Ο ρόλος του επεκταμένου πλέγματος χαλκού στις λεπίδες παραγωγής ενέργειας

Το διογκωμένο πλέγμα χαλκού που χρησιμοποιείται σε πτερύγια παραγωγής ενέργειας (συνήθως αναφέρεται σε πτερύγια ανεμογεννητριών ή σε δομές που μοιάζουν με πτερύγια σε ηλιακά φωτοβολταϊκά στοιχεία) παίζει βασικό ρόλο στη διασφάλιση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, στην ενίσχυση της δομικής σταθερότητας και στη βελτιστοποίηση της απόδοσης της παραγωγής ενέργειας. Οι λειτουργίες του πρέπει να αναλυθούν λεπτομερώς με βάση τον τύπο του εξοπλισμού παραγωγής ενέργειας (αιολική ενέργεια/φωτοβολταϊκά). Τα παρακάτω αποτελούν μια ερμηνεία ανά σενάριο:

1. Πτερύγια Ανεμογεννητριών: Βασικοί Ρόλοι του Διευρυμένου Πλέγματος Χάλκινου – Αντικεραυνική Προστασία και Παρακολούθηση Δομικών Υλικών

Τα πτερύγια ανεμογεννητριών (κυρίως κατασκευασμένα από σύνθετα υλικά από υαλονήματα/ίνες άνθρακα, με μήκος έως και δεκάδες μέτρα) είναι εξαρτήματα επιρρεπή σε κεραυνούς σε μεγάλα υψόμετρα. Σε αυτό το σενάριο, το διογκωμένο πλέγμα χαλκού αναλαμβάνει κυρίως τη διπλή λειτουργία της «προστασίας από κεραυνούς» και της «παρακολούθησης της υγείας». Οι συγκεκριμένοι ρόλοι αναλύονται ως εξής:

1.1 Προστασία από κεραυνό: Δημιουργία «αγώγιμης διαδρομής» μέσα στη λεπίδα για την αποφυγή ζημιών από κεραυνό

1.1.1 Αντικατάσταση της τοπικής προστασίας των παραδοσιακών μεταλλικών αλεξικέραυνων

Η παραδοσιακή προστασία από κεραυνούς των λεπίδων βασίζεται στο μεταλλικό αλεξικέραυνο στην άκρη της λεπίδας. Ωστόσο, το κύριο σώμα της λεπίδας είναι κατασκευασμένο από μονωτικά σύνθετα υλικά. Όταν συμβεί κεραυνός, το ρεύμα είναι πιθανό να σχηματίσει μια «βαθμιδωτή τάση» στο εσωτερικό της, η οποία μπορεί να διασπάσει τη δομή της λεπίδας ή να κάψει το εσωτερικό κύκλωμα. Το χάλκινο διογκωμένο πλέγμα (συνήθως ένα λεπτό πλέγμα από χαλκό, προσαρτημένο στο εσωτερικό τοίχωμα της λεπίδας ή ενσωματωμένο στο στρώμα σύνθετου υλικού) μπορεί να σχηματίσει ένα συνεχές αγώγιμο δίκτυο στο εσωτερικό της λεπίδας. Αγωγεύει ομοιόμορφα το ρεύμα κεραυνού που λαμβάνεται από το αλεξικέραυνο της άκρης της λεπίδας στο σύστημα γείωσης στη ρίζα της λεπίδας, αποφεύγοντας τη συγκέντρωση ρεύματος που μπορεί να διασπάσει τη λεπίδα. Ταυτόχρονα, προστατεύει τους εσωτερικούς αισθητήρες (όπως αισθητήρες καταπόνησης και αισθητήρες θερμοκρασίας) από ζημιές από κεραυνούς.

1.1.2 Μείωση του κινδύνου σπινθήρων που προκαλούνται από κεραυνούς

Ο χαλκός έχει εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα (με ειδική αντίσταση μόνο 1,72×10⁻⁸Ω)・m, πολύ χαμηλότερο από αυτό του αλουμινίου και του σιδήρου). Μπορεί να άγει γρήγορα το ρεύμα κεραυνού, να μειώσει τους σπινθήρες υψηλής θερμοκρασίας που παράγονται από το ρεύμα που παραμένει μέσα στη λεπίδα, να αποφύγει την ανάφλεξη σύνθετων υλικών λεπίδας (ορισμένα σύνθετα υλικά με βάση ρητίνη είναι εύφλεκτα) και να μειώσει τον κίνδυνο ασφαλείας από το κάψιμο της λεπίδας.

1.2 Παρακολούθηση Δομικής Υγείας: Λειτουργώντας ως «Ηλεκτρόδιο Ανίχνευσης» ή «Φορέας Μετάδοσης Σήματος»

1.2.1 Υποβοήθηση στη μετάδοση σήματος ενσωματωμένων αισθητήρων

Τα σύγχρονα πτερύγια ανεμογεννητριών πρέπει να παρακολουθούν τις δικές τους παραμορφώσεις, κραδασμούς, θερμοκρασία και άλλες παραμέτρους σε πραγματικό χρόνο για να προσδιορίσουν εάν υπάρχουν ρωγμές και ζημιές από κόπωση. Ένας μεγάλος αριθμός μικροαισθητήρων εμφυτεύεται μέσα στα πτερύγια. Το χάλκινο διογκωμένο πλέγμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως «γραμμή μετάδοσης σήματος» των αισθητήρων. Το χαρακτηριστικό χαμηλής αντίστασης του χάλκινου πλέγματος μειώνει την εξασθένηση των σημάτων παρακολούθησης κατά τη μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις, διασφαλίζοντας ότι το σύστημα παρακολούθησης στη ρίζα του πτερυγίου μπορεί να λαμβάνει με ακρίβεια δεδομένα υγείας της άκρης και του σώματος του πτερυγίου. Ταυτόχρονα, η δομή πλέγματος του χάλκινου πλέγματος μπορεί να σχηματίσει ένα «κατανεμημένο δίκτυο παρακολούθησης» με τους αισθητήρες, καλύπτοντας ολόκληρη την περιοχή του πτερυγίου και αποφεύγοντας τα τυφλά σημεία παρακολούθησης.

1.2.2 Ενίσχυση της αντιστατικής ικανότητας των σύνθετων υλικών

Όταν η λεπίδα περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα, τρίβεται στον αέρα και παράγει στατικό ηλεκτρισμό. Εάν συσσωρευτεί υπερβολική ποσότητα στατικού ηλεκτρισμού, μπορεί να επηρεάσει τα εσωτερικά σήματα των αισθητήρων ή να προκαλέσει βλάβη στα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Η αγώγιμη ιδιότητα του χάλκινου διογκωμένου πλέγματος μπορεί να άγει στατικό ηλεκτρισμό στο σύστημα γείωσης σε πραγματικό χρόνο, διατηρώντας την ηλεκτροστατική ισορροπία στο εσωτερικό της λεπίδας και διασφαλίζοντας τη σταθερή λειτουργία του συστήματος παρακολούθησης και του κυκλώματος ελέγχου.

2. Ηλιακά Φωτοβολταϊκά Μονάδες (Δομές που μοιάζουν με λεπίδες): Βασικοί Ρόλοι του Διευρυμένου Πλέγματος Χάλκινου – Αγωγιμότητα και Βελτιστοποίηση της Απόδοσης Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας

Σε ορισμένο ηλιακό φωτοβολταϊκό εξοπλισμό (όπως εύκαμπτα φωτοβολταϊκά πάνελ και μονάδες παραγωγής ενέργειας από φωτοβολταϊκά πλακίδια που μοιάζουν με λεπίδες), το διογκωμένο πλέγμα χαλκού χρησιμοποιείται κυρίως για να αντικαταστήσει ή να βοηθήσει τα παραδοσιακά ηλεκτρόδια αργύρου, βελτιώνοντας την απόδοση αγωγιμότητας και την ανθεκτικότητα της δομής. Οι συγκεκριμένοι ρόλοι είναι οι εξής:

2.1 Βελτίωση της απόδοσης συλλογής ρεύματος και μετάδοσης

2.1.1 Μια «αγώγιμη λύση χαμηλού κόστους» που αντικαθιστά την παραδοσιακή πάστα αργύρου

Ο πυρήνας των φωτοβολταϊκών μονάδων είναι το κρυσταλλικό κύτταρο πυριτίου. Τα ηλεκτρόδια χρειάζονται για τη συλλογή του φωτοπαραγόμενου ρεύματος που παράγεται από το κύτταρο. Τα παραδοσιακά ηλεκτρόδια χρησιμοποιούν κυρίως πάστα αργύρου (η οποία έχει καλή αγωγιμότητα αλλά είναι εξαιρετικά ακριβή). Το διογκωμένο πλέγμα χαλκού (με αγωγιμότητα κοντά σε αυτή του αργύρου και κόστος μόνο περίπου 1/50 του αργύρου) μπορεί να καλύψει την επιφάνεια του κυττάρου μέσω μιας «δομής πλέγματος» για να σχηματίσει ένα αποτελεσματικό δίκτυο συλλογής ρεύματος. Τα κενά πλέγματος του πλέγματος χαλκού επιτρέπουν στο φως να διεισδύει κανονικά (χωρίς να εμποδίζει την περιοχή λήψης φωτός του κυττάρου) και ταυτόχρονα, οι γραμμές πλέγματος μπορούν να συλλέξουν γρήγορα το ρεύμα που διασκορπίζεται σε διάφορα μέρη του κυττάρου, μειώνοντας την «απώλεια αντίστασης σε σειρά» κατά τη μετάδοση ρεύματος και βελτιώνοντας τη συνολική απόδοση παραγωγής ενέργειας του φωτοβολταϊκού κύτταρου.

2.1.2 Προσαρμογή στις απαιτήσεις παραμόρφωσης των εύκαμπτων φωτοβολταϊκών μονάδων

Τα εύκαμπτα φωτοβολταϊκά πάνελ (όπως αυτά που χρησιμοποιούνται σε καμπύλες στέγες και φορητό εξοπλισμό) πρέπει να έχουν χαρακτηριστικά κάμψης. Τα παραδοσιακά ηλεκτρόδια από ασημένια πάστα (τα οποία είναι εύθραυστα και εύκολα σπάνε όταν κάμπτονται) δεν μπορούν να προσαρμοστούν. Ωστόσο, το χάλκινο πλέγμα έχει καλή ευκαμψία και ολκιμότητα, η οποία μπορεί να κάμπτεται ταυτόχρονα με το εύκαμπτο στοιχείο. Μετά την κάμψη, διατηρεί σταθερή αγωγιμότητα, αποφεύγοντας την αστοχία παραγωγής ενέργειας που προκαλείται από το σπάσιμο του ηλεκτροδίου.

2.2 Ενίσχυση της δομικής ανθεκτικότητας των φωτοβολταϊκών μονάδων

2.2.1 Αντοχή στη διάβρωση του περιβάλλοντος και στις μηχανικές βλάβες

Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια εκτίθενται σε εξωτερικούς χώρους για μεγάλο χρονικό διάστημα (εκτεθειμένα σε άνεμο, βροχή, υψηλή θερμοκρασία και υψηλή υγρασία). Τα παραδοσιακά ηλεκτρόδια από ασημένια πάστα διαβρώνονται εύκολα από υδρατμούς και αλάτι (σε ​​παράκτιες περιοχές), με αποτέλεσμα τη μείωση της αγωγιμότητας. Το χάλκινο πλέγμα μπορεί να βελτιώσει περαιτέρω την αντοχή του στη διάβρωση μέσω επιφανειακής επιμετάλλωσης (όπως επικασσιτέρωση και επινικέλωση). Ταυτόχρονα, η δομή πλέγματος του χάλκινου πλέγματος μπορεί να διασκορπίσει την καταπόνηση από εξωτερικές μηχανικές κρούσεις (όπως χαλάζι και κρούση άμμου), αποτρέποντας το σπάσιμο του στοιχείου λόγω υπερβολικής τοπικής καταπόνησης και παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής του φωτοβολταϊκού πλαισίου.

2.2.2 Υποβοήθηση στην απαγωγή θερμότητας και μείωση της απώλειας θερμοκρασίας

Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία παράγουν θερμότητα λόγω της απορρόφησης φωτός κατά τη λειτουργία. Οι υπερβολικά υψηλές θερμοκρασίες θα οδηγήσουν σε «απώλεια συντελεστή θερμοκρασίας» (η απόδοση παραγωγής ενέργειας των κυψελών κρυσταλλικού πυριτίου μειώνεται κατά περίπου 0,4% – 0,5% για κάθε αύξηση της θερμοκρασίας κατά 1℃). Ο χαλκός έχει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα (με θερμική αγωγιμότητα 401W/(m・K), πολύ υψηλότερο από αυτό της πάστας αργύρου). Το διογκωμένο πλέγμα χαλκού μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως «κανάλι απαγωγής θερμότητας» για να μεταφέρει γρήγορα τη θερμότητα που παράγεται από το στοιχείο στην επιφάνεια της μονάδας και να διαχέει τη θερμότητα μέσω της μεταφοράς αέρα, μειώνοντας τη θερμοκρασία λειτουργίας της μονάδας και μειώνοντας την απώλεια απόδοσης που προκαλείται από την απώλεια θερμοκρασίας.

3. Βασικοί λόγοι για την επιλογή «υλικού χαλκού» για το πλέγμα από χαλκό: Προσαρμογή στις απαιτήσεις απόδοσης των λεπίδων παραγωγής ενέργειας

Τα πτερύγια παραγωγής ενέργειας έχουν αυστηρές απαιτήσεις απόδοσης για το διογκωμένο πλέγμα χαλκού και τα εγγενή χαρακτηριστικά του χαλκού πληρούν απόλυτα αυτές τις απαιτήσεις. Τα συγκεκριμένα πλεονεκτήματα παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα:

Συμπερασματικά, το χάλκινο διογκωμένο πλέγμα στα πτερύγια παραγωγής ενέργειας δεν είναι «καθολικό εξάρτημα», αλλά παίζει στοχευμένο ρόλο ανάλογα με τον τύπο του εξοπλισμού (αιολική ενέργεια/φωτοβολταϊκά). Στα πτερύγια ανεμογεννητριών, εστιάζει στην «προστασία από κεραυνούς + παρακολούθηση της υγείας» για να διασφαλιστεί η ασφαλής λειτουργία του εξοπλισμού. Στα φωτοβολταϊκά πλαίσια, εστιάζει στην «αγωγιμότητα υψηλής απόδοσης + δομική ανθεκτικότητα» για να βελτιωθεί η απόδοση και η διάρκεια ζωής της παραγωγής ενέργειας. Η ουσία των λειτουργιών του περιστρέφεται γύρω από τους τρεις βασικούς στόχους της «εξασφάλισης της ασφάλειας, της σταθερότητας και της υψηλής απόδοσης του εξοπλισμού παραγωγής ενέργειας» και τα χαρακτηριστικά του χαλκού αποτελούν τη βασική υποστήριξη για την υλοποίηση αυτών των λειτουργιών.