De rol van koperen gaas in elektriciteitsopwekkingsbladen

Het koperen gaas dat wordt gebruikt in bladen van elektriciteitsopwekking (meestal verwijzend naar windturbinebladen of bladachtige structuren in fotovoltaïsche modules) speelt een cruciale rol bij het garanderen van de elektrische geleidbaarheid, het verbeteren van de structurele stabiliteit en het optimaliseren van de efficiëntie van de elektriciteitsopwekking. De functies ervan moeten gedetailleerd worden geanalyseerd op basis van het type elektriciteitsopwekkingsapparatuur (windenergie/fotovoltaïsch). Hieronder volgt een scenariospecifieke interpretatie:

1. Windturbinebladen: kerntaken van koperen breidgaas – bliksembeveiliging en structurele monitoring

Windturbinebladen (meestal gemaakt van glasvezel-/koolstofvezelcomposietmaterialen, met een lengte tot tientallen meters) zijn componenten die gevoelig zijn voor blikseminslagen op grote hoogte. In dit scenario vervult koperen gaas voornamelijk de dubbele functie van "bliksembeveiliging" en "gezondheidsmonitoring". De specifieke rollen zijn als volgt verdeeld:

1.1 Bescherming tegen blikseminslag: een "geleidend pad" in het mes creëren om bliksemschade te voorkomen

1.1.1 Het vervangen van de lokale bescherming van traditionele metalen bliksemafleiders

Traditionele bliksembeveiliging voor bladen is gebaseerd op de metalen bliksemafleider aan de bladpunt. Het blad zelf is echter gemaakt van isolerende composietmaterialen. Bij een blikseminslag zal de stroom waarschijnlijk een "stapspanning" in het blad vormen, waardoor de bladstructuur kan vernielen of het interne circuit kan verbranden. Het koperen gaas (meestal een fijn geweven koperen gaas, bevestigd aan de binnenwand van het blad of ingebed in de composietmateriaallaag) kan een continu geleidend netwerk in het blad vormen. Het geleidt de bliksemstroom die door de bladpuntafleider wordt opgevangen gelijkmatig naar het aardingssysteem aan de basis van het blad, waardoor stroomconcentratie wordt vermeden die het blad zou kunnen vernielen. Tegelijkertijd beschermt het interne sensoren (zoals rek- en temperatuursensoren) tegen bliksemschade.

1.1.2 Het risico op door bliksem veroorzaakte vonken verminderen

Koper heeft een uitstekende elektrische geleidbaarheid (met een soortelijke weerstand van slechts 1,72×10⁻⁸Ω・m, veel lager dan die van aluminium en ijzer). Het kan bliksemstroom snel geleiden, vonken met hoge temperaturen die ontstaan ​​doordat de stroom in het blad blijft, verminderen, voorkomen dat composietmaterialen van het blad ontbranden (sommige composietmaterialen op harsbasis zijn brandbaar) en het veiligheidsrisico van brandende bladen verminderen.

1.2 Structurele gezondheidsmonitoring: fungeren als een “voelende elektrode” of “signaaltransmissiedrager”

1.2.1 Ondersteuning bij signaaloverdracht van ingebouwde sensoren

Moderne windturbinebladen moeten hun eigen vervorming, trillingen, temperatuur en andere parameters in realtime monitoren om te bepalen of er scheuren en vermoeiingsschade zijn. Een groot aantal microsensoren is in de bladen geïmplanteerd. Het geëxpandeerde koperen gaas kan worden gebruikt als de "signaaltransmissielijn" van de sensoren. De lage weerstand van het koperen gaas vermindert de demping van monitoringsignalen tijdens transmissie over lange afstanden, waardoor het monitoringsysteem aan de basis van het blad nauwkeurige gezondheidsgegevens van de bladpunt en het bladlichaam kan ontvangen. Tegelijkertijd kan de gaasstructuur van het koperen gaas een "gedistribueerd monitoringnetwerk" vormen met de sensoren, dat het volledige bladoppervlak bestrijkt en blinde hoeken in de monitoring vermijdt.

1.2.2 Verbetering van het antistatische vermogen van composietmaterialen

Wanneer het blad met hoge snelheid draait, wrijft het tegen de lucht, waardoor statische elektriciteit ontstaat. Een te hoge statische elektriciteitsophoping kan interne sensorsignalen verstoren of elektronische componenten kapotmaken. De geleidende eigenschappen van het koperen gaas kunnen statische elektriciteit in realtime naar het aardingssysteem geleiden, waardoor de elektrostatische balans in het blad behouden blijft en de stabiele werking van het bewakingssysteem en het regelcircuit wordt gewaarborgd.

2. Zonnepanelen (bladachtige structuren): kernfuncties van koperen breid gaas – geleidbaarheid en optimalisatie van de efficiëntie van de elektriciteitsopwekking

In sommige fotovoltaïsche zonne-energie-installaties (zoals flexibele fotovoltaïsche panelen en "bladvormige" stroomopwekkingsunits van fotovoltaïsche tegels) wordt koperen gaas voornamelijk gebruikt ter vervanging of ondersteuning van traditionele zilverpasta-elektroden, waardoor de geleidbaarheid en de structurele duurzaamheid worden verbeterd. De specifieke functies zijn als volgt:

2.1 Verbetering van de efficiëntie van stroomverzameling en -transmissie

2.1.1 Een “goedkope geleidende oplossing” ter vervanging van traditionele zilverpasta

De kern van fotovoltaïsche modules is de kristallijne siliciumcel. Elektroden zijn nodig om de door de cel gegenereerde fotostroom te verzamelen. Traditionele elektroden gebruiken meestal zilverpasta (die een goede geleiding heeft, maar extreem duur is). Het geëxpandeerde koperen gaas (met een geleiding die vergelijkbaar is met die van zilver en een kostprijs van slechts ongeveer 1/50 van die van zilver) kan het oppervlak van de cel bedekken via een "roosterstructuur" om een ​​efficiënt stroomverzamelnetwerk te vormen. De roosteropeningen van het koperen gaas laten licht normaal doordringen (zonder het lichtontvangende gebied van de cel te blokkeren), en tegelijkertijd kunnen de roosterlijnen snel de stroom verzamelen die over verschillende delen van de cel verspreid is, waardoor het "serieweerstandsverlies" tijdens de stroomtransmissie wordt verminderd en de algehele efficiëntie van de stroomopwekking van de fotovoltaïsche module wordt verbeterd.

2.1.2 Aanpassing aan de vervormingsvereisten van flexibele fotovoltaïsche modules

Flexibele zonnepanelen (zoals die gebruikt worden in gebogen daken en mobiele apparatuur) moeten buigzaam zijn. Traditionele zilverpasta-elektroden (die broos zijn en gemakkelijk breken bij buiging) kunnen hier niet voor gebruikt worden. Het kopergaas is echter zeer flexibel en ductiliteitsgevoelig, waardoor het synchroon met de flexibele cel kan buigen. Na buiging behoudt het nog steeds een stabiele geleidbaarheid, waardoor storingen in de stroomopwekking door elektrodebreuk worden voorkomen.

2.2 Verbetering van de structurele duurzaamheid van fotovoltaïsche modules

2.2.1 Weerstand bieden tegen omgevingscorrosie en mechanische schade

Fotovoltaïsche modules worden langdurig blootgesteld aan de buitenlucht (wind, regen, hoge temperaturen en hoge luchtvochtigheid). Traditionele zilverelektroden corroderen gemakkelijk door waterdamp en zout (in kustgebieden), wat resulteert in een afname van de geleidbaarheid. Het koperen gaas kan de corrosiebestendigheid verder verbeteren door oppervlaktebehandeling (zoals vertinnen en vernikkelen). Tegelijkertijd kan de gaasstructuur van het koperen gaas de spanning van externe mechanische invloeden (zoals hagel en zand) verdelen, waardoor breuk van de cel door overmatige lokale spanning wordt voorkomen en de levensduur van de fotovoltaïsche module wordt verlengd.

2.2.2 Ondersteuning bij warmteafvoer en vermindering van temperatuurverlies

Fotovoltaïsche modules genereren warmte door lichtabsorptie tijdens gebruik. Extreem hoge temperaturen leiden tot "temperatuurcoëfficiëntverlies" (het rendement van kristallijne siliciumcellen neemt met ongeveer 0,4% tot 0,5% af per 1 °C temperatuurstijging). Koper heeft een uitstekende thermische geleidbaarheid (met een thermische geleidbaarheid van 401 W/(m・K), veel hoger dan die van zilverpasta). Het geëxpandeerde koperen gaas kan worden gebruikt als een "warmteafvoerkanaal" om de door de cel gegenereerde warmte snel naar het oppervlak van de module te geleiden en warmte af te voeren via luchtconvectie, waardoor de bedrijfstemperatuur van de module wordt verlaagd en het efficiëntieverlies als gevolg van temperatuurverlies wordt verminderd.

3. Belangrijkste redenen om voor kopermateriaal te kiezen voor koperen extensieve gaas: Aanpassing aan de prestatievereisten van elektriciteitsopwekkingsbladen

Bladen voor elektriciteitsopwekking stellen strenge prestatie-eisen aan geëxpandeerd kopergaas, en de inherente eigenschappen van koper voldoen perfect aan deze eisen. De specifieke voordelen worden weergegeven in de volgende tabel:

Concluderend is het geëxpandeerde kopergaas in bladen voor energieopwekking geen "universeel onderdeel", maar speelt het een specifieke rol, afhankelijk van het type apparatuur (windenergie/zonne-energie). Bij windturbinebladen richt het zich op "bliksembeveiliging + gezondheidsmonitoring" om de veilige werking van de apparatuur te garanderen; bij zonne-energiemodules richt het zich op "hoogrenderende geleidbaarheid + structurele duurzaamheid" om de efficiëntie en levensduur van de energieopwekking te verbeteren. De kern van de functies draait om de drie kerndoelen: "het waarborgen van de veiligheid, stabiliteit en hoge efficiëntie van de apparatuur voor energieopwekking", en de eigenschappen van het kopermateriaal vormen de belangrijkste ondersteuning voor het realiseren van deze functies.