تحليل اتجاه استبدال كابلات الطاقة الشمسية المصنوعة من الألومنيوم بكابلات الطاقة الشمسية المصنوعة من النحاس
مع نمو القدرة المركبة العالمية للطاقة الكهروضوئية (وفقًا لبيانات وكالة الطاقة الدولية، فإن مضاعفة قدرة الطاقة المتجددة العالمية ثلاث مرات بحلول عام 2030 هو هدف طموح ولكنه قابل للتحقيق)مع تحوّل بناء محطات الطاقة من التوسع الكبير إلى خفض التكاليف بدقة، ومع توسع مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية، بدأ الناس يسعون لتحقيق التوازن بين التكلفة والجودة. ورغم أن كابلات النحاس التقليدية تتمتع بموصلية ممتازة، إلا أن ارتفاع تكلفة المواد الخام ووزنها الثقيل يحدّان بشكل كبير من كفاءة مدّ الكابلات في محطات الطاقة الأرضية الكبيرة، ويؤثران سلبًا على عائد الاستثمار في المشاريع الموزعة. في هذا السياق، أصبحت كابلات الطاقة الشمسية ذات الموصلات المصنوعة من الألومنيوم الحل الأمثل لتجاوز التناقض بين التكلفة والأداء، وذلك بفضل ابتكار المواد وتطوير عمليات التصنيع. وتُعدّ كابلات الطاقة الشمسية ذات الموصلات المصنوعة من الألومنيوم الخيار المفضل لمحطات الطاقة الموزعة والكبيرة، لما تتمتع به من مزايا أساسية:
في ظل نفس الموصلية، يكون سعر الكيلوغرام الواحد من الألومنيوم أرخص بنسبة 30-50% من النحاس، وستصبح فجوة الأسعار هذه أكثر وضوحًا مع توسع نطاق مشاريع الطاقة الكهروضوئية.
يمكن لشركة EPC تحقيق خفض كبير في تكلفة المشروع عن طريق استبدال أسلاك الخلايا الكهروضوئية النحاسية بأسلاك الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من الألومنيوم، مما يؤدي إلى تحسين الميزانية دون التأثير على فعالية تشغيل الطاقة.
وفي الوقت نفسه، فإن موارد الألومنيوم وفيرة وسعرها مستقر، مما يمكن أن يقلل بشكل فعال من ضغط الشراء الناجم عن تقلبات أسعار النحاس.
*في أوائل شهر مايو، سيتم عرض حلول أسلاك النحاس والألومنيوم من شركة SUNKEAN في معرض ميونخ للطاقة في ألمانيا. نرحب بكم لزيارة الجناح A4.117 للحصول على معلومات مفصلة.
تخفيض وزن كابلات الطاقة الشمسية ذات الموصلات المصنوعة من الألومنيوم
عندما تتساوى قدرة التيار الكهربائي لكلا النوعين، يمكن تقليل وزن الألومنيوم بنسبة تتراوح بين 50% و70% مقارنةً بالنحاس. بعد تقليل الوزن، تصبح كابلات الطاقة الشمسية أسهل في النقل والتخزين والتركيب، مما يقلل تكاليف العمالة ووقت التركيب. إضافةً إلى ذلك، في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على أسطح المنازل، على سبيل المثال، يمكن لحلول توصيل أسلاك الألومنيوم أن تقلل من وزن هيكل السقف بالكامل بفضل خفة وزنها، وهو أمر بالغ الأهمية للمشاريع التي تخضع لقيود تتعلق بسلامة أحمال المباني.
الموصل: 1×10~400 مم²، لون العزل: أسود، لون الغلاف: أسود
الموصل: 2×10~400 مم²، لون العزل: أسود وأحمر، لون الغلاف: أحمر
أداة استثنائية مصممة لتوصيل أسلاك السلاسل بسلاسة بصناديق التجميع أو محولات السلاسل.
الموصل: 1×2.5~400 مم²، لون العزل: أسود، لون الغلاف: أسود
تُعد كابلات الطاقة الشمسية ذات الموصلات المصنوعة من الألومنيوم مستدامة بيئياً.
يُعدّ الألومنيوم أكثر العناصر المعدنية وفرةً في قشرة الأرض (يشكل حوالي 8%)، بينما لا تتجاوز احتياطيات النحاس 1/20 من احتياطيات الألومنيوم، وتواجه موارد النحاس العالمية خطر النضوب (إذ يُتوقع أن تستمر مناجم النحاس في الاستخراج لمدة 30-40 عامًا فقط). ومن منظور الاستدامة، يمكن استخدام مؤشرات البصمة الكربونية كمقياس إضافي. ويشمل حساب البصمة الكربونية دورة حياة المواد الخام بأكملها، بدءًا من التعدين والإنتاج والنقل وصولًا إلى إعادة التدوير. في عملية إنتاج موصلات الألومنيوم، تقل انبعاثات الكربون بأكثر من 70% عن انبعاثات موصلات النحاس. بالنسبة لمحطة طاقة كهروضوئية بقدرة 100 ميغاواط، تقل انبعاثات الكربون لكابلات الطاقة الشمسية المصنوعة من الألومنيوم خلال دورة حياتها الكاملة بنحو 35% عن انبعاثات كابلات الطاقة الشمسية المصنوعة من النحاس، وهو ما يفي بالمتطلبات الصارمة للاتحاد الأوروبي وفرنسا ودول ومناطق أخرى فيما يتعلق بالبصمة الكربونية لمنتجات الطاقة الكهروضوئية. مع التطور التكنولوجي للكابلات، مثل كابل شمسي من الألومنيوم المدرع بحزام فولاذي تم تطويرها بواسطة شركة SUNKEAN، والتي تأخذ في الاعتبار مقاومة التآكل وتحسين استهلاك الطاقة في الإنتاج، ويمكنها أن تقلل بشكل فعال من خطر تلوث المعادن الثقيلة وحماية جودة البيئة الأرضية.
الصعوبات التقنية ومخاطر السلامة في تحويل كابلات النحاس إلى الألومنيوم
في أنظمة الخلايا الكهروضوئية، يُشكّل التوصيل المباشر لموصلات النحاس والألومنيوم العديد من المعوقات التقنية نتيجةً لاختلاف خصائص المواد. وقد استثمرت شركة SUNKEAN جهودًا بحثية وتطويرية مكثفة لإطلاق طريقة نقل نحاسية-ألومنيوم منخفضة الفقد وعالية الاستقرار، وهي ملتزمة بتزويد عملائها بحل متكامل لتوصيل كابلات النحاس والألومنيوم.
ظاهرة التآكل الكهروكيميائي لكابلات الألومنيوم
سيؤدي فرق الجهد الكهربائي بين النحاس والألومنيوم إلى تكوين تأثير جلفاني، مما سيؤدي إلى تسريع أكسدة الألومنيوم في بيئة رطبة، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة التلامس والتسخين الموضعي وحتى نشوب حريق.
كيف تحدث هذه الظاهرة؟ عندما يتلامس النحاس والألومنيوم مباشرةً، يشكل المعدنان بطارية دقيقة في المحلول الإلكتروليتي (مثل مياه الأمطار أو الهواء الرطب)، حيث يتأكسد الألومنيوم بسرعة ويذوب كقطب موجب، بينما يبقى النحاس مستقرًا كقطب سالب. تُنتج هذه العملية مواد عازلة مثل أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃)، مما يؤدي إلى ارتفاع مقاومة التلامس من مستوى الميكرو أوم الأولي إلى مستوى الكيلو أوم، وقد تتجاوز درجة الحرارة الموضعية 200 درجة مئوية.
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الدراسات أن وصلات النحاس والألومنيوم قد تُكوّن طبقة تآكل كبيرة في بيئة رذاذ الملح خلال 30 يومًا فقط، مع زيادة في مقاومة التلامس تتجاوز 300%. لذا، تنص المعايير الدولية بوضوح على ضرورة استخدام تقنيات التوصيل الانتقالي لوصلات النحاس والألومنيوم، مثل أطراف التوصيل الانتقالية ومعالجات الطلاء.
الاختلافات في التمدد الحراري والخواص الميكانيكية لكابلات الألومنيوم
معامل التمدد الحراري للألمنيوم أكبر من معامل التمدد الحراري للنحاس. في محطات الطاقة الكهروضوئية التي تشهد فروقًا كبيرة في درجات الحرارة بين الليل والنهار، تتعرض الوصلات لتشوهات دقيقة (على مستوى الميكرون) نتيجة التمدد والانكماش الحراري المتكرر، مما يؤدي إلى ارتخاء نقاط التثبيت. تُظهر التجارب أنه بعد 1000 دورة من التسخين والتبريد، تزداد مقاومة التلامس لوصلات الألمنيوم بنسبة 35% في المتوسط، بينما لا تزيد مقاومة التلامس للنحاس إلا بنسبة 8%. إضافةً إلى ذلك، يتميز الألمنيوم بمقاومة زحف منخفضة (حوالي 50 ميجا باسكال) وعرضة للتشوه اللدن تحت تأثير أحمال التيار الكهربائي لفترات طويلة، مما يزيد من خطر فشل الوصلات. وقد اتخذت شركة SUNKEAN حلولًا مُخصصة لمعالجة التمدد الحراري واستجابة الزحف للألمنيوم، ونجحت في تحقيق توازن مثالي بين الخصائص الكهربائية واستقرار تطبيقات كابلات موصلات الألمنيوم.
قيود عمليات التوصيل التقليدية لكابلات الألومنيوم
إن مقاومة طبقة الأكسيد الطبيعية (Al₂O₃) على سطح الألومنيوم عالية للغاية، ومن الصعب تدمير هذه الطبقة تمامًا باستخدام عمليات التجعيد التقليدية، مما يؤدي إلى انخفاض أكثر من 60٪ في مساحة التوصيل الفعالة.على سبيل المثال، بعد تجعيد سلك ألومنيوم بقطر 6 مم، قد يكون المقطع العرضي الموصل الفعلي أقل من 40٪ من القيمة الاسمية.بالإضافة إلى ذلك، ونظراً لقيود الحجم، يصعب مطابقة الكابلات ذات المقاطع الصغيرة مع أطراف التوصيل القياسية المصنوعة من النحاس والألومنيوم، مما يجبر جهة البناء على اعتماد تدابير مؤقتة مثل لف الأسلاك النحاسية، مما يزيد من مخاطر السلامة.
بالإضافة إلى تقنيات اللحام الأصلية، ستقوم شركة SUNKEAN أيضًا بإجراء اختبارات الشد وتحليل المظهر الجانبي واختبارات ارتفاع درجة الحرارة على المنتجات النهائية لحل مشاكل التجعيد في كابلات الطاقة الشمسية المصنوعة من الألومنيوم، مما يضمن أن كابلات الطاقة الشمسية المصنوعة من الألومنيوم يمكن أن تحافظ على عمر خدمة يصل إلى 25 عامًا من حيث كل من الهيكل الداخلي والأداء الخارجي.
بالإضافة إلى التحكم الصارم في عملية الإنتاج، تقوم شركة SUNKEAN أيضًا بتطوير أدوات التجعيد الداعمة ومنتجات طرفية كاملة المواصفات، وتوفر إرشادات احترافية لخطوات التجعيد وجدول اختيار مقارنة مواصفات كابلات النحاس والألومنيوم، مستخدمة خبرة غنية في تنفيذ المشاريع لحل المشكلات المختلفة التي قد يواجهها العملاء أثناء عملية التثبيت.
الاتجاهات المستقبلية: كيف تساهم تقنية موصلات الألومنيوم في إحداث تغييرات في صناعة الخلايا الكهروضوئية؟
تتداخل الصعوبات الرئيسية الثلاث في تحويل النحاس إلى الألومنيوم بشكل وثيق، ويتطلب تحقيق اختراقات جذرية التعاون في مجالات علوم المواد وهندسة العمليات والتصميم المعياري. ومع انتشار المعايير الدولية، ستتحسن موثوقية وكفاءة كابلات الطاقة الشمسية ذات موصلات الألومنيوم، لتصبح الخيار الأمثل لنقل الطاقة النظيفة. ومع التقدم المحرز في مجال سبائك الألومنيوم عالية التوصيل، تعززت بشكل ملحوظ قدرة موصلات الألومنيوم على استبدال كابلات الجهد المتوسط. أما من ناحية حماية البيئة، فإن انخفاض استهلاك الألومنيوم للطاقة وارتفاع معدل إعادة تدويره يتماشيان مع هدف الحياد الكربوني العالمي. وفي ظل التوجه نحو الذكاء الاصطناعي، يمكن لمحطات النحاس والألومنيوم المزودة بمستشعرات مدمجة مراقبة ارتفاع درجة الحرارة والمقاومة في الوقت الفعلي، مما يمنع الأعطال ويعزز سلامة النظام. ومن المتوقع أن يشهد سوق كابلات الطاقة الشمسية ذات موصلات الألومنيوم العالمي نموًا سنويًا مركبًا كبيرًا بحلول عام 2030.
