Vai trò của lưới đồng mở rộng trong cánh quạt phát điện

Lưới đồng được sử dụng trong các cánh quạt phát điện (thường đề cập đến cánh quạt tuabin gió hoặc các cấu trúc dạng cánh quạt trong các mô-đun quang điện mặt trời) đóng vai trò cốt lõi trong việc đảm bảo độ dẫn điện, tăng cường độ ổn định kết cấu và tối ưu hóa hiệu suất phát điện. Chức năng của lưới đồng cần được phân tích chi tiết dựa trên loại thiết bị phát điện (điện gió/quang điện). Sau đây là diễn giải cụ thể cho từng trường hợp:

1. Cánh tuabin gió: Vai trò cốt lõi của lưới đồng mở rộng – Chống sét và giám sát kết cấu

Cánh tuabin gió (chủ yếu được làm bằng vật liệu composite sợi thủy tinh/sợi carbon, có chiều dài lên đến hàng chục mét) là những bộ phận dễ bị sét đánh ở độ cao lớn. Trong trường hợp này, lưới đồng giãn nở chủ yếu đảm nhiệm chức năng kép là "chống sét" và "theo dõi tình trạng". Các vai trò cụ thể được phân chia như sau:

1.1 Bảo vệ khỏi sét đánh: Xây dựng một “Đường dẫn điện” bên trong lưỡi dao để tránh thiệt hại do sét đánh

1.1.1 Thay thế hệ thống bảo vệ cục bộ bằng kim loại truyền thống

Hệ thống chống sét lan truyền trên cánh quạt dựa vào bộ chống sét bằng kim loại ở đầu cánh quạt. Tuy nhiên, phần thân chính của cánh quạt được làm bằng vật liệu composite cách điện. Khi sét đánh, dòng điện có thể tạo thành "điện áp bước" bên trong, có thể phá hủy cấu trúc cánh quạt hoặc làm cháy mạch điện bên trong. Lưới đồng giãn nở (thường là lưới đồng mịn, được gắn vào thành trong của cánh quạt hoặc nhúng trong lớp vật liệu composite) có thể tạo thành một mạng lưới dẫn điện liên tục bên trong cánh quạt. Nó dẫn đều dòng sét mà bộ chống sét ở đầu cánh quạt đến hệ thống tiếp địa ở gốc cánh quạt, tránh hiện tượng tập trung dòng điện có thể làm hỏng cánh quạt. Đồng thời, nó bảo vệ các cảm biến bên trong (như cảm biến ứng suất và cảm biến nhiệt độ) khỏi bị hư hại do sét đánh.

1.1.2 Giảm thiểu nguy cơ tia lửa điện do sét đánh

Đồng có độ dẫn điện tuyệt vời (với điện trở suất chỉ 1,72×10⁻⁸Ω・m, thấp hơn nhiều so với nhôm và sắt). Nó có thể dẫn dòng sét nhanh chóng, giảm tia lửa điện nhiệt độ cao do dòng điện bên trong cánh quạt tạo ra, tránh đốt cháy vật liệu composite của cánh quạt (một số vật liệu composite gốc nhựa dễ cháy) và giảm nguy cơ an toàn do cánh quạt bị cháy.

1.2 Giám sát sức khỏe kết cấu: Hoạt động như một “Điện cực cảm biến” hoặc “Chất mang truyền tín hiệu”

1.2.1 Hỗ trợ truyền tín hiệu của các cảm biến tích hợp

Cánh tuabin gió hiện đại cần theo dõi biến dạng, độ rung, nhiệt độ và các thông số khác của chính chúng theo thời gian thực để xác định xem có vết nứt và hư hỏng do mỏi hay không. Một số lượng lớn các cảm biến siêu nhỏ được cấy ghép bên trong cánh. Lưới đồng mở rộng có thể được sử dụng làm "đường truyền tín hiệu" của các cảm biến. Đặc tính điện trở thấp của lưới đồng làm giảm sự suy giảm tín hiệu giám sát trong quá trình truyền dẫn đường dài, đảm bảo hệ thống giám sát tại gốc cánh có thể nhận chính xác dữ liệu tình trạng của đầu cánh và thân cánh. Đồng thời, cấu trúc lưới của lưới đồng có thể tạo thành "mạng lưới giám sát phân tán" với các cảm biến, bao phủ toàn bộ khu vực cánh và tránh các điểm mù giám sát.

1.2.2 Nâng cao khả năng chống tĩnh điện của vật liệu composite

Khi cánh quạt quay với tốc độ cao, nó cọ xát với không khí để tạo ra tĩnh điện. Nếu tĩnh điện tích tụ quá nhiều, nó có thể gây nhiễu tín hiệu cảm biến bên trong hoặc làm hỏng các linh kiện điện tử. Tính dẫn điện của lưới đồng giãn nở có thể dẫn tĩnh điện đến hệ thống tiếp địa theo thời gian thực, duy trì cân bằng tĩnh điện bên trong cánh quạt và đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống giám sát và mạch điều khiển.

2. Mô-đun quang điện mặt trời (Cấu trúc dạng lưỡi dao): Vai trò cốt lõi của lưới đồng mở rộng – Độ dẫn điện và tối ưu hóa hiệu suất phát điện

Trong một số thiết bị quang điện mặt trời (như tấm pin quang điện dẻo và các bộ phận phát điện "hình lưỡi dao" của ngói quang điện), lưới đồng giãn nở chủ yếu được sử dụng để thay thế hoặc hỗ trợ điện cực bạc truyền thống, cải thiện hiệu suất dẫn điện và độ bền kết cấu. Các vai trò cụ thể như sau:

2.1 Cải thiện hiệu suất thu thập và truyền tải dòng điện

2.1.1 “Giải pháp dẫn điện giá rẻ” thay thế cho keo bạc truyền thống

Lõi của các mô-đun quang điện là tế bào silicon tinh thể. Các điện cực cần thiết để thu thập dòng điện quang sinh ra từ tế bào. Các điện cực truyền thống chủ yếu sử dụng keo bạc (có độ dẫn điện tốt nhưng cực kỳ đắt tiền). Lưới đồng mở rộng (có độ dẫn điện gần bằng bạc và giá thành chỉ bằng khoảng 1/50 so với bạc) có thể bao phủ bề mặt tế bào thông qua "cấu trúc lưới" để tạo thành một mạng lưới thu thập dòng điện hiệu quả. Các khe hở của lưới đồng cho phép ánh sáng xuyên qua một cách bình thường (mà không chặn vùng tiếp nhận ánh sáng của tế bào), đồng thời, các đường lưới có thể nhanh chóng thu thập dòng điện phân tán ở các bộ phận khác nhau của tế bào, giảm "tổn thất điện trở nối tiếp" trong quá trình truyền tải dòng điện và cải thiện hiệu suất phát điện tổng thể của mô-đun quang điện.

2.1.2 Thích ứng với các yêu cầu biến dạng của mô-đun quang điện linh hoạt

Tấm pin quang điện mềm (như loại dùng cho mái cong và thiết bị di động) cần có đặc tính uốn cong. Điện cực bạc truyền thống (giòn và dễ gãy khi uốn cong) không thể thích ứng. Tuy nhiên, lưới đồng có độ dẻo và độ đàn hồi tốt, có thể uốn cong đồng bộ với cell pin mềm. Sau khi uốn, nó vẫn duy trì độ dẫn điện ổn định, tránh được sự cố phát điện do điện cực bị gãy.

2.2 Nâng cao độ bền kết cấu của mô-đun quang điện

2.2.1 Chống ăn mòn môi trường và hư hỏng cơ học

Các mô-đun quang điện được đặt ngoài trời trong thời gian dài (tiếp xúc với gió, mưa, nhiệt độ cao và độ ẩm cao). Điện cực phủ bạc truyền thống dễ bị ăn mòn bởi hơi nước và muối (ở vùng ven biển), dẫn đến giảm độ dẫn điện. Lưới đồng có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn hơn nữa thông qua lớp mạ bề mặt (như mạ thiếc và mạ niken). Đồng thời, cấu trúc lưới của lưới đồng có thể phân tán ứng suất từ ​​các tác động cơ học bên ngoài (như mưa đá và cát), tránh vỡ cell pin do ứng suất cục bộ quá mức và kéo dài tuổi thọ của mô-đun quang điện.

2.2.2 Hỗ trợ tản nhiệt và giảm thất thoát nhiệt độ

Các tấm pin quang điện tỏa nhiệt do hấp thụ ánh sáng trong quá trình hoạt động. Nhiệt độ quá cao sẽ dẫn đến “mất hệ số nhiệt độ” (hiệu suất phát điện của các cell pin silicon tinh thể giảm khoảng 0,4% - 0,5% cho mỗi 1℃ nhiệt độ tăng). Đồng có độ dẫn nhiệt tuyệt vời (với hệ số dẫn nhiệt là 401W/(m・K), cao hơn nhiều so với keo bạc). Lưới đồng giãn nở có thể được sử dụng như một “kênh tản nhiệt” để nhanh chóng dẫn nhiệt do pin tạo ra đến bề mặt của mô-đun và tản nhiệt thông qua đối lưu không khí, làm giảm nhiệt độ hoạt động của mô-đun và giảm tổn thất hiệu suất do mất nhiệt.

3. Lý do cốt lõi để lựa chọn “Vật liệu đồng” cho lưới đồng mở rộng: Thích ứng với yêu cầu hiệu suất của cánh quạt phát điện

Lưỡi phát điện có yêu cầu nghiêm ngặt về hiệu suất đối với lưới đồng giãn nở, và các đặc tính vốn có của đồng đáp ứng hoàn hảo các yêu cầu này. Những ưu điểm cụ thể được thể hiện trong bảng sau:

Tóm lại, lưới đồng giãn nở trong cánh quạt phát điện không phải là một “linh kiện phổ thông”, mà đóng vai trò cụ thể tùy theo loại thiết bị (điện gió/điện mặt trời). Trong cánh quạt tuabin gió, lưới đồng giãn nở tập trung vào “chống sét + giám sát tình trạng” để đảm bảo thiết bị vận hành an toàn; trong mô-đun quang điện, lưới đồng giãn nở tập trung vào “độ dẫn điện hiệu suất cao + độ bền kết cấu” để cải thiện hiệu suất phát điện và tuổi thọ. Bản chất chức năng của lưới đồng giãn nở xoay quanh ba mục tiêu cốt lõi là “đảm bảo an toàn, ổn định và hiệu suất cao của thiết bị phát điện”, và đặc tính của vật liệu đồng là yếu tố then chốt hỗ trợ việc thực hiện các chức năng này.