O papel da malha expandida de cobre nas lâminas de geração de energia

A malha expandida de cobre utilizada em pás de geração de energia (geralmente referindo-se a pás de turbinas eólicas ou estruturas semelhantes a pás em módulos solares fotovoltaicos) desempenha um papel fundamental na garantia da condutividade elétrica, no aumento da estabilidade estrutural e na otimização da eficiência da geração de energia. Suas funções precisam ser analisadas detalhadamente com base no tipo de equipamento de geração de energia (energia eólica/fotovoltaica). A seguir, uma interpretação específica para cada cenário:

1. Pás de turbinas eólicas: principais funções da malha expandida de cobre – proteção contra raios e monitoramento estrutural

As pás de turbinas eólicas (em sua maioria feitas de materiais compostos de fibra de vidro/fibra de carbono, com comprimento de até dezenas de metros) são componentes propensos a raios em grandes altitudes. Nesse cenário, a malha expandida de cobre desempenha principalmente as funções duplas de "proteção contra raios" e "monitoramento da saúde". As funções específicas são divididas da seguinte forma:

1.1 Proteção contra raios: construindo um “caminho condutor” dentro da lâmina para evitar danos causados ​​por raios

1.1.1 Substituição da proteção local dos tradicionais para-raios metálicos

A proteção tradicional contra raios em lâminas depende do para-raios metálico na ponta da lâmina. No entanto, o corpo principal da lâmina é feito de materiais compósitos isolantes. Quando ocorre um raio, a corrente provavelmente forma uma "tensão de degrau" interna, que pode quebrar a estrutura da lâmina ou queimar o circuito interno. A malha expandida de cobre (geralmente uma malha fina de cobre trançado, fixada na parede interna da lâmina ou embutida na camada de material compósito) pode formar uma rede condutora contínua dentro da lâmina. Ela conduz uniformemente a corrente do raio recebida pelo para-raios na ponta da lâmina para o sistema de aterramento na raiz da lâmina, evitando a concentração de corrente que pode quebrar a lâmina. Ao mesmo tempo, protege os sensores internos (como sensores de tensão e sensores de temperatura) contra danos causados ​​por raios.

1.1.2 Reduzindo o risco de faíscas induzidas por raios

O cobre tem excelente condutividade elétrica (com uma resistividade de apenas 1,72×10⁻⁸Ω・m, muito menor que a do alumínio e do ferro). Conduz rapidamente a corrente elétrica, reduz faíscas de alta temperatura geradas pela corrente elétrica que permanece dentro da lâmina, evita a ignição de materiais compostos da lâmina (alguns materiais compostos à base de resina são inflamáveis) e reduz o risco de queima da lâmina.

1.2 Monitoramento da saúde estrutural: servindo como um “eletrodo de detecção” ou “portador de transmissão de sinal”

1.2.1 Auxiliando na transmissão de sinais de sensores integrados

As pás de turbinas eólicas modernas precisam monitorar sua própria deformação, vibração, temperatura e outros parâmetros em tempo real para determinar se há rachaduras e danos por fadiga. Um grande número de microssensores é implantado dentro das pás. A malha expandida de cobre pode ser usada como a "linha de transmissão de sinal" dos sensores. A característica de baixa resistência da malha de cobre reduz a atenuação dos sinais de monitoramento durante a transmissão de longa distância, garantindo que o sistema de monitoramento na raiz da pá possa receber com precisão os dados de saúde da ponta e do corpo da pá. Ao mesmo tempo, a estrutura da malha de cobre pode formar uma "rede de monitoramento distribuída" com os sensores, cobrindo toda a área da pá e evitando pontos cegos de monitoramento.

1.2.2 Melhorando a capacidade antiestática de materiais compósitos

Quando a lâmina gira em alta velocidade, ela entra em atrito com o ar, gerando eletricidade estática. O acúmulo excessivo de eletricidade estática pode interferir nos sinais internos do sensor ou danificar componentes eletrônicos. A propriedade condutiva da malha expandida de cobre permite a condução de eletricidade estática para o sistema de aterramento em tempo real, mantendo o equilíbrio eletrostático dentro da lâmina e garantindo a operação estável do sistema de monitoramento e do circuito de controle.

2. Módulos solares fotovoltaicos (estruturas em forma de lâmina): principais funções da malha expandida de cobre – condutividade e otimização da eficiência da geração de energia

Em alguns equipamentos solares fotovoltaicos (como painéis fotovoltaicos flexíveis e unidades de geração de energia em forma de lâminas de placas fotovoltaicas), a malha expandida de cobre é usada principalmente para substituir ou auxiliar os eletrodos tradicionais de pasta de prata, melhorando a eficiência da condutividade e a durabilidade estrutural. As funções específicas são as seguintes:

2.1 Melhorando a eficiência da coleta e transmissão de corrente

2.1.1 Uma “Solução Condutiva de Baixo Custo” que Substitui a Pasta de Prata Tradicional

O núcleo dos módulos fotovoltaicos é a célula de silício cristalino. Eletrodos são necessários para coletar a corrente fotogerada gerada pela célula. Os eletrodos tradicionais utilizam principalmente pasta de prata (que possui boa condutividade, mas é extremamente cara). A malha expandida de cobre (com condutividade próxima à da prata e um custo de apenas cerca de 1/50 do da prata) pode cobrir a superfície da célula por meio de uma "estrutura de grade" para formar uma rede eficiente de coleta de corrente. As lacunas na grade da malha de cobre permitem que a luz penetre normalmente (sem bloquear a área de recepção de luz da célula) e, ao mesmo tempo, as linhas da grade podem coletar rapidamente a corrente espalhada em várias partes da célula, reduzindo a "perda de resistência em série" durante a transmissão de corrente e melhorando a eficiência geral de geração de energia do módulo fotovoltaico.

2.1.2 Adaptação aos requisitos de deformação de módulos fotovoltaicos flexíveis

Painéis fotovoltaicos flexíveis (como os utilizados em telhados curvos e equipamentos portáteis) precisam ter características dobráveis. Eletrodos tradicionais de pasta de prata (que são frágeis e quebram facilmente quando dobrados) não podem ser adaptados. No entanto, a malha de cobre possui boa flexibilidade e ductilidade, podendo ser dobrada em sincronia com a célula flexível. Após a dobra, ela ainda mantém a condutividade estável, evitando falhas na geração de energia causadas pela quebra do eletrodo.

2.2 Melhorando a durabilidade estrutural dos módulos fotovoltaicos

2.2.1 Resistência à corrosão ambiental e danos mecânicos

Os módulos fotovoltaicos são expostos ao ar livre por longos períodos (expostos ao vento, chuva, altas temperaturas e alta umidade). Os eletrodos tradicionais de pasta de prata são facilmente corroídos por vapor d'água e sal (em áreas costeiras), resultando em uma diminuição da condutividade. A malha de cobre pode melhorar ainda mais sua resistência à corrosão por meio de revestimentos superficiais (como estanhagem e niquelagem). Ao mesmo tempo, a estrutura da malha de cobre pode dispersar o estresse de impactos mecânicos externos (como granizo e areia), evitando a quebra da célula devido ao estresse local excessivo e prolongando a vida útil do módulo fotovoltaico.

2.2.2 Auxiliando na dissipação de calor e reduzindo a perda de temperatura

Os módulos fotovoltaicos geram calor devido à absorção de luz durante a operação. Temperaturas excessivamente altas levam à "perda do coeficiente de temperatura" (a eficiência de geração de energia das células de silício cristalino diminui em cerca de 0,4% a 0,5% para cada aumento de 1°C na temperatura). O cobre possui excelente condutividade térmica (com uma condutividade térmica de 401 W/(m・K), muito superior à da pasta de prata). A malha expandida de cobre pode ser usada como um “canal de dissipação de calor” para conduzir rapidamente o calor gerado pela célula para a superfície do módulo e dissipar o calor por convecção de ar, reduzindo a temperatura de operação do módulo e a perda de eficiência causada pela perda de temperatura.

3. Principais razões para escolher “material de cobre” para malha expandida de cobre: ​​adaptação aos requisitos de desempenho das lâminas de geração de energia

As lâminas de geração de energia possuem rigorosos requisitos de desempenho para malha expandida de cobre, e as características inerentes do cobre atendem perfeitamente a esses requisitos. As vantagens específicas são mostradas na tabela a seguir:

Em conclusão, a malha expandida de cobre em pás de geração de energia não é um "componente universal", mas desempenha um papel específico de acordo com o tipo de equipamento (energia eólica/fotovoltaica). Em pás de turbinas eólicas, seu foco é a "proteção contra raios + monitoramento da saúde" para garantir a operação segura do equipamento; em módulos fotovoltaicos, seu foco é a "condutividade de alta eficiência + durabilidade estrutural" para melhorar a eficiência e a vida útil da geração de energia. A essência de suas funções gira em torno dos três objetivos principais: "garantir a segurança, a estabilidade e a alta eficiência dos equipamentos de geração de energia", e as características do material de cobre são o suporte fundamental para a realização dessas funções.