Vario išplėsto tinklelio vaidmuo energijos gamybos peiliuose

Vario išskleistas tinklelis, naudojamas elektros energijos gamybos mentėse (dažniausiai tai reiškia vėjo turbinų mentes arba mentės formos struktūras saulės fotovoltiniuose moduliuose), atlieka pagrindinį vaidmenį užtikrinant elektros laidumą, didinant konstrukcijos stabilumą ir optimizuojant energijos gamybos efektyvumą. Jo funkcijas reikia išsamiai išanalizuoti atsižvelgiant į energijos gamybos įrangos tipą (vėjo energija / fotovoltinė). Toliau pateikiamas konkrečiam scenarijui pritaikytas aiškinimas:

1. Vėjo turbinų mentės: pagrindiniai vario išplėsto tinklo vaidmenys – žaibosauga ir konstrukcijų stebėsena

Vėjo turbinų mentės (dažniausiai pagamintos iš stiklo pluošto / anglies pluošto kompozicinių medžiagų, kurių ilgis siekia iki dešimčių metrų) yra komponentai, kuriems dideliame aukštyje gali trenkti žaibai. Šiuo atveju vario išplėstinis tinklas daugiausia atlieka dvigubas „žaibosaugos“ ir „būklės stebėjimo“ funkcijas. Konkretūs vaidmenys suskirstyti taip:

1.1 Apsauga nuo žaibo smūgio: „laidžiojo kelio“ sukūrimas mentės viduje, siekiant išvengti žaibo daromos žalos

1.1.1 Tradicinių metalinių žaibolaidžių vietinės apsaugos pakeitimas

Tradicinė žaibosauga peiliuose paremta metaliniu žaibolaidžiu peilio gale. Tačiau pagrindinis peilio korpusas pagamintas iš izoliacinių kompozicinių medžiagų. Įvykus žaibo smūgiui, srovė peilio viduje gali suformuoti „laiptinę įtampą“, kuri gali sugriauti peilio struktūrą arba sudeginti vidinę grandinę. Išplėstas varinis tinklelis (dažniausiai tai smulkus vario austas tinklelis, pritvirtintas prie vidinės peilio sienelės arba įterptas į kompozicinės medžiagos sluoksnį) peilio viduje gali sudaryti ištisinį laidų tinklą. Jis tolygiai perduoda žaibo srovę, gaunamą peilio galo žaibolaidžio, į įžeminimo sistemą peilio apačioje, išvengdamas srovės koncentracijos, kuri galėtų sugadinti peiliuką. Tuo pačiu metu jis apsaugo vidinius jutiklius (pvz., deformacijos jutiklius ir temperatūros jutiklius) nuo žaibo daromos žalos.

1.1.2 Žaibo sukeltų kibirkščių rizikos mažinimas

Varis pasižymi puikiu elektriniu laidumu (jo varža yra tik 1,72 × 10⁻⁸Ω・m, daug mažesnis nei aliuminio ir geležies). Jis gali greitai praleisti žaibo srovę, sumažinti aukštos temperatūros kibirkštis, kurias sukelia srovė, likusi mentės viduje, išvengti mentės kompozicinių medžiagų užsidegimo (kai kurios dervos pagrindo kompozicinės medžiagos yra degios) ir sumažinti mentės degimo pavojų saugai.

1.2 Struktūrinės būklės stebėsena: tarnauja kaip „jutimo elektrodas“ arba „signalo perdavimo nešėjas“

1.2.1 Pagalba perduodant integruotų jutiklių signalus

Šiuolaikinės vėjo turbinų mentės turi realiuoju laiku stebėti savo deformaciją, vibraciją, temperatūrą ir kitus parametrus, kad nustatytų, ar nėra įtrūkimų ir nuovargio pažeidimų. Menčių viduje implantuota daug mikrojutiklio. Vario išplėstas tinklas gali būti naudojamas kaip jutiklių „signalo perdavimo linija“. Maža vario tinklo varža sumažina stebėjimo signalų slopinimą perdavimo dideliais atstumais metu, užtikrindama, kad stebėjimo sistema mentės apačioje galėtų tiksliai gauti mentės galo ir mentės korpuso būklės duomenis. Tuo pačiu metu vario tinklo struktūra su jutikliais gali sudaryti „paskirstytą stebėjimo tinklą“, apimantį visą mentės plotą ir išvengiant stebėjimo aklųjų zonų.

1.2.2 Kompozitinių medžiagų antistatinių savybių gerinimas

Kai peilis sukasi dideliu greičiu, jis trinasi į orą ir sukuria statinę elektrą. Jei susikaupia per daug statinės elektros, ji gali trikdyti vidinių jutiklių signalus arba sugadinti elektroninius komponentus. Vario išplėsto tinklelio laidumas gali realiuoju laiku perduoti statinę elektrą į įžeminimo sistemą, palaikydamas elektrostatinę pusiausvyrą peilio viduje ir užtikrindamas stabilų stebėjimo sistemos bei valdymo grandinės veikimą.

2. Saulės fotovoltiniai moduliai (mentės formos struktūros): pagrindiniai vario išplėsto tinklo vaidmenys – laidumas ir energijos gamybos efektyvumo optimizavimas

Kai kuriuose saulės fotovoltiniuose įrenginiuose (pvz., lanksčiuose fotovoltiniuose skyduose ir fotovoltinių plytelių „menčių“ formos energijos gamybos įrenginiuose) vario išplėstinis tinklelis daugiausia naudojamas tradiciniams sidabro pastos elektrodams pakeisti arba padėti, gerinant laidumo efektyvumą ir konstrukcijos ilgaamžiškumą. Konkretūs vaidmenys yra šie:

2.1 Srovės surinkimo ir perdavimo efektyvumo gerinimas

2.1.1 „Pigus laidus sprendimas“, pakeičiantis tradicinę sidabro pastą

Fotovoltinių modulių šerdis yra kristalinio silicio elementas. Elektrodai reikalingi elemento generuojamai fotosrovei surinkti. Tradiciniams elektrodams dažniausiai naudojama sidabro pasta (kuri pasižymi geru laidumu, bet yra labai brangi). Vario išplėstas tinklelis (kurio laidumas artimas sidabro laidumui ir kaina tesudaro apie 1/50 sidabro) gali padengti elemento paviršių per „tinklinę struktūrą“ ir suformuoti efektyvų srovės surinkimo tinklą. Vario tinklelio tinklelio tarpai leidžia šviesai prasiskverbti normaliai (neužblokuojant elemento šviesą priimančios srities), o tuo pačiu metu tinklelio linijos gali greitai surinkti srovę, išsklaidytą įvairiose elemento dalyse, taip sumažindamos „nuosekliosios varžos nuostolius“ srovės perdavimo metu ir pagerindamos bendrą fotovoltinio modulio energijos gamybos efektyvumą.

2.1.2 Prisitaikymas prie lanksčių fotovoltinių modulių deformacijos reikalavimų

Lankstūs fotovoltiniai skydai (pvz., naudojami lenktuose stoguose ir nešiojamojoje įrangoje) turi pasižymėti lankstumo savybėmis. Tradiciniai sidabro pastos elektrodai (kurie yra trapūs ir lengvai lūžta lenkiant) negali būti pritaikyti. Tačiau vario tinklelis yra lankstus ir tąsus, todėl gali lenktis sinchroniškai su lanksčiu elementu. Po lenkimo jis vis tiek išlaiko stabilų laidumą, todėl išvengiama elektros energijos gamybos sutrikimų, kuriuos sukelia elektrodų lūžis.

2.2 Fotovoltinių modulių konstrukcijos ilgaamžiškumo didinimas

2.2.1 Atsparumas aplinkos korozijai ir mechaniniams pažeidimams

Fotovoltiniai moduliai ilgą laiką yra veikiami lauko sąlygų (vėjo, lietaus, aukštos temperatūros ir didelės drėgmės). Tradicinius sidabro pastos elektrodus lengvai koroduoja vandens garai ir druska (pakrančių zonose), todėl sumažėja jų laidumas. Vario tinklelis gali dar labiau pagerinti savo atsparumą korozijai padengdamas jį paviršiumi (pvz., alavuodamas ir nikeliuodamas). Tuo pačiu metu vario tinklelio struktūra gali išsklaidyti išorinių mechaninių smūgių (pvz., krušos ir smėlio smūgio) sukeliamą įtempį, taip išvengiant elemento lūžimo dėl per didelio vietinio įtempio ir pailginant fotovoltinio modulio tarnavimo laiką.

2.2.2 Pagalba išsklaidant šilumą ir mažinant temperatūros nuostolius

Fotovoltiniai moduliai veikimo metu generuoja šilumą dėl šviesos sugerties. Pernelyg aukšta temperatūra sukels „temperatūros koeficiento nuostolius“ (kristalinio silicio elementų energijos gamybos efektyvumas sumažėja maždaug 0,4–0,5 % kiekvienam 1 ℃ temperatūros padidėjimui). Varis pasižymi puikiu šilumos laidumu (šilumos laidumas yra 401 W/(m・K), daug didesnis nei sidabro pastos). Vario išplėstas tinklelis gali būti naudojamas kaip „šilumos išsklaidymo kanalas“, kad elemento generuojama šiluma greitai būtų nukreipta į modulio paviršių ir išsklaidytų šilumą oro konvekcijos būdu, sumažinant modulio darbinę temperatūrą ir sumažinant dėl ​​temperatūros nuostolių atsirandančius efektyvumo nuostolius.

3. Pagrindinės priežastys, kodėl vario išplėstiniam tinklui pasirinkti „vario medžiagą“: prisitaikymas prie elektros energijos gamybos menčių našumo reikalavimų

Elektros energijos gamybos mentėms keliami griežti vario išplėsto tinklelio eksploataciniai reikalavimai, o vario savybės puikiai atitinka šiuos reikalavimus. Konkretūs privalumai pateikti šioje lentelėje:

Apibendrinant galima teigti, kad vario išplėstas tinklas elektros energijos gamybos mentėse nėra „universalus komponentas“, bet atlieka tikslinį vaidmenį priklausomai nuo įrangos tipo (vėjo energija / fotovoltinė). Vėjo turbinų mentėse jis orientuotas į „apsaugą nuo žaibo + būklės stebėseną“, siekiant užtikrinti saugų įrangos veikimą; fotovoltiniuose moduliuose jis orientuotas į „didelio efektyvumo laidumą + konstrukcijos ilgaamžiškumą“, siekiant pagerinti elektros energijos gamybos efektyvumą ir tarnavimo laiką. Jo funkcijų esmė sukasi apie tris pagrindinius tikslus: „užtikrinti elektros energijos gamybos įrangos saugą, stabilumą ir didelį efektyvumą“, o vario medžiagos savybės yra pagrindinė šių funkcijų įgyvendinimo priemonė.