التقدم التدريجي في معالجة ثلاثة تحديات رئيسية تواجه صناعة المجمعات الشمسية ذات الألواح المسطحة

تكتسب المجمعات الشمسية ذات الصفائح المسطحة، وهي نوع أساسي من سخانات المياه الشمسية، اهتمامًا متزايدًا عالميًا بفضل موثوقية تشغيلها، وقدرتها على التكيف مع مختلف التصاميم المعمارية، وجاذبيتها الجمالية. على الرغم من أن أنظمة الأنابيب المفرغة لطالما هيمنت على السوق الصينية - بمبيعات بلغت 38 مليون متر مربع عام 2015 (حصة سوقية 87.36%)، إلا أن أنظمة الصفائح المسطحة لم تستحوذ إلا على 5.5 مليون متر مربع (12.64%). في المقابل، في أوروبا وأمريكا الشمالية، تستحوذ المجمعات ذات الصفائح المسطحة على حوالي 90% من السوق، وهي المنتج السائد بلا منازع.

يُبرز هذا التباين التحديات والفرص المتاحة لتقنية الألواح الشمسية المسطحة في الصين. فمع كفاءة استخدام الطاقة التي تتجاوز 76%، ومعايير السلامة الأعلى، والمتانة الأفضل، والعمر الافتراضي الأطول، تتمتع أنظمة الطاقة الشمسية المسطحة بمكانة تؤهلها للاستحواذ على حصة متزايدة من السوق المحلية. ومع ذلك، ورغم هذه المزايا، لا يزال قطاع مجمعات الألواح الشمسية المسطحة في الصين يُعاني من مشاكل مزمنة: بطء التطور التكنولوجي، وضعف القدرة على الابتكار، والمنافسة المستمرة القائمة على انخفاض الجودة والأسعار.

وتشير مناقشات الصناعة ورؤى الخبراء إلى أنه تم تحقيق تقدم ملموس في معالجة هذه القضايا، وخاصة في ثلاثة مجالات مترابطة: تصميم المنتج، وإدارة رذاذ الماء، وتكنولوجيا الختم.

1. تصميم المنتج: الانتقال من التقليد إلى الابتكار

يُمثل تصميم المنتج أساس أداء المُجمّعات. وكما أكّد خبراء الصناعة، لطالما كان تصميم المُجمّعات حلقةً ضعيفةً في قطاع الألواح المسطحة في الصين. إذ تعتمد العديد من الشركات بشكلٍ كبير على التقليد، مما يُؤدي إلى بطء التقدم التكنولوجي وتجانس المنتجات على نطاق واسع.

لكسر هذه الحلقة المفرغة، يجب على الشركات تعزيز قدراتها في البحث والتطوير والابتكار. ويُعد تطوير طلاءات انتقائية متطورة، تؤثر بشكل مباشر على الكفاءة الحرارية، عنصرًا أساسيًا لتحسين الأداء. يجب أن تلبي الطلاءات طلب السوق من خلال موازنة معايير رئيسية مثل امتصاص الطاقة الشمسية والانبعاث الحراري.

شركة BTE Solar، إحدى أكبر شركتين عالميتين في تصنيع مواد الطاقة الشمسية الحرارية، هي حاليًا الشركة الصينية الوحيدة التي تتمتع بقدرة إنتاج طلاء ثنائي الطبقات. توفر الشركة طلاءً انتقائيًا أزرق وأسود للمجمعات الشمسية ذات الألواح المسطحة. وبينما تقل تكلفة الطلاءات السوداء بأكثر من 20% عن الطلاءات الزرقاء التقليدية، إلا أنها توفر نفس الكفاءة تقريبًا، مما يوفر للعملاء حلاً فعالاً من حيث التكلفة وعالي الأداء. تتيح هذه المجموعة المزدوجة مرونةً لتلبية احتياجات السوق المختلفة، سواءً كانت الأولوية للمتانة أو الجمالية أو القدرة على تحمل التكاليف.

على سبيل المثال، واجهت الطلاءات الزرقاء تحدياتٍ في مقاومة رذاذ الملح. ومع ذلك، بفضل تصميم تجويف محكم مع نفاذية هواء قابلة للتحكم، تحقق أغشية BTE Solar ثباتًا وأداءً طويل الأمد في البيئات الصعبة.

تشمل المخاوف الرئيسية ما يلي:

1. المواد الداعمة: تفقد ألياف البوليستر، المستخدمة غالبًا في الألواح الخلفية، أداء العزل عند درجة حرارة أعلى من 120 درجة مئوية، ومع ذلك، قد تتجاوز حتى المجمعات ذات الدرجة الأقل هذه درجة الحرارة أثناء الركود.

2. الأختام والحشيات: تتدهور مواد المطاط EPDM الشائعة عند درجات حرارة تزيد عن 150 درجة مئوية، مما يجعلها أقل من معايير الموثوقية الصارمة.

3. سلامة الهيكل: يمكن أن تؤدي درجات الحرارة الزائدة أثناء الخمول إلى حدوث تشوه وتسربات وانفصال للصفائح الخلفية.

يكمن الحل في تطوير تصميمات تحافظ على إحكام إغلاق التجويف مع إمكانية التحكم في التهوية، مما يضمن أن المواد يمكنها تحمل التعرض الخامل مع منع الأضرار الهيكلية غير القابلة للإصلاح.

2. رذاذ الماء: تحقيق "التنفس" المتحكم فيه

في الأسواق المتقدمة، تُهيمن أنظمة الألواح المسطحة على مشاريع التدفئة الشمسية، وخاصةً في التطبيقات الحضرية الشاهقة. ومع ذلك، لا يزال تكوّن رذاذ الماء مشكلةً عالميةً تُضعف الكفاءة وعمر الخدمة. يُقلل تراكم الرطوبة من امتصاص الحرارة، ويُؤدي إلى تآكل الماصات، وتدهور العزل مع مرور الوقت.

لقد حدد تحليل وضع الفشل والآثار (FMEA) الأسباب الجذرية لضباب الماء:

1. امتصاص الرطوبة الزائدة في مواد العزل.

2. عدم كفاية الختم المحكم.

3. عدم كفاية مسارات التهوية.

4. تنشأ الرطوبة داخل المجمع من ثلاثة مصادر رئيسية:

5. الرطوبة المتبقية أثناء الإنتاج.

6. التسلل من خلال التسرب الخارجي.

7. امتصاص الرطوبة من الرطوبة المحيطة.

التصاميم التقليدية "غير المُحكمة" تترك فجوات تعمل كقنوات للتنفس. وبينما قد تسمح هذه الفجوات بتسرب الرطوبة المُتبخرة بفعل الحرارة، إلا أن حجم الفجوة غير مُستقر ولا يُمكن التحكم فيه - فأحيانًا يكون صغيرًا جدًا بحيث لا يسمح بتفريغ بخار الماء، وأحيانًا يكون كبيرًا جدًا، مما يُؤدي إلى مسارات تسرب دائمة.

ولمعالجة هذه المشكلة، تتبنى الصناعة بشكل متزايد مبدأ "الإغلاق أولاً، والتهوية المتحكم بها ثانياً".

تسمح فتحات التهوية أحادية الاتجاه للرطوبة بالتبخر بشكل طبيعي مع ارتفاع درجات الحرارة الداخلية.

تعمل مواد العزل ذات الامتصاص المنخفض على تقليل مصادر المياه داخل المجمع.

تُشكّل أغشية البولي تترافلوروإيثيلين الموسّع (PTFE) الممزوجة بألياف الخيزران نظامًا مقاومًا للغبار والماء وجيد التهوية. تُفرّغ هذه الهياكل الرطوبة الداخلية مع الحفاظ على توازن الضغط، مما يمنع التسرب والتكثف.

يُمكّن هذا النهج المُجمّعات من الحفاظ على بيئة داخلية جافة ومستقرة، مما يُقلّل بفعالية من خطر التآكل وتدهور العزل وانخفاض الأداء. ومن خلال منع تراكم الرطوبة الداخلية والتكثف، يُطيل العمر الافتراضي للمنتج بشكل ملحوظ، بينما يظل الأداء الحراري مستقرًا وموثوقًا به حتى في ظل ظروف التشغيل الصعبة. وتنظر العديد من الشركات في هذا المجال الآن إلى التجاويف المُحكمة ذات التهوية المُتحكّم بها على أنها ليست مجرد ترقية تقنية، بل هي أيضًا التوجه الحتمي لتطوير المُجمّعات ذات الألواح المُسطّحة في المستقبل.

بناءً على هذا التوجه الابتكاري، أصبحت شركة BTE Solar من أبرز المصانع المتخصصة في مُجمّعات الطاقة الشمسية الحرارية عالية الجودة. بفضل تقنية الأغشية المتطورة والتصميم الهيكلي المُحسّن، تُصنّع الشركة مُجمّعات خالية تمامًا من مشاكل الرطوبة، مما يضمن متانة طويلة الأمد وأداءً ثابتًا في مختلف المناخات. هذا يُتيح استخدام منتجات BTE Solar على نطاق واسع في مختلف الأسواق، بدءًا من المباني السكنية وصولًا إلى المشاريع التجارية والبرامج الحكومية واسعة النطاق.

في الوقت نفسه، حازت شركة BTE Solar على العديد من الشهادات الدولية، بما في ذلك شهادة إدارة الجودة ISO، والامتثال لمعايير CE، وشهادة Solar Keymark المرموقة. لا تُظهر هذه الشهادات التزام الشركة الراسخ بسلامة المنتجات وموثوقيتها والمعايير البيئية فحسب، بل تُضيف أيضًا قيمةً مضافةً للعملاء. في العديد من المناطق، تُقدم الحكومات وشركات المرافق حوافز مالية أو دعمًا ماليًا لمُجمّعات الطاقة الشمسية عالية الكفاءة المعتمدة. باختيار أنظمة BTE، يُصبح مُطوّرو المشاريع والموزعون مؤهلين بسهولة أكبر لهذه البرامج، مما يُحقق في نهاية المطاف عوائد استثمار أعلى مع دعم التحوّل إلى الطاقة النظيفة.

باختصار، من خلال مجمعات الطاقة الشمسية المسطحة عالية الكفاءة المعتمدة التي تجمع بين تكنولوجيا الختم المتقدمة والإنتاج الحراري الممتاز والموثوقية طويلة الأمد، تساعد شركة BTE Solar شركائها على تعظيم أداء التدفئة والوصول إلى الفوائد التي يقودها السياسات، وتعزيز القدرة التنافسية في سوق الطاقة المتجددة العالمية اليوم.

3. تقنية الختم: تقوية الهياكل من أجل الموثوقية 

يظلّ الختم أحد أهم العوامل الحاسمة في ضمان أداء أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية وسلامتها على المدى الطويل. حتى مع وجود ماصات عالية الكفاءة وطلاءات انتقائية متطورة، قد تتأثر موثوقية المجمع الشمسي بشكل عام إذا كان الختم غير كافٍ. غالبًا ما يؤدي سوء تنفيذ وصلات الإطار أو ضعف الترابط بين الطبقة الخلفية والغلاف إلى تغلغل بخار الماء، وتآكل الأجزاء المعدنية، وتدهور العزل الحراري، وفي النهاية إلى تقصير عمر خدمة النظام بأكمله. بالنسبة للعملاء والمصنعين على حد سواء، لم يعد إتقان تقنية الختم أمرًا اختياريًا، بل أصبح متطلبًا أساسيًا للتنافسية. 

تقليديًا، اعتمدت معظم هياكل الإطارات على مزيج من الطلاءات اللاصقة، وأشرطة الختم ثنائية الجوانب، أو شرائط الضغط ذات الرافعات. في هذا التصميم واسع الانتشار، تُدخل الطبقة الخلفية فيما يُعرف بهيكل "فم التمساح"، حيث تُضغط بإحكام بواسطة آلة متخصصة للطبقة الخلفية، وتُثبّت في مكانها بشكل أكبر باستخدام حوامل زاوية داخلية أو موصلات زاوية. بالمقارنة مع الإطارات المثبتة سابقًا، يُمثل هذا النهج تقدمًا ملحوظًا: فهو يوفر ملاءمة أكثر اتساقًا، ويُحسّن مقاومة الطقس الأساسية، ويُساعد على تبسيط الإنتاج الضخم. ومع ذلك، على الرغم من هذه التحسينات، غالبًا ما تعجز هذه الهياكل عن تلبية متطلبات العزل الحراري المتزايدة الصعوبة لأنظمة الطاقة الشمسية الحرارية اليوم. 

تتجلى هذه القيود بشكل خاص عند نقطتين حرجتين: مفاصل الزاوية بزاوية 45 درجة ومناطق الاشتباك الخطية لفم التمساح. في هذه المواقع، يصعب إزالة الفجوات المجهرية تمامًا. مع مرور الوقت، يمكن أن يؤدي التمدد الحراري والاهتزاز والإجهاد الخارجي إلى تفاقم هذه الفجوات، مما يؤثر سلبًا على الاستواء العام ويسمح بتسرب بخار الهواء أو الماء إلى داخل المجمع. يتجلى هذا الخطر بشكل خاص في الألواح المسطحة واسعة المساحة، حيث تتضخم حتى التشوهات الطفيفة. علاوة على ذلك، يتطلب التصميم الميكانيكي لفم التمساح استخدام مواد أكثر سمكًا وثقلًا للحفاظ على قوة الهيكل. وبينما يُحسّن هذا من الصلابة، فإنه يزيد حتمًا من استهلاك المواد الخام وتكاليف التصنيع، مما يضع ضغطًا إضافيًا على المنتجين الذين يسعون إلى تحقيق التوازن بين الأداء والسعر.

لمواجهة هذه التحديات المستمرة، دأبت الشركات وفرق البحث والتطوير الطموحة على استكشاف استراتيجيات إحكام أكثر موثوقية. وتُسهم عدة مناهج واعدة في تشكيل مستقبل هذه الصناعة حاليًا: 

1. تصميمات قوس الزاوية الخارجية: من خلال نقل نقطة الختم خارج واجهة الامتصاص الأساسي والطبقة الخلفية، تعمل هذه التصميمات على تبسيط المتطلبات الهندسية للختم المحكم وتقليل احتمالية وجود فجوات دقيقة مخفية في مفاصل الزوايا بشكل كبير. 

٢. تطبيق المواد اللاصقة المستمر: بدلاً من تجميع الإطارات المجزأة بنقاط ربط منفصلة، ​​بدأت خطوط الإنتاج الجديدة بتطبيق المواد اللاصقة في عملية مستمرة واحدة عبر إطار متكامل. هذا لا يُحسّن تجانس الختم واستواءه فحسب، بل يضمن أيضًا محاذاة أقوى ويزيل الوصلات الضعيفة. ومع ذلك، فإنّ المقابل هو الحاجة إلى استثمارات كبيرة في المعدات الدقيقة والأتمتة. 

٣. مواد لاصقة سيليكونية متطورة: بفضل مرونتها وقدرتها الاستثنائية على التحمل، تحافظ المواد اللاصقة السيليكونية على فعالية الختم في نطاق واسع من درجات حرارة التشغيل، بدءًا من -٥٥ درجة مئوية إلى ٢١٠ درجات مئوية. وهذا يضمن أداءً موثوقًا به حتى في الظروف المناخية القاسية ذات التقلبات الحادة في درجات الحرارة، والعواصف الرملية، والرطوبة العالية. 

٤. أضلاع التعزيز ودعامات ألواح الامتصاص: من خلال تعزيز قوة الإطار ومنع الالتواء أو التشوه، تُسهم هذه التحسينات الميكانيكية بشكل مباشر في سلامة الختم على المدى الطويل. تُوزّع ألواح الامتصاص المُدعّمة جيدًا الإجهاد بشكل أكثر توازنًا، مما يُقلل من احتمالية إجهاد الختم والتسرب. 

تُبرز هذه الابتكارات مجتمعةً التقدمَ المستمرَّ لصناعة الطاقة الشمسية الحرارية نحو تحقيق توازنٍ دقيقٍ بين سهولة التصنيع، وضبط التكاليف، والموثوقية المُحكمة. بالنسبة للمستخدمين النهائيين، يُترجم الختم المُحسَّن إلى ثقةٍ أكبر في متانة النظام، وانخفاضٍ في تكاليف الصيانة، وعمرٍ أطول. أما بالنسبة للمُصنِّعين، فإنَّ إتقان تقنيات الختم المُتقدِّمة يُمثِّل وسيلةً لتمييز منتجاتهم، وتقليل مخاطر الضمان، وبناء ثقةٍ أقوى مع العملاء الدوليين.

التطلع إلى المستقبل: نحو صناعة أكثر تنافسية للألواح المسطحة

يشهد تطور صناعة مُجمّعات الطاقة الشمسية المسطحة في الصين مراحل مُختلفة. وقد تجاوز القطاع بالفعل مرحلة التقليد المُنتشر، مُحققًا تقدمًا ملموسًا في ابتكارات التصميم، وتخفيف رذاذ الماء، وتقنيات العزل.

بصفتها شركة رائدة عالميًا في مجال الطاقة الشمسية الحرارية، تجمع شركة BTE Solar بين تقنية الطلاء الانتقائي المتقدمة وخبرة واسعة في المشاريع الدولية. بفضل خطوط إنتاج الطلاء ثنائية الطبقات الفريدة وخيارات الأغشية المرنة، تساعد الشركة شركاءها حول العالم على تحسين الاستقرار الحراري والموثوقية والكفاءة من حيث التكلفة في حلول تسخين المياه بالطاقة الشمسية.

بالنسبة للشركات التي تستكشف أنظمة تجميع الألواح المسطحة عالية الجودة أو تبحث عن فرص تعاون طويلة الأمد، ترحب BTE Solar بالاستفسارات والشراكات لتوسيع سوق الطاقة النظيفة بشكل مشترك.