قام معهد الطاقة الشمسية الفرنسي INES بتطوير وحدات كهروضوئية جديدة باستخدام اللدائن الحرارية والألياف الطبيعية التي يتم الحصول عليها من أوروبا، مثل الكتان والبازلت. ويهدف العلماء إلى تقليل البصمة البيئية ووزن الألواح الشمسية، مع تحسين إعادة التدوير.
لوحة زجاجية معاد تدويرها في الأمام ومركب من الكتان في الخلف
الصورة: جي دي
من مجلة pv فرنسا
يقوم الباحثون في المعهد الوطني للطاقة الشمسية في فرنسا (INES) - وهو قسم من هيئة الطاقة البديلة الفرنسية والطاقة الذرية (CEA) - بتطوير وحدات شمسية تتميز بمواد حيوية جديدة في الجانبين الأمامي والخلفي.
وقال أنيس فويني، مدير CEA-INES: "نظرًا لأن البصمة الكربونية وتحليل دورة الحياة أصبحت الآن معايير أساسية في اختيار الألواح الكهروضوئية، فإن مصادر المواد ستصبح عنصرًا حاسمًا في أوروبا في السنوات القليلة المقبلة". في مقابلة مع مجلة pv الفرنسية.
وقالت أودي ديرييه، منسقة المشروع البحثي، إن زملاءها بحثوا في المواد المختلفة الموجودة بالفعل، للعثور على مادة يمكن أن تسمح لمصنعي الوحدات بإنتاج لوحات تعمل على تحسين الأداء والمتانة والتكلفة، مع تقليل التأثير البيئي. يتكون العرض التوضيحي الأول من خلايا شمسية غير متجانسة (HTJ) مدمجة في مادة مركبة بالكامل.
وقال ديرييه: "الجانب الأمامي مصنوع من بوليمر مملوء بالألياف الزجاجية، مما يوفر الشفافية". "الجانب الخلفي مصنوع من مادة مركبة تعتمد على اللدائن الحرارية حيث تم دمج نسيج من ألياف الكتان والبازلت، مما سيوفر قوة ميكانيكية، ولكن أيضًا مقاومة أفضل للرطوبة."
يتم الحصول على الكتان من شمال فرنسا، حيث يوجد بالفعل النظام البيئي الصناعي بأكمله. يتم الحصول على البازلت من أماكن أخرى في أوروبا ويتم نسجه بواسطة شريك صناعي لـ INES. أدى هذا إلى تقليل البصمة الكربونية بمقدار 75 جرامًا من ثاني أكسيد الكربون لكل واط، مقارنة بوحدة مرجعية بنفس الطاقة. تم أيضًا تحسين الوزن وأصبح أقل من 5 كجم لكل متر مربع.
قال ديرييه: "تهدف هذه الوحدة إلى تكامل الطاقة الكهروضوئية على الأسطح وبناءها". "الميزة هي أنه أسود اللون بشكل طبيعي، دون الحاجة إلى طبقة خلفية. وفيما يتعلق بإعادة التدوير، وبفضل اللدائن الحرارية، التي يمكن إعادة صهرها، أصبح فصل الطبقات أيضًا أسهل من الناحية الفنية.
يمكن إنشاء الوحدة دون تكييف العمليات الحالية. وقال ديرييه إن الفكرة تتمثل في نقل التكنولوجيا إلى الشركات المصنعة، دون استثمارات إضافية.
وقالت: "الضرورة الوحيدة هي وجود مجمدات لتخزين المواد وعدم البدء في عملية ربط الراتنج، ولكن معظم الشركات المصنعة اليوم تستخدم التقوية المسبقة وهي مجهزة بالفعل لذلك".
قال ديرييه: "لقد عملنا على الحياة الثانية للزجاج وقمنا بتطوير وحدة مكونة من زجاج مُعاد استخدامه بقطر 2.8 ملم يأتي من وحدة قديمة". "لقد استخدمنا أيضًا غلافًا لدنًا بالحرارة لا يتطلب ربطًا متقاطعًا، وبالتالي سيكون من السهل إعادة تدويره، ومركب لدن بالحرارة مع ألياف الكتان للمقاومة."
يتميز الوجه الخلفي الخالي من البازلت للوحدة بلون الكتان الطبيعي، والذي يمكن أن يكون مثيرًا للاهتمام من الناحية الجمالية للمهندسين المعماريين من حيث تكامل الواجهة، على سبيل المثال. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت أداة الحساب INES انخفاضًا بنسبة 10% في البصمة الكربونية.
قال الجويني: “من الضروري الآن التشكيك في سلاسل التوريد الكهروضوئية”. "بمساعدة منطقة رون ألب في إطار خطة التنمية الدولية، بحثنا عن لاعبين خارج قطاع الطاقة الشمسية للعثور على مواد بلاستيكية حرارية جديدة وألياف جديدة. لقد فكرنا أيضًا في عملية التصفيح الحالية، والتي تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة.»
بين مرحلة الضغط والضغط والتبريد، تستمر عملية التصفيح عادة ما بين 30 إلى 35 دقيقة، مع درجة حرارة تشغيل تتراوح بين 150 درجة مئوية إلى 160 درجة مئوية.
قال ديرييه: "لكن بالنسبة للوحدات التي تتضمن بشكل متزايد مواد مصممة بيئيًا، فمن الضروري تحويل اللدائن الحرارية عند حوالي 200 درجة مئوية إلى 250 درجة مئوية، مع العلم أن تقنية HTJ حساسة للحرارة ويجب ألا تتجاوز 200 درجة مئوية".
يتعاون معهد الأبحاث مع شركة Roctool المتخصصة في الضغط الحراري التعريفي ومقرها فرنسا، لتقليل أوقات الدورة وصنع الأشكال وفقًا لاحتياجات العملاء. وقد قاموا معًا بتطوير وحدة ذات وجه خلفي مصنوعة من مركب لدن بالحرارة من مادة البولي بروبيلين، والتي تم دمج ألياف الكربون المعاد تدويرها فيها. الجانب الأمامي مصنوع من اللدائن الحرارية والألياف الزجاجية.
وقال ديرييه: "إن عملية الضغط الحراري التعريفي لشركة Roctool تجعل من الممكن تسخين اللوحتين الأمامية والخلفية بسرعة، دون الحاجة إلى الوصول إلى 200 درجة مئوية في قلب خلايا HTJ".
تدعي الشركة أن الاستثمار أقل وأن العملية يمكن أن تحقق دورة زمنية مدتها بضع دقائق فقط، مع استخدام طاقة أقل. وتستهدف هذه التقنية الشركات المصنعة للمركبات، لمنحها إمكانية إنتاج أجزاء بأشكال وأحجام مختلفة، مع دمج مواد أخف وزنًا وأكثر متانة.
وقت النشر: 24 يونيو 2022