Rollen til kobberutvidet netting i kraftproduksjonsblader

Kobbernett som brukes i kraftproduksjonsblader (vanligvis refererer det til vindturbinblader eller bladlignende strukturer i solcellemoduler) spiller en sentral rolle i å sikre elektrisk ledningsevne, forbedre strukturell stabilitet og optimalisere kraftproduksjonseffektiviteten. Funksjonene må analyseres i detalj basert på typen kraftproduksjonsutstyr (vindkraft/solcellepanel). Følgende er en scenariospesifikk tolkning:

1. Vindmølleblader: Kjerneroller til kobbernett – Lynbeskyttelse og strukturell overvåking

Vindturbinblader (for det meste laget av glassfiber-/karbonfiberkomposittmaterialer, med en lengde på opptil titalls meter) er komponenter som er utsatt for lynnedslag i store høyder. I dette scenariet utfører kobbernett hovedsakelig de to funksjonene «lynbeskyttelse» og «helseovervåking». De spesifikke rollene er fordelt på følgende måte:

1.1 Lynbeskyttelse: Bygg en «ledende bane» inne i bladet for å unngå lynskader

1.1.1 Erstatning av lokal beskyttelse av tradisjonelle lynavledere i metall

Tradisjonell lynbeskyttelse for bladet er avhengig av en metallisk lynavleder på bladspissen. Hoveddelen av bladet er imidlertid laget av isolerende komposittmaterialer. Når et lynnedslag inntreffer, vil strømmen sannsynligvis danne en "trinnspenning" inni, som kan ødelegge bladstrukturen eller brenne den interne kretsen. Kobbernettet (vanligvis et fint kobbervevd nett, festet til bladets indre vegg eller innebygd i komposittmaterialelaget) kan danne et kontinuerlig ledende nettverk inne i bladet. Det leder lynstrømmen som mottas av bladspissavlederen jevnt til jordingssystemet ved roten av bladet, og unngår strømkonsentrasjon som kan ødelegge bladet. Samtidig beskytter det interne sensorer (som tøyningssensorer og temperatursensorer) mot lynskader.

1.1.2 Redusere risikoen for lynnedslag

Kobber har utmerket elektrisk ledningsevne (med en resistivitet på bare 1,72 × 10⁻⁸Ω・m, mye lavere enn for aluminium og jern). Den kan raskt lede lynstrøm, redusere høytemperaturgnister som genereres av strømmen som holder seg inne i bladet, unngå å antenne bladkomposittmaterialer (noen harpiksbaserte komposittmaterialer er brannfarlige) og redusere sikkerhetsfaren ved bladbrenning.

1.2 Strukturell helseovervåking: Fungerer som en «føleelektrode» eller «signaloverføringsbærer»

1.2.1 Assistanse ved signaloverføring av innebygde sensorer

Moderne vindturbinblader må overvåke sin egen deformasjon, vibrasjon, temperatur og andre parametere i sanntid for å avgjøre om det er sprekker og utmattingsskader. Et stort antall mikrosensorer er implantert inne i bladene. Det utvidede kobbernettet kan brukes som "signaloverføringslinje" for sensorene. Kobbernettets lave motstandskarakteristikk reduserer dempningen av overvåkingssignaler under langdistanseoverføring, noe som sikrer at overvåkingssystemet ved roten av bladet nøyaktig kan motta helsedata for bladspissen og bladkroppen. Samtidig kan kobbernettets nettstruktur danne et "distribuert overvåkingsnettverk" med sensorene, som dekker hele bladområdet og unngår blindsoner ved overvåking.

1.2.2 Forbedring av komposittmaterialers antistatiske evne

Når bladet roterer med høy hastighet, gnis det mot luften og genererer statisk elektrisitet. Hvis det samler seg for mye statisk elektrisitet, kan det forstyrre interne sensorsignaler eller ødelegge elektroniske komponenter. Den ledende egenskapen til kobbernettet kan lede statisk elektrisitet til jordingssystemet i sanntid, og dermed opprettholde den elektrostatiske balansen inne i bladet og sikre stabil drift av overvåkingssystemet og kontrollkretsen.

2. Solcellepaneler (bladlignende strukturer): Kjerneroller i kobberutvidet netting – Konduktivitet og optimalisering av kraftproduksjonseffektivitet

I noe solcelleanlegg (som fleksible solcellepaneler og «bladlignende» kraftproduksjonsenheter i solcellepaneler) brukes kobbernett hovedsakelig til å erstatte eller assistere tradisjonelle sølvpastaelektroder, noe som forbedrer konduktivitetseffektiviteten og strukturell holdbarhet. De spesifikke rollene er som følger:

2.1 Forbedring av strøminnsamling og overføringseffektivitet

2.1.1 En «rimelig ledende løsning» som erstatter tradisjonell sølvpasta

Kjernen i solcellemoduler er krystallinsk silisium. Elektroder er nødvendige for å samle den fotogenererte strømmen som genereres av cellen. Tradisjonelle elektroder bruker for det meste sølvpasta (som har god ledningsevne, men er ekstremt dyr). Kobberutvidet netting (med ledningsevne nær sølv og en kostnad på bare omtrent 1/50 av sølv) kan dekke overflaten av cellen gjennom en "gitterstruktur" for å danne et effektivt strømsamlingsnettverk. Gittergapene i kobbernettet lar lys trenge inn normalt (uten å blokkere cellens lysmottaksområde), og samtidig kan gitterlinjene raskt samle strømmen spredt i forskjellige deler av cellen, noe som reduserer "seriemotstandstapet" under strømoverføring og forbedrer den totale kraftproduksjonseffektiviteten til solcellemodulen.

2.1.2 Tilpasning til deformasjonskravene til fleksible fotovoltaiske moduler

Fleksible solcellepaneler (som de som brukes i buede tak og bærbart utstyr) må ha bøybare egenskaper. Tradisjonelle sølvpastaelektroder (som er sprø og lett å knekke når de bøyes) kan ikke tilpasses. Kobbernettet har imidlertid god fleksibilitet og duktilitet, som kan bøye seg synkront med den fleksible cellen. Etter bøying opprettholder det fortsatt stabil konduktivitet, noe som unngår strømbrudd forårsaket av elektrodebrudd.

2.2 Forbedring av den strukturelle holdbarheten til solcellemoduler

2.2.1 Motstand mot miljøkorrosjon og mekanisk skade

Fotovoltaiske moduler utsettes for lang tid utendørs (utsatt for vind, regn, høy temperatur og høy luftfuktighet). Tradisjonelle sølvpastaelektroder korroderes lett av vanndamp og salt (i kystområder), noe som resulterer i redusert konduktivitet. Kobbernettet kan forbedre korrosjonsmotstanden ytterligere gjennom overflatebelegg (som tinnbelegg og nikkelbelegg). Samtidig kan kobbernettets nettstruktur spre belastningen fra ytre mekaniske påvirkninger (som hagl og sandpåvirkning), slik at cellen ikke går i stykker på grunn av overdreven lokal belastning og levetiden til fotovoltaiske moduler forlenges.

2.2.2 Bistå med varmespredning og redusere temperaturtap

Fotovoltaiske moduler genererer varme på grunn av lysabsorpsjon under drift. For høye temperaturer vil føre til «temperaturkoeffisienttap» (kraftproduksjonseffektiviteten til krystallinske silisiumceller reduseres med omtrent 0,4 % – 0,5 % for hver 1 ℃ temperaturøkning). Kobber har utmerket varmeledningsevne (med en varmeledningsevne på 401 W/(m²).・K), mye høyere enn sølvpasta). Det kobberutvidede nettet kan brukes som en "varmeavledningskanal" for raskt å lede varmen som genereres av cellen til overflaten av modulen, og spre varme gjennom luftkonveksjon, noe som reduserer modulens driftstemperatur og reduserer effektivitetstapet forårsaket av temperaturtap.

3. Hovedgrunner til å velge «kobbermateriale» for kobberutvidet netting: Tilpasning til ytelseskravene til kraftproduksjonsblader

Kraftgenereringsblader har strenge ytelseskrav for kobbernett, og kobberets iboende egenskaper oppfyller disse kravene perfekt. De spesifikke fordelene er vist i følgende tabell:

Avslutningsvis er kobbernettet i kraftproduksjonsblader ikke en «universell komponent», men spiller en målrettet rolle i henhold til utstyrstypen (vindkraft/solcellepanel). I vindturbinblader fokuserer det på «lynbeskyttelse + helseovervåking» for å sikre sikker drift av utstyret; i solcellemoduler fokuserer det på «høyeffektiv konduktivitet + strukturell holdbarhet» for å forbedre kraftproduksjonseffektiviteten og levetiden. Essensen av funksjonene dreier seg om de tre kjernemålene om å «sikre sikkerhet, stabilitet og høy effektivitet til kraftproduksjonsutstyr», og egenskapene til kobbermaterialet er nøkkelen til å realisere disse funksjonene.