Rolul plasei expandate de cupru în palele de generare a energiei electrice

Plasa expandată de cupru utilizată în palele de generare a energiei electrice (de obicei, se referă la palele turbinelor eoliene sau la structurile asemănătoare palelor din modulele solare fotovoltaice) joacă un rol esențial în asigurarea conductivității electrice, îmbunătățirea stabilității structurale și optimizarea eficienței generării de energie. Funcțiile sale trebuie analizate în detaliu în funcție de tipul de echipament de generare a energiei (energie eoliană/fotovoltaică). Următoarea este o interpretare specifică fiecărui scenariu:

1. Palele turbinelor eoliene: Rolurile principale ale plasei expandate din cupru – Protecție împotriva trăsnetului și monitorizare structurală

Palele turbinelor eoliene (realizate în mare parte din materiale compozite din fibră de sticlă/fibră de carbon, cu o lungime de până la zeci de metri) sunt componente predispuse la lovituri de trăsnet la altitudini mari. În acest scenariu, plasa expandată de cupru îndeplinește în principal dubla funcție de „protecție împotriva trăsnetului” și „monitorizare a stării de sănătate”. Rolurile specifice sunt defalcate după cum urmează:

1.1 Protecție împotriva trăsnetului: Construirea unei „căi conductive” în interiorul palei pentru a evita deteriorarea provocată de trăsnet

1.1.1 Înlocuirea protecției locale a paratrăsnetelor metalice tradiționale

Protecția tradițională împotriva trăsnetului pentru pale se bazează pe descărcătorul metalic de la vârful palei. Cu toate acestea, corpul principal al palei este fabricat din materiale compozite izolatoare. Când are loc un trăsnet, curentul este probabil să formeze o „tensiune de treaptă” în interior, care poate deteriora structura palei sau arde circuitul intern. Plasa expandată de cupru (de obicei o plasă fină țesută din cupru, atașată de peretele interior al palei sau încorporată în stratul de material compozit) poate forma o rețea conductivă continuă în interiorul palei. Aceasta conduce uniform curentul de trăsnet primit de descărcătorul de la vârful palei către sistemul de împământare de la rădăcina palei, evitând concentrarea curentului care ar putea deteriora palea. În același timp, protejează senzorii interni (cum ar fi senzorii de tensiune și senzorii de temperatură) de deteriorarea provocată de trăsnet.

1.1.2 Reducerea riscului de scântei induse de trăsnet

Cuprul are o conductivitate electrică excelentă (cu o rezistivitate de numai 1,72×10⁻⁸Ω)・m, mult mai mică decât cea a aluminiului și fierului). Poate conduce rapid curentul de trăsnet, poate reduce scânteile la temperatură înaltă generate de curentul care rămâne în interiorul lamei, poate evita aprinderea materialelor compozite ale lamei (unele materiale compozite pe bază de rășină sunt inflamabile) și poate reduce riscul de ardere a lamei.

1.2 Monitorizarea stării structurale: Servind ca „electrod de detectare” sau „purtător de transmitere a semnalului”

1.2.1 Asistență la transmiterea semnalului senzorilor încorporați

Palele turbinelor eoliene moderne trebuie să își monitorizeze propriile deformări, vibrații, temperatură și alți parametri în timp real pentru a determina dacă există fisuri și deteriorări prin oboseală. Un număr mare de micro-senzori sunt implantați în interiorul palelor. Plasa expandată de cupru poate fi utilizată ca „linie de transmisie a semnalului” a senzorilor. Caracteristica de rezistență scăzută a plasei de cupru reduce atenuarea semnalelor de monitorizare în timpul transmisiei pe distanțe lungi, asigurând că sistemul de monitorizare de la baza palei poate primi cu precizie date despre starea de sănătate a vârfului palei și a corpului palei. În același timp, structura plasei de cupru poate forma o „rețea de monitorizare distribuită” cu senzorii, acoperind întreaga suprafață a palei și evitând unghiurile moarte de monitorizare.

1.2.2 Îmbunătățirea capacității antistatice a materialelor compozite

Când lama se rotește la viteză mare, aceasta se freacă de aer și generează electricitate statică. Dacă se acumulează prea multă electricitate statică, aceasta poate interfera cu semnalele senzorilor interni sau poate deteriora componentele electronice. Proprietatea conductivă a plasei expandate din cupru poate conduce electricitatea statică către sistemul de împământare în timp real, menținând echilibrul electrostatic din interiorul lamei și asigurând funcționarea stabilă a sistemului de monitorizare și a circuitului de control.

2. Module fotovoltaice solare (structuri asemănătoare palelor): Roluri principale ale plasei expandate din cupru – Conductivitatea și optimizarea eficienței generării de energie

În unele echipamente solare fotovoltaice (cum ar fi panourile fotovoltaice flexibile și unitățile de generare a energiei „în formă de lamă” ale plăcilor fotovoltaice), plasa expandată de cupru este utilizată în principal pentru a înlocui sau a ajuta electrozii tradiționali din pastă de argint, îmbunătățind eficiența conductivității și durabilitatea structurală. Rolurile specifice sunt următoarele:

2.1 Îmbunătățirea eficienței captării și transmisiei curentului

2.1.1 O „soluție conductivă cu cost redus” care înlocuiește pasta de argint tradițională

Nucleul modulelor fotovoltaice este celula de siliciu cristalin. Electrozii sunt necesari pentru a colecta curentul fotogenerat de celulă. Electrozii tradiționali folosesc în mare parte pastă de argint (care are o conductivitate bună, dar este extrem de scumpă). Plasa expandată de cupru (cu o conductivitate apropiată de cea a argintului și un cost de doar aproximativ 1/50 din cel al argintului) poate acoperi suprafața celulei printr-o „structură de grilă” pentru a forma o rețea eficientă de colectare a curentului. Golurile din grilă ale plasei de cupru permit luminii să pătrundă normal (fără a bloca zona de recepție a luminii a celulei) și, în același timp, liniile grilei pot colecta rapid curentul împrăștiat în diferite părți ale celulei, reducând „pierderea de rezistență serie” în timpul transmiterii curentului și îmbunătățind eficiența generală de generare a energiei modulului fotovoltaic.

2.1.2 Adaptarea la cerințele de deformare ale modulelor fotovoltaice flexibile

Panourile fotovoltaice flexibile (cum ar fi cele utilizate în acoperișurile curbate și echipamentele portabile) trebuie să aibă caracteristici de flexibilitate. Electrozii tradiționali din pastă de argint (care sunt fragili și se rup ușor atunci când sunt îndoiți) nu pot fi adaptați. Cu toate acestea, plasa de cupru are o flexibilitate și o ductilitate bune, putând fi îndoită sincron cu celula flexibilă. După îndoire, își menține o conductivitate stabilă, evitând defecțiunile la generarea de energie cauzate de ruperea electrodului.

2.2 Îmbunătățirea durabilității structurale a modulelor fotovoltaice

2.2.1 Rezistența la coroziune și deteriorarea mecanică din cauza mediului

Modulele fotovoltaice sunt expuse la exterior pentru o perioadă lungă de timp (expuse la vânt, ploaie, temperaturi ridicate și umiditate ridicată). Electrozii tradiționali din pastă de argint sunt ușor corodați de vaporii de apă și sare (în zonele de coastă), ceea ce duce la o scădere a conductivității. Plasa de cupru își poate îmbunătăți și mai mult rezistența la coroziune prin placare superficială (cum ar fi cositorirea și nichelarea). În același timp, structura plasei de cupru poate dispersa stresul cauzat de impacturile mecanice externe (cum ar fi impactul cu grindina și nisipul), evitând ruperea celulei din cauza solicitărilor locale excesive și prelungind durata de viață a modulului fotovoltaic.

2.2.2 Asistență în disiparea căldurii și reducerea pierderilor de temperatură

Modulele fotovoltaice generează căldură datorită absorbției luminii în timpul funcționării. Temperaturile excesiv de ridicate vor duce la „pierderea coeficientului de temperatură” (eficiența de generare a energiei celulelor de siliciu cristalin scade cu aproximativ 0,4% - 0,5% pentru fiecare creștere de 1 ℃ a temperaturii). Cuprul are o conductivitate termică excelentă (cu o conductivitate termică de 401 W/(m²)・K), mult mai mare decât cea a pastei de argint). Plasa expandată de cupru poate fi utilizată ca „canal de disipare a căldurii” pentru a conduce rapid căldura generată de celulă la suprafața modulului și a disipa căldura prin convecție a aerului, reducând temperatura de funcționare a modulului și pierderea de eficiență cauzată de pierderea de temperatură.

3. Motive principale pentru alegerea „materialului de cupru” pentru plasa expandată de cupru: Adaptarea la cerințele de performanță ale palelor de generare a energiei electrice

Palele generatoare de energie electrică au cerințe stricte de performanță pentru plasa expandată de cupru, iar caracteristicile inerente ale cuprului îndeplinesc perfect aceste cerințe. Avantajele specifice sunt prezentate în tabelul următor:

În concluzie, plasa expandată din cupru din palele de generare a energiei electrice nu este o „componentă universală”, ci joacă un rol specific în funcție de tipul de echipament (energie eoliană/fotovoltaică). În cazul palelor turbinelor eoliene, se concentrează pe „protecția împotriva trăsnetului + monitorizarea stării de funcționare” pentru a asigura funcționarea în siguranță a echipamentului; în cazul modulelor fotovoltaice, se concentrează pe „conductivitate de înaltă eficiență + durabilitate structurală” pentru a îmbunătăți eficiența generării de energie și durata de viață. Esența funcțiilor sale se învârte în jurul celor trei obiective principale: „asigurarea siguranței, stabilității și eficienței ridicate a echipamentelor de generare a energiei”, iar caracteristicile materialului de cupru reprezintă suportul cheie pentru realizarea acestor funcții.