ما الذي يقيسه جهاز اختبار نفاذية الأكسجين؟

يقيس جهاز اختبار نفاذية الأكسجين لمواد الألواح الخلفية للألواح الشمسية مرور الأكسجين عبر غشاء أو طبقة مركبة في ظروف مضبوطة. والنتيجة المعتادة هي معدل انتقال الأكسجين (OTR)، أي كمية الأكسجين التي تمر عبر مساحة محددة خلال مدة محددة. ويمكن الإبلاغ عن النتائج بوحدة cm³/(m²·day)، مع الإشارة إلى الظروف المعتمدة لحجم الغاز. وتشير قيمة OTR الأقل إلى مقاومة أكبر لانتقال الأكسجين في ظروف الاختبار.

يجب عدم الخلط بين OTR والنفاذية، وهي خاصية للمادة تأخذ في الحسبان أيضًا سُمك العينة والفرق في الضغط الجزئي للأكسجين. وقد تتكون الألواح الخلفية متعددة الطبقات من أنواع مختلفة من البوليمرات والطلاءات وطبقات اللصق، لذا قد يكون اختزال الأداء في قيمة نفاذية جوهرية واحدة مضللًا. سجّل التركيب الكامل للطبقة المركبة، إن كان معلومًا، واتجاه الجانب المختبَر وظروف القياس الفعلية.

تحمي اللوحة الخلفية الجانب الخلفي من الوحدة الكهروضوئية، وقد تسهم في العزل الكهربائي والمتانة البيئية. ويمكن لبيانات حاجز الأكسجين أن تدعم مقارنة المواد ودراسة المكونات الحساسة للأكسدة، لكن قيمة OTR وحدها لا تتنبأ بعمر الخدمة للوحدة. وقد يؤثر أيضًا انتقال بخار الماء والتعرض للأشعة فوق البنفسجية والتغير الدوري في درجات الحرارة والخصائص الكهربائية والالتصاق في مدى ملاءمة اللوحة الخلفية.

آلية اختبار انتقال الأكسجين

تُحكم إغلاق عينة بين حجرتين. يُعرّض أحد جانبيها لغاز اختبار يحتوي على الأكسجين، بينما يُحافَظ في الجانب الآخر على ضغط جزئي أقل للأكسجين. وينتقل الأكسجين عبر العينة نحو الجانب ذي الضغط الأقل. يقيس الجهاز الأكسجين الذي يصل إلى ذلك الجانب، ويحسب معدل الانتقال استنادًا إلى مساحة الاختبار المعرضة والإشارة المتغيرة بمرور الوقت.

في أحد الترتيبات الشائعة القائمة على المستشعرات، يمرر غاز حامل الأكسجين النافذ إلى الكاشف. ويراقب النظام الإشارة إلى أن تستوفي الاستجابة معايير الاستقرار المحددة في طريقة الاختبار المختارة. تؤثر درجة الحرارة والرطوبة النسبية في العديد من الحواجز البوليمرية، لذا يجب ضبطهما أو توثيقهما أثناء الاختبار. كما يؤثر تركيب غاز الاختبار وجودة الغاز الحامل وظروف الضغط في النتيجة وقابليتها للمقارنة.

لا تكون القيمة المُبلغ عنها ذات دلالة إلا إذا كان القياس يعكس الانتقال عبر مساحة الاختبار المقصودة. فقد تؤدي الأختام غير المحكمة أو العينات التالفة أو التسرب في الخلية أو خطوط الغاز إلى دخول الأكسجين بطرق أخرى غير النفاذ. لذلك تتحقق المختبرات من خلفية النظام والأختام، وتكيّف العينات وفقًا لما تحدده المواصفات، وتتحقق من الأداء باستخدام مواد مرجعية مناسبة أو إجراءات توصي بها الشركة المصنّعة للجهاز.

طرق الاختبار والمعايير الرئيسية

تحدد ASTM D3985 طريقة لقياس معدل انتقال غاز الأكسجين عبر الأغشية والصفائح البلاستيكية باستخدام مستشعر كولومتري. وقد تكون مناسبة لعينة من لوحة خلفية شمسية عندما تندرج المادة وظروف الاختبار ضمن نطاق الطريقة، ويتفق الأطراف على الإجراء. لكنها لا تُعد تلقائيًا طريقة تأهيل كاملة لوحدة كهروضوئية نهائية أو لكل تركيب من الألواح الخلفية.

تشمل الأساليب الأخرى طرق فرق الضغط، مثل الطرق المشمولة في ASTM D1434 لانتقال الغاز عبر الأغشية والصفائح البلاستيكية، والأجزاء المنطبقة من ISO 15105 للأغشية والصفائح البلاستيكية. وتختلف الطرق في مبدأ الكشف وظروف الاختبار والحسابات. راجع الإصدار الحالي وتأكد من نطاقه ومتطلبات العينات وأحكام الإبلاغ قبل إعداد مواصفات الشراء أو مقارنة النتائج.

في تأهيل الوحدات، ينبغي للمشترين تحديد معايير الخلايا الكهروضوئية ومواصفات العملاء المنطبقة بشكل منفصل؛ إذ تتناول سلسلتا IEC 61215 وIEC 61730 تأهيل تصميم الوحدات وسلامتها على التوالي. ولا تحددان قيمة OTR واحدة للوحة الخلفية باعتبارها حد قبول عالميًا. تقدم paratronix أجهزة اختبار نفاذية بخار الماء ومعدات اختبار أخرى؛ لذا يُرجى سؤال الشركة عن توافر أي حل لاختبار الأكسجين ومواصفاته للطريقة المقصودة.

سير الاختبار ومراقبة الجودة

ابدأ بخطة أخذ عينات تشمل دفعات الإنتاج ومواقع العينات وعدد العينات المكررة التي تتطلبها الطريقة أو الاتفاق مع العميل. اقطع عينات بأبعاد تكفي لخلية الاختبار، وتجنب الطيات والخدوش والحواف التالفة ضمن المساحة المعرضة. سجّل تعريف الطبقة المركبة وسُمكها واتجاهها. كيّف العينات عند درجة الحرارة والرطوبة المتفق عليهما للمدة المحددة قبل تركيبها.

افحص الخلية وأسطح الإحكام، وثبّت العينة دون تشويه، وتحقق من عدم وجود تسرب وفقًا لإجراء الجهاز. اضبط تركيب الغاز ومعدل التدفق ودرجة الحرارة والرطوبة وفقًا للطريقة المختارة. ابدأ الاختبار واترك وقتًا كافيًا للوصول إلى حالة القياس المستقرة المطلوبة أو المحددة بطريقة أخرى. قد تستغرق المواد عالية الحاجزية وقتًا أطول للاختبار، لذا خطط للطاقة الاستيعابية بناءً على مستويات الانتقال المتوقعة.

أبلغ عن النتائج الفردية وأي إحصاءات ملخصة مطلوبة، إلى جانب المساحة المعرضة وظروف الغاز والتكييف وسُمك العينة واتجاهها وأي انحرافات. أدرج تعريف الجهاز وحالة معايرته وتاريخ الاختبار وإصدار الطريقة. تحرَّ أسباب الاختلافات غير المتوقعة بين العينات المكررة قبل اعتبارها اتجاهًا في المادة؛ إذ يمكن أن يؤثر التلوث وتلف الحواف والتسرب وعدم اكتمال الاتزان في النتائج.

التطبيقات والمشترون

يستخدم مصنعو الألواح الخلفية قياسات انتقال الأكسجين لمقارنة تراكيب الأغشية وتقييم المواد الواردة ومراقبة التغيرات بين دفعات الإنتاج. وقد يطلب مصنعو الوحدات الكهروضوئية هذه البيانات عند تقييم الموردين أو دراسة التغييرات في المواد. كما يمكن لمنتجي البوليمرات ومختبرات الأبحاث استخدامها لإجراء مقارنات مضبوطة ودراسة تأثير الطلاءات والمواد اللاصقة والتقادم وظروف المعالجة في أداء الحاجز.

عند مقارنة التراكيب البديلة، حافظ على اتساق طريقة الاختبار وظروفه، واستخدم عينات مكررة ممثلة. فقد يختلف أداء الطبقة المركبة المطلية بعد التعرض للرطوبة أو المناولة الميكانيكية، لذا اتفق على أي تكييف مسبق قبل الاختبار. وإذا كان الغرض اتخاذ قرار بتغيير المورد، فحدّد معايير القبول مسبقًا واجمع بين قياس OTR والمتطلبات الأخرى ذات الصلة بتصميم الوحدة.

يمكن لجهاز اختبار نفاذية الأكسجين المستخدم لتقييم الألواح الخلفية الشمسية أن يكمل اختبار انتقال بخار الماء، لأن القياسين يتناولان غازين مختلفين وسلوكَي انتقال مختلفين. وتدرج paratronix أجهزة اختبار نفاذية بخار الماء ضمن معداتها، إلى جانب أجهزة اختبار التسرب وقوة الإحكام. ينبغي للمشترين التحقق مباشرة من الملاءمة والتكوينات ذات الصلة والدعم المتاح لعيناتهم، بدلًا من افتراض أن جهازًا واحدًا يغطي جميع الاختبارات.

كيفية اختيار جهاز

ابدأ بنطاق OTR المتوقع، واسأل عن نطاق القياس المنطبق للجهاز وحد الكشف وعدم اليقين في ظل الظروف التي تنوي استخدامها. وقد لا ينطبق النطاق المحدد في إعداد معين لدرجة الحرارة أو الرطوبة دون تغيير في إعداد آخر. تحقّق من أبعاد العينات والسماكة المسموح بها والمساحة المعرضة ومدى توافق إحكام الخلية مع مواد الألواح الخلفية الصلبة أو المزخرفة أو متعددة الطبقات.

قيّم التحكم في درجة الحرارة والرطوبة ومتطلبات الغاز وعدد خلايا الاختبار وبرنامج إعداد التقارير والوقت اللازم للاستقرار. وقد تحسن الخلايا المتعددة معدل إنجاز الاختبارات، لكن ينبغي التحقق من إمكانية التحكم المستقل والقياس المتزامن بدلًا من افتراضهما. اطلب عرضًا توضيحيًا أو اختبارًا لعينة ممثلة، مع توثيق الطريقة والظروف كاملة، قبل مقارنة عروض الموردين المختلفين.

تحقق من كيفية تعامل المورد مع التركيب والتدريب والمعايرة والصيانة وقطع الغيار في موقعك. اسأل عما إذا كانت المواد المرجعية وفحوص التسرب وتصدير البيانات تدعم إجراءات مختبرك. تذكر paratronix أن رخصة نشاطها التجاري تحمل رمز الائتمان الاجتماعي الموحد 91370105689842696E؛ ويمكن للمشترين التحقق من التسجيل بشكل مستقل، كما ينبغي لهم التحقق بشكل منفصل من مواصفات الجهاز وأي ادعاء بالمطابقة لطرق الاختبار.

تكاليف الملكية والاتجاهات المستقبلية

تشمل التكلفة الإجمالية للملكية الشراء والتركيب وغازات الاختبار والمنظمات والأختام والمواد المرجعية والمعايرة والخدمة ووقت المشغل. وقد تحد فترات الاتزان الطويلة من معدل إنجاز الاختبارات حتى عندما تكون تكاليف المواد الاستهلاكية متواضعة. قدّر الطلب السنوي حسب نوع العينة وظروف الاختبار، ثم قارن سعة الجهاز بتكلفة المختبر الخارجي الذي يستخدم الطريقة المتفق عليها نفسها والمدة اللازمة لإنجاز الاختبارات.

ينبغي أن تراعي مبررات الاستثمار تسريع قرارات التطوير وتقليل التحقيقات المتأخرة وقيمة اختبار عدد أكبر من دفعات الإنتاج، مع إدراك أن الأجهزة لا تحل محل خطة سليمة لأخذ العينات. اطلب عروض أسعار مفصلة وشروط الخدمة، بما في ذلك استبدال المستشعر ودعم البرامج. حدّد جدولًا للصيانة والتحقق استنادًا إلى تعليمات الشركة المصنّعة ومتطلبات المختبر والأداء الملحوظ للجهاز.

مع تطور المواد الكهروضوئية، قد تحتاج المختبرات إلى تقييم تصميمات جديدة متعددة الطبقات ومحتوى المواد المعاد تدويرها والتغيرات في أداء الحاجز بعد التعرض البيئي. ويمكن لتحسين التتبع الرقمي وتنسيق قياسات الأكسجين وبخار الماء أن يجعلا المقارنات أكثر فائدة، شريطة ضبط ظروف الاختبار. للحصول على عرض سعر عملي، زوّد paratronix بتركيب العينة ونطاق الحاجزية المتوقع والطريقة المستهدفة والظروف البيئية ومعدل الإنجاز الشهري المطلوب.