Улогата на бакарната проширена мрежа во лопатките за производство на енергија

Бакарната проширена мрежа што се користи во лопатките за производство на енергија (обично се однесува на лопатки на ветерни турбини или структури слични на лопатки во сончевите фотоволтаични модули) игра клучна улога во обезбедувањето електрична спроводливост, подобрувањето на структурната стабилност и оптимизирањето на ефикасноста на производството на енергија. Нејзините функции треба детално да се анализираат врз основа на видот на опремата за производство на енергија (енергија на ветер/фотоволтаична). Следново е толкување специфично за сценариото:

1. Перки на ветерни турбини: Основни улоги на бакарната проширена мрежа – заштита од гром и структурен мониторинг

Лопатките на ветерните турбини (претежно изработени од композитни материјали од стаклени влакна/јаглеродни влакна, со должина до десетици метри) се компоненти склони кон удари од гром на големи надморски височини. Во овој сценарио, бакарната проширена мрежа главно ги извршува двојните функции на „заштита од гром“ и „следење на здравјето“. Специфичните улоги се поделени на следниов начин:

1.1 Заштита од удар од гром: Градење „спроводлива патека“ во внатрешноста на сечилото за да се избегне оштетување од гром

1.1.1 Замена на локалната заштита на традиционалните метални громобрански шипки

Традиционалната заштита од гром на сечилото се потпира на металниот громобрански одводник на врвот на сечилото. Сепак, главното тело на сечилото е направено од изолациски композитни материјали. Кога ќе се случи удар од гром, струјата веројатно ќе формира „скалест напон“ внатре, што може да ја наруши структурата на сечилото или да го изгори внатрешното коло. Бакарната проширена мрежа (обично фина бакарна ткаена мрежа, прикачена на внатрешниот ѕид на сечилото или вградена во слојот од композитниот материјал) може да формира континуирана спроводлива мрежа во внатрешноста на сечилото. Таа рамномерно ја спроведува струјата на гром што ја прима одводникот на врвот на сечилото до системот за заземјување во коренот на сечилото, избегнувајќи концентрација на струја што може да го наруши сечилото. Во исто време, ги штити внатрешните сензори (како што се сензорите за напрегање и сензорите за температура) од оштетување од гром.

1.1.2 Намалување на ризикот од искри предизвикани од гром

Бакарот има одлична електрична спроводливост (со отпорност од само 1,72×10⁻⁸Ω)・м, многу пониско од она на алуминиумот и железото). Може брзо да спроведе струја на молња, да ги намали искрите на висока температура генерирани од струјата што останува во сечилото, да избегне палење на композитните материјали на сечилото (некои композитни материјали на база на смола се запаливи) и да го намали безбедносниот ризик од горење на сечилото.

1.2 Мониторинг на структурното здравје: Служење како „сензорска електрода“ или „носач на сигнален пренос“

1.2.1 Помош при пренос на сигнал од вградени сензори

Современите лопатки на ветерните турбини треба да ги следат сопствените деформации, вибрации, температура и други параметри во реално време за да утврдат дали има пукнатини и оштетувања од замор. Голем број микросензори се вградени во лопатките. Бакарната проширена мрежа може да се користи како „линија за пренос на сигнал“ на сензорите. Карактеристиката на низок отпор на бакарната мрежа го намалува слабеењето на сигналите за следење за време на пренос на долги растојанија, осигурувајќи дека системот за следење во коренот на лопатката може точно да прима податоци за здравјето на врвот на лопатката и телото на лопатката. Во исто време, мрежестата структура на бакарната мрежа може да формира „дистрибуирана мрежа за следење“ со сензорите, покривајќи ја целата површина на лопатката и избегнувајќи ги слепите точки за следење.

1.2.2 Подобрување на антистатичката способност на композитните материјали

Кога сечилото ротира со голема брзина, се трие од воздухот и генерира статички електрицитет. Доколку се акумулира премногу статички електрицитет, може да се меша со внатрешните сигнали на сензорот или да ги расипе електронските компоненти. Спроводливоста на бакарната проширена мрежа може да спроведе статички електрицитет до системот за заземјување во реално време, одржувајќи ја електростатската рамнотежа во внатрешноста на сечилото и обезбедувајќи стабилно работење на системот за следење и контролното коло.

2. Сончеви фотоволтаични модули (структури слични на сечила): Основни улоги на бакарна проширена мрежа – спроводливост и оптимизација на ефикасноста на производството на енергија

Во некои соларни фотоволтаични опреми (како што се флексибилни фотоволтаични панели и единици за производство на енергија „слични на сечило“ од фотоволтаични плочки), бакарната проширена мрежа главно се користи за замена или помош на традиционалните електроди од сребрена паста, подобрувајќи ја ефикасноста на спроводливоста и структурната издржливост. Специфичните улоги се следниве:

2.1 Подобрување на ефикасноста на собирањето и преносот на струја

2.1.1 „Евтино спроводливо решение“ што ја заменува традиционалната сребрена паста

Јадрото на фотоволтаичните модули е кристалната силициумска ќелија. Електроди се потребни за собирање на фотогенерираната струја генерирана од ќелијата. Традиционалните електроди најчесто користат сребрена паста (која има добра спроводливост, но е исклучително скапа). Бакарната проширена мрежа (со спроводливост блиска до онаа на среброто и цена од само околу 1/50 од онаа на среброто) може да ја покрие површината на ќелијата преку „мрежеста структура“ за да формира ефикасна мрежа за собирање струја. Мрежните празнини на бакарната мрежа овозможуваат светлината нормално да продира (без да ја блокира областа на прием на светлина на ќелијата), а во исто време, мрежестите линии можат брзо да ја соберат струјата расфрлана во различни делови од ќелијата, намалувајќи го „серискиот губиток на отпор“ за време на преносот на струја и подобрувајќи ја целокупната ефикасност на производство на енергија на фотоволтаичниот модул.

2.1.2 Прилагодување на барањата за деформација на флексибилни фотоволтаични модули

Флексибилните фотоволтаични панели (како оние што се користат во закривени покриви и преносна опрема) треба да имаат карактеристики на свиткување. Традиционалните електроди од сребрена паста (кои се кршливи и лесно се кршат кога се свиткуваат) не можат да се прилагодат. Сепак, бакарната мрежа има добра флексибилност и еластичност, што може да се свиткува синхроно со флексибилната ќелија. По свиткувањето, таа сè уште одржува стабилна спроводливост, избегнувајќи дефекти при производство на енергија предизвикани од кршење на електродата.

2.2 Подобрување на структурната издржливост на фотоволтаичните модули

2.2.1 Отпорност на корозија од околината и механичко оштетување

Фотоволтаичните модули се изложени на отворено долго време (изложени на ветер, дожд, висока температура и висока влажност). Традиционалните електроди од сребрена паста лесно кородираат од водена пареа и сол (во крајбрежните области), што резултира со намалување на спроводливоста. Бакарната мрежа може дополнително да ја подобри својата отпорност на корозија преку површинско позлатување (како што се позлатување со калај и пониклување). Во исто време, мрежестата структура на бакарната мрежа може да го растера стресот од надворешни механички влијанија (како што се удар од град и песок), спречувајќи го кршењето на ќелијата поради прекумерен локален стрес и продолжувајќи го работниот век на фотоволтаичниот модул.

2.2.2 Помагање во одведувањето на топлината и намалување на загубата на температура

Фотоволтаичните модули генерираат топлина поради апсорпција на светлина за време на работата. Претерано високите температури ќе доведат до „губење на температурниот коефициент“ (ефикасноста на производство на енергија од кристалните силициумски ќелии се намалува за околу 0,4% – 0,5% за секое зголемување на температурата од 1℃). Бакарот има одлична топлинска спроводливост (со топлинска спроводливост од 401W/(m・K), многу повисока од онаа на сребрената паста). Бакарната проширена мрежа може да се користи како „канал за дисипација на топлина“ за брзо спроведување на топлината генерирана од ќелијата до површината на модулот и дисипација на топлината преку конвекција на воздух, намалувајќи ја работната температура на модулот и намалувајќи ја загубата на ефикасност предизвикана од загубата на температура.

3. Основни причини за избор на „бакарен материјал“ за бакарна проширена мрежа: Прилагодување на барањата за перформанси на лопатките за производство на енергија

Сечилата за генерирање енергија имаат строги барања за перформанси за бакарна проширена мрежа, а вродените карактеристики на бакарот совршено ги задоволуваат овие барања. Специфичните предности се прикажани во следната табела:

Како заклучок, бакарната проширена мрежа во лопатките за производство на енергија не е „универзална компонента“, туку игра насочена улога според видот на опремата (енергија на ветер/фотоволтаична). Кај лопатките на ветерните турбини, се фокусира на „заштита од гром + следење на здравјето“ за да се обезбеди безбедно работење на опремата; кај фотоволтаичните модули, се фокусира на „високо ефикасна спроводливост + структурна издржливост“ за да се подобри ефикасноста на производството на енергија и работниот век. Суштината на нејзините функции се врти околу трите основни цели „обезбедување безбедност, стабилност и висока ефикасност на опремата за производство на енергија“, а карактеристиките на бакарниот материјал се клучна поддршка за реализација на овие функции.