EN
فهم تقييم دورة الحياة لأضواء الفوانيس الشمسية
منهجية تقييم دورة الحياة الأساسية ولماذا تُعد مهمة للإضاءة الخارجية العاملة بالطاقة الشمسية
يقيس تقييم دورة الحياة أو LCA مدى الضرر الذي تلحقه الأشياء بالبيئة في كل مرحلة من مراحل حياة المنتج. فكّر في كل شيء بدءًا من استخراج المواد من باطن الأرض وصولاً إلى التخلص منها بعد الاستخدام. وعند النظر إلى أضواء الجنيات الشمسية على وجه التحديد، تُظهر هذه التقييمات المواقع التي تحدث فيها معظم المشكلات. ويبدو أن تصنيع الألواح الشمسية الصغيرة يُعد مشكلة كبيرة، حيث تشير بعض الدراسات إلى أنها تمثل نحو ثلثي إجمالي الانبعاثات الكربونية. كما أن مكونات البطارية تساهم أيضًا بنصيبها في حدوث المشاكل. وتستخدم الشركات نتائج تقييم دورة الحياة للعثور على طرق لتحسين منتجاتها. فقد بدأت بعض الشركات باستخدام خلايا السيليكون أحادي البلورة بدلًا من الخلايا متعددة البلورات القديمة، والتي تولد في الواقع ما يقارب 20-25% أكثر من الكهرباء. لماذا يهم كل هذا؟ حسنًا، تعمل أضواء الحدائق الشمسية بشكل مختلف عن الأضواء العادية التي تُوصَل بمآخذ الكهرباء. فهي تتعامل مع ظروف الطقس المتغيرة على مدار السنة، بما في ذلك كميات مختلفة من أشعة الشمس، ووصول مياه الأمطار إليها، وتقلبات درجات الحرارة. إن الحصول على قياسات دقيقة أمرٌ مهم جدًا إذا أرادت الشركات تقديم ادعاءات صادقة حول كونها صديقة للبيئة. فالأضواء الشمسية تحول مشكلة التلوث من مرحلة الاستخدام إلى مرحلة التصنيع، وبالتالي يجب على المصنّعين اختيار المكونات الداخلة في منتجاتهم بعناية، ومراقبة ما يحدث في سلاسل التوريد الخاصة بهم بدقة أيضًا.
خيارات الوحدة الوظيفية وحدود النظام الخاصة بأخشاب الحدائق الشمسية الزينة
يتيح تحديد وحدة وظيفية — عادةً ما تكون "اللمع في الساعة على مدار عمر المنتج" — إجراء مقارنات عادلة بين الأضواء الشمسية الزينة والأضواء التقليدية. وتشمل قرارات حدود النظام الحرجة:
- استبعاد نقل التغليف : قد يُسهم الشحن الدولي بنسبة 15–20% من إجمالي الانبعاثات
- دورات استبدال البطارية : تتطلب بطاريات الليثيوم أيون عادةً الاستبدال كل 2–3 سنوات
- التعامل مع نهاية العمر الافتراضي : أقل من 12% من المكونات الكهروضوئية الصغيرة تُعاد تدويرها حاليًا على مستوى العالم
الطريقة التي نُعرّف بها حدود النظام تؤثر حقًا على ما نراه في نتائجنا. عندما يستبعد المصنعون تدهور اللوحات من حساباتهم، فإن شيئًا مهمًا يُغفل، لأن الكفاءة في الألواح تنخفض بنسبة نصف بالمئة تقريبًا كل عام بسبب الاستخدام الطبيعي والاهتراء. هذا النوع من الإغفال يجعل الصورة طويلة المدى تبدو أفضل مما هي عليه فعليًا. بالنسبة للشركات الجادة بشأن ممارسات التصنيع الخضراء، يصبح من الضروري النظر في دورة حياة المنتج بأكملها، خاصة عند التعامل مع تلك المواد المركبة الصعبة المستخدمة في الأغلفة المقاومة للماء والتي لا تتحلل بسهولة في نهاية عمرها الافتراضي. تسهم التعريفات الموحدة في مقارنة المنتجات المختلفة بشكل عادل، كما تُظهر أيضًا المجالات التي يمكن التحسين فيها من حيث التصميم البيئي. خذ على سبيل المثال المكونات الوحدوية (Modular Components)، فهي تُبسّط عملية الفك لاحقًا إلى حد كبير، وهي بالضبط ما نحتاج إليه أكثر في السوق اليوم.
تقليل الأثر البيئي في مرحلة التصنيع
المواد ذات التأثير العالي واستخدام الطاقة في إنتاج أضواء الشمس الزينة
يأتي معظم البصمة الكربونية لأضواء الشمس الزخرفية من عمليات التصنيع، والتي تمثل عادةً ما بين 60 إلى 80 بالمئة من تأثيرها البيئي. إن المواد الرئيسية المسببة لذلك هي إنتاج الخلايا الكهروضوئية الصغيرة وجميع أعمال صب البلاستيك. عند النظر عن كثب إلى المجالات المشكلة المحددة، نجد أن مواد الهيكل البلاستيكية الأولية (PVC) تنبعث منها حوالي 5.2 كيلوغرامات من ثاني أكسيد الكربون المعادل لكل كيلوغرام من المنتج. كما يُعد توصيل النحاس مشكلة كبيرة أخرى، حيث تنشأ حوالي 85% من الانبعاثات المرتبطة بالمعادن فعليًا من عملية التعدين نفسها. أما بالنسبة لاستهلاك الطاقة أثناء التصنيع، فإن العمليات مثل القولبة بالحقن وإنتاج أشباه الموصلات تكون بارزة بشكل خاص. تستهلك هذه العمليات نحو 70% من إجمالي الطاقة المطلوبة للإنتاج، أي ما يعادل تقريبًا 1.2 كيلوواط ساعة فقط لإضاءة سلسلة واحدة. ومع ذلك، هناك أمل. إذ يمكن للتحول إلى البولي بروبيلين المعاد تدويره بدلًا من البلاستيك الجديد أن يقلل انبعاثات المواد بنحو 40%، مع الحفاظ على مقاومة الأضواء للمطر والرطوبة.
استراتيجيات التصميم البيئي: تقليل الوزن، مكونات منخفضة الكربون، وشفافية سلسلة التوريد
عادةً ما تركز الشركات المصنعة التي تأخذ الاستدامة على محمل الجد على ثلاث مناطق رئيسية عند تصميم المنتجات. أولاً، جعل الأشياء أخف وزنًا يقلل استخدام البلاستيك بنسبة تقارب 30%، مع الحفاظ على قوة المنتج بما يكفي للاستخدام اليومي. ثم يأتي التحول إلى مواد ذات بصمة كربونية أقل. حيث يمكن للبلاستيك المستند إلى الخيزران والدعامات المصنوعة من الألومنيوم المعاد تدويره أن تقلل الانبعاثات أثناء الإنتاج بنحو النصف مقارنة بالمعدلات الشائعة في القطاع. ولا ننسَ أهمية تتبع مصدر المواد في جميع مراحل سلسلة التوريد. فهذا يساعد الشركات على معرفة مصدر موادها بدقة، ويضمن استخدام الطاقة المتجددة في كل خطوة من خطوات التصنيع. وعند دمج هذه الاستراتيجيات معًا، يمكن خفض الانبعاثات أثناء الإنتاج بنسبة تتراوح بين 60-70%. كما أنها تساهم في توفير خيارات أفضل لإعادة تدوير تلك المصابيح الشمسية الملونة المستخدمة في الحدائق، والتي يحبها الناس كثيرًا في الوقت الراهن.
تحسين الأداء أثناء مرحلة الاستخدام وموثوقية الطاقة
يكشف تقييم دورة الحياة المناسب أن مرحلة الاستخدام تمثل الجزء الأكبر من البصمة البيئية لنوافذ الإضاءة الشمسية، وتصل إلى 70٪ وفقًا لأبحاث استعرضها النظراء ( مجلة الإنتاج النظيف , 2022). وبالتالي فإن تحسين الكفاءة أمر بالغ الأهمية لتحقيق نتائج مستدامة حقيقية.
كفاءة الطاقة الشمسية، وطول عمر البطارية، وتدهور الأداء في العالم الحقيقي
الطريقة التي تُركب بها الألواح الشمسية ودرجة نظافتها تؤثر بشكل كبير في كمية الطاقة التي يمكن جمعها. عندما تتعرض الألواح للظل، تنخفض أداؤها بشكل حاد، أحيانًا إلى نحو 40٪ من إنتاجها الممكن في الظروف المثالية. كما أن الطقس البارد يؤثر سلبًا على بطاريات الليثيوم أيون وفقًا لأبحاث حديثة من مجلة مواد تخزين الطاقة (Energy Storage Materials) لعام 2023. إذ تميل هذه البطاريات إلى فقدان حوالي 20 إلى 30٪ إضافية من سعتها عند التعرض لدرجات الحرارة المتجمدة مقارنة بالتشغيل الطبيعي. من الناحية الإيجابية، فإن الحفاظ على شحن البطاريات جزئيًا بدلًا من تفريغها تمامًا يساعد في الحفاظ على نحو 90٪ من سعتها الأصلية بعد ثلاث سنوات، في حين يؤدي استنزافها بالكامل إلى تقليل السعة إلى حوالي 65٪ فقط. كما أن العوامل البيئية مهمة أيضًا. فتتدهور الخلايا الشمسية بنسبة تقارب 1.5 إلى 2٪ سنويًا بسبب الرطوبة وتراكم الغبار مع مرور الوقت. ومع ذلك، أصبحت أنظمة إدارة البطاريات الحديثة (BMS) أكثر تطورًا. ومن خلال التحكم بدورات الشحن والتفريغ عبر ميزات مثل مراقبة درجة الحرارة، والتوزيع الذكي للحمل، ومستويات الشحن المنضبطة، يمكن لهذه الأنظمة تمديد عمر البطارية بنحو 34٪ تقريبًا. ويُعدّ دمج نظام إدارة البطاريات ضروريًا الآن لدى العديد من الشركات المصنعة لتعظيم العائد على الاستثمار في حلول تخزين الطاقة المتجددة.
موازنة الجاذبية البصرية مع توفير الطاقة وانخفاض تكاليف التشغيل والصيانة
يجد المصممون طرقًا لموازنة الاستدامة مع الوظائف من خلال استخدام مصابيح LED قابلة للتغميق تستهلك فقط 3 واط لكل 100 لمبة بدلاً من 15 واط المعتادة في النماذج التقليدية. وعندما يوزع المصممون هذه المصابيح بشكل استراتيجي عبر التركيبات، فإنهم في الواقع يقللون من عدد المكونات بنسبة تصل إلى 40٪ دون التفريط في التأثير البصري. وهذا يعني أيضًا أن الأجهزة تعمل لفترات أطول بين الشحنات. كما تحصل الألواح الشمسية على دفعة إضافية بفضل طلاءات هيدروفوبية ذاتية التنظيف تحافظ على تشغيلها بكفاءة تبلغ حوالي 92٪ حتى بعد أشهر من التعرض للأتربة والأوساخ. ولا ننسَ أيضًا البناء الوحداتي (المودولاري)، حيث تتيح هذه الأنظمة للموظفين الفنيين استبدال البطاريات التالفة بدلًا من التخلص من الوحدات بأكملها عند حدوث عطل. وبالإضافة إلى ذلك، يحب العملاء القدرة على تبديل أنماط الإضاءة المختلفة لتتناسب مع احتياجاتهم المتغيرة أو أفضلياتهم في الديكور بمرور الوقت.
تمكين الدورة المغلقة: إدارة مرحلة نهاية العمر الافتراضي والتصميم من أجل التفكيك
معدلات إعادة التدوير الحالية والعوائق أمام مكونات الأضواء الشمسية الزخرفية (الخلايا الكهروضوئية، البطاريات، البلاستيك)
تظل نسبة إعادة تدوير الأضواء الشمسية الزخرفية المستعملة منخفضة جدًا بسبب مجموعة متنوعة من العقبات التقنية ومشاكل اللوجستيات. تحتوي الخلايا الكهروضوئية داخل هذه الأضواء على كمية جيدة من السيليكون، لكن فصلها عن طبقات البلاستيك الواقية يتطلب طاقة كبيرة. ثم تأتي مشكلة بطاريات الليثيوم أيون، الموجودة في نحو 9 من كل 10 أضواء شمسية، والتي قد تشتعل عند تقطيعها وتتطلب معالجة خاصة لا تمتلكها معظم مراكز إعادة التدوير الحضرية. كما تُسبب القطع البلاستيكية مشاكل أيضًا نظرًا لتلوثها السهل؛ إذ إن اختلاط أنواع مختلفة من البلاستيك مع الأسلاك النحاسية المدمجة فيها يعني أن أقل من 15٪ فقط يتم إعادة تدويرها فعليًا وفقًا لبيانات مختبر المواد الدائرية من العام الماضي. تزداد الأمور سوءًا عندما يصنع المصنعون هذه المنتجات بحجم أصغر ويُخفون ملصقات واضحة توضح المواد المستخدمة وأماكن وجودها. ونتيجة لذلك، ينتهي أكثر من 8 من كل 10 وحدات ملقاة في المكبات. ولإصلاح هذا الوضع الفوضوي، يجب على الشركات في جميع المجالات التعاون معًا لتبسيط تصميم منتجاتها بما يسهّل تفكيكها، وإنشاء نقاط جمع مناسبة ومخصصة لهذه المنتجات.
تصميم يسمح بالتفكيك والترقيات الوحداتية لتمديد عمر المنتج
عندما نُطبّق مبدأ التصميم من أجل الفك (DfD) على تلك المصابيح الشمسية الصغيرة، فإنها تصبح شيئًا أفضل بكثير من مجرد أجهزة يمكن التخلص منها. الأفكار الرئيسية؟ استبدال الغراء بتوصيلات تنقرض تلقائيًا والمسمار القياسي بدلًا من ذلك. استخدام ترميز لوني للأجزاء المختلفة كي يعرف الناس إلى أين يعود كل جزء عند فكها لاحقًا. وجعل البطاريات في أماكن سهلة الوصول كي لا يشعر أحد بالإحباط أثناء محاولة إخراجها بأمان. مع هذا التكوين الوحدوي، لا يحتاج الأشخاص إلى التخلص من سلسلة المصابيح كاملة فقط لأن جزءًا واحدًا تعطل بمرور الوقت. بل يمكنهم ببساطة استبدال الألواح الشمسية القديمة أو البطاريات القابلة لإعادة الشحن حسب الحاجة. وبهذا الأسلوب، تدوم المنتجات نحو 40 بالمئة أطول، وتبقى معظم أسلاك النحاس سليمة بنسبة تصل إلى 95 بالمئة لاستخدامها في مشاريع مستقبلية. كما توفر الشركات المال أيضًا من خلال جعل المكونات المتشابهة تعمل عبر منتجات متعددة ضمن نطاقها. هذه التصاميم الذكية تتماشى فعليًا بشكل جيد مع نتائج تقييم دورة الحياة، حيث تقلل من احتياجات المواد الخام وما ينتهي به المطاف في المدافن، وكل ذلك مع الحفاظ على مظهر جذاب عند تعليقها في الحدائق والشرفات في كل مكان.
قسم الأسئلة الشائعة:
ما هي تقييم دورة الحياة (LCA)؟
LCA هي منهجية لتقييم الآثار البيئية المرتبطة بجميع مراحل حياة المنتج، من استخراج المواد الخام إلى التخلص منه.
لماذا تعد الألواح الشمسية مساهمًا كبيرًا في الانبعاثات في أضواء الزينة الشمسية؟
إن إنتاج الألواح الشمسية الصغيرة يتطلب طاقة كبيرة، مما يسهم بشكل كبير في البصمة الكربونية الإجمالية للأضواء.
كيف تؤثر استبدال البطارية على الأثر البيئي لأضواء الزينة الشمسية؟
تُضيف استبدالات البطارية كل 2–3 سنوات إلى الانبعاثات، لأن تصنيع بطاريات جديدة يتطلب موارد وطاقة كبيرة.
كيف يمكن لتصميم التفكيك أن يساعد في إعادة تدوير أضواء الزينة الشمسية؟
يجعل تصميم التفكيك (DfD) من السهل فكّ الأضواء الشمسية، مما يسمح باستبدال مكونات مثل البطاريات وخلايا الطاقة الضوئية أو إعادة تدويرها، وبالتالي إطالة عمر المنتج وتقليل النفايات المتجهة إلى المكبات.
