Kopparens expanderade näts roll i kraftproduktionsblad

Kopparnät som används i kraftproduktionsblad (vanligtvis vindturbinblad eller bladliknande strukturer i solcellsmoduler) spelar en central roll för att säkerställa elektrisk ledningsförmåga, förbättra strukturell stabilitet och optimera kraftproduktionseffektiviteten. Dess funktioner måste analyseras i detalj baserat på typen av kraftproduktionsutrustning (vindkraft/solceller). Följande är en scenariospecifik tolkning:

1. Vindkraftverksblad: Kärnrollerna hos kopparduksnät – Åskskydd och strukturell övervakning

Vindkraftverksblad (mestadels tillverkade av kompositmaterial av glasfiber/kolfiber, med en längd på upp till tiotals meter) är komponenter som är benägna att utsättas för blixtnedslag på hög höjd. I detta scenario utför kopparduken huvudsakligen de dubbla funktionerna "åskskydd" och "hälsoövervakning". De specifika rollerna är uppdelade enligt följande:

1.1 Skydd mot blixtnedslag: Bygga en "ledande bana" inuti bladet för att undvika blixtskador

1.1.1 Ersätta det lokala skyddet för traditionella åskledare av metall

Traditionellt blixtskydd för bladet förlitar sig på en metallisk åskskyddsanordning vid bladspetsen. Bladets huvuddel är dock tillverkad av isolerande kompositmaterial. När ett blixtnedslag inträffar är det troligt att strömmen bildar en "stegspänning" inuti bladet, vilket kan bryta ner bladstrukturen eller bränna den interna kretsen. Det expanderade kopparnätet (vanligtvis ett fint kopparvävt nät, fäst vid bladets innervägg eller inbäddat i kompositmateriallagret) kan bilda ett kontinuerligt ledande nätverk inuti bladet. Det leder jämnt blixtströmmen som tas emot av bladspetsens avledare till jordningssystemet vid bladets rot, vilket undviker strömkoncentration som kan bryta ner bladet. Samtidigt skyddar det interna sensorer (som töjningssensorer och temperatursensorer) från blixtskador.

1.1.2 Minska risken för blixtnedslag orsakade gnistor

Koppar har utmärkt elektrisk ledningsförmåga (med en resistivitet på endast 1,72 × 10⁻⁸Ω・m, mycket lägre än för aluminium och järn). Den kan snabbt leda blixtström, minska högtemperaturgnistor som genereras av strömmen som stannar inuti bladet, undvika att antända bladets kompositmaterial (vissa hartsbaserade kompositmaterial är brandfarliga) och minska säkerhetsrisken för bladbränning.

1.2 Strukturell hälsoövervakning: Fungerar som en "avkänningselektrod" eller "signalöverföringsbärare"

1.2.1 Assistera vid signalöverföring av inbyggda sensorer

Moderna vindturbinblad behöver övervaka sin egen deformation, vibration, temperatur och andra parametrar i realtid för att avgöra om det finns sprickor och utmattningsskador. Ett stort antal mikrosensorer är implanterade inuti bladen. Det expanderade kopparnätet kan användas som sensorernas "signalöverföringsledning". Kopparnätets lågresistans minskar dämpningen av övervakningssignalerna vid långdistansöverföring, vilket säkerställer att övervakningssystemet vid bladets rot korrekt kan ta emot hälsodata för bladspetsen och bladkroppen. Samtidigt kan kopparnätets nätstruktur bilda ett "distribuerat övervakningsnätverk" med sensorerna, vilket täcker hela bladets yta och undviker övervakningsdöda fläckar.

1.2.2 Förbättring av kompositmaterials antistatiska förmåga

När bladet roterar med hög hastighet gnids det mot luften och genererar statisk elektricitet. Om för mycket statisk elektricitet ackumuleras kan det störa interna sensorsignaler eller förstöra elektroniska komponenter. Den ledande egenskapen hos det expanderade kopparnätet kan leda statisk elektricitet till jordningssystemet i realtid, vilket upprätthåller den elektrostatiska balansen inuti bladet och säkerställer stabil drift av övervakningssystemet och styrkretsen.

2. Solcellsmoduler (bladliknande strukturer): Kärnroller hos kopparnät – Konduktivitet och optimering av kraftproduktionseffektivitet

I en del solcellsutrustning (såsom flexibla solcellspaneler och "bladliknande" kraftgeneratorer i solcellsplattor) används kopparexpanderat nät huvudsakligen för att ersätta eller assistera traditionella silverpastaelektroder, vilket förbättrar konduktivitetseffektiviteten och strukturell hållbarhet. De specifika rollerna är följande:

2.1 Förbättra ströminsamling och överföringseffektivitet

2.1.1 En "lågkostnadslösning för ledande material" som ersätter traditionell silverpasta

Kärnan i solcellsmoduler är den kristallina kiselcellen. Elektroder behövs för att samla upp den fotogenererade strömmen som genereras av cellen. Traditionella elektroder använder mestadels silverpasta (som har god ledningsförmåga men är extremt dyr). Kopparnätet (med en ledningsförmåga nära silver och en kostnad på endast cirka 1/50 av silver) kan täcka cellens yta genom en "rutnätsstruktur" för att bilda ett effektivt strömuppsamlingsnät. Rutnätsgapen i kopparnätet tillåter ljus att penetrera normalt (utan att blockera cellens ljusmottagningsområde), och samtidigt kan rutnätslinjerna snabbt samla upp strömmen som sprids i olika delar av cellen, vilket minskar "serieresistansförlusten" under strömöverföring och förbättrar den totala kraftgenereringseffektiviteten hos solcellsmodulen.

2.1.2 Anpassning till deformationskraven för flexibla solcellsmoduler

Flexibla solcellspaneler (som de som används i böjda tak och bärbar utrustning) måste ha böjbara egenskaper. Traditionella silverpastaelektroder (som är spröda och lätta att gå sönder när de böjs) kan inte anpassas. Kopparnätet har dock god flexibilitet och duktilitet, vilket kan böjas synkront med den flexibla cellen. Efter böjning bibehåller det fortfarande stabil konduktivitet, vilket undviker elgenereringsfel orsakade av elektrodbrott.

2.2 Förbättra den strukturella hållbarheten hos solcellsmoduler

2.2.1 Motståndskraft mot miljökorrosion och mekaniska skador

Fotovoltaiska moduler exponeras utomhus under lång tid (utsatta för vind, regn, hög temperatur och hög luftfuktighet). Traditionella silverpastaelektroder korroderas lätt av vattenånga och salt (i kustområden), vilket resulterar i en minskad konduktivitet. Kopparnätet kan ytterligare förbättra sin korrosionsbeständighet genom ytbeläggning (såsom tennplätering och nickelplätering). Samtidigt kan kopparnätets nätstruktur sprida belastningen från externa mekaniska effekter (såsom hagel och sandpåverkan), vilket förhindrar att cellen går sönder på grund av överdriven lokal belastning och förlänger fotovoltaiska modulens livslängd.

2.2.2 Bistå med värmeavledning och minska temperaturförlust

Fotovoltaiska moduler genererar värme på grund av ljusabsorption under drift. Alltför höga temperaturer leder till "temperaturkoefficientförlust" (kraftproduktionseffektiviteten hos kristallina kiselceller minskar med cirka 0,4 % – 0,5 % för varje 1 ℃ temperaturökning). Koppar har utmärkt värmeledningsförmåga (med en värmeledningsförmåga på 401 W/(m²).・K), mycket högre än för silverpasta). Det expanderade kopparnätet kan användas som en "värmeavledningskanal" för att snabbt leda värmen som genereras av cellen till modulens yta och avleda värme genom luftkonvektion, vilket minskar modulens driftstemperatur och minskar effektivitetsförlusten orsakad av temperaturförlust.

3. Huvudskälen till att välja "kopparmaterial" för kopparduk: Anpassning till prestandakraven för kraftgenereringsblad

Kraftgenereringsblad har strikta prestandakrav för kopparfiberduk, och kopparns inneboende egenskaper uppfyller dessa krav perfekt. De specifika fördelarna visas i följande tabell:

Sammanfattningsvis är kopparnätet i kraftgenereringsblad inte en "universell komponent", utan spelar en riktad roll beroende på typen av utrustning (vindkraft/solceller). I vindturbinblad fokuserar det på "blixtskydd + hälsoövervakning" för att säkerställa utrustningens säker drift; i solcellsmoduler fokuserar det på "högeffektiv konduktivitet + strukturell hållbarhet" för att förbättra kraftgenereringseffektiviteten och livslängden. Kärnan i dess funktioner kretsar kring de tre kärnmålen att "säkerställa säkerhet, stabilitet och hög effektivitet hos kraftgenereringsutrustning", och kopparmaterialets egenskaper är det viktigaste stödet för att förverkliga dessa funktioner.