Uloga bakrene ekspandirane mreže u lopaticama za proizvodnju energije

Bakrena ekspandirana mreža koja se koristi u lopaticama za proizvodnju energije (obično se odnosi na lopatice vjetroturbina ili strukture slične lopaticama u solarnim fotonaponskim modulima) igra ključnu ulogu u osiguravanju električne provodljivosti, poboljšanju strukturne stabilnosti i optimizaciji efikasnosti proizvodnje energije. Njene funkcije treba detaljno analizirati na osnovu vrste opreme za proizvodnju energije (vjetroelektrane/fotonaponski sistemi). Slijedi interpretacija specifična za scenario:

1. Lopatice vjetroturbina: Osnovne uloge bakrene ekspandirane mreže – zaštita od udara groma i strukturni monitoring

Lopatice vjetroturbina (uglavnom izrađene od kompozitnih materijala od staklenih vlakana/ugljičnih vlakana, dužine i do nekoliko desetina metara) su komponente sklone udarima groma na velikim visinama. U ovom scenariju, bakrena ekspandirana mreža uglavnom preuzima dvostruke funkcije "zaštite od groma" i "praćenja zdravlja". Specifične uloge su podijeljene na sljedeći način:

1.1 Zaštita od udara groma: Izgradnja „provodnog puta“ unutar lopatice kako bi se izbjegla oštećenja od groma

1.1.1 Zamjena lokalne zaštite tradicionalnih metalnih gromobranskih cijevi

Tradicionalna zaštita od groma pomoću lopatice oslanja se na metalni odvodnik groma na vrhu lopatice. Međutim, glavni dio lopatice je napravljen od izolacijskih kompozitnih materijala. Kada dođe do udara groma, struja će vjerovatno formirati "koračni napon" unutra, što može razbiti strukturu lopatice ili spaliti unutrašnji strujni krug. Bakrena ekspandirana mreža (obično fina bakrena pletena mreža, pričvršćena za unutrašnji zid lopatice ili ugrađena u sloj kompozitnog materijala) može formirati kontinuiranu provodnu mrežu unutar lopatice. Ona ravnomjerno provodi struju groma koju prima odvodnik na vrhu lopatice do sistema uzemljenja u korijenu lopatice, izbjegavajući koncentraciju struje koja može razbiti lopaticu. Istovremeno, štiti unutrašnje senzore (kao što su senzori naprezanja i senzori temperature) od oštećenja od groma.

1.1.2 Smanjenje rizika od varnica izazvanih udarom groma

Bakar ima odličnu električnu provodljivost (sa otpornošću od samo 1,72 × 10⁻⁸Ω・m, mnogo niže od aluminija i željeza). Može brzo provoditi struju groma, smanjiti iskre visoke temperature koje nastaju zbog struje koja ostaje unutar lopatice, spriječiti paljenje kompozitnih materijala lopatice (neki kompozitni materijali na bazi smole su zapaljivi) i smanjiti sigurnosnu opasnost od paljenja lopatice.

1.2 Praćenje stanja konstrukcije: Služi kao „senzorska elektroda“ ili „nosilac signala“

1.2.1 Pomoć u prenosu signala ugrađenih senzora

Lopatice modernih vjetroturbina moraju pratiti vlastitu deformaciju, vibracije, temperaturu i druge parametre u realnom vremenu kako bi se utvrdilo da li postoje pukotine i oštećenja od zamora. Veliki broj mikrosenzora ugrađen je unutar lopatica. Bakrena ekspandirana mreža može se koristiti kao "linija za prijenos signala" senzora. Karakteristika niskog otpora bakrene mreže smanjuje slabljenje signala praćenja tokom prijenosa na velike udaljenosti, osiguravajući da sistem za praćenje u korijenu lopatice može precizno primati podatke o zdravlju vrha lopatice i tijela lopatice. Istovremeno, mrežasta struktura bakrene mreže može formirati "distribuiranu mrežu za praćenje" sa senzorima, pokrivajući cijelo područje lopatice i izbjegavajući slijepe tačke praćenja.

1.2.2 Poboljšanje antistatičke sposobnosti kompozitnih materijala

Kada se lopatica okreće velikom brzinom, ona se trlja o zrak i stvara statički elektricitet. Ako se akumulira previše statičkog elektriciteta, to može ometati interne signale senzora ili oštetiti elektronske komponente. Provodljivo svojstvo bakrene ekspandirane mreže može u realnom vremenu provoditi statički elektricitet do sistema uzemljenja, održavajući elektrostatičku ravnotežu unutar lopatice i osiguravajući stabilan rad sistema za nadzor i upravljačkog kola.

2. Solarni fotonaponski moduli (strukture nalik lopaticama): Ključne uloge bakrene proširene mreže – Provodljivost i optimizacija efikasnosti proizvodnje energije

U nekim solarnim fotonaponskim uređajima (kao što su fleksibilni fotonaponski paneli i "lopatičaste" jedinice za proizvodnju energije od fotonaponskih pločica), bakrena ekspandirana mreža se uglavnom koristi za zamjenu ili pomoć tradicionalnim srebrnim pastastim elektrodama, poboljšavajući efikasnost provodljivosti i strukturnu izdržljivost. Specifične uloge su sljedeće:

2.1 Poboljšanje efikasnosti prikupljanja i prenosa struje

2.1.1 „Jeftino provodljivo rješenje“ koje zamjenjuje tradicionalnu srebrnu pastu

Jezgro fotonaponskih modula je kristalna silicijumska ćelija. Elektrode su potrebne za prikupljanje fotogenerisane struje koju generiše ćelija. Tradicionalne elektrode uglavnom koriste srebrnu pastu (koja ima dobru provodljivost, ali je izuzetno skupa). Bakarna ekspandirana mreža (sa provodljivošću bliskom provodljivosti srebra i cijenom od samo oko 1/50 cijene srebra) može prekriti površinu ćelije kroz "mrežastu strukturu" kako bi formirala efikasnu mrežu za prikupljanje struje. Mrežasti otvori bakarne mreže omogućavaju svjetlosti da normalno prodire (bez blokiranja područja ćelije koje prima svjetlost), a istovremeno, linije mreže mogu brzo prikupiti struju raspršenu u različitim dijelovima ćelije, smanjujući "gubitak serijskog otpora" tokom prenosa struje i poboljšavajući ukupnu efikasnost proizvodnje energije fotonaponskog modula.

2.1.2 Prilagođavanje zahtjevima deformacije fleksibilnih fotonaponskih modula

Fleksibilni fotonaponski paneli (kao što su oni koji se koriste u zakrivljenim krovovima i prenosivoj opremi) moraju imati karakteristike savijanja. Tradicionalne elektrode od srebrne paste (koje su krhke i lako se lome prilikom savijanja) ne mogu se prilagoditi. Međutim, bakrena mreža ima dobru fleksibilnost i duktilnost, te se može savijati sinhrono s fleksibilnom ćelijom. Nakon savijanja, i dalje održava stabilnu provodljivost, izbjegavajući kvar u proizvodnji energije uzrokovan lomom elektrode.

2.2 Povećanje strukturne izdržljivosti fotonaponskih modula

2.2.1 Otpornost na koroziju u okolišu i mehanička oštećenja

Fotonaponski moduli su dugo vremena izloženi vanjskim utjecajima (vjetru, kiši, visokim temperaturama i visokoj vlažnosti). Tradicionalne elektrode od srebrne paste lako korodiraju vodenom parom i soli (u priobalnim područjima), što rezultira smanjenjem provodljivosti. Bakrena mreža može dodatno poboljšati svoju otpornost na koroziju površinskim premazom (kao što je kalajisanje i niklovanje). Istovremeno, mrežasta struktura bakrene mreže može raspršiti naprezanje vanjskih mehaničkih udara (kao što su udar grada i pijeska), sprječavajući lom ćelije zbog prekomjernog lokalnog naprezanja i produžavajući vijek trajanja fotonaponskog modula.

2.2.2 Pomaganje u odvođenju toplote i smanjenju gubitka temperature

Fotonaponski moduli generiraju toplinu zbog apsorpcije svjetlosti tokom rada. Pretjerano visoke temperature dovest će do "gubitka temperaturnog koeficijenta" (efikasnost proizvodnje energije kristalnih silicijumskih ćelija smanjuje se za oko 0,4% - 0,5% za svaki porast temperature od 1℃). Bakar ima odličnu toplinsku provodljivost (s toplinskom provodljivošću od 401 W/(m・K), mnogo više od one kod srebrne paste). Bakrena ekspandirana mreža može se koristiti kao "kanal za odvođenje topline" za brzo provođenje topline koju generira ćelija na površinu modula i odvođenje topline konvekcijom zraka, smanjujući radnu temperaturu modula i smanjujući gubitak efikasnosti uzrokovan gubitkom temperature.

3. Osnovni razlozi za odabir „bakarnog materijala“ za proširenu bakrenu mrežu: Prilagođavanje zahtjevima performansi lopatica za proizvodnju energije

Lopatice za proizvodnju energije imaju stroge zahtjeve za performanse ekspandirane bakrene mreže, a inherentne karakteristike bakra savršeno ispunjavaju te zahtjeve. Specifične prednosti prikazane su u sljedećoj tabeli:

Zaključno, bakrena ekspandirana mreža u lopaticama za proizvodnju energije nije "univerzalna komponenta", već igra ciljanu ulogu u skladu s vrstom opreme (vjetroelektrane/fotonaponski sistemi). Kod lopatica vjetroturbina, fokusira se na "zaštitu od udara groma + praćenje zdravlja" kako bi se osigurao siguran rad opreme; kod fotonaponskih modula, fokusira se na "visokoefikasnu provodljivost + strukturnu izdržljivost" kako bi se poboljšala efikasnost proizvodnje energije i vijek trajanja. Suština njenih funkcija vrti se oko tri osnovna cilja "osiguravanja sigurnosti, stabilnosti i visoke efikasnosti opreme za proizvodnju energije", a karakteristike bakrenog materijala su ključna podrška za ostvarivanje ovih funkcija.