ما الفرق بين زجاج الألواح الشمسية والزجاج العادي في الوحدات الكهروضوئية؟

الأداء البصري: كيف يساعد زجاج الألواح الشمسية في التقاط كمية أكبر من الضوء لإنتاج لوحة شمسية أكثر إنتاجية

يسمح الزجاج منخفض الحديد بنفاذية تزيد عن ٩١٪ للضوء المرئي

تحجب الكتل الزجاجية القياسية ١٠٪ من أشعة الشمس الساقطة بسبب ارتفاع محتواها من الحديد. وهذه خسارة لا ينبغي أن تحدث، خاصةً مع كون كفاءة اللوحة الكهروضوئية تعتمد على امتصاص الضوء. ولإزالة هذه الحمولة الزائدة، استُخدم زجاج الألواح الشمسية المصنوع من تركيبات فائقة النقاء ومنخفضة المحتوى الحديدي (أقل من ٠٫٠١٪ حديد). وبذلك يسمح هذا الزجاج بنفاذ أكثر من ٩١٪ من الضوء المرئي، ما يتيح امتصاص الفوتونات في السيليكون مع خسائر امتصاص أقل. ويُحقَّق ذلك باستخدام ثاني أكسيد السيليكون عالي النقاء وعملية صهر دقيقة جدًّا. وهذه الوضوح البصري يشكِّل الأساس لتعظيم العائد الطاقي.

تقلِّل الطلاءات العاكسة كمية الضوء المنعكسة إلى الغلاف الجوي المحيط من ٤٪ إلى أقل من ٢٪.

حتى مع الزجاج النقي بصريًّا، تبلغ نسبة الانعكاس حوالي ٤٪ من الضوء عند الواجهة بين الهواء والزجاج. وللتخفيف من هذه الظاهرة، يستخدم المصنعون طبقات نانوية مضادة للانعكاس (AR)، والتي تُرَسَّب في بيئة خالية من الهواء (تحت فراغ). وقد صُمِّمت هذه الطبقات لتقليل فقدان الانكسار إلى أقل من ٢٪ في نطاق الطيف الأكثر أهميةً في التطبيقات الكهروضوئية، أي ما بين ٣٠٠ و١٢٠٠ ميكرومتر. وتؤدي هذه الطبقة إلى زيادة إنتاج الطاقة بنسبة ٢٫٥–٣٪ سنويًّا مقارنةً بالزجاج غير المغطى بهذه الطبقة. وبذلك يصبح زجاج الألواح الشمسية ليس مجرد عنصر سلبي فحسب، بل عنصرًا بصريًّا نشطًا أيضًا.

ورغم أن الزجاج المقسّى يتمتّع بمزايا عديدة، فإن العنصر الحاسم في تصميم الزجاج والأجزاء الخلفية للألواح الشمسية هو زجاجه المقسّى.

يجب أن تتحمل الألواح الشمسية الظروف القاسية للبيئة، ويجب أن تتحمل الزجاج المقسّى مقاومة تصادمية تفوق الزجاج القياسي بأربعة أضعاف باستخدام طريقة تسخينٍ وتبريدٍ قصيرة الأمد ومنتظمةٍ وقاسية. وبشكل عام، يمنح هذا الزجاج المقسّى الألواح الشمسية مقاومةً عاليةً للتأثيرات في البيئات القاسية. والأهم من ذلك أن الزجاج المقسّى يعمل كدرع أمان: فعند حدوث الفشل، يتحطّم الزجاج إلى حبيبات صغيرة رقيقة، مما يقلل من خطر الإصابات ويمنع حدوث عطلٍ كليٍّ في النظام.

تمت مُراعاة متطلبات السلامة الهيكلية للزجاج المائل والمقسّى، وقد تم اعتماده كزجاجٍ أقوى. وتؤدي العوامل الجوية مثل الرياح والثلوج ودورات أشعة الشمس — من درجات الحرارة المتجمدة إلى درجات الحرارة القصوى — إلى فقدان الخلايا لسلامتها الهيكلية عند استخدام زجاجٍ من الدرجة القديمة.

يجب أن يكون الزجاج مقاومًا للبرد، حيث يُعدّ الزجاج المقسّى شرطًا أساسيًا. يُختبر الزجاج باستخدام طريقة اختبار تأثير البرد IEC 61215: 2016، والتي تعتمد على 25 كرة جليدية (قطر كل منها 25 مم وسرعة 23 م/ث) لاختبار قدرة الزجاج على تحمّل الظروف الجوية القاسية. وبدون هذه المتانة الهيكلية، يصبح الزجاج عرضةً للتشقق والرطوبة والأعطال الكهربائية. تضمن جميع الوحدات المُختبرة في الظروف الجوية القاسية أن الزجاج المقسّى زجاج آمن يدوم لسنوات.

المتانة البيئية طويلة الأمد: الاستقرار أمام الأشعة فوق البنفسجية، ومقاومة الرطوبة، والمرونة الحرارية

موثوقية التشغيل في الظروف الرطبة والساخنة: عدم حدوث أي انفصال بعد ١٠٠٠٠ ساعة عند درجة حرارة ٨٥°م ورطوبة نسبية ٨٥٪

وفقًا للمعيار IEC 61215، يتحمل زجاج الطاقة الشمسية الممتاز 10,000 ساعة عند درجة حرارة 85 درجة مئوية ورطوبة نسبية تبلغ 85%، وهي اختبارٌ يُحاكي ظروف المناطق الاستوائية لمدة 25 عامًا. وتظهر الوحدات التي تجتاز هذا الاختبار عدم حدوث أي انفصال بين الزجاج والطبقة المغلفة، وذلك نتيجة الالتصاق القوي والكيمياء البوليمرية المتداخلة التي تسمح باختلاف معامل التمدد الحراري. وهذا يحد من تآكل التوصيلات المعدنية للخلية والألواح الخلفية الناجم عن الرطوبة، ما يسهم مباشرةً في خسارة متوسطة سنوية في القدرة تقل عن 0.5%، حتى في الظروف الساحلية عالية الرطوبة.

ترشيح الأشعة فوق البنفسجية: أكثر من 99% من الأشعة الضارة من النوع UV-B/UV-C، والحفاظ على استجابة الخلية السيليكونية الطيفية

مادة التغليف الزجاجية من الدرجة المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية (PV) مزودة بمرشح انتقائي للأشعة فوق البنفسجية يمنع مرور أكثر من ٩٩٪ من الأشعة الضارة ذات الطول الموجي بين ٢٨٠ و٤٠٠ نانومتر. ويؤدي ذلك إلى منع اصفرار مادة الإيثيلين فنيل أسيتات (EVA)، وتجفاف مادة السيليكون المستخدمة في المانعات وتصبح هشة، وكذلك تحلل طبقة الطلاء المضادة للانعكاس (AR)، مع السماح بعبور ٩٢٪ من الضوء المرئي المفيد. والأهم من ذلك أن الاستجابة الطيفية لهذه المادة مُصمَّمة خصيصًا لتتراوح بين ٣٥٠ و١١٥٠ نانومتر، وهي المدى الذي يتزامن معه مدى الاستجابة القصوى لعنصر السيليكون، ما يعني تحقيق أقصى كفاءة ممكنة في تحويل الطاقة وأدنى تأثيرات سلبية. وقد أظهرت الدراسات أن عمر وحدات الألواح الشمسية (PV) قد تحسَّن بمقدار ٨ إلى ١٢ سنة، وبقي أكثر من ٨٠٪ من القدرة القصوى الأولية (Pmax) بعد مرور ٢٥ سنة.

نقاء المادة ومعايير التصنيع: ما الذي يجعل الزجاج «من الدرجة المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية (PV)»؟

زجاج الدرجة المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية (PV) هو مزيج من العوامل البصرية والميكانيكية والبيئية. ويُصنَّع الزجاج عالي النقاء ذي المحتوى المنخفض جدًّا من الحديد (< 0.02%) باستخدام رمل كوارتز يحتوي على أكثر من 99.5% من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂)، مع خضوعه لعمليتي التعويم والغسل الحمضي لتحقيق نسبة انتقال ضوئي تفوق 91%. وتتم هندسة الزجاج بدقة تصل إلى مستوى الميكرون عبر التحكم الصارم في التلوث والفحص البصري الآلي أثناء إنتاج زجاج التعويم. وقد حصل هذا الزجاج على شهادة معيار اللجنة الدولية الكهروتقنية (IEC) رقم 61215:2016 بعد اجتيازه اختبارات التغير الحراري، والرطوبة والحرارة، والأحمال الميكانيكية، ما يثبت أن الزجاج يحافظ على سلامته الإنشائية لأكثر من 25 عامًا، وأن أدائه البصري يبقى فعّالًا خلال تلك الفترة في ظروف الاستخدام الفعلي.

الأسئلة الشائعة

كيف يحسّن زجاج الألواح الشمسية منخفض الحديد نفاذية الضوء؟

إن انخفاض محتوى الحديد يسمح بمرور ما يقارب 91% من الضوء، حيث يقلّل محتوى الحديد إلى أقل من 0.01%، مما يتيح امتصاص أقصى قدر ممكن من طاقة الفوتونات بواسطة خلايا السيليكون.

ما الدور الذي تؤديه الطلاءات المانعة للانعكاس في زجاج الألواح الشمسية؟

الطلاءات تعكس أقل من ٢٪ من الضوء، ما يزيد الإنتاج السنوي للطاقة بنسبة تزيد على ٢٪، ويسمح للزجاج بأن يؤدي وظيفته كمكون بصري بالكامل بدلًا من امتصاص الطاقة سلبًا.

لماذا يُعد الزجاج المقسّى ضروريًّا للألواح الشمسية؟

يُعد الزجاج ضروريًّا للألواح الشمسية، إذ إن الزجاج المقسّى يتمتّع بمقاومة تصادمية تفوق مقاومة الزجاج العادي بأربع مرات على الأقل، مما يضمن السلامة والسلامة البنيوية، حيث يتكسّر الزجاج إلى حبيبات صغيرة غير حادة.

ما الذي يضمن متانة زجاج اللوح الشمسي في الظروف القاسية؟

يتم اختبار زجاج اللوح الشمسي بمجموعة من الاختبارات مثل التأثير السريع لحبات البرَد واختبار الرطوبة والحرارة، لضمان عدم حدوث انفصال طبقي (Delamination)، والحفاظ على الأداء حتى في ظل التغيرات المتطرفة في أحوال الطقس.

ما المقصود بزجاج الدرجة الكهروضوئية (PV-grade) المستخدم في الألواح الشمسية؟

يتميّز زجاج الدرجة الكهروضوئية (PV-grade) بمحتوى منخفض جدًّا من الحديد، وتصنيع عالي الدقة، والامتثال لمعايير اللجنة الدولية الكهروتقنية (IEC) من حيث الجودة البصرية، والمتانة الميكانيكية، والمتانة البيئية.