نموذج جديد للتنبؤ بآثار دخول الرطوبة في الوحدات الكهروضوئية
في خطوة علمية رائدة تعزز فهم تأثير الرطوبة على كفاءة واستدامة أنظمة الطاقة الشمسية، ابتكر فريق بحثي من جامعة دلفت للتكنولوجيا في هولندا، بالتعاون مع معهد IMEC وجامعة هاسلت وEnergyVille في بلجيكا، نموذجًا رقميًا متقدمًا لمحاكاة دخول الرطوبة إلى الوحدات الكهروضوئية ، وأظهرت نتائج البحث أن المناخ الذي تُركب فيه الوحدة له أثر أكبر بكثير على تسرب الرطوبة مقارنة بنوعية المواد المستخدمة في التغليف والطبقة الخلفية.
أهمية الرطوبة النسبية كمعيار أدق لتقييم التدهور
أكد الباحث الرئيسي، يوري بلوم، أن دراستهم اعتمدت على مقياس التركيز النسبي للرطوبة (RMC) بدلًا من التركيز المطلق أو الرطوبة النسبية التقليدية، نظرًا لما تشير إليه الأدبيات العلمية من أن هذا المؤشر أكثر دقة وملاءمة في تقييم التأثيرات المسببة لتدهور مكونات الوحدات الكهروضوئية.
وقد نُشرت هذه الدراسة تحت عنوان “نمذجة دخول الرطوبة في وحدات PV مع مواد تغليف وطبقات خلفية مختلفة“ في مجلة Renewable Energy، حيث أظهرت أن RMC يُعد مقياسًا متقدمًا ورائدًا في مجال تقييم إجهاد الرطوبة.
المنهجية: محاكاة طويلة الأمد عبر مناخات متعددة
استُخدم نموذج العناصر المحدودة (FEM) عبر برنامج COMSOL Multiphysics لمحاكاة عملية دخول الرطوبة خلال فترة تمتد لعشرين عامًا. شمل البحث تقييم ثلاث مواد تغليف رئيسية:
- أسيتات الإيثيلين-فينيل (EVA)
- بولي أوليفين حراري (TPO)
- بوليديميثيلسيلوكسين (PDMS)
وأربعة أنواع من الطبقات الخلفية:
- تيريفثاليت البولي إيثيلين (PET)
- تيدلار-PET-تيدلار (TPT)
- تيدلار-PET-مغلف بالسيليكا (TPSiOx)
- بولي أميد (PA)
تم تنفيذ المحاكاة على وحدات تم وضعها في ثماني مدن تمثل أربع مناطق مناخية رئيسية:
- المناطق الاستوائية: ماناوس (البرازيل) وجاكرتا (إندونيسيا)
- المناطق المعتدلة: لوس أنجلوس (الولايات المتحدة) وفرايبورغ (ألمانيا)
- المناطق القاحلة: دبي (الإمارات) وألميريا (إسبانيا)
- المناطق القارية: بورتلاند (الولايات المتحدة) وأوسلو (النرويج)
نتائج مفصلّة: تصميم الوحدات حسب المناخ وليس المواد فقط
بيّن بلوم أن أهم ما خلص إليه البحث هو أن تأثير الظروف المناخية المحيطة يفوق تأثير نوع المواد في دخول الرطوبة بشكل كبير، مما يشير إلى ضرورة تطوير تصاميم وحدات شمسية مُخصصة لكل مناخ، بدلًا من اعتماد تصميم عالمي واحد لجميع المناطق.
ابتكار نموذج تحليلي مبسط وفعّال
لتسهيل التنبؤ بدون الحاجة إلى محاكاة حاسوبية مكثفة، طور الباحثون نموذجًا تحليليًا بسيطًا يعتمد على أربعة معطيات مستخلصة من بيانات الطقس المحلية. وقد أظهر هذا النموذج دقة عالية مما يجعله أداة قوية للتنبؤ بدخول الرطوبة في مواقع جديدة بسهولة وكفاءة. وأشار بلوم إلى أن القدرة على ربط خصائص النموذج بعامل إجهاد معين تُعد خطوة محورية في تطوير هذا النموذج، إذ تمكّن من تعميمه وتطبيقه على مواقع جغرافية متنوعة دون الحاجة لإعادة المحاكاة من الصفر.
دلالات البحث على قطاع الطاقة الشمسية
تكمن أهمية هذه النتائج في سياق توسع استخدام الطاقة الشمسية في مناطق ذات مناخات قاسية، كالبيئات الرطبة أو القاحلة. إذ يمكن للمصنعين ومطوري المشاريع الاستفادة من هذه النماذج لتقييم المخاطر المناخية بدقة وتكييف تصميم وحداتهم بما يتلاءم مع ظروف التشغيل الفعلية، مما يرفع من موثوقية وكفاءة الأنظمة على المدى الطويل. كما تسهم هذه الدراسة في تعميق الفهم العلمي لآليات تدهور المواد بفعل الرطوبة، وتفتح آفاقًا لتطوير مواد تغليف وطبقات خلفية محسنة تزيد من عمر الوحدات الكهروضوئية وتحافظ على أدائها في مختلف البيئات المناخية.
📚 المصدر:
للاطلاع على المقال الأصلي بعنوان “Nuevo modelo para predecir la entrada de humedad en módulos fotovoltaicos” (نموذج جديد للتنبؤ بدخول الرطوبة في الوحدات الكهروضوئية)، يمكنك زيارة الرابط التالي:
استعرض المقال بحثًا أجرته جامعة دلفت للتكنولوجيا في هولندا، بالتعاون مع معهد IMEC في بلجيكا، حول تأثير العوامل المناخية على دخول الرطوبة في الوحدات الكهروضوئية.
للاطلاع على الورقة البحثية المصدرية للمقال من هنا:
Blom, Y., Jimenez Pelarda, D., Minett, T., Kaaya, I., Kyranaki, N., Santbergen, R., Isabella, O., & Vogt, M. R. (2025). Modeling moisture ingress in PV modules with different encapsulant and backsheet materials. Renewable Energy, 252, 123347. https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.123347
