תפקידה של רשת נחושת מורחבת בלהבי ייצור חשמל

רשת נחושת מורחבת המשמשת בלהבי ייצור חשמל (בדרך כלל מתייחסת ללהבי טורבינות רוח או מבנים דמויי להב במודולים פוטו-וולטאיים סולאריים) ממלאת תפקיד מרכזי בהבטחת מוליכות חשמלית, שיפור יציבות מבנית ואופטימיזציה של יעילות ייצור החשמל. יש לנתח את תפקידיה בפירוט בהתבסס על סוג ציוד ייצור החשמל (אנרגיית רוח/פוטו-וולטאית). להלן פרשנות ספציפית לתרחיש:

1. להבי טורבינות רוח: תפקידים מרכזיים של רשת נחושת מורחבת - הגנה מפני ברקים וניטור מבני

להבי טורבינות רוח (העשויים בעיקר מחומרים מרוכבים מסיבי זכוכית/סיבי פחמן, באורך של עד עשרות מטרים) הם רכיבים הנוטים לפגיעות ברק בגבהים גבוהים. בתרחיש זה, רשת נחושת מורחבת מבצעת בעיקר את הפונקציות הכפולות של "הגנה מפני ברקים" ו"ניטור בריאות". התפקידים הספציפיים מחולקים כדלקמן:

1.1 הגנה מפני פגיעות ברק: בניית "נתיב מוליך" בתוך הלהב כדי למנוע נזקי ברק

1.1.1 החלפת ההגנה המקומית של מוטות ברק מתכת מסורתיים

הגנה מסורתית מפני ברקים של הלהב מסתמכת על מעכב ברקים ממתכת בקצה הלהב. עם זאת, הגוף העיקרי של הלהב עשוי מחומרים מרוכבים מבודדים. כאשר מתרחשת מכת ברק, הזרם צפוי ליצור "מתח מדורג" בפנים, אשר עלול לפרק את מבנה הלהב או לשרוף את המעגל הפנימי. רשת הנחושת המורחבת (בדרך כלל רשת נחושת דקה ארוגה, המחוברת לדופן הפנימית של הלהב או משובצת בשכבת החומר המרוכב) יכולה ליצור רשת מוליכה רציפה בתוך הלהב. היא מוליכה באופן שווה את זרם הברק המתקבל על ידי מעכב קצה הלהב למערכת ההארקה בשורש הלהב, תוך הימנעות מריכוז זרם שעלול לפרק את הלהב. במקביל, היא מגנה על חיישנים פנימיים (כגון חיישני מאמץ וחיישני טמפרטורה) מפני נזקי ברק.

1.1.2 הפחתת הסיכון לניצוצות הנגרמים מברקים

לנחושת יש מוליכות חשמלית מצוינת (עם התנגדות של 1.72×10⁻⁸Ω בלבד).・מ', נמוך בהרבה מזה של אלומיניום וברזל). הוא יכול להוליך במהירות זרם ברקים, להפחית ניצוצות בטמפרטורה גבוהה הנוצרים מהזרם שנשאר בתוך הלהב, למנוע הצתה של חומרים מרוכבים של הלהב (חלק מהחומרים מרוכבים מבוססי שרף הם דליקים), ולהפחית את הסיכון הבטיחותי של שריפת הלהב.

1.2 ניטור בריאות מבנית: משמש כ"אלקטרודת חישה" או "נושא העברת אותות"

1.2.1 סיוע בהעברת אותות של חיישנים מובנים

להבי טורבינות רוח מודרניות צריכים לנטר את העיוות, הרטט, הטמפרטורה ופרמטרים אחרים שלהם בזמן אמת כדי לקבוע אם יש סדקים ונזקי עייפות. מספר רב של מיקרו-חיישנים מושתלים בתוך הלהבים. רשת הנחושת המורחבת יכולה לשמש כ"קו העברת אותות" של החיישנים. מאפיין ההתנגדות הנמוכה של רשת הנחושת מפחית את הדעיכה של אותות הניטור במהלך שידור למרחקים ארוכים, ומבטיח שמערכת הניטור בשורש הלהב תוכל לקבל במדויק נתוני בריאות של קצה הלהב וגוף הלהב. במקביל, מבנה הרשת של רשת הנחושת יכול ליצור "רשת ניטור מבוזרת" עם החיישנים, המכסה את כל שטח הלהב ונמנעת מנקודות עיוורות ניטור.

1.2.2 שיפור היכולת האנטי-סטטית של חומרים מרוכבים

כאשר הלהב מסתובב במהירות גבוהה, הוא מתחכך באוויר ויוצר חשמל סטטי. אם מצטבר יותר מדי חשמל סטטי, הוא עלול להפריע לאותות החיישנים הפנימיים או לקלקל רכיבים אלקטרוניים. תכונת ההולכה של רשת הנחושת המורחבת יכולה להוליך חשמל סטטי למערכת ההארקה בזמן אמת, לשמור על איזון אלקטרוסטטי בתוך הלהב ולהבטיח פעולה יציבה של מערכת הניטור ומעגל הבקרה.

2. מודולים פוטו-וולטאיים סולאריים (מבנים דמויי להב): תפקידים מרכזיים של רשת נחושת מורחבת - מוליכות ואופטימיזציה של יעילות ייצור חשמל

בציוד פוטו-וולטאי סולארי מסוים (כגון פאנלים פוטו-וולטאיים גמישים ויחידות ייצור חשמל "דמויות להב" של אריחים פוטו-וולטאיים), רשת נחושת מורחבת משמשת בעיקר להחלפה או סיוע לאלקטרודות כסף מסורתיות, ובכך משפרת את יעילות המוליכות ואת העמידות המבנית. התפקידים הספציפיים הם כדלקמן:

2.1 שיפור יעילות איסוף הזרם והולכתו

2.1.1 "פתרון מוליך בעלות נמוכה" המחליף את משחת הכסף המסורתית

ליבת המודולים הפוטו-וולטאיים היא תא סיליקון גבישי. אלקטרודות נדרשות כדי לאסוף את הזרם הפוטו-וולטאי שנוצר על ידי התא. אלקטרודות מסורתיות משתמשות בעיקר במשחת כסף (בעלת מוליכות טובה אך יקרה ביותר). רשת נחושת מורחבת (עם מוליכות קרובה לזו של כסף ועלות של כ-1/50 בלבד מזו של כסף) יכולה לכסות את פני התא באמצעות "מבנה רשת" כדי ליצור רשת איסוף זרם יעילה. פערי הרשת של רשת הנחושת מאפשרים לאור לחדור כרגיל (מבלי לחסום את אזור קליטת האור של התא), ובמקביל, קווי הרשת יכולים לאסוף במהירות את הזרם המפוזר בחלקים שונים של התא, להפחית את "אובדן ההתנגדות הטורית" במהלך העברת הזרם ולשפר את יעילות ייצור החשמל הכוללת של המודול הפוטו-וולטאי.

2.1.2 התאמה לדרישות העיוות של מודולים פוטו-וולטאיים גמישים

פאנלים פוטו-וולטאיים גמישים (כגון אלה המשמשים בגגות מעוקלים ובציוד נייד) צריכים להיות בעלי מאפייני גמישות. אלקטרודות כסף מסורתיות (שהן שבירות וקלות להישבר כשהן מכופפות) אינן ניתנות להתאמה. עם זאת, לרשת הנחושת יש גמישות וגמישות טובות, שיכולות להתכופף באופן סינכרוני עם התא הגמיש. לאחר הכיפוף, היא עדיין שומרת על מוליכות יציבה, ובכך מונעת כשל בייצור חשמל הנגרם משבירת אלקטרודה.

2.2 שיפור העמידות המבנית של מודולים פוטו-וולטאיים

2.2.1 עמידות בפני קורוזיה סביבתית ונזק מכני

מודולים פוטו-וולטאיים חשופים לחוץ למשך זמן רב (חשופים לרוח, גשם, טמפרטורה גבוהה ולחות גבוהה). אלקטרודות כסף מסורתיות נשחקות בקלות על ידי אדי מים ומלח (באזורים חופיים), וכתוצאה מכך מופחתות המוליכות. רשת הנחושת יכולה לשפר עוד יותר את עמידותה בפני קורוזיה באמצעות ציפוי פני השטח (כגון ציפוי בדיל וציפוי ניקל). במקביל, מבנה הרשת של רשת הנחושת יכול לפזר את הלחץ של פגיעות מכניות חיצוניות (כגון פגיעות ברד וחול), למנוע את שבירה של התא עקב לחץ מקומי מוגזם ולהאריך את חיי השירות של המודול הפוטו-וולטאי.

2.2.2 סיוע בפיזור חום והפחתת אובדן טמפרטורה

מודולים פוטו-וולטאיים מייצרים חום עקב ספיגת אור במהלך הפעולה. טמפרטורות גבוהות מדי יובילו ל"אובדן מקדם טמפרטורה" (יעילות ייצור החשמל של תאי סיליקון גבישי יורדת בכ-0.4% - 0.5% עבור כל עלייה של 1 מעלות צלזיוס בטמפרטורה). לנחושת מוליכות תרמית מצוינת (עם מוליכות תרמית של 401W/(m²).・K), גבוה בהרבה מזה של משחת כסף). רשת הנחושת המורחבת יכולה לשמש כ"תעלת פיזור חום" כדי להוביל במהירות את החום שנוצר על ידי התא אל פני השטח של המודול, ולפזר חום באמצעות הסעת אוויר, מה שמפחית את טמפרטורת הפעולה של המודול ומפחית את אובדן היעילות הנגרם כתוצאה מאובדן טמפרטורה.

3. סיבות מרכזיות לבחירת "חומר נחושת" עבור רשת מורחבת מנחושת: התאמה לדרישות הביצועים של להבי ייצור חשמל

להבי ייצור חשמל דורשים ביצועים מחמירים עבור רשת נחושת מורחבת, והמאפיינים הטבועים בנחושת עונים בצורה מושלמת על דרישות אלו. היתרונות הספציפיים מוצגים בטבלה הבאה:

לסיכום, רשת הנחושת המורחבת בלהבי ייצור חשמל אינה "רכיב אוניברסלי", אלא ממלאת תפקיד ממוקד בהתאם לסוג הציוד (אנרגיית רוח/פוטו-וולטאית). בלהבי טורבינות רוח, היא מתמקדת ב"הגנה מפני ברקים + ניטור תקינות" כדי להבטיח את הפעולה הבטוחה של הציוד; במודולים פוטו-וולטאיים, היא מתמקדת ב"מוליכות יעילה גבוהה + עמידות מבנית" כדי לשפר את יעילות ייצור החשמל ואת חיי השירות. מהות תפקידיה סובבת סביב שלוש מטרות מרכזיות של "הבטחת בטיחות, יציבות ויעילות גבוהה של ציוד ייצור חשמל", ומאפייני חומר הנחושת הם התמיכה המרכזית למימוש פונקציות אלה.