هل ينطبق ASTM D3985 على اختبار نفاذ الأكسجين عبر الألواح الخلفية للألواح الشمسية؟ نعم، ربما، ولكن ليس تلقائيًا. تغطي هذه الطريقة قياس نفاذ غاز الأكسجين عبر الأغشية والصفائح البلاستيكية المناسبة باستخدام مستشعر كولومتري. وقد تكون اللوحة الخلفية الشمسية أو إحدى طبقاتها مناسبة لهذا النوع من الاختبارات إذا استوفت العينة ونطاق القياس وظروف الاختبار متطلبات الإصدار المعمول به من المعيار.

بالنسبة إلى المتخصصين في مراقبة الجودة والسلامة، فإن السؤال الأهم هو ما الذي يمكن أن تثبته النتيجة. إذ يمكن لمعدل نفاذ الأكسجين أن يساعد في توصيف خصائص الحاجز للمادة أو الكشف عن الاختلافات بين دفعات الإنتاج. لكنه لا يثبت بمفرده سلامة الوحدة الكهروضوئية، ولا يتنبأ بعمرها في الظروف الخارجية، ولا يحل محل اختبارات التأهيل المحددة للوحدة المكتملة.

موضع ASTM D3985 ضمن اختبارات الألواح الخلفية الشمسية

تتكون الألواح الخلفية الشمسية عادةً من طبقات متعددة مصممة لحماية الجانب الخلفي من الوحدة الكهروضوئية. وقد تشتمل، بحسب التصميم، على أغشية بوليمرية وطلاءات ومواد لاصقة وطبقات وظيفية أخرى. ويتجاوز دورها بكثير الحد من نفاذ الأكسجين؛ إذ تشمل الاعتبارات المهمة أيضًا العزل الكهربائي ومقاومة العوامل الجوية والسلامة الميكانيكية والأداء المرتبط بالرطوبة.

تكون ASTM D3985 ذات صلة عندما يمكن اختبار المادة موضع التقييم على هيئة غشاء أو صفيحة، ويكون نفاذ الأكسجين من الخصائص محل الاهتمام. ومن الأمثلة على ذلك:

• صفائح مركبة كاملة قائمة على البوليمر، مأخوذة عيناتها قبل تجميع الوحدة.
• طبقة غشائية منفردة يجري النظر في استخدامها ضمن تركيب لوحة خلفية.
• عينات إنتاج تُقارن بمواصفة داخلية معتمدة لحاجز الأكسجين.
• عينات من الألواح الخلفية تُختبر قبل معالجة تهيئة أو تقادم محددة وبعدها.

في كل حالة، يعتمد انطباق الطريقة على نطاق المعيار الحالي وإجراءاته، وكذلك على خصائص العينة. ولا ينبغي افتراض ملاءمة لوحة خلفية مطلية أو مركبة لمجرد أنها تحتوي على البلاستيك. فالسماكة والصلابة وملمس السطح والتركيب وإمكانية إحكام إغلاق العينة من دون تسرب، كلها عوامل تؤثر في إمكانية الحصول على قياس موثوق.

يقيس الاختبار عمومًا النفاذ عبر المساحة المكشوفة من العينة. وهو لا يقيس مباشرةً دخول الأكسجين عبر حواف الوحدة أو واجهات صندوق التوصيل أو الشقوق أو غيرها من خصائص الوحدة الكهروضوئية المجمعة.

ما الذي تقيسه الطريقة؟

في اختبار نفاذ الأكسجين الكولومتري، تفصل العينة بين حجرة معرّضة لغاز يحتوي على الأكسجين وجانب يتدفق فيه الغاز الحامل. وينتقل الأكسجين الذي ينفذ عبر المادة إلى مستشعر كولومتري. وتُستخدم استجابة المستشعر لتحديد معدل نفاذ الأكسجين، الذي يُختصر غالبًا إلى OTR.

يُبلّغ عن OTR عادةً بوصفه حجم الأكسجين النافذ لكل وحدة مساحة وزمن، مثل cm³/(m²·day)، في ظل ظروف محددة. وتشير القيمة الأقل لـ OTR إلى انخفاض نفاذ الأكسجين عبر العينة المختبرة في ظل تلك الظروف. لكنها لا تعني بالضرورة أن اللوحة الخلفية أفضل من جميع النواحي، أو حتى أن مادتين ستحافظان على الترتيب نفسه في الأداء بعد التعرض البيئي طويل الأمد.

يرتبط OTR بالنفاذية، لكنهما ليسا قابلين للاستبدال. يصف OTR النفاذ عبر العينة كما اختُبرت. أما النفاذية فهي خاصية للمادة، يُعبّر عنها باستخدام النفاذ والسماكة والقوة الدافعة ذات الصلة، مع مراعاة الافتراضات المتعلقة بالمادة وظروف الاختبار. وقد يكون حساب قيمة واحدة للنفاذية في صفائح مركبة متعددة الطبقات مضللًا؛ إذ تختلف مساهمة الطبقات، كما أن القسمة البسيطة على السماكة لا تجعل الصفيحة المركبة مادة متجانسة.

عند مراجعة التقرير، تحقق من الوحدات والظروف المرجعية المستخدمة لحجم الغاز. ولا ينبغي مقارنة نتيجتين رقميتين قبل فهم وحداتهما ودرجة الحرارة والرطوبة وظروف الضغط وأوصاف العينات.

قد تغيّر ظروف الاختبار النتيجة

قد يتلقى فريق الجودة قيمتين لـ OTR للوحة خلفية تبدوان متماثلتين، ويجد أن بينهما اختلافًا كبيرًا. ولا يعني هذا التباين بالضرورة وجود عطل في الجهاز؛ فقد يعكس اختلافًا حقيقيًا في التهيئة أو التعرض أو طريقة تحضير العينات.

لا تفترض أن ظروف الرطوبة المتاحة على الجهاز مشمولة تلقائيًا في كل إصدار أو إجراء من ASTM D3985. تحقّق من متطلبات المعيار وأي انحرافات موثقة. وإذا اشترطت مواصفة العميل رطوبة أو بروتوكول تقادم معينًا، فاتفق مسبقًا على ما إذا كان التقرير سيصف الاختبار بأنه مطابق للمعيار أو مستند إليه أو معدّل عنه.

يُعد الوصول إلى حالة مستقرة اعتبارًا مهمًا آخر. فقد تحتاج الصفائح المركبة الحاجزة إلى وقت للوصول إلى حالة نفاذ مستقرة. وقد يؤدي إنهاء الاختبار مبكرًا إلى نتيجة لا تمثل القياس المقصود. وينبغي للمختبر اتباع المعيار المعمول به وإجراء موثق لتحديد نقطة النهاية، بدلًا من اختيار وقت الإيقاف لمجرد أنه أكثر ملاءمة.

أداء حاجز الأكسجين لا يعادل الحماية من الرطوبة

من المغري اعتبار نفاذ الأكسجين مقياسًا عامًا للحماية التي توفرها اللوحة الخلفية. وقد يؤدي هذا الاختصار إلى قرار شراء أو سلامة غير مناسب.

يقيس معدل نفاذ الأكسجين ومعدل نفاذ بخار الماء مادتين مختلفتين. ولا ينبغي افتراض أن المادة ذات OTR المنخفض لها معدل منخفض لنفاذ بخار الماء، كما لا ينبغي اعتبار جهاز اختبار نفاذ الأكسجين بديلًا للمعدات المصممة لقياس نفاذ بخار الماء. إذا كانت الحماية من الرطوبة مهمة للتطبيق، فاختر طريقة اختبار مناسبة لبخار الماء وحدد ظروفها على نحو منفصل.

وبالمثل، فإن نتيجة OTR المختبرية المقبولة لا تثبت العزل الكهربائي أو مقاومة التعرض للأشعة فوق البنفسجية أو الالتصاق أو المتانة الميكانيكية. وتتطلب هذه الخصائص تقييمات مستقلة. وقد تشمل اختبارات تأهيل الوحدات الشمسية وتقييمات السلامة معايير مثل IEC 61215 وIEC 61730، بحسب المنتج والسوق. إن ASTM D3985 طريقة لاختبار المواد؛ ولا تشكل نتيجة OTR وحدها شهادة مطابقة لمعايير الوحدات تلك.

اختيار جهاز اختبار نفاذ الأكسجين لأعمال الألواح الخلفية الشمسية

ليس الجهاز المناسب بالضرورة هو الجهاز ذو أوسع نطاق قياس معلن. بل هو الجهاز القادر على إنتاج نتائج موثوقة وموثقة للتركيب الفعلي قيد الاختبار. قبل اختيار جهاز اختبار نفاذ الأكسجين لتقييم الألواح الخلفية الشمسية، ناقش عينات تمثيلية والمواصفة المستهدفة مع مورّد المعدات أو مختبر الاختبار.

ابدأ بنطاق النفاذ المتوقع

تختلف تراكيب الألواح الخلفية. فقد يتطلب غشاء ذو نفاذية نسبية وصفائح مركبة عالية الحاجزية متطلبات مختلفة جدًا من المستشعر وإعداد الاختبار. استفسر عما إذا كان نطاق القياس المعتمد للجهاز يغطي قيمة OTR المتوقعة في ظل الظروف المقصودة، مع تضمين هامش مناسب قرب حد اتخاذ القرار.

واستفسر أيضًا عن طريقة تعامل المختبر مع النتائج القريبة من الحد الأدنى للإبلاغ. فالنتيجة المبلّغ عنها بأنها أقل من حد معين ليست مساوية لقيمة مقاسة تساوي صفرًا. وفي اختبارات القبول، ينبغي أن يكون حد الإبلاغ منخفضًا بما يكفي لدعم قرار واضح بالقبول أو الرفض استنادًا إلى المواصفة المتفق عليها.

تحقق من مناولة العينات وإحكام إغلاقها

قد تكون عينات الألواح الخلفية الشمسية أكثر سماكة أو صلابة أو أقل مرونة من أغشية التغليف المعتادة. وقد تكون لها أيضًا أسطح خشنة أو طلاءات أو حواف مركبة تجعل إحكام الإغلاق أكثر صعوبة. ناقش أبعاد العينة المطلوبة ومساحة الاختبار المكشوفة وترتيب التثبيت وإجراء التحقق من التسرب قبل اعتماد الطريقة.

قد يسمح الإغلاق غير المحكم بتجاوز الأكسجين للمادة، ما يجعل معدل النفاذ الظاهري أعلى من النفاذ الحقيقي عبر الغشاء. ويمكن أن تؤدي العينات التالفة والتجاعيد إلى قدر مماثل من عدم اليقين. وإذا تطلب تحضير العينات معالجة خاصة أو أداة تثبيت غير قياسية، فوثّق ذلك وقيّم أثره في النتيجة.

وائم إجراءات الضبط والتوثيق مع القرار

قد تختلف متطلبات إعداد التقارير بحسب ما إذا كان الاختبار مخصصًا لتأهيل المورد أو للإفراج الروتيني عن الإنتاج أو للتحقيق في تغير مرتبط بالتقادم. ضع في الحسبان ما إذا كان النظام وسير عمل المختبر قادرين على توثيق ما يلي:

• ظروف درجة الحرارة والرطوبة ذات الصلة بالاختبار.
• تعريف العينة واتجاهها وسماكتها ومساحتها المكشوفة.
• أنشطة المعايرة أو التحقق والمواد المرجعية المعمول بها.
• مدة الاختبار ومعايير نقطة النهاية والنتائج الفردية وأي انحرافات.
• تعيين المعيار وإصداره المستخدمين في العمل.

ASTM D3985 طريقة اختبار وليست شهادة اعتماد لجهاز. وينبغي تقييم تصريح الشركة المصنّعة بأن الجهاز يدعم الطريقة إلى جانب الأدلة التي تثبت ملاءمة إعداد الاختبار الكامل وإجراء التشغيل وممارسات المختبر للمادة والإصدار المختار.

إعداد مواصفة مفيدة لمراقبة الجودة

تكون نتيجة الاختبار أكثر قيمة عندما يعرف الجميع القرار الذي ستدعمه. ففي الفحص عند الاستلام، قد يكون ذلك مقارنة بحد OTR المتفق عليه مع المورد. وفي تطوير المنتج، قد يكون مقارنة بين صفائح مركبة مرشحة. أما في دراسة التقادم، فقد يكون قياس التغير مقارنةً بخط أساس غير معرّض.

حدّد العينة أولًا: صفيحة مركبة كاملة أم طبقة منفردة، والتركيب الاسمي، وموقع أخذ العينة، واتجاهها. ثم حدّد ظروف الاختبار والتهيئة وعدد العينات ووحدات الإبلاغ وقاعدة القبول. وإذا كانت النتائج ستُقارن بين مختبرات، فأدرج التفاصيل نفسها في اتفاقية الشراء أو الاختبار، وفكّر في إجراء مقارنة باستخدام مادة تمثيلية.

في دراسة التقادم، احتفظ بعينات ضابطة غير متقادمة من دفعة المادة نفسها متى كان ذلك عمليًا. وسجّل معالجة التعرض، وافحص وجود تشققات أو انفصال طبقات أو أضرار أخرى ظاهرة قبل الاختبار. وقد يكون التغير في OTR بعد التقادم دليلًا مفيدًا على تغير أداء الحاجز، لكنه لا يحدد بمفرده آلية الإخفاق ولا يثبت العمر التشغيلي.

إذا تجاوزت النتيجة حدًا معينًا، فتجنب استخلاص استنتاج فوري بشأن السلامة استنادًا إلى رقم واحد. تحقّق من هوية العينة وسلامة الإغلاق والتحقق من الجهاز والتهيئة وقابلية تكرار النتائج. ثم تحرّ عن المادة أو عملية الإنتاج في سياق متطلبات اللوحة الخلفية والوحدة كاملةً.

اتخاذ قرار بشأن الطريقة يمكن الدفاع عنه

قد تكون ASTM D3985 خيارًا مناسبًا لقياس نفاذ الأكسجين عبر مادة مناسبة تُستخدم في الألواح الخلفية الشمسية. وتكمن قيمتها في تحديد المادة بوضوح، وإجراء اختبار مضبوط، وتفسير النتيجة ضمن حدودها، لا في التعامل مع الرقم بوصفه مقياسًا شاملًا للحماية الكهروضوئية.

تعمل Paratronix Instruments Co., Ltd. على تطوير وتوريد أجهزة اختبار التغليف وحلول الاختبار لمواد تشمل الأغشية البلاستيكية والمواد عالية الحاجزية. وينبغي أن يبدأ النقاش العملي بشأن تطبيق الألواح الخلفية بتركيب العينة ونطاق OTR المتوقع وظروف الاختبار المطلوبة ومتطلبات إعداد التقارير. إن تأكيد هذه التفاصيل قبل اختيار المعدات أو طلب إجراء الاختبار يسهّل الحصول على نتائج يمكن لفرق الجودة والسلامة استخدامها بثقة.