تطوير معهد فراونهوفر CSP لألواح شمسية فائقة الرقة من الزجاج مع طلاء يعزز القوة الميكانيكية

أخبار ar.wedoany.com، طور مركز فراونهوفر للخلايا الشمسية (Fraunhofer CSP) في ألمانيا، بالتعاون مع الشركة الناشئة Exxosqel GmbH، لوحًا شمسيًا من الزجاج الرقيق، يعوض الطلاء الزجاجي الخاص فيه فقدان القوة الميكانيكية الناتج عن تقليل سمك الغطاء الزجاجي.

يستخدم هذا النموذج الأولي ألواحًا زجاجية أمامية وخلفية بسماكة 1 مم، بمساحة زجاجية إجمالية تبلغ 300 مم × 200 مم. تم تصنيع اللوح باستخدام مواد التغليف القياسية للألواح الشمسية، وتم استخدام خلايا ربعية مقطوعة من خلايا PERC ثنائية الوجه M6 ذات 9 خطوط تجميع رئيسية. تم توصيل هذه الخلايا الربعية على التوالي، وتنتج كل خلية طاقة تبلغ حوالي 1.58 واط. صرح العالم في معهد فراونهوفر CSP، رينغو كوبغه، بأن اللوح تم تصنيعه عبر آلية التصفيح القياسية للألواح الشمسية، ولكن مع تعديل معايير العملية مثل درجة الحرارة والضغط وإعدادات النظام.

يوصف هذا الطلاء بأنه معالجة سطحية تفاعلية متعددة المكونات، تُطبق مباشرة على سطح الزجاج. يتفاعل كيميائيًا مع مجموعات الهيدروكسيل (Si–OH) المرتبطة بالأسطح الزجاجية التالفة والشقوق الدقيقة، مكونًا روابط تساهمية مع بنية الزجاج. تدعي شركة Exxosqel أن هذا التفاعل يمكنه إصلاح الشقوق الدقيقة جزئيًا، وتقليل هشاشة السطح، وزيادة القوة الميكانيكية للزجاج. تهدف الطبقة المركبة المتشابكة الناتجة إلى الحفاظ على الشفافية والمتانة الكيميائية، مع الحفاظ على معامل انكسار مطابق للزجاج لتقليل الفقد البصري إلى أدنى حد.

أوضح الرئيس التنفيذي لشركة Exxosqel، توماس سي. ساور، أن هذه التقنية مستوحاة من بنية أصداف أذن البحر، حيث تعمل كمية صغيرة من المواد العضوية على تحسين المتانة بشكل كبير، مما يشكل سطحًا مركبًا أقوى مع الحفاظ على الشفافية والمتانة. يمكن دمج هذه التقنية في عمليات إنتاج الزجاج أو معالجته الحالية، مما قد يتيح إنتاج منتجات زجاجية أرق وأخف وزنًا دون التضحية بالخصائص الميكانيكية. لم تكشف الشركة بعد عن مزيد من التفاصيل حول التركيب الكيميائي للطلاء.

وفقًا للاختبارات المعملية التي أجرتها Exxosqel، زادت قوة عينات الزجاج بسماكة 2 مم من 79 ميغاباسكال إلى 364 ميغاباسكال، بينما زادت قوة عينات الزجاج بسماكة 1 مم من 184 ميغاباسكال إلى أكثر من 1300 ميغاباسكال. تقدر الشركة أن الركائز الزجاجية الأرق يمكن أن تقلل الوزن بنسبة تصل إلى 40%، مما يقلل من استخدام المواد واستهلاك الطاقة وانبعاثات الكربون.

أشار رينغو كوبغه إلى أن عملية الطلاء لا تقتصر على اللوح التجريبي، بل يمكن تطبيقها أيضًا على الألواح الشمسية القياسية. يرى معهد فراونهوفر CSP أن الطلاء الزجاجي فائق الرقة يمكن أن يوفر حلولاً لتطبيقات مثل الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني (BIPV)، بما في ذلك الألواح ذات الأغطية الأمامية المطبوعة والتصميمات خفيفة الوزن.

من المتوقع أن تعمل هذه التقنية على خفض تكاليف التصنيع، واستهلاك المواد، ووزن الألواح، وتكاليف النقل والمناولة المرتبطة بها، وذلك باستخدام زجاج أرق. ومع ذلك، فإن الزجاج الأرق يثير أيضًا مخاوف بشأن المتانة الميكانيكية في الموقع، خاصة في ظل الظروف الجوية القاسية مثل تساقط البَرَد. وفقًا لدراسة حديثة في الهند، قد لا تكون الألواح الشمسية ذات الزجاج الأمامي بسماكة 3.2 مم كافية لتحمل العواصف التي تنتج بَرَدًا كبيرًا، ويجب استخدام زجاج أمامي بسماكة 4 مم على الأقل لتجنب الأضرار الجسيمة.

قال ساور إن الاعتقاد السائد هو أن تقليل سمك الزجاج لا يتوافق جوهريًا مع مقاومة كافية للبَرَد، وتهدف تقنيتهم إلى التغلب على هذا القيد التقليدي، باستخدام آلية تقوية مختلفة تمامًا تفصل الخصائص الميكانيكية عن حدود السمك التقليدية للزجاج. يُعد اختبار مقاومة البَرَد للألواح كاملة الحجم الخطوة التالية المهمة في التطوير. بناءً على النتائج الميكانيكية التي تم الحصول عليها حتى الآن، يبدو الفريق متفائلاً، لكن اختبار الألواح واسعة النطاق لا يزال بحاجة إلى تقديم الأدلة اللازمة.