ بل هو عملية تدريجية، حيث يسمح الكشف المبكر بالتدخل قبل حدوث خسائر كبيرة في الطاقة . إن إدراك أن أداء الألواح الشمسية على المدى الطويل يعتمد على مدى تحمل مادة التغليف للظروف البيئية الخاصة بك، يساعد في تحديد أولويات الصيانة وتخطيط الاستبدال بدقة أكبر.

عند تقييم خيارات الألواح الشمسية أو استكشاف الأخطاء وإصلاحها في التركيبات الحالية، تذكر أن غشاء EVA ليس مكونًا ثابتًا - إنه طبقة حماية نشطة تعمل في دفاع مستمر ضد أي ظروف بيئية يفرضها موقعك، يومًا بعد يوم، لعقود.