كيفية اختيار حوامل الألواح الشمسية المقاومة للتآكل؟

أهم المواد المقاومة للتآكل المستخدمة في أعمدة تركيب الألواح الشمسية

سبائك الألومنيوم: خفة الوزن والمتانة مع حماية أكسيدية طبيعية في تطبيقات أنظمة الطاقة الكهروضوئية (PV)

تعتمد معظم تركيبات الألواح الشمسية على أسطح المباني على إطارات مصنوعة من سبائك الألومنيوم، لأنها توفر قوةً عاليةً مع وزنٍ أقلَّ بكثيرٍ مقارنةً بالخيارات الفولاذية. والفرق في الواقع كبيرٌ جدًّا — إذ يقلُّ الوزن الهيكلي بنسبة تصل إلى نحو ٤٠٪. أما ما يميِّز الألومنيوم حقًّا فهو مقاومته الطبيعية للتآكل. فعندما تتعرَّض السطح لخدوش، يتكون طبقة أكسيد واقية تغطي التلف فورًا تقريبًا. وهذه الآلية الدفاعية الطبيعية تؤدي أداءً ممتازًا في الظروف القاسية. كما تخضع هذه الوحدات الداعمة لاختباراتٍ صارمةٍ من قِبل المصنِّعين؛ فهي قادرةٌ على الصمود أمام أكثر من ٥٠٠٠ ساعة من اختبارات رش المحلول الملحي وفق معايير آي إي سي ٦١٧٠١ دون أن تظهر عليها أي علامات تآكلٍ أو اهتراءٍ ملحوظة. وتلك الدرجة من المتانة تجعل وحدات الدعم المصنوعة من الألومنيوم مثاليةً للمناطق القريبة من المحيط أو المناطق الصناعية، حيث يؤدي الهواء المالح والتلوث إلى تآكل المعادن الأخرى بسرعةٍ كبيرةٍ.

درجات الفولاذ المقاوم للصدأ (٣٠٤ مقابل ٣١٦): عندما تكون المرابط ذات الدرجة البحرية ضرورية

توفر وصلات التثبيت المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ حمايةً حرجةً ضد التآكل عند واجهات التثبيت—إلا أن اختيار الدرجة يُعد عاملًا حاسِمًا:

تتفوق درجة الفولاذ ٣١٦ على درجة ٣٠٤ بنسبة تصل إلى ثلاثة أضعاف في اختبار رش المحلول الملحي وفق معيار ASTM B117، وذلك بفضل محتواها من الموليبدنوم الذي يمنع تآكل النقاط (Pitting Corrosion)—وهو سبب رئيسي لفشل وصلات التثبيت في التركيبات عالية الرطوبة، حيث تتكون تجمعات رطبة عند الوصلات المُثبتة بالبراغي.

الطلاءات الزنكية-الألومنيومية-المغنيسية (ZAM): حماية الجيل القادم لأعمدة تركيب الألواح الشمسية الفولاذية

توفر وحدات التثبيت الفولاذية المطلية بطبقة ZAM حماية تصل إلى أربعة أضعاف ضد التآكل مقارنةً بالخيارات المجلفنة الاعتيادية، مع الحفاظ على التكاليف عند مستوى مماثل. فما السبب في ذلك؟ إن المزيج الخاص من الزنك والألومنيوم والمغنيسيوم يشكّل طبقةً محكمةً تمنع تكوّن الصدأ. وتُظهر الاختبارات أن هذه الطبقة تقلّل ظهور الصدأ الأحمر بنسبة تقارب ٨٥٪ بعد خضوعها لـ ١٢٠٠ ساعة من اختبارات التآكل الصعبة المعروفة لدينا. ومن المزايا الكبيرة الأخرى لهذه الطبقة قدرتها الفريدة على «إعادة إصلاح نفسها» تلقائيًا عند حدوث خدوش أو جروح. ويكتسب هذا الأمر أهميةً بالغة للمعدات الموضوعة على سطح الأرض، حيث تتعرّض باستمرار للاحتكاك بالأتربة، والتقلبات الحرارية بين التجمّد والانصهار، وكذلك للاستهلاك العام الناتج عن الاستخدام. كما تؤكّد التقارير الصادرة عن القطاع هذه الادعاءات. فبيانات العالم الحقيقي تشير إلى أن الدعامات المصنوعة من مادة ZAM يمكن أن تدوم أكثر من ٢٥ سنةً حتى في البيئات الصناعية القاسية المصنّفة ضمن الفئة C5 وفق معايير ISO. وهذه المدة الطويلة من العمر الافتراضي تحقّق عائدًا استثماريًّا ملموسًا على المدى الطويل.

تجنب مخاطر التآكل الخفي في تركيبات وحدات تثبيت الألواح الشمسية

التآكل الغلفاني بين المعادن غير المتشابهة (مثل: السكك الألومنيومية + البراغي الفولاذية المقاومة للصدأ)

عندما تتلامس السكك الألومنيومية مباشرةً مع البراغي الفولاذية المقاومة للصدأ، فإنها تشكّل ما يُعرف بـ«الخلية الغلفانية». ولأن الألومنيوم يتمتّع بجهد كهربائي أدنى، فإنه يميل إلى التآكل أولًا، ليؤدي في الأساس دور درعٍ واقيٍ للصلب المقاوم للصدأ الذي يعمل كالكاثود. وتزداد المشكلة سوءًا بالقرب من السواحل، حيث يُسرّع الهواء المالح من عملية التآكل بشكلٍ ملحوظ. وتشير الدراسات إلى أن أجزاء الألومنيوم قد تتآكل بمعدلٍ أسرع بثلاث مراتٍ في تلك المناطق مقارنةً بالمناطق الداخلية، وفقًا لبيانات جمعية مكافحة التآكل (NACE) لعام ٢٠٢٣. ولوقف حدوث ذلك، لا بد من قطع هذه العلاقة الكهربائية بطريقةٍ ما. ومن إحدى الطرق المستخدمة لذلك إدخال عوازل كهربائية مثل تلك الحلقات النايلونية المعروفة لدى الجميع. وهناك طريقة أخرى فعّالة جدًّا أيضًا: وهي تطبيق مادة سدٍّ عازلة عالية الجودة مباشرةً عند نقاط التلامس تلك. وبما أنه ممكن، فيجب دائمًا اختيار المواد التي لا يزيد فرق جهودها الكهربائية عن ٠٫١٥ فولت عند تركيبها معًا.

التآكل الشقي والتآكل النقطي في البيئات الساحلية أو ذات الرطوبة العالية أو الملوثة

عندما تتناسب مكونات الأجهزة معًا بشكلٍ شديد الضيق، مثلما هو الحال تحت رؤوس البراغي أو بين حوامل السكك الحديدية، فإنها تشكّل جيوبًا صغيرةً تنخفض فيها مستويات الأكسجين. وتتحول هذه المناطق إلى أماكن خصبة لتجمع أيونات الكلوريد، ما يُحفِّز حدوث مشاكل مثل التآكل النقطي أو التآكل الشقي. وقد تبدأ وصلات الفولاذ المقاوم للصدأ غير المحمية في إظهار الحفر بعد نحو ١٨ شهرًا فقط في البيئات المالحة. وتتفاقم الأمور عندما تختلط الملوثات الصناعية بالبيئة. فثاني أكسيد الكبريت المنبعث من المصانع القريبة يكوّن في الواقع محاليل حمضية تُسرّع عملية التآكل. وللمواجهة الفعّالة لهذا كله، يجب أن يفكّر المصنّعون بذكاءٍ في اختيار المواد أولًا. إذ إن درجة الفولاذ المقاوم للصدأ ٣١٦ التي تحتوي على نسبة موليبدنوم لا تقل عن ٢,٥٪ تكون أكثر كفاءة في مثل هذه الحالات. كما أن التصميم الجيّد يلعب دورًا مهمًّا أيضًا؛ فالسطوح المائلة تساعد المياه على التصريف بدلًا من تجمّعها. ولا تنسَ الطلاءات كذلك. فبعض الخيارات الحديثة مثل طلاء «زام» (ZAM) تمتلك خصائص خاصةً تسمح لها بإصلاح الأضرار السطحية الطفيفة تلقائيًّا.

التحقق من مقاومة التآكل: المعايير، والاختبارات، والأداء في العالم الحقيقي

اختبار رذاذ الملح وفق معيار IEC 61701 (المستوى ٦) ومتطلبات شهادة UL 2703 لأعمدة تركيب الألواح الشمسية

عندما يتعلق الأمر بقياس مدى مقاومة شيءٍ ما للتآكل، تظل الشهادات الصادرة عن جهات خارجية تُعتبر المعيار الذهبي في هذه الصناعة إلى حدٍ كبير. فعلى سبيل المثال، اختبار «IEC 61701 المستوى 6» يخضع فيه الحوامل لـ ١٠٠٠ ساعة متواصلة في ظروف ضباب ملحي. وتلك المدة من التعرُّض تحاكي تقريباً الضرر الناتج عن البيئات الساحلية على مدى ٢٥ عاماً. وبعد انتهاء تلك الفترة، يشترط أن تبقى الأضرار السطحية طفيفة جداً مع الحفاظ الكامل على الوظائف الميكانيكية والكهربائية. أما معيار «UL 2703» فيضيف طبقة حماية إضافية من خلال تقييم عدة عوامل معاً، لا تقتصر فقط على مقاومة التآكل، بل تشمل أيضاً المتانة الإنشائية، والتوصيل الأرضي السليم، وتدابير السلامة من الحرائق. وتتم هذه الاختبارات في مختبرات فعلية حيث تُراقب جميع العوامل بدقة وفقاً لإرشادات صارمة. كما أن النظر في النتائج الميدانية الفعلية يكشف لنا أمراً مثيراً للاهتمام أيضاً: فالحوامل التي تستوفي كلا المعيارين تظهر عادةً معدل فشل أقل من ١٪ ناتجاً عن مشاكل التآكل، حتى بعد تركها في الظروف البحرية لمدة عقدٍ من الزمن. ونصيحة جيدة؟ اطلب دائماً شهادات الاختبار الرسمية الموقَّتة بتاريخٍ واضح. فبدون وثائق رسمية مناسبة، ينبغي التعامل مع أية ادعاءات تتعلق بمتانة المنتج بقدرٍ من التحفظ، لأنها قد لا تصمد أمام الظروف القاسية حقاً في المستقبل.

اختيار تركيبة الألواح الشمسية المناسبة حسب البيئة

تلعب البيئة دورًا كبيرًا في تحديد مدة صلاحية وحدات التثبيت وكفاءة أداء الأنظمة ككل. ففي حالات التركيب القريبة من السواحل، نحتاج إلى مواد خاصة من الدرجة البحرية مثل المسامير المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316، لأن رذاذ الملح يمكن أن يتسبب في تآكل المواد العادية بشكلٍ بالغ. أما المناطق الصناعية فتطرح مشاكل مختلفة تتعلق بوجود المواد الكيميائية المُعلَّقة في الجو، لذا فإن الفولاذ المطلي بسبيكة الزنك-الألومنيوم-المغنيسيوم (ZAM) أو سبائك الألومنيوم عالية النقاء تكون أكثر كفاءةً في تلك البيئات. وعندما تتجاوز سرعة الرياح ٥٠ ميلًا في الساعة، يجب تعزيز الهياكل وفقًا للمعايير المحلية؛ ففي أستراليا ونيوزيلندا، يُطبَّق المعيار AS/NZS 1170.2:2021 في المناطق المعرَّضة للإعاصير. كما أن تساقط الثلوج يشكِّل مصدر قلقٍ آخر أيضًا؛ إذ تتطلب الأحمال التي تتجاوز ٣٠ رطلًا لكل قدم مربع زوايا ميلٍ أكثر انحدارًا لتفادي تراكم الثلوج الذي قد يتسبب في إلحاق الضرر بالهيكل — وهي مسألةٌ بالغة الأهمية في المناطق الجبلية أو الشمالية. أما الصحاري فتفرض تحدياتٍ خاصةً، حيث يساعد الألومنيوم المُستقر ضد الأشعة فوق البنفسجية في مقاومة أضرار أشعة الشمس الناتجة عن التعرُّض المستمر لها. وفي المدن التي تعاني من انتشار الغبار والمركبات الكبريتية، تظهر فوائد الطلاءات ZAM التي تدوم وفقًا للاختبارات الحديثة حوالي ٢٫٥ مرة أطول من خيارات التغليف بالزنك التقليدية. ومن المنطقي النظر في جميع هذه العوامل عبر تقييمات موقع دقيقة إذا أردنا أن تتحمّل تركيباتنا ما تُلقيه الطبيعة عليها، مع الحفاظ على اتساق إنتاج الطاقة طوال دورة حياة النظام.