Vara paplašinātā sieta loma enerģijas ražošanas lāpstiņās

Vara izplestajam sietam, ko izmanto enerģijas ražošanas lāpstiņās (parasti tas attiecas uz vēja turbīnu lāpstiņām vai saules fotoelektrisko moduļu lāpstiņām līdzīgām konstrukcijām), ir galvenā loma elektrovadītspējas nodrošināšanā, konstrukcijas stabilitātes uzlabošanā un enerģijas ražošanas efektivitātes optimizēšanā. Tā funkcijas ir detalizēti jāanalizē atkarībā no enerģijas ražošanas iekārtas veida (vēja enerģija/fotoelektriskā). Tālāk ir sniegta konkrētam scenārijam atbilstoša interpretācija:

1. Vēja turbīnu lāpstiņas: vara stieptā sieta galvenās lomas — zibensaizsardzība un konstrukciju uzraudzība

Vēja turbīnu lāpstiņas (galvenokārt izgatavotas no stikla šķiedras/oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem, kuru garums sasniedz pat desmitiem metru) ir komponenti, kas ir pakļauti zibens spērieniem lielā augstumā. Šādā gadījumā vara siets galvenokārt pilda divējādas funkcijas: “zibensaizsardzību” un “veselības uzraudzību”. Konkrētās lomas ir sadalītas šādi:

1.1 Aizsardzība pret zibens spērieniem: “Vadoša ceļa” izveide asmens iekšpusē, lai izvairītos no zibens radītiem bojājumiem

1.1.1 Tradicionālo metāla zibensnovedēju lokālās aizsardzības nomaiņa

Tradicionālā zibensaizsardzība pret zibens spērieniem balstās uz metāla zibensnovedēju lāpstiņas galā. Tomēr lāpstiņas galvenais korpuss ir izgatavots no izolējošiem kompozītmateriāliem. Kad notiek zibens spēriens, strāva lāpstiņas iekšpusē, visticamāk, veidos "pakāpenisku spriegumu", kas var sagraut lāpstiņas struktūru vai sadedzināt iekšējo ķēdi. Vara izplests siets (parasti smalks vara pinuma siets, kas piestiprināts pie lāpstiņas iekšējās sienas vai iestrādāts kompozītmateriāla slānī) lāpstiņas iekšpusē var veidot nepārtrauktu vadošu tīklu. Tas vienmērīgi vada zibensstrāvu, ko saņem lāpstiņas gala novadītājs, uz zemējuma sistēmu lāpstiņas pamatnē, novēršot strāvas koncentrāciju, kas varētu sabojāt lāpstiņu. Vienlaikus tas aizsargā iekšējos sensorus (piemēram, deformācijas sensorus un temperatūras sensorus) no zibens bojājumiem.

1.1.2 Zibens izraisītu dzirksteļu riska samazināšana

Vara ir lieliska elektrovadītspēja (ar pretestību tikai 1,72 × 10⁻⁸Ω・m, daudz zemāks nekā alumīnijam un dzelzs). Tas var ātri vadīt zibens strāvu, samazināt augstas temperatūras dzirksteles, ko rada strāva, kas paliek asmens iekšpusē, novērst asmens kompozītmateriālu aizdegšanos (daži uz sveķu bāzes veidoti kompozītmateriāli ir viegli uzliesmojoši) un samazināt asmens degšanas drošības risku.

1.2 Strukturālā stāvokļa uzraudzība: kalpo kā “sensoru elektrods” vai “signālu pārraides nesējs”

1.2.1 Iebūvēto sensoru signālu pārraides palīdzība

Mūsdienu vēja turbīnu lāpstiņām ir jāuzrauga sava deformācija, vibrācija, temperatūra un citi parametri reāllaikā, lai noteiktu, vai nav plaisu un noguruma bojājumu. Lāpstiņu iekšpusē ir implantēts liels skaits mikrosensoru. Vara paplašināto sietu var izmantot kā sensoru "signāla pārraides līniju". Vara sieta zemā pretestība samazina uzraudzības signālu vājināšanos tālsatiksmes pārraides laikā, nodrošinot, ka uzraudzības sistēma lāpstiņas saknē var precīzi saņemt lāpstiņas gala un korpusa veselības datus. Vienlaikus vara sieta struktūra var veidot "izkliedētu uzraudzības tīklu" ar sensoriem, aptverot visu lāpstiņas laukumu un novēršot uzraudzības aklās zonas.

1.2.2 Kompozītmateriālu antistatisko spēju uzlabošana

Kad asmens griežas lielā ātrumā, tas berzējas pret gaisu, radot statisko elektrību. Ja uzkrājas pārāk daudz statiskās elektrības, tā var traucēt iekšējo sensoru signālus vai sabojāt elektroniskos komponentus. Vara paplašinātā sieta vadītspēja var reāllaikā novadīt statisko elektrību uz zemējuma sistēmu, saglabājot elektrostatisko līdzsvaru asmens iekšpusē un nodrošinot uzraudzības sistēmas un vadības ķēdes stabilu darbību.

2. Saules fotoelektriskie moduļi (lāpstiņām līdzīgas struktūras): vara paplašinātā sieta galvenās lomas – vadītspēja un enerģijas ražošanas efektivitātes optimizācija

Dažās saules fotoelektriskajās iekārtās (piemēram, elastīgos fotoelektriskajos paneļos un fotoelektrisko flīžu “lāpstiņām līdzīgās” enerģijas ražošanas vienībās) vara izplests siets galvenokārt tiek izmantots, lai aizstātu vai palīdzētu tradicionālajiem sudraba pastas elektrodiem, uzlabojot vadītspējas efektivitāti un konstrukcijas izturību. Konkrētās lomas ir šādas:

2.1 Strāvas savākšanas un pārraides efektivitātes uzlabošana

2.1.1 “Zemu izmaksu vadošs risinājums”, kas aizstāj tradicionālo sudraba pastu

Fotoelektrisko moduļu kodols ir kristāliskā silīcija elements. Elektrodi ir nepieciešami, lai savāktu elementa ģenerēto fotoenerģētisko strāvu. Tradicionālajos elektrodos galvenokārt tiek izmantota sudraba pasta (kurai ir laba vadītspēja, bet tā ir ārkārtīgi dārga). Vara izplests siets (ar vadītspēju tuvu sudraba vadītspējai un izmaksām tikai aptuveni 1/50 no sudraba) var pārklāt elementa virsmu, izmantojot "režģa struktūru", lai izveidotu efektīvu strāvas savākšanas tīklu. Vara sieta režģa spraugas ļauj gaismai normāli iekļūt (neaizsprostojot elementa gaismas uztveršanas zonu), un vienlaikus režģa līnijas var ātri savākt strāvu, kas izkliedēta dažādās elementa daļās, samazinot "sērijas pretestības zudumus" strāvas pārraides laikā un uzlabojot fotoelektriskā moduļa kopējo enerģijas ražošanas efektivitāti.

2.1.2 Pielāgošanās elastīgo fotoelektrisko moduļu deformācijas prasībām

Elastīgiem fotoelektriskajiem paneļiem (piemēram, tiem, ko izmanto izliektos jumtos un pārnēsājamās iekārtās) ir jābūt elastīgiem. Tradicionālie sudraba pastas elektrodi (kas ir trausli un viegli plīst, kad tos saliec) nav piemēroti. Tomēr vara sietam ir laba elastība un plastiskums, kas var sinhroni saliekties ar elastīgo šūnu. Pēc saliekšanas tas joprojām saglabā stabilu vadītspēju, novēršot enerģijas ražošanas pārtraukumus, ko izraisa elektroda lūzums.

2.2 Fotoelektrisko moduļu strukturālās izturības uzlabošana

2.2.1 Izturība pret vides koroziju un mehāniskiem bojājumiem

Fotoelektriskie moduļi ilgstoši tiek pakļauti āra apstākļiem (vēja, lietus, augstas temperatūras un augsta mitruma iedarbībai). Tradicionālie sudraba pastas elektrodi viegli korozē ūdens tvaiku un sāls ietekmē (piekrastes zonās), kā rezultātā samazinās vadītspēja. Vara siets var vēl vairāk uzlabot tā izturību pret koroziju, izmantojot virsmas pārklājumu (piemēram, alvas un niķeļa pārklājumu). Tajā pašā laikā vara sieta struktūra var izkliedēt ārējo mehānisko triecienu (piemēram, krusas un smilšu triecienu) radīto spriegumu, novēršot šūnas plīšanu pārmērīga lokāla sprieguma dēļ un pagarinot fotoelektriskā moduļa kalpošanas laiku.

2.2.2 Siltuma izkliedes veicināšana un temperatūras zudumu samazināšana

Fotoelektriskie moduļi darbības laikā rada siltumu gaismas absorbcijas dēļ. Pārmērīgi augsta temperatūra novedīs pie "temperatūras koeficienta zuduma" (kristāliskā silīcija elementu enerģijas ražošanas efektivitāte samazinās par aptuveni 0,4%–0,5% uz katru 1℃ temperatūras pieaugumu). Vara siltumvadītspēja ir lieliska (ar siltumvadītspēju 401W/(m・K), daudz augstāks nekā sudraba pastai). Vara paplašināto sietu var izmantot kā “siltuma izkliedes kanālu”, lai ātri novadītu šūnas radīto siltumu uz moduļa virsmu un izkliedētu siltumu caur gaisa konvekciju, samazinot moduļa darba temperatūru un samazinot temperatūras zuduma radītos efektivitātes zudumus.

3. Galvenie iemesli, kāpēc vara paplašinātajam sietam izvēlēties “vara materiālu”: pielāgošanās enerģijas ražošanas lāpstiņu veiktspējas prasībām

Enerģijas ražošanas lāpstiņām ir stingras veiktspējas prasības vara paplašinātajam sietam, un vara raksturīgās īpašības lieliski atbilst šīm prasībām. Konkrētās priekšrocības ir parādītas šajā tabulā:

Noslēgumā jāsaka, ka vara siets enerģijas ražošanas lāpstiņās nav “universāla sastāvdaļa”, bet gan pilda mērķtiecīgu lomu atkarībā no iekārtas veida (vēja enerģija/fotoelektriskā). Vēja turbīnu lāpstiņās tas koncentrējas uz “zibensaizsardzību + stāvokļa uzraudzību”, lai nodrošinātu iekārtas drošu darbību; fotoelektriskajos moduļos tas koncentrējas uz “augstas efektivitātes vadītspēju + konstrukcijas izturību”, lai uzlabotu enerģijas ražošanas efektivitāti un kalpošanas laiku. Tā funkciju būtība ir saistīta ar trim galvenajiem mērķiem: “nodrošināt enerģijas ražošanas iekārtu drošību, stabilitāti un augstu efektivitāti”, un vara materiāla īpašības ir galvenais atbalsts šo funkciju realizēšanai.