บทบาทของตาข่ายขยายทองแดงในใบพัดผลิตไฟฟ้า

ตาข่ายทองแดงแบบขยายที่ใช้ในใบพัดผลิตไฟฟ้า (โดยทั่วไปหมายถึงใบพัดกังหันลมหรือโครงสร้างคล้ายใบพัดในโมดูลโซลาร์เซลล์) มีบทบาทสำคัญในการควบคุมการนำไฟฟ้า เพิ่มเสถียรภาพของโครงสร้าง และเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า จำเป็นต้องวิเคราะห์ฟังก์ชันการทำงานของตาข่ายทองแดงอย่างละเอียดตามประเภทของอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้า (พลังงานลม/โซลาร์เซลล์) ต่อไปนี้คือการตีความเฉพาะสถานการณ์:

1. ใบพัดกังหันลม: บทบาทหลักของตาข่ายขยายทองแดง – การป้องกันฟ้าผ่าและการตรวจสอบโครงสร้าง

ใบพัดกังหันลม (ส่วนใหญ่ทำจากวัสดุผสมไฟเบอร์กลาส/คาร์บอนไฟเบอร์ มีความยาวสูงสุดถึงหลายสิบเมตร) เป็นส่วนประกอบที่เสี่ยงต่อการถูกฟ้าผ่าในที่สูง ในกรณีนี้ ตาข่ายทองแดงที่ขยายออกจะทำหน้าที่หลักสองอย่าง คือ “ป้องกันฟ้าผ่า” และ “ตรวจสอบสุขภาพ” บทบาทเฉพาะเจาะจงสามารถแบ่งออกได้ดังนี้:

1.1 การป้องกันฟ้าผ่า: สร้าง "เส้นทางนำไฟฟ้า" ภายในใบมีดเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายจากฟ้าผ่า

1.1.1 การเปลี่ยนสายล่อฟ้าโลหะแบบดั้งเดิมสำหรับการป้องกันในพื้นที่

ระบบป้องกันฟ้าผ่าแบบใบมีดแบบดั้งเดิมใช้อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าแบบโลหะที่ปลายใบมีด อย่างไรก็ตาม ตัวเครื่องหลักทำจากวัสดุคอมโพสิตที่เป็นฉนวน เมื่อเกิดฟ้าผ่า กระแสไฟฟ้ามีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็น "แรงดันไฟฟ้าขั้นบันได" ซึ่งอาจทำลายโครงสร้างของใบมีดหรือทำให้วงจรภายในไหม้ได้ ตาข่ายทองแดงแบบขยาย (โดยปกติจะเป็นตาข่ายทองแดงละเอียดที่ถักทอติดกับผนังด้านในของใบมีดหรือฝังอยู่ในชั้นวัสดุคอมโพสิต) สามารถสร้างเครือข่ายตัวนำไฟฟ้าต่อเนื่องภายในใบมีดได้ ตาข่ายนี้จะนำกระแสฟ้าผ่าที่อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าปลายใบมีดได้รับไปยังระบบกราวด์ที่โคนของใบมีดอย่างสม่ำเสมอ ช่วยป้องกันการรวมตัวของกระแสที่อาจทำให้ใบมีดเสียหายได้ ในขณะเดียวกัน ยังช่วยป้องกันเซ็นเซอร์ภายใน (เช่น เซ็นเซอร์วัดความเครียดและเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ) จากความเสียหายจากฟ้าผ่าอีกด้วย

1.1.2 การลดความเสี่ยงจากประกายไฟที่เกิดจากฟ้าผ่า

ทองแดงมีคุณสมบัตินำไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม (โดยมีค่าความต้านทานเพียง 1.72×10⁻⁸Ω-ม. ต่ำกว่าอลูมิเนียมและเหล็กมาก) สามารถนำกระแสฟ้าผ่าได้อย่างรวดเร็ว ลดประกายไฟที่อุณหภูมิสูงที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าที่อยู่ภายในใบมีด หลีกเลี่ยงการจุดไฟวัสดุคอมโพสิตของใบมีด (วัสดุคอมโพสิตบางชนิดที่ทำจากเรซินสามารถติดไฟได้) และลดความเสี่ยงต่ออันตรายจากการเผาไหม้ของใบมีด

1.2 การตรวจสอบสุขภาพโครงสร้าง: ทำหน้าที่เป็น “อิเล็กโทรดตรวจจับ” หรือ “ตัวพาส่งสัญญาณ”

1.2.1 ช่วยในการส่งสัญญาณของเซ็นเซอร์ในตัว

ใบพัดกังหันลมสมัยใหม่จำเป็นต้องตรวจสอบการเสียรูป การสั่นสะเทือน อุณหภูมิ และพารามิเตอร์อื่นๆ แบบเรียลไทม์ เพื่อตรวจสอบว่ามีรอยแตกร้าวและความเสียหายจากความล้าหรือไม่ มีการติดตั้งไมโครเซ็นเซอร์จำนวนมากไว้ภายในใบพัด ตาข่ายทองแดงที่ขยายออกสามารถใช้เป็น "สายส่งสัญญาณ" ของเซ็นเซอร์ได้ คุณสมบัติความต้านทานต่ำของตาข่ายทองแดงช่วยลดการลดทอนของสัญญาณการตรวจสอบระหว่างการส่งสัญญาณระยะไกล ทำให้มั่นใจได้ว่าระบบตรวจสอบที่โคนใบพัดสามารถรับข้อมูลสุขภาพของปลายใบพัดและตัวใบพัดได้อย่างแม่นยำ ในขณะเดียวกัน โครงสร้างตาข่ายของตาข่ายทองแดงยังสามารถสร้าง "เครือข่ายการตรวจสอบแบบกระจาย" ร่วมกับเซ็นเซอร์ ครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมดของใบพัดและหลีกเลี่ยงจุดบอดในการตรวจสอบ

1.2.2 การเพิ่มความสามารถในการป้องกันไฟฟ้าสถิตของวัสดุคอมโพสิต

เมื่อใบพัดหมุนด้วยความเร็วสูง ใบพัดจะเสียดสีกับอากาศจนเกิดไฟฟ้าสถิต หากไฟฟ้าสถิตสะสมมากเกินไป อาจรบกวนสัญญาณเซ็นเซอร์ภายในหรือทำให้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เสียหายได้ คุณสมบัติการนำไฟฟ้าของตาข่ายทองแดงที่ขยายออกสามารถนำไฟฟ้าสถิตไปยังระบบกราวด์ได้แบบเรียลไทม์ ช่วยรักษาสมดุลไฟฟ้าสถิตภายในใบพัดและทำให้ระบบตรวจสอบและวงจรควบคุมทำงานได้อย่างเสถียร

2. แผงโซลาร์เซลล์แบบโฟโตโวลตาอิค (โครงสร้างคล้ายใบมีด): บทบาทหลักของตาข่ายขยายทองแดง – การนำไฟฟ้าและการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงาน

ในอุปกรณ์โซลาร์เซลล์แบบโฟโตวอลตาอิกบางชนิด (เช่น แผงโซลาร์เซลล์แบบยืดหยุ่นและชุดผลิตไฟฟ้าแบบ “ใบมีด” ของแผ่นโซลาร์เซลล์) ตาข่ายทองแดงแบบขยายส่วนใหญ่ถูกนำมาใช้แทนหรือเสริมอิเล็กโทรดแบบเพสต์เงินแบบดั้งเดิม ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าและความทนทานของโครงสร้าง บทบาทเฉพาะมีดังนี้:

2.1 การปรับปรุงประสิทธิภาพการรวบรวมและการส่งกระแสไฟฟ้า

2.1.1 “โซลูชันการนำไฟฟ้าต้นทุนต่ำ” ทดแทนครีมเงินแบบดั้งเดิม

แกนหลักของโมดูลโฟโตวอลตาอิกส์คือเซลล์ซิลิคอนผลึก จำเป็นต้องใช้อิเล็กโทรดเพื่อรวบรวมกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากโฟโตวอลตาอิกส์ อิเล็กโทรดแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ใช้ซิลเวอร์เพสต์ (ซึ่งมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีแต่มีราคาแพงมาก) ตาข่ายทองแดงแบบขยาย (ซึ่งมีค่าการนำไฟฟ้าใกล้เคียงกับเงินและมีราคาเพียงประมาณ 1/50 ของเงิน) สามารถปกคลุมพื้นผิวของเซลล์ผ่าน “โครงสร้างกริด” เพื่อสร้างเครือข่ายรวบรวมกระแสไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ ช่องว่างกริดของตาข่ายทองแดงช่วยให้แสงส่องผ่านได้ตามปกติ (โดยไม่ปิดกั้นพื้นที่รับแสงของเซลล์) ในขณะเดียวกัน เส้นกริดยังสามารถรวบรวมกระแสไฟฟ้าที่กระจัดกระจายในส่วนต่างๆ ของเซลล์ได้อย่างรวดเร็ว ช่วยลด “การสูญเสียความต้านทานแบบอนุกรม” ระหว่างการส่งกระแสไฟฟ้า และเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงานโดยรวมของโมดูลโฟโตวอลตาอิกส์

2.1.2 การปรับตัวให้เข้ากับข้อกำหนดการเสียรูปของโมดูลโฟโตโวลตาอิคแบบยืดหยุ่น

แผงโซลาร์เซลล์แบบยืดหยุ่น (เช่น แผงที่ใช้ในหลังคาโค้งและอุปกรณ์พกพา) จำเป็นต้องมีคุณสมบัติที่สามารถดัดงอได้ อิเล็กโทรดแบบเพสต์เงินแบบดั้งเดิม (ซึ่งเปราะและแตกหักง่ายเมื่อดัดงอ) ไม่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้ อย่างไรก็ตาม ตาข่ายทองแดงมีความยืดหยุ่นและความเหนียวที่ดี ซึ่งสามารถดัดงอได้พร้อมกับเซลล์แบบยืดหยุ่น หลังจากการดัดงอแล้ว จะยังคงรักษาสภาพการนำไฟฟ้าให้คงที่ ช่วยป้องกันความล้มเหลวในการผลิตไฟฟ้าที่เกิดจากการแตกหักของอิเล็กโทรด

2.2 การเพิ่มความทนทานของโครงสร้างของโมดูลโฟโตโวลตาอิค

2.2.1 ทนทานต่อการกัดกร่อนจากสิ่งแวดล้อมและความเสียหายทางกล

แผงโซลาร์เซลล์ต้องสัมผัสกับอากาศภายนอกเป็นเวลานาน (เช่น ลม ฝน อุณหภูมิสูง และความชื้นสูง) อิเล็กโทรดแบบเพสต์เงินแบบดั้งเดิมมักถูกกัดกร่อนโดยไอน้ำและเกลือได้ง่าย (ในพื้นที่ชายฝั่ง) ส่งผลให้ค่าการนำไฟฟ้าลดลง ตาข่ายทองแดงสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนได้ดียิ่งขึ้นด้วยการชุบผิว (เช่น การชุบดีบุกและการชุบนิกเกิล) ขณะเดียวกัน โครงสร้างตาข่ายของตาข่ายทองแดงยังสามารถกระจายแรงกดจากแรงกระแทกเชิงกลภายนอก (เช่น ลูกเห็บและทราย) ป้องกันไม่ให้เซลล์แตกเนื่องจากแรงกดที่มากเกินไปในบริเวณนั้น และช่วยยืดอายุการใช้งานของแผงโซลาร์เซลล์

2.2.2 ช่วยในการระบายความร้อนและลดการสูญเสียอุณหภูมิ

โมดูลโฟโตวอลตาอิกสร้างความร้อนเนื่องจากการดูดซับแสงระหว่างการทำงาน อุณหภูมิที่สูงเกินไปจะนำไปสู่ ​​"การสูญเสียค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ" (ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของเซลล์ซิลิคอนผลึกจะลดลงประมาณ 0.4% - 0.5% ทุกๆ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 1 องศาเซลเซียส) ทองแดงมีคุณสมบัติการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม (โดยมีค่าการนำความร้อน 401 วัตต์/เมตร)-K) สูงกว่าของเงินมาก ตาข่ายทองแดงที่ขยายตัวสามารถใช้เป็น "ช่องระบายความร้อน" เพื่อนำความร้อนที่เกิดจากเซลล์ไปยังพื้นผิวของโมดูลได้อย่างรวดเร็ว และระบายความร้อนด้วยการพาความร้อนของอากาศ ช่วยลดอุณหภูมิในการทำงานของโมดูลและลดการสูญเสียประสิทธิภาพที่เกิดจากการสูญเสียอุณหภูมิ

3. เหตุผลหลักในการเลือก “วัสดุทองแดง” สำหรับตาข่ายขยายทองแดง: การปรับให้เข้ากับข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของใบพัดผลิตไฟฟ้า

ใบพัดผลิตไฟฟ้ามีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่เข้มงวดสำหรับตาข่ายขยายทองแดง และคุณสมบัติเฉพาะของทองแดงก็สามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้อย่างสมบูรณ์แบบ ข้อดีเฉพาะแสดงไว้ในตารางต่อไปนี้:

สรุปได้ว่า ตาข่ายทองแดงที่ขยายออกในใบพัดผลิตไฟฟ้าไม่ใช่ "ส่วนประกอบสากล" แต่มีบทบาทเฉพาะตามประเภทของอุปกรณ์ (พลังงานลม/พลังงานแสงอาทิตย์) สำหรับใบพัดกังหันลม ตาข่ายทองแดงจะเน้นที่ "การป้องกันฟ้าผ่า + การตรวจสอบสุขภาพ" เพื่อให้มั่นใจถึงความปลอดภัยในการใช้งานอุปกรณ์ ส่วนโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ ตาข่ายทองแดงจะเน้นที่ "การนำไฟฟ้าประสิทธิภาพสูง + ความทนทานของโครงสร้าง" เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าและอายุการใช้งาน แก่นแท้ของฟังก์ชันนี้อยู่ที่เป้าหมายหลักสามประการ คือ "การสร้างความมั่นใจในความปลอดภัย เสถียรภาพ และประสิทธิภาพสูงของอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้า" และคุณสมบัติของวัสดุทองแดงเป็นปัจจัยสำคัญในการบรรลุฟังก์ชันเหล่านี้