تأثير التغيرات الحرارية على الحشوات المصنوعة من السيليكون مقارنةً بتلك المصنوعة من مطاط الإيثيلين بروبيلين ثنائي النتريل (EPDM) في وصلات SUNNOM المُصنَّفة للاستخدام الخارجي

س: كيف تؤثر التغيرات الحرارية على الحشوات المصنوعة من السيليكون مقارنةً بتلك المصنوعة من مطاط الإيثيلين بروبيلين ثنائي النتريل (EPDM) في وصلات الألواح الشمسية المُصنَّفة للاستخدام الخارجي، وكيف تحسِّن شركة ونتشو شانغنو (SUNNOM) مقاومة العوامل الجوية؟

تُعَدُّ محطات الطاقة الشمسية من أكثر المنشآت الصناعية عرضةً للعوامل البيئية على كوكب الأرض. فمنذ فصول الشتاء القارسة في المناطق القطبية وحتى فصول الصيف الحارقة في الصحاري، تتعرَّض الألواح الشمسية وأنظمة الاتصال الكهربائي الخاصة بها لتقلبات حرارية مستمرة. وتُعرف هذه الظاهرة باسم «التغيرات الحرارية»، وهي تمثِّل تحديًّا هندسيًّا ضخمًا. وتحت ظروف التغيرات الحرارية اليومية، موصل شمسي يمكن أن تتعرض لدرجات حرارة داخلية تتراوح بين سالب ٤٠ درجة مئوية ليلاً وأكثر من ١٠٠ درجة مئوية خلال أوقات الذروة بعد الظهر تحت حمولة كهربائية عالية. وعلى الرغم من التركيز الكبير على أغلفة البلاستيك والدبابيس المعدنية، فإن المكوّن الذي يُحدِّد بشكل مباشر ما إذا كان الموصل قادرًا على التحمّل في ظل هذه التقلبات الحرارية هو الحشوة الحاجزة. فإذا فشلت الحشوة الحاجزة، فإن الرطوبة والغبار يتسللان إلى داخل الموصل، مما يؤدي إلى حدوث تآكل سريع، وأعطال في العزل، وانقطاع في تشغيل النظام. ويقارن هذا الدليل التقني أداء الحشوات الحاجزة المصنوعة من السيليكون والمطاط الإيثيلين بروبيلين ثنائي الإين (EPDM) تحت ظروف التغيرات الحرارية المتكررة، ويوضّح سبب اعتماد شركة ونتشو شانغنو (SUNNOM) على السيليكون عالي الجودة لضمان الموثوقية على المدى الطويل.

الدور الحاسم للحشوات الحاجزة في موصلات الألواح الشمسية

الوظيفة الأساسية لحلقة الختم الخاصة بمُوصِل الطاقة الشمسية هي إنشاء ختم محكم تمامًا، مقاوم للسوائل والغبار، بين الجزء الذكري والأنثوي من الغلاف، وكذلك حول نقاط دخول الكابلات. ويمنع الختم الموثوق من دخول الماء والرطوبة ورذاذ الملح والمواد الجسيمية. ولتحقيق ذلك، يجب أن تُطبِّق الحلقة ضغطًا مستمرًا ومتساويًا على الأسطح المتلاصقة.

ومع ذلك، وبما أن المواد تتسع عند التسخين وتتقلص عند التبريد، فإن التغيرات الحرارية المتكررة تُغيِّر باستمرار الأبعاد الفيزيائية لمكونات الموصل. ويجب أن تكون الحلقة مرنةً بدرجة كافية لتتوسع وتتقلص ديناميكيًّا، مُلْئَةً أي فجوات دقيقة قد تظهر أثناء التقلبات الحرارية. فإذا فقدت مادة الحلقة مرونتها أو تشوهت تشوهًا دائمًا، فلن تتمكن من الحفاظ على قوة الختم الكافية، مما يخلق مساراتٍ لتسرب الرطوبة.

حلقات الختم المصنوعة من مطاط الإيثيلين بروبيلين ثنائي المونومر (EPDM): الخصائص والمزايا والقيود

يُعَدّ مطاط الإيثيلين بروبيلين ثنائي المونومر (EPDM) مطاطًا صناعيًّا شائع الاستخدام في قطاعات السيارات والبناء والكهرباء. ويُحدَّد استخدامه غالبًا في الموصلات الشمسية القياسية نظرًا لخصائصه المميَّزة:

• مقاومة كيميائية جيدة: يتمتَّع مطاط الإيثيلين بروبيلين ثنائي المونومر (EPDM) بمقاومة ممتازة للأوزون والمذيبات القطبية والأحماض، ما يجعله متينًا للغاية في البيئات الحضرية أو الصناعية الملوَّثة.
• قوة شدٍّ عالية: يتميَّز مطاط الإيثيلين بروبيلين ثنائي المونومر (EPDM) بالمتانة الفيزيائية ومقاومته للتمزُّق والتآكل أثناء عمليات التجميع والتركيب.
• فعالية من حيث التكلفة: يُعدّ إنتاج مطاط الإيثيلين بروبيلين ثنائي المونومر (EPDM) رخيصًا نسبيًّا، ما يمكِّن العلامات التجارية للموصلات ذات التكلفة المنخفضة من خفض تكاليف إنتاجها.
• الضعف في دورة التغير الحراري: على الرغم من هذه المزايا، فإن مادة EPDM لديها عيب كبير في ظل دورة التغير الحراري الشديد: الانزياح الضغطي. يشير الانزياح الضغطي إلى التشوه الدائم الذي يبقى في المطاط بعد إزالة القوة الضاغطة. في ظل دورات التسخين والتبريد المتكررة، تحدث تغييرات في الربط الجزيئي لـ EPDM تؤدي إلى فقدانها لذاكرتها. عند درجات حرارة تزيد عن 85 درجة مئوية، تصبح طرقات EPDM صلبة وتفقد مرونتها. عندما يبرد النظام ليلًا، لا تستطيع طرقة EPDM الصلبة الارتداد بسرعة كافية لملء الفجوات المتقلصة، مما يؤدي إلى فشل الختم.

طرقات السيليكون: البديل عالي الأداء

مطاط السيليكون هو مطاط عالي الجودة له هيكل جزيئي مكون من ذرات السيليكون والأكسجين المتناوبة، مما يوفر خصائص فيزيائية متفوقة مقارنة بالهياكل الكربونية للكربون في المطاط العضوي القياسي مثل EPDM:

• تحمل واسع لدرجات الحرارة: تحتفظ مادة السيليكون بخصائصها الفيزيائية ومرونتها عبر نطاق واسع جدًّا من درجات الحرارة، عادةً ما بين سالب ٦٠ درجة مئوية و.plus ٢٠٠ درجة مئوية. فهي لا تصبح هشّة في البرد القارس، ولا تلين أو تتحلّل في الحرارة الشديدة.
• مقاومة استثنائية لانضغاط دائم: يتمتّع السيليكون بنسبة انضغاط دائم منخفضة للغاية. فحتى بعد سنوات من الانضغاط المستمر عند درجات حرارة مرتفعة، يعود حشوة السيليكون فورًا إلى شكلها الأصلي عند إزالة القوة المؤثرة. ويضمن هذا القدرة العالية على الاسترجاع المرن الحفاظ على قوة إغلاقٍ ثابتةٍ تحت دورات التغير الحراري المتكررة.
• مقاومة فائقة للأشعة فوق البنفسجية والعوامل الجوية: الروابط بين السيليكون والأكسجين في مادة السيليكون مقاومةٌ جدًّا للأشعة فوق البنفسجية والأوزون. فبينما قد تجف مادة الإيثيلين بروبيلين داين مونومر (EPDM) تدريجيًّا وتتشقّق سطحيًّا بفعل الأشعة فوق البنفسجية الشمسية القوية، تبقى مادة السيليكون تمامًا غير متأثرة.
• تكلفة المواد الأعلى: العيب الرئيسي للسيليكون هو ارتفاع تكلفة المادة وتكاليف المعالجة، ولذلك تتجنبه عادةً شركات تصنيع الموصلات منخفضة التكلفة والمُوجَّهة للميزانيات المحدودة.

مقارنة بين مطاط الإيثيلين بروبيلين ثنائي الإثيلين (EPDM) والسيليكون في اختبارات التغير الحراري الدوري

ولفهم الأثر طويل الأمد للتغير الحراري الدوري، دعونا نستعرض سلوك هذين النوعين من المواد أثناء الخضوع لاختبارات قياسية (مثل اختبارات التغير الحراري الدوري وفق معيار الآي إي سي 62852، والتي تتضمن تدوير الموصلات بين درجة حرارة سالب ٤٠ وموجب ٨٥ درجة مئوية على مدى مئات الساعات):

• الاحتفاظ بقوة الإغلاق: أثناء المراحل ذات الحرارة المرتفعة في الاختبار، يتمدد الغلاف البلاستيكي، ما يؤدي إلى ضغط الحشوة. وتبدأ حشوة مطاط الإيثيلين بروبيلين ثنائي الإثيلين (EPDM)، التي تتعرض لتقدم أسرع في الشيخوخة الحرارية، في التشوه بشكل دائم. وبانتهاء الدورة ٢٠٠، قد تنخفض قوة الإغلاق التي توفرها حشوة مطاط الإيثيلين بروبيلين ثنائي الإثيلين (EPDM) بنسبة تتجاوز ٥٠ في المئة. أما حشوة السيليكون فتحتفظ بأكثر من ٩٠ في المئة من قوة إغلاقها الأصلية.
• المرونة عند درجات الحرارة المنخفضة: أثناء المراحل الباردة (ناقص ٤٠ درجة مئوية)، تمر مادة الإيثيلين بروبيلين داين مونومر (EPDM) بمرحلة انتقال زجاجي، مما يجعلها صلبة ومشابهة للزجاج. وإذا حدثت اهتزازات ميكانيكية أو سحب على الكابلات خلال هذه الفترة، فإن ختم الإيثيلين بروبيلين داين مونومر الصلب لا يمكنه التكيُّف مع هذه الظروف، فيتشقَّق. أما السيليكون، فبسبب درجة انتقاله الزجاجي الأدنى بكثير، يظل لينًا ومطاطيًّا، محافظًا على ختمٍ مقاومٍ للماء.
• اختبار تسرب الرطوبة: بعد إخضاع الموصلات لاختبار الدورات الحرارية، تتعرَّض لرش مائي عالي الضغط واختبار العزل الرطب. وتظهر الموصلات المزوَّدة بأختام من مادة الإيثيلين بروبيلين داين مونومر (EPDM) معدل انهيار أعلى بشكل ملحوظ في مقاومة العزل ناتجًا عن مسارات تسرب دقيقة تشكَّلت بسبب الانضغاط الدائم. أما الموصلات المزوَّدة بأختام سيليكونية فتحافظ على جفاف التوصيلات الداخلية تمامًا دون أي تسرب رطوبي.

كيف تستفيد شركة سونوم (SUNNOM) من تقنية السيليكون لضمان السلامة على المدى الطويل

في شركة وينتشو شانغنو (SUNNOM)، نرفض التنازل عن مقاومة منتجاتنا للظروف الجوية على المدى الطويل، حيث تُستخدم موصلات الطاقة الشمسية لدينا بجهد 1500 فولت. ونعتمد في ذلك على طوق مطاطي سيليكوني عالي الجودة لضمان دورة تشغيلية تبلغ 25 عامًا:

• تصميم الطوق المطاطي المزدوج ذي الحلقتين: تتميز موصلات SUNNOM بهيكل طوق مطاطي سيليكوني مكوَّن من حلقتين عند سطح الاتصال. وتضمن هذه التعددية أن يظل الطوق الثاني يوفِّر حاجزًا مثاليًّا ضد الغبار والماء بتصنيف IP68، حتى في حال خضوع أحد الطوقين لإجهاد ميكانيكي محليٍّ شديد.
• أطواق مطاطية سيليكونية مُشحَّنة مسبقًا: تُعالَج أطواقنا المطاطية السيليكونية مسبقًا بطبقة رقيقة من مادة تشحيم سيليكونية متخصصة لا تنتقل أو تنتشر. ويؤدي ذلك إلى تقليل الاحتكاك أثناء تركيب الموصلات، ومنع الالتواء أو العصر غير المرغوب فيه للطوق المطاطي أثناء التركيب الميداني، كما يحسِّن من خصائص طرد المياه التي يتمتع بها الطوق المطاطي.
• غُـشَـاءات كابلات دقيقة: يتكوّن غُـشَاء تخفيف الإجهاد الخلفي في موصلات SUNNOM أيضًا من سيليكون عالي الجودة مقاوم للعوامل الجوية. ويضمن ذلك أن نقطة دخول الكابل تظل مغلقة بإحكام تام، حتى عند تمدّد وانكماش غلاف كابل الألواح الشمسية تحت أشعة الشمس اليومية.

إرشادات الشراء للمقاولين العامين في مجال الطاقة الشمسية وملاك الأصول

عند تقييم موصلات الطاقة الشمسية للمشاريع الكبيرة، ينبغي لأفراد فرق الشراء لدى المقاولين العامين أن يتجاوزوا أسعار الشراء الأولية وأن يركّزوا على المتانة على المدى الطويل:

• اطلبوا وثائق مواصفات المواد: اطلبوا التحقق الواضح من نوع مادة الحشوة المستخدمة داخل الموصلات. وحدّدوا استخدام مطاط السيليكون عالي الجودة بدلًا من مطاط EPDM منخفض التكلفة في المناطق الصحراوية أو المرتفعة أو الساحلية.
• تحقّقوا من شهادات التكيّف مع التغيرات الحرارية: تأكّدوا من أن الموصلات حاصلة على شهادة معيار IEC 62852 أو UL 6703، وافحصوا مدى درجة الحرارة التي تتحملها الحشوات (وتتراوح درجة حرارة التشغيل المستمر لموصلات SUNNOM بين ناقص ٤٠ وموجب ١١٥ درجة مئوية).

وباختيار موصلات SUNNOM المزودة بأختام سيليكون فائقة الجودة، يمكن لمطوري أنظمة الطاقة الشمسية حماية صفوف الألواح الخاصة بهم من دخول الرطوبة والأعطال الأرضية والفشل الحراري، مما يضمن توليد طاقة مستقرة ومربحة لأكثر من 25 عامًا.