يمثل عام 2024 لحظة محورية لصناعة الخلايا الكهروضوئية، حيث تدفع المنافسة الشديدة إلى تطورات سريعة في تكنولوجيا الخلايا والتطبيقات الصناعية، متجاوزةً بكثير وتيرة العقد الماضي. وعلى الرغم من هذه الابتكارات، يبقى اختيار غشاء التغليف - سواء كان بولي أوليفين إيلاستومر (POE)، أو كوبوليمر إيثيلين-فينيل أسيتات (EVA)، أو بولي إيثيلين إيثيلين (EPE) - موضوعًا بالغ الأهمية ومثارًا للجدل على نطاق واسع، وذلك بالنسبة للوحدات الزجاجية، والوحدات ذات الغطاء الخلفي الزجاجي، والوحدات المرنة.
تتعرض وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الخارجية للتلف نتيجة أربعة عوامل بيئية رئيسية: الحرارة، والأكسجين، والماء، والأشعة فوق البنفسجية. ورغم أن النشاط البيولوجي ضئيل في هذه التطبيقات، إلا أن العوامل الأخرى تلعب دورًا حاسمًا في اختيار المواد. تقارن هذه المقالة أداء مادتي EVA وPOE في ظل هذه الظروف، مقدمةً رؤى ومنهجيات جديدة لاختيار المواد.
1. التسخين
يمكن لكل من EVA و POE، عند ربطهما تشابكياً، تحمل التعرض قصير المدى لدرجات حرارة تقارب 150 درجة مئوية. ومع ذلك، يتحلل EVA عند درجات حرارة أعلى من 200 درجة مئوية، مطلقا كميات كبيرة من حمض الأسيتيك، بينما يظل POE مستقراً حتى تتجاوز درجات الحرارة 300 درجة مئوية.
2. الأكسجين
في درجة حرارة الغرفة، تُظهر كلتا المادتين مقاومة جيدة للأكسدة. مع ذلك، يحتوي إيثيلين فينيل أسيتات (EVA) على كميات ضئيلة من مونومرات حمض الأسيتيك الحرة، والتي تكون عرضة للأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة. في المقابل، يتطلب بولي أوكتيل إيثانول (POE)، المُكوّن بالكامل من روابط كربون-هيدروجين مستقرة كيميائيًا، درجات حرارة أعلى بكثير للتفاعل مع الأكسجين.
3. الماء
تتعرض مجموعات الإستر في مادة EVA للتحلل المائي، مما يؤدي إلى تكوين مجموعات الكربوكسيل التي تُسرّع من عملية التحلل المائي وتدهور المادة. أما مادة POE، بسلسلتها الكربونية الهيدروجينية الكاملة، فهي مستقرة كيميائيًا ولا تتأثر بالتحلل المائي. إضافةً إلى ذلك، تُظهر POE مقاومة فائقة لبخار الماء، حيث يبلغ معدل نفاذية بخار الماء (WVTR) حوالي 3 غ/م²·24 ساعة عند 38 درجة مئوية ورطوبة نسبية 90%، مقارنةً بمعدل نفاذية بخار الماء لمادة EVA البالغ 25 غ/م²·24 ساعة. هذه النفاذية المنخفضة تُعزز قدرة POE على حماية مكونات الوحدة الداخلية من أضرار الرطوبة.
4. الأشعة فوق البنفسجية
يتميز هيكل سلسلة البولي أوليفين (POE) المكون بالكامل من الكربون والهيدروجين بروابط كيميائية قوية - روابط CH بطاقة 414 كيلوجول/مول وروابط CC بطاقة 332 كيلوجول/مول - مما يجعله مقاومًا للتفكك الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية. في المقابل، تحتوي مجموعات الإستر في الإيثيلين فينيل أسيتات (EVA) على روابط CO بطاقات أقل من 330 كيلوجول/مول، وهي أكثر عرضة للتلف الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية.
خاتمة
من بين العوامل الأربعة الرئيسية التي تؤثر على موثوقية التطبيقات الخارجية - الحرارة والأكسجين والماء والأشعة فوق البنفسجية - يتفوق نظام PoE باستمرار على نظام EVA. ومع ازدياد كفاءة الخلايا الكهروضوئية وتزايد متطلبات موثوقيتها، يظل نظام PoE الخيار الأمثل لضمان إنتاج طاقة مستقر على المدى الطويل في البيئات الخارجية.
