El papel de la malla expandida de cobre en las palas de generación de energía

La malla de cobre expandido utilizada en las palas de generación de energía (generalmente referida a las palas de turbinas eólicas o estructuras similares a palas en módulos solares fotovoltaicos) desempeña un papel fundamental para garantizar la conductividad eléctrica, mejorar la estabilidad estructural y optimizar la eficiencia de la generación de energía. Sus funciones deben analizarse en detalle según el tipo de equipo de generación de energía (eólica/fotovoltaica). A continuación, se presenta una interpretación específica para cada escenario:

1. Palas de aerogeneradores: Funciones principales de la malla expandida de cobre: ​​protección contra rayos y monitoreo estructural

Las palas de aerogeneradores (fabricadas principalmente con materiales compuestos de fibra de vidrio y fibra de carbono, con una longitud de hasta decenas de metros) son componentes propensos a la caída de rayos a gran altitud. En este caso, la malla de cobre expandido cumple principalmente la doble función de protección contra rayos y monitorización del estado. Las funciones específicas se desglosan de la siguiente manera:

1.1 Protección contra rayos: construcción de una “ruta conductora” dentro de la pala para evitar daños por rayos

1.1.1 Sustitución de la protección local de los pararrayos metálicos tradicionales

La protección tradicional contra rayos de palas se basa en un pararrayos metálico en la punta de la pala. Sin embargo, el cuerpo principal de la pala está hecho de materiales compuestos aislantes. Cuando cae un rayo, es probable que la corriente genere una "tensión escalonada" en su interior, lo que puede romper la estructura de la pala o quemar el circuito interno. La malla de cobre expandido (generalmente una malla fina de cobre tejida, adherida a la pared interior de la pala o incrustada en la capa de material compuesto) puede formar una red conductora continua dentro de la pala. Conduce uniformemente la corriente del rayo recibida por el pararrayos de la punta de la pala hasta el sistema de puesta a tierra en la base de la pala, evitando la concentración de corriente que podría romperla. Al mismo tiempo, protege los sensores internos (como los sensores de tensión y de temperatura) de los daños causados ​​por rayos.

1.1.2 Reducción del riesgo de chispas provocadas por rayos

El cobre tiene una excelente conductividad eléctrica (con una resistividad de solo 1,72×10⁻⁸Ω・m, mucho menor que la del aluminio y el hierro). Puede conducir rápidamente la corriente del rayo, reducir las chispas de alta temperatura generadas por la corriente que permanece dentro de la pala, evitar la ignición de los materiales compuestos de la pala (algunos materiales compuestos a base de resina son inflamables) y reducir el riesgo de quemaduras de la pala.

1.2 Monitoreo de la salud estructural: Sirviendo como “electrodo sensor” o “portador de transmisión de señales”

1.2.1 Asistencia en la transmisión de señales de sensores integrados

Las palas de los aerogeneradores modernos necesitan monitorizar su propia deformación, vibración, temperatura y otros parámetros en tiempo real para determinar la presencia de grietas y daños por fatiga. Un gran número de microsensores están implantados en el interior de las palas. La malla de cobre expandido puede utilizarse como línea de transmisión de señales para los sensores. La baja resistencia de la malla de cobre reduce la atenuación de las señales de monitorización durante la transmisión a larga distancia, lo que garantiza que el sistema de monitorización en la base de la pala pueda recibir con precisión datos de estado de la punta y el cuerpo de la pala. Al mismo tiempo, la estructura de malla de cobre puede formar una red de monitorización distribuida con los sensores, cubriendo toda el área de la pala y evitando los puntos ciegos de monitorización.

1.2.2 Mejora de la capacidad antiestática de los materiales compuestos

Cuando la pala gira a alta velocidad, roza el aire y genera electricidad estática. Si se acumula demasiada, puede interferir con las señales de los sensores internos o dañar los componentes electrónicos. La propiedad conductora de la malla de cobre expandido permite conducir la electricidad estática al sistema de puesta a tierra en tiempo real, manteniendo el equilibrio electrostático dentro de la pala y garantizando el funcionamiento estable del sistema de monitoreo y el circuito de control.

2. Módulos solares fotovoltaicos (estructuras tipo aspa): Funciones principales de la malla expandida de cobre: ​​conductividad y optimización de la eficiencia de la generación de energía

En algunos equipos solares fotovoltaicos (como paneles fotovoltaicos flexibles y unidades de generación de energía de tipo aspa de tejas fotovoltaicas), la malla expandida de cobre se utiliza principalmente para reemplazar o complementar los electrodos tradicionales de pasta de plata, mejorando así la eficiencia de la conductividad y la durabilidad estructural. Sus funciones específicas son las siguientes:

2.1 Mejora de la eficiencia de la captación y transmisión de corriente

2.1.1 Una “solución conductora de bajo costo” que reemplaza la pasta de plata tradicional

El núcleo de los módulos fotovoltaicos es la célula de silicio cristalino. Se necesitan electrodos para captar la corriente fotogenerada que genera la célula. Los electrodos tradicionales utilizan principalmente pasta de plata (que tiene buena conductividad, pero es extremadamente cara). La malla expandida de cobre (con una conductividad cercana a la de la plata y un coste de tan solo 1/50 del de esta) puede cubrir la superficie de la célula mediante una "estructura de rejilla" para formar una red eficiente de captación de corriente. Los huecos de la malla de cobre permiten que la luz penetre con normalidad (sin bloquear el área receptora de luz de la célula) y, al mismo tiempo, las líneas de la rejilla pueden captar rápidamente la corriente dispersa en diversas partes de la célula, reduciendo la "pérdida de resistencia en serie" durante la transmisión de corriente y mejorando la eficiencia general de generación de energía del módulo fotovoltaico.

2.1.2 Adaptación a los requisitos de deformación de los módulos fotovoltaicos flexibles

Los paneles fotovoltaicos flexibles (como los utilizados en techos curvos y equipos portátiles) deben ser flexibles. Los electrodos tradicionales de pasta de plata (que son frágiles y se rompen fácilmente al doblarse) no son adaptables. Sin embargo, la malla de cobre posee buena flexibilidad y ductilidad, lo que le permite doblarse simultáneamente con la celda flexible. Tras doblarse, mantiene una conductividad estable, evitando fallos en la generación de energía causados ​​por la rotura de los electrodos.

2.2 Mejora de la durabilidad estructural de los módulos fotovoltaicos

2.2.1 Resistencia a la corrosión ambiental y al daño mecánico

Los módulos fotovoltaicos están expuestos a la intemperie durante largos periodos (viento, lluvia, altas temperaturas y alta humedad). Los electrodos tradicionales de pasta de plata se corroen fácilmente con el vapor de agua y la sal (en zonas costeras), lo que reduce su conductividad. La malla de cobre puede mejorar aún más su resistencia a la corrosión mediante recubrimientos superficiales (como estañado y niquelado). Al mismo tiempo, la estructura de malla de cobre dispersa la tensión de los impactos mecánicos externos (como el granizo y el impacto de arena), evitando que la celda se rompa debido a una tensión local excesiva y prolongando la vida útil del módulo fotovoltaico.

2.2.2 Ayuda a disipar el calor y reducir la pérdida de temperatura

Los módulos fotovoltaicos generan calor debido a la absorción de luz durante su funcionamiento. Las temperaturas excesivamente altas provocarán una pérdida de coeficiente de temperatura (la eficiencia de generación de energía de las células de silicio cristalino disminuye aproximadamente entre un 0,4 % y un 0,5 % por cada 1 °C de aumento de temperatura). El cobre tiene una excelente conductividad térmica (con una conductividad térmica de 401 W/(m)).・K), mucho mayor que la de la pasta de plata. La malla de cobre expandido puede utilizarse como canal de disipación de calor para conducir rápidamente el calor generado por la celda a la superficie del módulo y disiparlo mediante convección de aire, reduciendo así la temperatura de funcionamiento del módulo y la pérdida de eficiencia causada por la pérdida de temperatura.

3. Razones principales para elegir “material de cobre” para la malla expandida de cobre: ​​Adaptación a los requisitos de rendimiento de las palas de generación de energía

Las palas de generación de energía tienen estrictos requisitos de rendimiento para la malla expandida de cobre, y las características inherentes del cobre cumplen a la perfección estos requisitos. Las ventajas específicas se muestran en la siguiente tabla:

En conclusión, la malla expandida de cobre en las palas de generación de energía no es un componente universal, sino que cumple una función específica según el tipo de equipo (eólico/fotovoltaico). En las palas de aerogeneradores, se centra en la protección contra rayos y la monitorización del estado para garantizar el funcionamiento seguro del equipo; en los módulos fotovoltaicos, se centra en la conductividad de alta eficiencia y la durabilidad estructural para mejorar la eficiencia y la vida útil de la generación de energía. La esencia de sus funciones gira en torno a los tres objetivos principales de garantizar la seguridad, la estabilidad y la alta eficiencia de los equipos de generación de energía, y las características del cobre son la clave para lograr estas funciones.