لماذا يتجه تغليف وحدات الخلايا الكهروضوئية نحو التطوير خفيف الوزن؟

منذ بدء استخدام الطاقة الكهروضوئية على نطاق واسع في محطات توليد الطاقة، سعى المصنّعون إلى خفض تكاليف الإنتاج وزيادة حجم التصنيع. وقد أدى ذلك إلى تطوير خلايا شمسية أكبر حجماً، من الأحجام المبكرة 125 مم × 125 مم إلى ما يزيد عن 210 مم × 210 مم. ونتيجة لذلك، ارتفعت قدرة وحدات الطاقة الكهروضوئية الأساسية من أكثر من 100 واط إلى أكثر من 700 واط.

مع ذلك، ومع هذه الزيادة في الطاقة، ارتفع وزن الوحدات الشمسية بشكل ملحوظ، ليصل إلى حوالي 35 كيلوغرامًا للوحدة الواحدة أو 12.4 كيلوغرامًا/م². وبإضافة حوامل التثبيت، يرتفع الوزن إلى حوالي 16 كيلوغرامًا/م². تُشكل هذه الوحدات الثقيلة تحديًا لتركيبها على أسطح المباني الصناعية والتجارية ذات المساحات الواسعة، والتي غالبًا ما تكون قدرتها على تحمل الأحمال محدودة. هذا القيد يمنع تركيب الوحدات التقليدية على هذه الأسطح، مما يُعيق تطور هذا القطاع.

التحديات والابتكارات

ولمعالجة هذه المشكلة، أصبح تقليل وزن عبوات الوحدات محورًا رئيسيًا. فالوحدات المرنة القادرة على التكيف مع انحناءات الأسطح المعمارية المختلفة مطلوبة بشدة. وقد شملت المحاولات الأولية ترقيق الزجاج وتحسين إطارات سبائك الألومنيوم. فعلى سبيل المثال، أدى تقليل سمك الزجاج من 3.2 مم إلى 2.0 مم إلى خفض الوزن بحوالي 3 كجم/م². إلا أن الزجاج الرقيق يُضعف متانة الوحدة، مما يستلزم تصغير حجمها لتلبية معايير الموثوقية، وبالتالي لا يحل المشكلة الأساسية.

لا تزال الوحدات الكبيرة ذات التغليف الزجاجي تشكل عبئاً على تركيبها على أسطح المنازل، كما أنها عرضة للكسر أثناء النقل والتركيب، مما يشكل مخاطر على السلامة. ونتيجة لذلك، تُعد الوحدات المغلفة بالزجاج أنسب لمحطات الطاقة الأرضية.

لا يزال البحث جارياً عن مواد بديلة للزجاج في تغليف الوحدات. وقد جعلت مواد التغليف خفيفة الوزن ذات الأداء المحسن من التغليف غير الزجاجي حلاً عملياً.

التطورات في مجال المواد خفيفة الوزن

استخدمت الوحدات الخفيفة الوزن المبكرة أغشية من الفلوروبوليمر وألواح خلفية من الألياف الزجاجية للدعم، بدلاً من الزجاج. ورغم ملاءمتها للأسقف المقاومة للماء والمرنة (مثل الأسطح المطلية بمادة TPU مع التثبيت اللاصق)، إلا أن الألواح الخلفية كانت لا تزال سميكة للغاية، مما جعل وزن الوحدة حوالي 8 كجم/م².