Rollen af ​​kobberudvidet net i kraftproduktionsvinger

Kobberudvidet net, der anvendes i kraftproduktionsvingere (normalt refererer det til vindmøllevinger eller vingelignende strukturer i solcellemoduler), spiller en central rolle i at sikre elektrisk ledningsevne, forbedre strukturel stabilitet og optimere kraftproduktionseffektiviteten. Dets funktioner skal analyseres detaljeret baseret på typen af ​​kraftproduktionsudstyr (vindkraft/solceller). Følgende er en scenariespecifik fortolkning:

1. Vindmøllevinger: Kerneroller af kobberudvidet net – Lynbeskyttelse og strukturel overvågning

Vindmøllevinger (primært lavet af glasfiber/kulfiber-kompositmaterialer med en længde på op til ti meter) er komponenter, der er udsatte for lynnedslag i store højder. I dette scenarie udfører kobbernet primært de dobbelte funktioner "lynbeskyttelse" og "sundhedsovervågning". De specifikke roller er opdelt som følger:

1.1 Lynnedslagsbeskyttelse: Opbygning af en "ledende bane" inde i bladet for at undgå lynskader

1.1.1 Udskiftning af den lokale beskyttelse af traditionelle metallynafledere

Traditionel lynbeskyttelse mod blade er baseret på en metalafleder ved bladspidsen. Bladets hoveddel er dog lavet af isolerende kompositmaterialer. Når et lynnedslag sker, vil strømmen sandsynligvis danne en "trinspænding" indeni, som kan nedbryde bladstrukturen eller brænde det interne kredsløb. Det ekspanderede kobbernet (normalt et fint kobbervævet net, der er fastgjort til bladets indvendige væg eller indlejret i kompositmaterialelaget) kan danne et kontinuerligt ledende netværk inde i bladet. Det leder lynstrømmen, der modtages af bladspidsaflederen, jævnt til jordingssystemet ved roden af ​​bladet, hvilket undgår strømkoncentration, der kan nedbryde bladet. Samtidig beskytter det interne sensorer (såsom tøjningssensorer og temperatursensorer) mod lynskader.

1.1.2 Reduktion af risikoen for lyninducerede gnister

Kobber har fremragende elektrisk ledningsevne (med en modstand på kun 1,72 × 10⁻⁸Ω・m, meget lavere end for aluminium og jern). Det kan hurtigt lede lynstrøm, reducere højtemperaturgnister, der genereres af strømmen, der forbliver inde i bladet, undgå at antænde bladkompositmaterialer (nogle harpiksbaserede kompositmaterialer er brandfarlige) og reducere sikkerhedsrisikoen ved afbrænding af bladet.

1.2 Strukturel sundhedsovervågning: Fungerer som en "føleelektrode" eller "signaltransmissionsbærer"

1.2.1 Hjælp til signaloverførsel fra indbyggede sensorer

Moderne vindmøllevinger skal overvåge deres egen deformation, vibration, temperatur og andre parametre i realtid for at afgøre, om der er revner og udmattelsesskader. Et stort antal mikrosensorer er implanteret inde i vingerne. Det udvidede kobbernet kan bruges som sensorernes "signaltransmissionslinje". Kobbernetets lave modstand reducerer dæmpningen af ​​overvågningssignaler under langdistancetransmission, hvilket sikrer, at overvågningssystemet ved roden af ​​vingen nøjagtigt kan modtage sundhedsdata for vingespidsen og vingehuset. Samtidig kan kobbernetets netstruktur danne et "distribueret overvågningsnetværk" med sensorerne, der dækker hele vingens område og undgår blinde vinkler.

1.2.2 Forbedring af kompositmaterialers antistatiske evne

Når bladet roterer med høj hastighed, gnider det mod luften og genererer statisk elektricitet. Hvis der ophobes for meget statisk elektricitet, kan det forstyrre interne sensorsignaler eller nedbryde elektroniske komponenter. Den ledende egenskab ved det kobberudvidede net kan lede statisk elektricitet til jordingssystemet i realtid, hvilket opretholder den elektrostatiske balance inde i bladet og sikrer stabil drift af overvågningssystemet og styrekredsløbet.

2. Solcellemoduler (bladlignende strukturer): Kerneroller for kobberudvidet net – Ledningsevne og optimering af energiproduktionseffektivitet

I noget solcelleanlæg (såsom fleksible solcellepaneler og "bladlignende" kraftproduktionsenheder i solcelleplader) bruges kobberudvidet net primært til at erstatte eller understøtte traditionelle sølvpastaelektroder, hvilket forbedrer ledningsevnen og den strukturelle holdbarhed. De specifikke roller er som følger:

2.1 Forbedring af strømindsamling og transmissionseffektivitet

2.1.1 En "billig ledende løsning", der erstatter traditionel sølvpasta

Kernen i fotovoltaiske moduler er den krystallinske siliciumcelle. Elektroder er nødvendige for at opsamle den fotogenererede strøm, der genereres af cellen. Traditionelle elektroder bruger for det meste sølvpasta (som har god ledningsevne, men er ekstremt dyr). Det ekspanderede kobbernet (med en ledningsevne tæt på sølvs og en pris på kun ca. 1/50 af sølvs) kan dække cellens overflade gennem en "gitterstruktur" for at danne et effektivt strømopsamlingsnetværk. Gittergabene i kobbernetværket tillader lys at trænge normalt ind (uden at blokere cellens lysmodtagende område), og samtidig kan gitterlinjerne hurtigt opsamle den strøm, der er spredt i forskellige dele af cellen, hvilket reducerer "seriemodstandstabet" under strømtransmission og forbedrer den samlede effektgenereringseffektivitet for det fotovoltaiske modul.

2.1.2 Tilpasning til deformationskravene for fleksible fotovoltaiske moduler

Fleksible solcellepaneler (som dem, der bruges i buede tage og bærbart udstyr) skal have bøjelige egenskaber. Traditionelle sølvpastaelektroder (som er sprøde og lette at knække, når de bøjes) kan ikke tilpasses. Kobbernettet har dog god fleksibilitet og duktilitet, som kan bøjes synkront med den fleksible celle. Efter bøjning opretholder det stadig stabil ledningsevne, hvilket undgår strømsvigt forårsaget af elektrodebrud.

2.2 Forbedring af den strukturelle holdbarhed af fotovoltaiske moduler

2.2.1 Modstandsdygtighed over for miljøkorrosion og mekanisk skade

Fotovoltaiske moduler udsættes for lang tid udendørs (vind, regn, høj temperatur og høj luftfugtighed). Traditionelle sølvpastaelektroder korroderes let af vanddamp og salt (i kystområder), hvilket resulterer i et fald i ledningsevnen. Kobbernettet kan yderligere forbedre dets korrosionsbestandighed gennem overfladebelægning (såsom fortinning og nikkelbelægning). Samtidig kan kobbernettets netstruktur sprede belastningen fra eksterne mekaniske påvirkninger (såsom hagl og sandpåvirkning), hvilket forhindrer cellen i at gå i stykker på grund af overdreven lokal belastning og forlænger fotovoltaiske modulers levetid.

2.2.2 Hjælp til varmeafledning og reduktion af temperaturtab

Fotovoltaiske moduler genererer varme på grund af lysabsorption under drift. For høje temperaturer vil føre til "temperaturkoefficienttab" (energiproduktionseffektiviteten af ​​krystallinske siliciumceller falder med ca. 0,4% - 0,5% for hver 1 ℃ temperaturstigning). Kobber har fremragende varmeledningsevne (med en varmeledningsevne på 401W/(m²).・K), meget højere end sølvpasta). Det kobberekspanderede net kan bruges som en "varmeafledningskanal" til hurtigt at lede den varme, der genereres af cellen, til modulets overflade og afgive varme gennem luftkonvektion, hvilket reducerer modulets driftstemperatur og reducerer effektivitetstabet forårsaget af temperaturtab.

3. Kerneårsager til at vælge "kobbermateriale" til kobberudvidet net: Tilpasning til kraftproduktionsvingernes ydeevnekrav

Kraftproduktionsvinger har strenge ydeevnekrav til kobberudvidet net, og kobberets iboende egenskaber opfylder disse krav perfekt. De specifikke fordele er vist i følgende tabel:

Afslutningsvis er kobberudvidelsesnettet i kraftproduktionsvingerne ikke en "universel komponent", men spiller en målrettet rolle afhængigt af typen af ​​udstyr (vindkraft/solceller). I vindmøllevinger fokuserer det på "lynbeskyttelse + tilstandsovervågning" for at sikre udstyrets sikre drift; i solcellemoduler fokuserer det på "højeffektiv ledningsevne + strukturel holdbarhed" for at forbedre kraftproduktionens effektivitet og levetid. Essensen af ​​dets funktioner drejer sig om de tre kernemål: "sikring af kraftproduktionsudstyrets sikkerhed, stabilitet og høje effektivitet", og kobbermaterialets egenskaber er den vigtigste støtte til at realisere disse funktioner.