Bakrena ekspandirana mreža koja se koristi u lopaticama za proizvodnju energije (obično se odnosi na lopatice vjetroturbina ili strukture slične lopaticama u solarnim fotonaponskim modulima) igra ključnu ulogu u osiguravanju električne vodljivosti, poboljšanju strukturne stabilnosti i optimizaciji učinkovitosti proizvodnje energije. Njegove funkcije potrebno je detaljno analizirati na temelju vrste opreme za proizvodnju energije (vjetroelektrane/fotonaponske elektrane). Slijedi interpretacija specifična za scenarij:
1. Lopatice vjetroturbina: Ključne uloge bakrene ekspandirane mreže – zaštita od munje i strukturni nadzor
Lopatice vjetroturbina (uglavnom izrađene od kompozitnih materijala od staklenih vlakana/ugljičnih vlakana, duljine do nekoliko desetaka metara) su komponente sklone udarima groma na velikim visinama. U ovom scenariju, bakrena ekspandirana mreža uglavnom preuzima dvostruke funkcije "zaštite od groma" i "praćenja zdravlja". Specifične uloge su raščlanjene na sljedeći način:
1.1 Zaštita od udara groma: Izgradnja „vodljivog puta“ unutar lopatice kako bi se izbjegla oštećenja od groma
1.1.1 Zamjena lokalne zaštite tradicionalnih metalnih gromobranskih cijevi
Tradicionalna zaštita od munje s lopaticama oslanja se na metalni odvodnik munje na vrhu lopatice. Međutim, glavno tijelo lopatice izrađeno je od izolacijskih kompozitnih materijala. Kada dođe do udara munje, struja će vjerojatno stvoriti "koračni napon" unutra, što može razbiti strukturu lopatice ili spaliti unutarnji strujni krug. Bakrena ekspandirana mreža (obično fina bakrena tkana mreža, pričvršćena na unutarnju stijenku lopatice ili ugrađena u sloj kompozitnog materijala) može formirati kontinuiranu vodljivu mrežu unutar lopatice. Ravnomjerno provodi struju munje koju prima odvodnik na vrhu lopatice do sustava uzemljenja u korijenu lopatice, izbjegavajući koncentraciju struje koja bi mogla razbiti lopaticu. Istovremeno, štiti unutarnje senzore (kao što su senzori naprezanja i temperaturni senzori) od oštećenja od munje.
1.1.2 Smanjenje rizika od iskri izazvanih munjom
Bakar ima izvrsnu električnu vodljivost (s otporom od samo 1,72 × 10⁻⁸Ω・m, znatno niže od aluminija i željeza). Može brzo provoditi struju munje, smanjiti iskre visoke temperature koje nastaju zbog struje koja ostaje unutar lopatice, spriječiti paljenje kompozitnih materijala lopatice (neki kompozitni materijali na bazi smole su zapaljivi) i smanjiti sigurnosnu opasnost od izgaranja lopatice.
1.2 Praćenje stanja konstrukcije: Služi kao „osjetna elektroda“ ili „nositelj signala“
1.2.1 Pomoć u prijenosu signala ugrađenih senzora
Lopatice modernih vjetroturbina moraju pratiti vlastitu deformaciju, vibracije, temperaturu i druge parametre u stvarnom vremenu kako bi se utvrdilo postoje li pukotine i oštećenja od zamora. Unutar lopatica ugrađen je veliki broj mikrosenzora. Bakrena ekspandirana mreža može se koristiti kao "prijenosna linija signala" senzora. Karakteristika niskog otpora bakrene mreže smanjuje slabljenje nadzornih signala tijekom prijenosa na velike udaljenosti, osiguravajući da nadzorni sustav u korijenu lopatice može točno primati podatke o zdravlju vrha lopatice i tijela lopatice. Istovremeno, mrežasta struktura bakrene mreže može formirati "distribuiranu nadzornu mrežu" sa senzorima, pokrivajući cijelo područje lopatice i izbjegavajući slijepe točke nadzora.
1.2.2 Poboljšanje antistatičke sposobnosti kompozitnih materijala
Kada se lopatica okreće velikom brzinom, ona se trlja o zrak stvarajući statički elektricitet. Ako se nakupi previše statičkog elektriciteta, to može ometati unutarnje signale senzora ili oštetiti elektroničke komponente. Vodljivo svojstvo bakrene ekspandirane mreže može u stvarnom vremenu provoditi statički elektricitet do sustava uzemljenja, održavajući elektrostatsku ravnotežu unutar lopatice i osiguravajući stabilan rad sustava za nadzor i upravljačkog kruga.
2. Solarni fotonaponski moduli (strukture nalik lopaticama): Ključne uloge bakrene proširene mreže – vodljivost i optimizacija učinkovitosti proizvodnje energije
U nekim solarnim fotonaponskim uređajima (kao što su fleksibilni fotonaponski paneli i "lopatičaste" jedinice za proizvodnju energije fotonaponskih pločica), bakrena ekspandirana mreža se uglavnom koristi za zamjenu ili pomoć tradicionalnim srebrnim pastastim elektrodama, poboljšavajući učinkovitost vodljivosti i strukturnu trajnost. Specifične uloge su sljedeće:
2.1 Poboljšanje učinkovitosti prikupljanja i prijenosa struje
2.1.1 „Jeftino vodljivo rješenje“ koje zamjenjuje tradicionalnu srebrnu pastu
Jezgra fotonaponskih modula je kristalna silicijska ćelija. Elektrode su potrebne za prikupljanje fotogenerirane struje koju generira ćelija. Tradicionalne elektrode uglavnom koriste srebrnu pastu (koja ima dobru vodljivost, ali je izuzetno skupa). Bakrena ekspandirana mreža (s vodljivošću bliskom vodljivosti srebra i cijenom od samo oko 1/50 cijene srebra) može prekriti površinu ćelije kroz "mrežastu strukturu" kako bi se formirala učinkovita mreža za prikupljanje struje. Mrežasti razmaci bakrene mreže omogućuju svjetlosti da normalno prodire (bez blokiranja područja ćelije koje prima svjetlost), a istovremeno, linije mreže mogu brzo prikupiti struju raspršenu u raznim dijelovima ćelije, smanjujući "gubitak serijskog otpora" tijekom prijenosa struje i poboljšavajući ukupnu učinkovitost proizvodnje energije fotonaponskog modula.
2.1.2 Prilagođavanje zahtjevima deformacije fleksibilnih fotonaponskih modula
Fleksibilni fotonaponski paneli (kao što su oni koji se koriste u zakrivljenim krovovima i prijenosnoj opremi) moraju imati savitljiva svojstva. Tradicionalne elektrode od srebrne paste (koje su krhke i lako se lome prilikom savijanja) ne mogu se prilagoditi. Međutim, bakrena mreža ima dobru fleksibilnost i duktilnost, što znači da se može savijati sinkrono s fleksibilnom ćelijom. Nakon savijanja, i dalje održava stabilnu vodljivost, izbjegavajući kvar u proizvodnji energije uzrokovan lomom elektrode.
2.2 Povećanje strukturne trajnosti fotonaponskih modula
2.2.1 Otpornost na koroziju i mehanička oštećenja u okolišu
Fotonaponski moduli su dugo vremena izloženi vanjskim uvjetima (vjetru, kiši, visokim temperaturama i visokoj vlažnosti). Tradicionalne elektrode od srebrne paste lako korodiraju vodenom parom i soli (u obalnim područjima), što rezultira smanjenjem vodljivosti. Bakrena mreža može dodatno poboljšati svoju otpornost na koroziju površinskim premazom (kao što je kositrenje i niklanje). Istovremeno, mrežasta struktura bakrene mreže može raspršiti naprezanje vanjskih mehaničkih utjecaja (kao što su udar tuče i pijeska), sprječavajući lom ćelije zbog prekomjernog lokalnog naprezanja i produžujući vijek trajanja fotonaponskog modula.
2.2.2 Pomaganje u odvođenju topline i smanjenju gubitka temperature
Fotonaponski moduli stvaraju toplinu zbog apsorpcije svjetlosti tijekom rada. Prekomjerno visoke temperature dovest će do "gubitka temperaturnog koeficijenta" (učinkovitost proizvodnje energije kristalnih silicijskih ćelija smanjuje se za oko 0,4% - 0,5% za svaki porast temperature od 1℃). Bakar ima izvrsnu toplinsku vodljivost (s toplinskom vodljivošću od 401 W/(m・K), mnogo više od one srebrne paste). Bakrena ekspandirana mreža može se koristiti kao "kanal za odvođenje topline" za brzo provođenje topline koju stvara ćelija na površinu modula i odvođenje topline konvekcijom zraka, smanjujući radnu temperaturu modula i smanjujući gubitak učinkovitosti uzrokovan gubitkom temperature.
3. Glavni razlozi za odabir „bakrenog materijala“ za proširenu bakrenu mrežu: Prilagođavanje zahtjevima performansi lopatica za proizvodnju energije
Lopatice za proizvodnju energije imaju stroge zahtjeve za performanse bakrene ekspandirane mreže, a inherentne karakteristike bakra savršeno zadovoljavaju te zahtjeve. Specifične prednosti prikazane su u sljedećoj tablici:
| Osnovni zahtjev | Karakteristike bakrenog materijala |
| Visoka električna vodljivost | Bakar ima izuzetno nisku otpornost (samo nižu od one srebra), što mu omogućuje učinkovito provođenje struje munje (za energiju vjetra) ili fotogenerirane struje (za fotonaponske sustave) te smanjenje gubitka energije. |
| Visoka fleksibilnost i duktilnost | Može se prilagoditi deformaciji lopatica vjetroturbina i zahtjevima savijanja fotonaponskih modula, izbjegavajući lom. |
| Dobra otpornost na koroziju | Bakar lako stvara stabilan zaštitni film bakrenog oksida na zraku, a njegova otpornost na koroziju može se dodatno poboljšati prevlačenjem, što ga čini pogodnim za vanjsku upotrebu. |
| Izvrsna toplinska vodljivost | Pomaže u odvođenju topline fotonaponskih modula i smanjuje gubitak temperature; istovremeno sprječava lokalno izgaranje lopatica vjetroturbina na visokim temperaturama tijekom udara groma. |
| Isplativost | Njegova vodljivost je bliska vodljivosti srebra, ali mu je cijena znatno niža od one srebra, što može uvelike smanjiti troškove proizvodnje lopatica za proizvodnju energije. |
Zaključno, bakrena ekspandirana mreža u lopaticama za proizvodnju energije nije „univerzalna komponenta“, već igra ciljanu ulogu ovisno o vrsti opreme (vjetroelektrana/fotonaponski sustav). Kod lopatica vjetroturbina fokusira se na „zaštitu od udara groma + praćenje zdravlja“ kako bi se osigurao siguran rad opreme; kod fotonaponskih modula fokusira se na „visokoučinkovitu vodljivost + strukturnu izdržljivost“ kako bi se poboljšala učinkovitost proizvodnje energije i vijek trajanja. Bit njezinih funkcija vrti se oko tri glavna cilja „osiguravanja sigurnosti, stabilnosti i visoke učinkovitosti opreme za proizvodnju energije“, a karakteristike bakrenog materijala ključna su podrška za ostvarenje tih funkcija.
Vrijeme objave: 29. rujna 2025.