Медная просечно-вытяжная сетка, используемая в лопастях генераторов (обычно лопастях ветряных турбин или лопастеподобных конструкциях в солнечных фотоэлектрических модулях), играет ключевую роль в обеспечении электропроводности, повышении структурной устойчивости и оптимизации эффективности генерации электроэнергии. Её функции необходимо подробно проанализировать в зависимости от типа оборудования для генерации энергии (ветроэнергетика/фотоэлектричество). Ниже представлена интерпретация для конкретного сценария:
1. Лопасти ветряных турбин: основные функции медной расширенной сетки – молниезащита и структурный мониторинг
Лопасти ветряных турбин (в основном изготовленные из композитных материалов на основе стекловолокна и углеродного волокна, длиной до десятков метров) подвержены ударам молний на большой высоте. В этом случае медная просечно-вытяжная сетка выполняет двойную функцию: «молниезащиты» и «мониторинга состояния». Конкретные функции распределены следующим образом:
1.1 Защита от удара молнии: создание «токопроводящей дорожки» внутри лезвия для предотвращения повреждения молнией
1.1.1 Замена локальной защиты традиционных металлических громоотводов
Традиционная защита лопасти от молнии основана на металлическом молниеотводе на кончике лопасти. Однако основная часть лопасти изготовлена из изоляционных композитных материалов. При ударе молнии ток, вероятно, образует внутри «шаговое напряжение», которое может разрушить структуру лопасти или сжечь внутреннюю цепь. Медная расширенная сетка (обычно мелкая медная плетеная сетка, прикрепленная к внутренней стенке лопасти или встроенная в слой композитного материала) может образовывать непрерывную проводящую сеть внутри лопасти. Она равномерно проводит ток молнии, принятый разрядником на кончике лопасти, к системе заземления в основании лопасти, избегая концентрации тока, которая может разрушить лопасть. В то же время она защищает внутренние датчики (такие как датчики деформации и температуры) от повреждения молнией.
1.1.2 Снижение риска возникновения искр, вызванных молнией
Медь обладает превосходной электропроводностью (с удельным сопротивлением всего 1,72×10⁻⁸Ом)・м, что значительно ниже, чем у алюминия и железа). Он может быстро проводить ток молнии, уменьшать высокотемпературные искры, возникающие из-за остающегося внутри лезвия тока, предотвращать возгорание композитных материалов лезвия (некоторые композитные материалы на основе смол являются воспламеняющимися) и снижать опасность возгорания лезвия.
1.2 Мониторинг состояния конструкций: использование в качестве «чувствительного электрода» или «носителя сигнала»
1.2.1 Помощь в передаче сигналов встроенных датчиков
Современные лопасти ветряных турбин должны отслеживать собственную деформацию, вибрацию, температуру и другие параметры в режиме реального времени для выявления трещин и усталостных повреждений. Внутри лопастей установлено большое количество микродатчиков. Медная сетка может использоваться в качестве «линии передачи сигнала» датчиков. Низкое сопротивление медной сетки снижает затухание сигналов мониторинга при передаче на большие расстояния, гарантируя, что система мониторинга, расположенная в основании лопасти, может точно получать данные о состоянии кончика и корпуса лопасти. В то же время, сетчатая структура медной сетки может образовывать с датчиками «распределенную сеть мониторинга», охватывающую всю площадь лопасти и исключающую слепые зоны мониторинга.
1.2.2 Повышение антистатических свойств композиционных материалов
При вращении лопасти на высокой скорости она трется о воздух, генерируя статическое электричество. Накопление слишком большого количества статического электричества может помешать работе внутренних датчиков или вывести из строя электронные компоненты. Проводящие свойства медной сетки позволяют ей отводить статическое электричество к системе заземления в режиме реального времени, поддерживая электростатический баланс внутри лопасти и обеспечивая стабильную работу системы мониторинга и цепи управления.
2. Солнечные фотоэлектрические модули (структуры в форме лопастей): основные функции медной расширенной сетки – проводимость и оптимизация эффективности генерации электроэнергии
В некоторых солнечных фотоэлектрических устройствах (например, гибких фотоэлектрических панелях и «лезвийных» энергоблоках фотоэлектрических плиток) медная сетка-растяжка используется в основном для замены или дополнения традиционных электродов из серебряной пасты, повышая эффективность проводимости и прочность конструкции. Её конкретные функции перечислены ниже:
2.1 Повышение эффективности сбора и передачи тока
2.1.1 «Недорогое проводящее решение», заменяющее традиционную серебряную пасту
Основой фотоэлектрических модулей является кристаллический кремниевый элемент. Электроды необходимы для сбора фотогенерированного тока, генерируемого элементом. В традиционных электродах обычно используется серебряная паста (обладающая хорошей проводимостью, но чрезвычайно высокая стоимость). Медная сетка (с проводимостью, близкой к проводимости серебра, и стоимостью всего около 1/50 от стоимости серебра) может покрывать поверхность элемента, образуя «сетчатую структуру», образуя эффективную сеть сбора тока. Зазоры медной сетки позволяют свету свободно проникать внутрь элемента (не блокируя его светопринимающую поверхность), и в то же время линии сетки могут быстро собирать ток, рассеянный в различных частях элемента, уменьшая «потери на последовательном сопротивлении» при передаче тока и повышая общую эффективность генерации энергии фотоэлектрическим модулем.
2.1.2 Адаптация к требованиям к деформации гибких фотоэлектрических модулей
Гибкие фотоэлектрические панели (например, используемые в изогнутых крышах и переносном оборудовании) должны обладать гибкостью. Традиционные электроды из серебряной пасты (хрупкие и легко ломающиеся при изгибе) не подходят для этих целей. Однако медная сетка обладает хорошей гибкостью и пластичностью, что позволяет ей изгибаться синхронно с гибким элементом. После изгиба она сохраняет стабильную проводимость, предотвращая сбои в генерации электроэнергии из-за поломки электрода.
2.2 Повышение структурной прочности фотоэлектрических модулей
2.2.1 Устойчивость к коррозии под воздействием окружающей среды и механическим повреждениям
Фотоэлектрические модули длительное время находятся на открытом воздухе (подвергаются воздействию ветра, дождя, высокой температуры и влажности). Традиционные электроды из серебряной пасты легко корродируют под воздействием водяного пара и соли (в прибрежных районах), что приводит к снижению проводимости. Медная сетка может дополнительно повысить её коррозионную стойкость благодаря поверхностному покрытию (например, лужению и никелированию). В то же время, структура медной сетки рассеивает напряжение от внешних механических воздействий (например, града и песка), предотвращая разрушение ячейки из-за чрезмерного локального напряжения и продлевая срок службы фотоэлектрического модуля.
2.2.2 Содействие рассеиванию тепла и уменьшению потерь температуры
Фотоэлектрические модули генерируют тепло из-за поглощения света во время работы. Чрезмерно высокие температуры приводят к «потере температурного коэффициента» (эффективность генерации энергии кристаллическими кремниевыми ячейками снижается примерно на 0,4–0,5% при повышении температуры на каждый 1°C). Медь обладает превосходной теплопроводностью (теплопроводность составляет 401 Вт/(м・K), что значительно выше, чем у серебряной пасты). Медная расширенная сетка может использоваться в качестве «канала отвода тепла» для быстрого отвода тепла, вырабатываемого ячейкой, к поверхности модуля и рассеивания тепла посредством конвекции воздуха, что снижает рабочую температуру модуля и уменьшает потерю эффективности, вызванную падением температуры.
3. Основные причины выбора «медного материала» для медной просечно-вытяжной сетки: адаптация к эксплуатационным требованиям лопастей электрогенераторов
Лопасти электрогенераторов предъявляют строгие требования к характеристикам медной просечно-вытяжной сетки, и присущие ей характеристики меди полностью соответствуют этим требованиям. Конкретные преимущества представлены в следующей таблице:
| Основное требование | Характеристики медного материала |
| Высокая электропроводность | Медь имеет чрезвычайно низкое удельное сопротивление (ниже, чем у серебра), что позволяет ей эффективно проводить ток молнии (для ветроэнергетики) или фотогенерированный ток (для фотоэлектрических установок) и снижать потери энергии. |
| Высокая гибкость и пластичность | Он способен адаптироваться к деформации лопастей ветряных турбин и изгибу фотоэлектрических модулей, избегая поломок. |
| Хорошая коррозионная стойкость | Медь легко образует на воздухе устойчивую защитную пленку из оксида меди, а ее коррозионную стойкость можно дополнительно повысить путем нанесения покрытия, что делает ее пригодной для использования на открытом воздухе. |
| Отличная теплопроводность | Он способствует рассеиванию тепла фотоэлектрических модулей и снижает потери температуры; в то же время он предотвращает локальное высокотемпературное ожоги лопастей ветряных турбин при ударах молний. |
| Экономическая эффективность | Его проводимость близка к проводимости серебра, но его стоимость значительно ниже, что может значительно снизить стоимость изготовления лопастей генераторов электроэнергии. |
В заключение следует отметить, что медная просечно-вытяжная сетка в лопастях генераторов энергии не является «универсальным компонентом», а выполняет целевую функцию в зависимости от типа оборудования (ветроэнергетика/фотоэлектричество). В лопастях ветряных турбин она выполняет функции «молниезащиты + мониторинга состояния» для обеспечения безопасной эксплуатации оборудования; в фотоэлектрических модулях она обеспечивает «высокоэффективную проводимость + прочность конструкции» для повышения эффективности генерации энергии и срока службы. Суть её функций вращается вокруг трёх основных целей: «обеспечение безопасности, стабильности и высокой эффективности генераторного оборудования», и характеристики медного материала являются ключевым фактором для реализации этих функций.
Время публикации: 29 сентября 2025 г.