विद्युत उत्पादन ब्लेड में तांबे के विस्तारित जाल की भूमिका

विद्युत उत्पादन ब्लेडों (आमतौर पर पवन टरबाइन ब्लेडों या सौर फोटोवोल्टिक मॉड्यूलों में ब्लेड जैसी संरचनाओं को संदर्भित) में प्रयुक्त तांबे की विस्तारित जाली विद्युत चालकता सुनिश्चित करने, संरचनात्मक स्थिरता बढ़ाने और विद्युत उत्पादन दक्षता को अनुकूलित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। विद्युत उत्पादन उपकरण (पवन ऊर्जा/फोटोवोल्टिक) के प्रकार के आधार पर इसके कार्यों का विस्तृत विश्लेषण आवश्यक है। निम्नलिखित एक परिदृश्य-विशिष्ट व्याख्या है:

1. पवन टरबाइन ब्लेड: तांबे के विस्तारित जाल की मुख्य भूमिकाएँ - बिजली संरक्षण और संरचनात्मक निगरानी

पवन टरबाइन ब्लेड (ज्यादातर ग्लास फाइबर/कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री से बने, जिनकी लंबाई दसियों मीटर तक होती है) ऊँचाई पर बिजली गिरने के लिए अतिसंवेदनशील घटक हैं। इस स्थिति में, तांबे की विस्तारित जाली मुख्य रूप से "बिजली से सुरक्षा" और "स्वास्थ्य निगरानी" के दोहरे कार्य करती है। विशिष्ट भूमिकाएँ इस प्रकार विभाजित हैं:

1.1 बिजली के प्रहार से सुरक्षा: बिजली से होने वाले नुकसान से बचने के लिए ब्लेड के अंदर एक "प्रवाहकीय पथ" का निर्माण

1.1.1 पारंपरिक धातु बिजली की छड़ों के स्थानीय संरक्षण को प्रतिस्थापित करना

पारंपरिक ब्लेड बिजली संरक्षण ब्लेड की नोक पर लगे धातु के बिजली अवरोधक पर निर्भर करता है। हालाँकि, ब्लेड का मुख्य भाग इन्सुलेटिंग मिश्रित सामग्रियों से बना होता है। जब बिजली गिरती है, तो करंट अंदर एक "स्टेप वोल्टेज" बना सकता है, जो ब्लेड की संरचना को तोड़ सकता है या आंतरिक सर्किट को जला सकता है। तांबे की विस्तारित जाली (आमतौर पर एक महीन तांबे की बुनी हुई जाली, जो ब्लेड की भीतरी दीवार से जुड़ी होती है या मिश्रित सामग्री की परत में समाहित होती है) ब्लेड के अंदर एक सतत प्रवाहकीय नेटवर्क बना सकती है। यह ब्लेड टिप अवरोधक द्वारा प्राप्त बिजली करंट को ब्लेड की जड़ में स्थित ग्राउंडिंग सिस्टम तक समान रूप से पहुँचाता है, जिससे करंट का जमाव ब्लेड को नुकसान पहुँचा सकता है। साथ ही, यह आंतरिक सेंसरों (जैसे स्ट्रेन सेंसर और तापमान सेंसर) को बिजली से होने वाले नुकसान से बचाता है।

1.1.2 बिजली से उत्पन्न चिंगारियों के जोखिम को कम करना

तांबे में उत्कृष्ट विद्युत चालकता होती है (केवल 1.72×10⁻⁸Ω प्रतिरोधकता के साथ)・मीटर, एल्यूमीनियम और लोहे की तुलना में बहुत कम)। यह तेजी से बिजली का प्रवाह कर सकता है, ब्लेड के अंदर रहने वाले करंट से उत्पन्न उच्च तापमान वाले स्पार्क को कम कर सकता है, ब्लेड मिश्रित सामग्रियों को प्रज्वलित होने से बचा सकता है (कुछ राल-आधारित मिश्रित सामग्री ज्वलनशील होती हैं), और ब्लेड के जलने के सुरक्षा खतरे को कम कर सकता है।

1.2 संरचनात्मक स्वास्थ्य निगरानी: "सेंसिंग इलेक्ट्रोड" या "सिग्नल ट्रांसमिशन कैरियर" के रूप में कार्य करना

1.2.1 अंतर्निर्मित सेंसरों के सिग्नल ट्रांसमिशन में सहायता करना

आधुनिक पवन टरबाइन ब्लेडों को अपने स्वयं के विरूपण, कंपन, तापमान और अन्य मापदंडों की वास्तविक समय में निगरानी करने की आवश्यकता होती है ताकि यह पता लगाया जा सके कि उनमें दरारें और थकान क्षति तो नहीं है। ब्लेड के अंदर बड़ी संख्या में सूक्ष्म सेंसर लगाए जाते हैं। तांबे की विस्तारित जाली का उपयोग सेंसरों की "सिग्नल ट्रांसमिशन लाइन" के रूप में किया जा सकता है। तांबे की जाली की कम-प्रतिरोध विशेषता लंबी दूरी के प्रसारण के दौरान निगरानी संकेतों के क्षीणन को कम करती है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि ब्लेड की जड़ में स्थित निगरानी प्रणाली ब्लेड की नोक और ब्लेड बॉडी के स्वास्थ्य डेटा को सटीक रूप से प्राप्त कर सके। साथ ही, तांबे की जाली की जाली संरचना सेंसरों के साथ एक "वितरित निगरानी नेटवर्क" बना सकती है, जो ब्लेड के पूरे क्षेत्र को कवर करती है और निगरानी संबंधी अंध बिंदुओं से बचाती है।

1.2.2 मिश्रित सामग्रियों की एंटीस्टेटिक क्षमता को बढ़ाना

जब ब्लेड तेज़ गति से घूमता है, तो यह हवा से रगड़कर स्थैतिक विद्युत उत्पन्न करता है। यदि बहुत अधिक स्थैतिक विद्युत जमा हो जाती है, तो यह आंतरिक सेंसर संकेतों में बाधा उत्पन्न कर सकती है या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को ख़राब कर सकती है। तांबे की विस्तारित जाली का चालक गुण वास्तविक समय में ग्राउंडिंग सिस्टम तक स्थैतिक विद्युत का संचालन कर सकता है, जिससे ब्लेड के अंदर इलेक्ट्रोस्टैटिक संतुलन बना रहता है और निगरानी प्रणाली और नियंत्रण सर्किट का स्थिर संचालन सुनिश्चित होता है।

2. सौर फोटोवोल्टिक मॉड्यूल (ब्लेड जैसी संरचनाएं): तांबे के विस्तारित जाल की मुख्य भूमिकाएँ - चालकता और बिजली उत्पादन दक्षता का अनुकूलन

कुछ सौर फोटोवोल्टिक उपकरणों (जैसे लचीले फोटोवोल्टिक पैनल और फोटोवोल्टिक टाइलों की "ब्लेड जैसी" विद्युत उत्पादन इकाइयाँ) में, तांबे की विस्तारित जाली का उपयोग मुख्य रूप से पारंपरिक सिल्वर पेस्ट इलेक्ट्रोड को बदलने या उनकी सहायता के लिए किया जाता है, जिससे चालकता दक्षता और संरचनात्मक स्थायित्व में सुधार होता है। विशिष्ट भूमिकाएँ इस प्रकार हैं:

2.1 वर्तमान संग्रहण और संचरण दक्षता में सुधार

2.1.1 पारंपरिक सिल्वर पेस्ट की जगह एक "कम लागत वाला प्रवाहकीय समाधान"

फोटोवोल्टिक मॉड्यूल का मूल क्रिस्टलीय सिलिकॉन सेल है। सेल द्वारा उत्पन्न प्रकाश-जनित धारा को एकत्रित करने के लिए इलेक्ट्रोड की आवश्यकता होती है। पारंपरिक इलेक्ट्रोड में अधिकतर सिल्वर पेस्ट का उपयोग किया जाता है (जिसकी चालकता अच्छी होती है, लेकिन यह बेहद महंगा होता है)। तांबे की विस्तारित जाली (जिसकी चालकता चांदी के लगभग बराबर होती है और जिसकी लागत चांदी की लगभग 1/50 होती है) एक "ग्रिड संरचना" के माध्यम से सेल की सतह को ढककर एक कुशल धारा संग्रहण नेटवर्क बनाती है। तांबे की जाली के ग्रिड अंतराल प्रकाश को सामान्य रूप से प्रवेश करने देते हैं (सेल के प्रकाश-ग्रहण क्षेत्र को अवरुद्ध किए बिना), और साथ ही, ग्रिड लाइनें सेल के विभिन्न भागों में बिखरी हुई धारा को शीघ्रता से एकत्रित कर सकती हैं, जिससे धारा संचरण के दौरान "श्रृंखला प्रतिरोध हानि" कम होती है और फोटोवोल्टिक मॉड्यूल की समग्र विद्युत उत्पादन दक्षता में सुधार होता है।

2.1.2 लचीले फोटोवोल्टिक मॉड्यूल की विरूपण आवश्यकताओं के अनुकूल होना

लचीले फोटोवोल्टिक पैनल (जैसे घुमावदार छतों और पोर्टेबल उपकरणों में इस्तेमाल होने वाले) में मुड़ने योग्य गुण होने चाहिए। पारंपरिक सिल्वर पेस्ट इलेक्ट्रोड (जो भंगुर होते हैं और मुड़ने पर आसानी से टूट जाते हैं) को अनुकूलित नहीं किया जा सकता। हालाँकि, तांबे की जाली में अच्छा लचीलापन और लचीलापन होता है, जो लचीली सेल के साथ समकालिक रूप से मुड़ सकता है। मुड़ने के बाद भी, यह स्थिर चालकता बनाए रखता है, जिससे इलेक्ट्रोड टूटने से होने वाली बिजली उत्पादन विफलता से बचा जा सकता है।

2.2 फोटोवोल्टिक मॉड्यूल की संरचनात्मक स्थायित्व को बढ़ाना

2.2.1 पर्यावरणीय संक्षारण और यांत्रिक क्षति का प्रतिरोध

फोटोवोल्टिक मॉड्यूल लंबे समय तक बाहरी वातावरण (हवा, बारिश, उच्च तापमान और उच्च आर्द्रता) के संपर्क में रहते हैं। पारंपरिक सिल्वर पेस्ट इलेक्ट्रोड जल वाष्प और नमक (तटीय क्षेत्रों में) से आसानी से संक्षारित हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप चालकता कम हो जाती है। तांबे की जाली सतह पर चढ़ाने (जैसे टिन चढ़ाना और निकल चढ़ाना) के माध्यम से अपने संक्षारण प्रतिरोध को और बेहतर बना सकती है। साथ ही, तांबे की जाली की जाली संरचना बाहरी यांत्रिक प्रभावों (जैसे ओलों और रेत के प्रभाव) के तनाव को दूर कर सकती है, जिससे सेल अत्यधिक स्थानीय तनाव के कारण टूटने से बच जाता है और फोटोवोल्टिक मॉड्यूल का सेवा जीवन लंबा हो जाता है।

2.2.2 ऊष्मा अपव्यय में सहायता और तापमान हानि को कम करना

फोटोवोल्टिक मॉड्यूल संचालन के दौरान प्रकाश अवशोषण के कारण ऊष्मा उत्पन्न करते हैं। अत्यधिक उच्च तापमान "तापमान गुणांक हानि" का कारण बनेगा (क्रिस्टलीय सिलिकॉन कोशिकाओं की विद्युत उत्पादन क्षमता तापमान में प्रत्येक 1°C वृद्धि के लिए लगभग 0.4% - 0.5% कम हो जाती है)। तांबे में उत्कृष्ट तापीय चालकता होती है (401W/(m) तापीय चालकता के साथ)।・K), सिल्वर पेस्ट की तुलना में बहुत अधिक)। तांबे के विस्तारित जाल का उपयोग "गर्मी अपव्यय चैनल" के रूप में किया जा सकता है ताकि सेल द्वारा उत्पन्न गर्मी को मॉड्यूल की सतह पर जल्दी से संचालित किया जा सके, और वायु संवहन के माध्यम से गर्मी को नष्ट किया जा सके, जिससे मॉड्यूल का ऑपरेटिंग तापमान कम हो सके और तापमान हानि के कारण होने वाली दक्षता हानि को कम किया जा सके।

3. कॉपर विस्तारित जाल के लिए "कॉपर सामग्री" चुनने के मुख्य कारण: बिजली उत्पादन ब्लेड की प्रदर्शन आवश्यकताओं के अनुकूल होना

विद्युत उत्पादन ब्लेडों में तांबे के विस्तारित जाल के लिए सख्त प्रदर्शन आवश्यकताएँ होती हैं, और तांबे की अंतर्निहित विशेषताएँ इन आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा करती हैं। विशिष्ट लाभ निम्नलिखित तालिका में दर्शाए गए हैं:

निष्कर्षतः, विद्युत उत्पादन ब्लेडों में तांबे का विस्तारित जाल एक "सार्वभौमिक घटक" नहीं है, बल्कि उपकरण के प्रकार (पवन ऊर्जा/फोटोवोल्टिक) के अनुसार एक लक्षित भूमिका निभाता है। पवन टरबाइन ब्लेडों में, यह उपकरणों के सुरक्षित संचालन को सुनिश्चित करने के लिए "बिजली संरक्षण + स्वास्थ्य निगरानी" पर केंद्रित है; फोटोवोल्टिक मॉड्यूलों में, यह विद्युत उत्पादन दक्षता और सेवा जीवन में सुधार के लिए "उच्च दक्षता चालकता + संरचनात्मक स्थायित्व" पर केंद्रित है। इसके कार्यों का सार "विद्युत उत्पादन उपकरणों की सुरक्षा, स्थिरता और उच्च दक्षता सुनिश्चित करने" के तीन मुख्य लक्ष्यों के इर्द-गिर्द घूमता है, और तांबे की सामग्री की विशेषताएँ इन कार्यों को साकार करने के लिए प्रमुख आधार हैं।