من "الصلابة" إلى "المرونة": كيف تتغلب وحدات الطاقة الشمسية المرنة على التحديات الهيكلية في التصميم التقليدي

وراء قضايا تبدو غير ذات صلة مثل التصفيح عند حواف الوحدات الكهروضوئية، والتشقق المستمر للألواح الزجاجية، وفشل مصفوفات البطاريات بسبب التظليل، تشير جميعها إلى نفس المصدر - القضايا الهيكلية التي تم التغاضي عنها في تصميم محطات الطاقة الكهروضوئية.
تظهر بيانات الصناعة في السنوات الأخيرة أن "معدل فشل فحص المظهر آخذ في الارتفاع"، مع نسبة كبيرة من حالات الفشل الناجمة عن القضايا الهيكلية. وفي الوقت نفسه، حققت التكنولوجيا الكهروضوئية المرنة تقدما كبيرا، وتحظى مزاياها الهيكلية الفريدة باهتمام متزايد.

لم يعد تكرار حدوث مشكلات التصفيح عند حواف الوحدات الكهروضوئية سرًا تجاريًا. أظهرت اختبارات الصناعة المستقلة أن "عيوب التصفيح هذه أصبحت السبب الرئيسي لفشل الوحدة."
تحدث ظاهرة التصفيح هذه عادةً بعد الاختبار في بيئة حارة ورطبة، خاصة في المناطق الطرفية للمكونات الزجاجية. عندما تتشكل الفقاعات عند هذه الحواف، فهذا يشير إلى فقدان قوة اللصق بين مادة التغليف وسطح المكون.

إن وجود الفقاعات ليس مجرد مسألة جمالية؛ فهو يشكل تهديدًا مباشرًا للتشغيل الآمن للنظام الكهروضوئي بأكمله. الهواء ليس عازلاً كهربائياً، ويؤدي التصفيح بشكل مباشر إلى تقليل مسافة الزحف الكهربائي. وهذا يعني أن مشكلات مثل "فشل العزل الكهربائي للعاكس"، و"فشل التأريض، وحتى خطأ قوس الوحدة" من المرجح أن تحدث.

تمتد المشكلات الهيكلية التي تتعرض لها الوحدات الكهروضوئية الصلبة أثناء الخدمة طويلة المدى إلى ما هو أبعد من التصفيح. تشير الأبحاث ذات الصلة إلى وجود العديد من العيوب التشغيلية المبكرة في العديد من الأنظمة الكهروضوئية.
النقاط الساخنة هي أكثر أنواع العيوب انتشارًا، والتي يمكن أن تؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة الموضعية، وبالتالي تسريع شيخوخة المواد وفقدان الطاقة.

وفي الوقت نفسه، وثقت الدراسة أيضًا حالات تشقق الزجاج وأعطال صندوق التوصيل. تنبع هذه المشكلات في الغالب من القيود المتأصلة في الهياكل الصلبة التقليدية، التي لا تستطيع التكيف بمرونة مع التغيرات البيئية ويصعب تخفيف تركيز الإجهاد بشكل فعال.

على عكس الخلايا الكهروضوئية الصلبة التقليدية، تعالج الخلايا الكهروضوئية المرنة بشكل مباشر العديد من نقاط الضعف في التصاميم التقليدية من خلال الابتكارات في المواد والهياكل. وقد طورت الأبحاث ذات الصلة تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية المرنة من وجهات نظر مختلفة.
يمكن للهيكل العازل ثنائي الطبقة "الضيق والمحكم" المصمم أن يمتص ويحرر بشكل فعال الضغط الناتج أثناء عملية التصنيع والانحناء، مع ضمان النقل الإلكتروني.

يمكّن هذا الهيكل الخلايا الشمسية المرنة من الحفاظ على كفاءة أولية عالية حتى بعد اختبارات الانحناء المتعددة واختبارات ركوب الدراجات في درجات الحرارة القصوى.
وفي الوقت نفسه، وثقت الدراسة أيضًا حالات تشقق الزجاج وأعطال صندوق التوصيل. تنبع هذه المشكلات في الغالب من القيود المتأصلة في الهياكل الصلبة التقليدية، التي لا تستطيع التكيف بمرونة مع التغيرات البيئية وتكافح من أجل تخفيف تركيز الإجهاد بشكل فعال.

تعمل الدعامات المرنة على تغيير مفهوم بناء محطات الطاقة الكهروضوئية بشكل أساسي. تعتمد الدعامات الصلبة التقليدية على تسوية الموقع على نطاق واسع، في حين تعتمد الدعامات المرنة على تصميم مسبق الإجهاد يمكنه التكيف مع مختلف التضاريس المعقدة والمناخات القاسية.

لقد خضع نظام الدعم المرن بنجاح لاختبارات صارمة للاهتزاز والشقوق المخفية، وأظهر أداءً متميزًا في تجارب الرياح القوية والبرد. في بيئات التطبيقات العملية المختلفة، صمد الدعم بشكل مستمر أمام العديد من تحديات الطقس القاسية.

الميزة الحقيقية للخلايا الكهروضوئية المرنة لا تكمن فقط في موادها وتقنياتها، ولكن أيضًا في قدرتها على التكيف مع سيناريوهات التطبيقات المتنوعة. يمكن تطبيق الخلايا الكهروضوئية المرنة على الأسطح المختلفة، مثل الأسطح المنحنية وغيرها من الهياكل غير المنتظمة.
بالنسبة لمشروع "التكامل بين الأسماك والطاقة الشمسية"، يمكن أن توفر الدعامات المرنة تخليصًا كافيًا لتحقيق التعايش غير المتداخل المتمثل في "توليد الكهرباء في الأعلى وتربية الأسماك في الأسفل".

في التطبيقات المركبة مثل "الخلايا الكهروضوئية + الزراعة" و"الخلايا الكهروضوئية + التحكم في الرمال"، أظهرت التكنولوجيا المرنة قدرة فائقة على التكيف مقارنة بالحلول الصلبة.

عند اختيار الخلايا الكهروضوئية المرنة، لا ينبغي للمرء أن يركز فقط على وفورات الاستثمار الأولي، بل يجب أيضًا مراعاة الفوائد الشاملة طوال دورة حياة محطة الطاقة بأكملها. غالبًا ما تصبح المشكلات الهيكلية التي يتم التغاضي عنها أثناء مرحلة التصميم عبئًا كبيرًا للتشغيل والصيانة لاحقًا.
يمكن للأنظمة الكهروضوئية المرنة أن تقلل بشكل كبير من احتياجات الصيانة الناجمة عن الأعطال الهيكلية. يمكن للتصميم المرن أن يخفف بشكل ملحوظ من المخاطر التي يشكلها التظليل، والتأثيرات المادية، والإجهاد الحراري، وهي المشكلات التي تؤدي غالبًا إلى ظهور نقاط ساخنة، وتشقق الزجاج، وانفصال الطبقات عن المكونات الصلبة التقليدية.
تنتقل صناعة الخلايا الكهروضوئية من "الغزو الصارم" إلى "التعايش المرن"، مع معالجة التكنولوجيا الكهروضوئية المرنة للقضايا الهيكلية التي طالما تم تجاهلها في التصاميم التقليدية. في المستقبل، قد تتم إضاءة المزيد والمزيد من أسطح المباني غير المنتظمة والتضاريس الجبلية المعقدة بواسطة الخلايا الكهروضوئية المرنة.
تلك المواقع التي كانت تعتبر في السابق "غير مناسبة" لتركيب الأنظمة الكهروضوئية، تشهد الآن حيوية جديدة بفضل التكنولوجيا المرنة.

تعد شركة Beijing X-solar Energy Co., Ltd. شركة طاقة مبتكرة تكنولوجيًا تعمل بشكل أساسي في مجال البحث والتطوير لعمليات خلايا البطاريات المستقبلية، وإنتاج الوحدات الكهروضوئية المرنة وBIPV (الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني) ومنتجات الوحدات الكهروضوئية، وتصنيع المعدات المتطورة، وتسليم خطوط الإنتاج، وخدمات إدارة الطاقة الذكية AI-CITY. مهمة الشركة هي خلق حياة أفضل بالطاقة المستدامة. قيمها الأساسية هي النزاهة والدقة والتصميم والسرعة والنزاهة. حصلت شركة X-solar Energy على العديد من الأوسمة، بما في ذلك مكانة شركة صغيرة ومتوسطة الحجم قائمة على التكنولوجيا على المستوى الوطني، و"كأس بولاريس" 2024 للمؤسسة الكهروضوئية الصاعدة المؤثرة، وجائزة الحالة الممتازة لمشروع صناعة تخزين وشحن الطاقة الكهروضوئية الصناعية والتجارية السابعة في الصين لعام 2025.