توری مسی منبسط شده که در پره‌های تولید برق (معمولاً به پره‌های توربین بادی یا سازه‌های پره مانند در ماژول‌های فتوولتائیک خورشیدی اشاره دارد) استفاده می‌شود، نقش اصلی را در تضمین رسانایی الکتریکی، افزایش پایداری سازه و بهینه‌سازی راندمان تولید برق ایفا می‌کند. کارکردهای آن باید بر اساس نوع تجهیزات تولید برق (انرژی بادی/فتوولتائیک) به تفصیل مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. در ادامه، تفسیری متناسب با هر سناریو ارائه شده است:
۱. پره‌های توربین بادی: نقش‌های اصلی توری منبسط شده مسی - حفاظت در برابر صاعقه و نظارت بر سازه
پره‌های توربین بادی (که عمدتاً از مواد کامپوزیتی الیاف شیشه/الیاف کربن ساخته شده‌اند و طول آنها تا ده‌ها متر می‌رسد) اجزایی هستند که در ارتفاعات بالا مستعد برخورد صاعقه هستند. در این سناریو، توری منبسط شده مسی عمدتاً وظایف دوگانه "محافظت در برابر صاعقه" و "نظارت بر سلامت" را بر عهده دارد. نقش‌های خاص به شرح زیر تقسیم می‌شوند:
۱.۱ محافظت در برابر صاعقه: ایجاد یک «مسیر رسانا» در داخل تیغه برای جلوگیری از آسیب صاعقه
۱.۱.۱ جایگزینی حفاظت محلی میله‌های صاعقه‌گیر فلزی سنتی
حفاظت در برابر صاعقه تیغه‌ای سنتی به برقگیر فلزی در نوک تیغه متکی است. با این حال، بدنه اصلی تیغه از مواد کامپوزیت عایق ساخته شده است. هنگامی که صاعقه رخ می‌دهد، جریان احتمالاً یک "ولتاژ پله‌ای" در داخل تشکیل می‌دهد که ممکن است ساختار تیغه را بشکند یا مدار داخلی را بسوزاند. مش مسی منبسط شده (معمولاً یک مش بافته شده مسی ظریف، متصل به دیواره داخلی تیغه یا جاسازی شده در لایه مواد کامپوزیت) می‌تواند یک شبکه رسانای پیوسته در داخل تیغه تشکیل دهد. این مش به طور یکنواخت جریان صاعقه دریافتی توسط برقگیر نوک تیغه را به سیستم اتصال زمین در ریشه تیغه هدایت می‌کند و از تمرکز جریانی که ممکن است تیغه را بشکند، جلوگیری می‌کند. در عین حال، از سنسورهای داخلی (مانند سنسورهای فشار و سنسورهای دما) در برابر آسیب صاعقه محافظت می‌کند.
۱.۱.۲ کاهش خطر جرقه‌های ناشی از صاعقه
مس رسانایی الکتریکی بسیار خوبی دارد (با مقاومت ویژه تنها 1.72×10⁻⁸Ω)·متر، بسیار کمتر از آلومینیوم و آهن). این ماده می‌تواند جریان صاعقه را به سرعت هدایت کند، جرقه‌های با دمای بالا که توسط جریان باقی مانده در داخل تیغه ایجاد می‌شوند را کاهش دهد، از اشتعال مواد کامپوزیتی تیغه جلوگیری کند (برخی از مواد کامپوزیتی مبتنی بر رزین قابل اشتعال هستند) و خطر ایمنی سوختن تیغه را کاهش دهد.
۱.۲ پایش سلامت سازه: به عنوان «الکترود حسگر» یا «حامل انتقال سیگنال»
۱.۲.۱ کمک به انتقال سیگنال حسگرهای داخلی
پره‌های توربین بادی مدرن باید تغییر شکل، ارتعاش، دما و سایر پارامترهای خود را به صورت بلادرنگ رصد کنند تا مشخص شود که آیا ترک و آسیب خستگی وجود دارد یا خیر. تعداد زیادی میکروسنسور درون پره‌ها کاشته شده است. مش مسی منبسط شده می‌تواند به عنوان "خط انتقال سیگنال" حسگرها استفاده شود. ویژگی مقاومت کم مش مسی، تضعیف سیگنال‌های نظارتی را در طول انتقال از راه دور کاهش می‌دهد و تضمین می‌کند که سیستم نظارتی در ریشه پره می‌تواند داده‌های سلامت نوک و بدنه پره را به طور دقیق دریافت کند. در عین حال، ساختار مش مسی می‌تواند یک "شبکه نظارتی توزیع شده" با حسگرها تشکیل دهد که کل ناحیه پره را پوشش می‌دهد و از نقاط کور نظارتی جلوگیری می‌کند.
۱.۲.۲ افزایش قابلیت آنتی‌استاتیک مواد کامپوزیتی
وقتی تیغه با سرعت بالا می‌چرخد، با هوا اصطکاک پیدا می‌کند و الکتریسیته ساکن تولید می‌کند. اگر الکتریسیته ساکن زیادی جمع شود، ممکن است با سیگنال‌های حسگر داخلی تداخل پیدا کند یا قطعات الکترونیکی را خراب کند. خاصیت رسانایی توری منبسط شده مسی می‌تواند الکتریسیته ساکن را به صورت بلادرنگ به سیستم اتصال زمین هدایت کند و تعادل الکترواستاتیک داخل تیغه را حفظ کرده و عملکرد پایدار سیستم نظارت و مدار کنترل را تضمین کند.
۲. ماژول‌های فتوولتائیک خورشیدی (سازه‌های تیغه‌ای): نقش‌های اصلی توری منبسط شده مسی - رسانایی و بهینه‌سازی راندمان تولید برق
در برخی از تجهیزات فتوولتائیک خورشیدی (مانند پنل‌های فتوولتائیک انعطاف‌پذیر و واحدهای تولید برق «تیغه‌ای» کاشی‌های فتوولتائیک)، از مش منبسط‌شده مسی عمدتاً برای جایگزینی یا کمک به الکترودهای خمیر نقره سنتی استفاده می‌شود و راندمان رسانایی و دوام ساختاری را بهبود می‌بخشد. نقش‌های خاص به شرح زیر است:
۲.۱ بهبود راندمان جمع‌آوری و انتقال جریان
۲.۱.۱ یک «راهکار رسانای کم‌هزینه» جایگزین خمیر نقره سنتی
هسته ماژول‌های فتوولتائیک، سلول سیلیکونی کریستالی است. برای جمع‌آوری جریان تولید شده توسط نور توسط سلول، به الکترود نیاز است. الکترودهای سنتی عمدتاً از خمیر نقره استفاده می‌کنند (که رسانایی خوبی دارد اما بسیار گران است). شبکه منبسط شده مسی (با رسانایی نزدیک به نقره و هزینه‌ای تنها حدود ۱/۵۰ نقره) می‌تواند سطح سلول را از طریق یک "ساختار شبکه‌ای" بپوشاند تا یک شبکه جمع‌آوری جریان کارآمد تشکیل دهد. شکاف‌های شبکه‌ای شبکه مسی به نور اجازه می‌دهد تا به طور عادی نفوذ کند (بدون اینکه ناحیه دریافت نور سلول را مسدود کند) و در عین حال، خطوط شبکه می‌توانند به سرعت جریان پراکنده در قسمت‌های مختلف سلول را جمع‌آوری کنند و "اتلاف مقاومت سری" را در طول انتقال جریان کاهش دهند و راندمان کلی تولید برق ماژول فتوولتائیک را بهبود بخشند.
۲.۱.۲ سازگاری با الزامات تغییر شکل ماژول‌های فتوولتائیک انعطاف‌پذیر
پنل‌های فتوولتائیک انعطاف‌پذیر (مانند پنل‌های مورد استفاده در سقف‌های منحنی و تجهیزات قابل حمل) باید دارای ویژگی‌های خمش‌پذیری باشند. الکترودهای خمیر نقره سنتی (که شکننده هستند و هنگام خم شدن به راحتی می‌شکنند) قابل تطبیق نیستند. با این حال، توری مسی انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری خوبی دارد که می‌تواند همزمان با سلول انعطاف‌پذیر خم شود. پس از خم شدن، همچنان رسانایی پایدار خود را حفظ می‌کند و از خرابی تولید برق ناشی از شکستگی الکترود جلوگیری می‌کند.
۲.۲ افزایش دوام ساختاری ماژول‌های فتوولتائیک
۲.۲.۱ مقاومت در برابر خوردگی محیطی و آسیب مکانیکی
ماژول‌های فتوولتائیک برای مدت طولانی در معرض هوای آزاد (در معرض باد، باران، دمای بالا و رطوبت بالا) قرار دارند. الکترودهای خمیر نقره سنتی به راحتی توسط بخار آب و نمک (در مناطق ساحلی) خورده می‌شوند و در نتیجه رسانایی کاهش می‌یابد. شبکه مسی می‌تواند مقاومت در برابر خوردگی خود را از طریق آبکاری سطحی (مانند آبکاری قلع و آبکاری نیکل) بیشتر بهبود بخشد. در عین حال، ساختار شبکه‌ای شبکه مسی می‌تواند تنش ناشی از ضربات مکانیکی خارجی (مانند تگرگ و برخورد شن و ماسه) را پراکنده کند و از شکستن سلول به دلیل تنش موضعی بیش از حد جلوگیری کرده و عمر مفید ماژول فتوولتائیک را افزایش دهد.
۲.۲.۲ کمک به اتلاف گرما و کاهش اتلاف دما
ماژول‌های فتوولتائیک به دلیل جذب نور در حین کار، گرما تولید می‌کنند. دمای بیش از حد بالا منجر به «افت ضریب دما» می‌شود (راندمان تولید برق سلول‌های سیلیکون کریستالی به ازای هر ۱ درجه سانتیگراد افزایش دما حدود ۰.۴٪ تا ۰.۵٪ کاهش می‌یابد). مس رسانایی حرارتی عالی دارد (با رسانایی حرارتی ۴۰۱ وات بر متر مربع)·K)، بسیار بالاتر از خمیر نقره). توری منبسط شده مسی می‌تواند به عنوان یک «کانال اتلاف گرما» برای هدایت سریع گرمای تولید شده توسط سلول به سطح ماژول استفاده شود و گرما را از طریق همرفت هوا دفع کند، دمای عملیاتی ماژول را کاهش دهد و افت راندمان ناشی از افت دما را کم کند.
۳. دلایل اصلی انتخاب «جنس مس» برای توری منبسط شده مسی: سازگاری با الزامات عملکرد پره‌های تولید برق
پره‌های تولید برق الزامات عملکردی دقیقی برای شبکه مسی منبسط شده دارند و ویژگی‌های ذاتی مس کاملاً این الزامات را برآورده می‌کند. مزایای خاص در جدول زیر نشان داده شده است:
| الزامات اصلی | ویژگی‌های مواد مسی |
| رسانایی الکتریکی بالا | مس مقاومت ویژه بسیار کمی دارد (فقط کمتر از نقره)، که می‌تواند جریان رعد و برق (برای انرژی باد) یا جریان تولید شده توسط نور (برای فتوولتائیک) را به طور مؤثر هدایت کند و تلفات انرژی را کاهش دهد. |
| انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری بالا | این می‌تواند با تغییر شکل پره‌های توربین بادی و الزامات خمش ماژول‌های فتوولتائیک سازگار شود و از شکستگی جلوگیری کند. |
| مقاومت در برابر خوردگی خوب | مس به راحتی در هوا یک لایه محافظ اکسید مس پایدار تشکیل می‌دهد و مقاومت خوردگی آن را می‌توان از طریق آبکاری بیشتر بهبود بخشید و آن را برای محیط‌های بیرونی مناسب کرد. |
| رسانایی حرارتی عالی | این امر به اتلاف حرارت ماژول‌های فتوولتائیک کمک کرده و اتلاف دما را کاهش می‌دهد؛ در عین حال، از سوختن موضعی پره‌های توربین بادی در اثر برخورد صاعقه با دمای بالا جلوگیری می‌کند. |
| مقرون به صرفه بودن | رسانایی آن نزدیک به نقره است، اما هزینه آن بسیار کمتر از نقره است که می‌تواند هزینه ساخت پره‌های تولید برق را تا حد زیادی کاهش دهد. |
در نتیجه، شبکه مسی منبسط‌شده در پره‌های تولید برق یک «قطعه جهانی» نیست، بلکه بسته به نوع تجهیزات (انرژی بادی/فتوولتائیک) نقش هدفمندی ایفا می‌کند. در پره‌های توربین بادی، این شبکه بر «محافظت در برابر صاعقه + نظارت بر سلامت» تمرکز دارد تا عملکرد ایمن تجهیزات را تضمین کند؛ در ماژول‌های فتوولتائیک، بر «رسانایی با راندمان بالا + دوام ساختاری» تمرکز دارد تا راندمان تولید برق و طول عمر مفید را بهبود بخشد. اساس عملکرد آن حول سه هدف اصلی «تضمین ایمنی، پایداری و راندمان بالای تجهیزات تولید برق» می‌چرخد و ویژگی‌های ماده مس، پشتوانه اصلی برای تحقق این عملکردها هستند.
زمان ارسال: ۲۹ سپتامبر ۲۰۲۵