توسط : پژوهشگران دانشگاه علوم و فناوری ملک عبدالله (KAUST) در عربستان سعودی، در مقاله‌ای مروری به بررسی صفحات پلی‌کربنات به‌عنوان جایگزینی برای شیشه در پوشش پنل‌های خورشیدی پرداخته‌اند. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که این مواد جدید با ویژگی‌هایی ازجمله وزن کم، استحکام مکانیکی بالا، شفافیت نوری مناسب و مقاومت حرارتی قابل‌توجه، ظرفیت بالایی برای پژوهش و توسعه بیشتر دارند.
جایگزینی شیشه‌های متداول در پنل‌های خورشیدی با مواد پلیمری می‌تواند وزن سامانه را کاهش داده، از شکستگی شیشه جلوگیری کند و امکان استفاده از پنل‌ها در کاربردهایی با محدودیت وزن مانند فوتوولتائیک‌های ساختمانی (BIPV) و خودرویی (VIPV) را فراهم سازد.
در این مقاله مروری که در مجله Advanced Engineering Materials منتشر شده، پژوهشگران KAUST تأکید کرده‌اند که صفحات پلی‌کربنات (PC) به‌دلیل ویژگی‌های فیزیکی و نوری مطلوب، برای بررسی و توسعه به‌عنوان جایگزینی نوآورانه برای شیشه‌های خورشیدی مناسب‌اند. «مارکو مارنگو»، نویسنده اول مقاله، توضیح داد:
«بررسی ما هم مفاهیم نوین طراحی ماژول‌های بدون شیشه و هم راهکارهای تجاری موجود را در بر می‌گیرد. با توجه به عملکرد اثبات‌شده پلی‌کربنات در فضای باز و در حوزه‌های مختلف، این ماده ارزش آن را دارد که دوباره مورد توجه قرار گیرد.»
به گفته مقاله، پلی‌کربنات در کاربردهای فضای باز مانند سقف گلخانه‌ها، نورگیرهای معماری و نمای ساختمان‌ها به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. دلیل این کاربرد گسترده، استحکام ضربه‌ای بالا، دامنه وسیع دمای کاری، پایداری ابعادی عالی و خاصیت خوداطفایی (هنگام آتش‌سوزی) این ماده است. همچنین، صفحات پلی‌کربنات ترکیب منحصربه‌فردی از وزن سبک، استحکام مکانیکی، شفافیت نوری در پهنای باند گسترده و مقاومت حرارتی را ارائه می‌دهند.
مارنگو گفت: «در ابتدا نسبت به امکان استفاده از پلی‌کربنات به‌عنوان جایگزین شیشه در ماژول‌های خورشیدی تردید داشتیم؛ اما در طول پژوهش دریافتیم که تنها ترکیب‌های محدودی از مواد برای ساخت پنل‌های سبک‌وزن بررسی شده‌اند و در واقع چندین شرکت پیش‌تر ماژول‌های مبتنی بر پلی‌کربنات را مورد آزمایش قرار داده‌اند.»
استفاده از پلی‌کربنات به‌جای شیشه در پنل‌های خورشیدی
تمرکز این مطالعه بر دو نوع ضخامت از صفحات پلی‌کربنات (PC) بود: ۱. صفحات نازک‌تر از یک میلی‌متر، به‌صورت انعطاف‌پذیر برای لایه‌های پشتی و جلویی، و ۲. صفحات ضخیم‌تر از یک میلی‌متر، به‌صورت سخت و صلب.
در این پژوهش، محققان ویژگی‌های شیشه، پلی‌کربنات و پلی‌متیل‌متاکریلات (PMMA) را از نظر خواص فیزیکی و هزینه تولید نیز با یکدیگر مقایسه کردند. براساس نتایج، چالش‌های اصلی برای گسترش استفاده از پلی‌کربنات در صنعت فتوولتائیک، شامل تنش‌های حرارتی–مکانیکی ناشی از تفاوت ضرایب انبساط حرارتی در لایه‌های مختلف ماژول، ناسازگاری با مواد درزبند (Encapsulant) تجاری که الزاماً برای چسبندگی به صفحات پلی‌کربنات طراحی نشده‌اند و همچنین احتمال افزایش هزینه‌ها است.
بااین‌حال، پژوهشگران تأکید کردند که پیشرفت‌های اخیر در زمینه مواد درزبند و طراحی‌های جدید اتصالات سلول‌های خورشیدی می‌تواند راه‌حل‌های امیدبخشی برای غلبه بر این چالش‌ها فراهم کند:
«نتایج مطالعه ما نشان داد که استفاده از مواد پلیمری، به‌ویژه پلی‌کربنات (PC)، می‌تواند وزن ماژول‌های خورشیدی را بیش از ۵۰ درصد نسبت به شیشه کاهش دهد، درحالی‌که مقاومت در برابر ضربه و آتش، پایداری مکانیکی بیشتر نسبت به لایه‌های نازک جلویی و پشتی، و همچنین انعطاف‌پذیری طراحی را فراهم می‌کند.»
به گفته گروه تحقیقاتی، گام بعدی آنها تمرکز بر توسعه ماژول‌های سبک‌وزن مبتنی بر پلی‌کربنات است که با استفاده از مواد تجاری و فرایندهای استاندارد لمینت صنعتی تولید خواهند شد.
مارنگو در پایان افزود: «هدف دیگر ما این است که پایداری این ماژول‌ها را مطابق با استانداردهای بین‌المللی نشان دهیم و عملکرد آنها را در شرایط اقلیمی گرم و مرطوب سواحل غربی عربستان سعودی ارزیابی کنیم.»
بیشتر بخوانید: پنل‌های خورشیدی ساخته‌شده از شیشه بازیافتی با عملکرد مشابه پنل‌های نو
