სპილენძის გაფართოებული ბადის როლი ენერგიის გენერაციის პირებში

ელექტროენერგიის გენერაციის ფრთებში (ჩვეულებრივ, ქარის ტურბინის ფრთებში ან მზის ფოტოელექტრული მოდულების ფრთისებრ სტრუქტურებში) გამოყენებული სპილენძის გაფართოებული ბადე მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ელექტროგამტარობის უზრუნველყოფაში, სტრუქტურული სტაბილურობის გაზრდასა და ელექტროენერგიის გენერაციის ეფექტურობის ოპტიმიზაციაში. მისი ფუნქციები დეტალურად უნდა გაანალიზდეს ელექტროენერგიის გენერაციის აღჭურვილობის ტიპის (ქარის ენერგია/ფოტოელექტრული) მიხედვით. ქვემოთ მოცემულია სცენარისთვის დამახასიათებელი ინტერპრეტაცია:

1. ქარის ტურბინის პირები: სპილენძის გაფართოებული ბადის ძირითადი როლი - ელვისებური დაცვა და სტრუქტურული მონიტორინგი

ქარის ტურბინის პირები (ძირითადად დამზადებული მინაბოჭკოვანი/ნახშირბადოვანი ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალებისგან, რომელთა სიგრძე ათეულ მეტრამდეა) მაღალ სიმაღლეზე ელვისებური დარტყმისადმი მგრძნობიარე კომპონენტებია. ამ სცენარში, სპილენძის გაფართოებული ბადე ძირითადად ასრულებს ორმაგ ფუნქციას: „ელვისგან დაცვა“ და „ჯანმრთელობის მონიტორინგი“. კონკრეტული როლები შემდეგნაირად იყოფა:

1.1 ელვის დარტყმისგან დაცვა: ელვის დაზიანების თავიდან ასაცილებლად, ფრთის შიგნით „გამტარი გზის“ შექმნა

1.1.1 ტრადიციული ლითონის ელვაშესაკრავების ლოკალური დაცვის შეცვლა

ტრადიციული პირისგან ელვისებური დაცვა ეფუძნება პირისგან წვერში არსებულ ლითონის ელვისებურ ჩამკეტს. თუმცა, პირისგან ძირითადი კორპუსი დამზადებულია საიზოლაციო კომპოზიტური მასალებისგან. ელვის დარტყმის დროს, დენი, სავარაუდოდ, შიგნით „საფეხურიან ძაბვას“ წარმოქმნის, რამაც შეიძლება დააზიანოს პირისგან სტრუქტურა ან დაწვას შიდა წრედი. სპილენძის გაფართოებულ ბადეს (ჩვეულებრივ, წვრილი სპილენძის ნაქსოვი ბადე, რომელიც მიმაგრებულია პირისგან შიდა კედელზე ან ჩაშენებულია კომპოზიტური მასალის ფენაში) შეუძლია პირისგან შიგნით უწყვეტი გამტარი ქსელის შექმნა. ის თანაბრად ატარებს პირისგან წვერისგან დამკეტის მიერ მიღებულ ელვისებურ დენს პირისგან ძირში არსებულ დამიწების სისტემაში, თავიდან აიცილებს დენის კონცენტრაციას, რამაც შეიძლება პირისგან დაზიანება გამოიწვიოს. ამავდროულად, ის იცავს შიდა სენსორებს (როგორიცაა დეფორმაციის სენსორები და ტემპერატურის სენსორები) ელვისებური დაზიანებისგან.

1.1.2 ელვისებური ნაპერწკლების რისკის შემცირება

სპილენძს აქვს შესანიშნავი ელექტროგამტარობა (მხოლოდ 1.72×10⁻⁸Ω წინაღობით).・მ, გაცილებით დაბალია, ვიდრე ალუმინის და რკინის). მას შეუძლია სწრაფად გაატაროს ელვისებური დენი, შეამციროს პირის შიგნით დარჩენილ დენში წარმოქმნილი მაღალი ტემპერატურის ნაპერწკლები, თავიდან აიცილოს პირის კომპოზიტური მასალების აალება (ზოგიერთი ფისზე დაფუძნებული კომპოზიტური მასალა აალებადია) და შეამციროს პირის დაწვის უსაფრთხოების საფრთხე.

1.2 სტრუქტურული მდგომარეობის მონიტორინგი: „სენსორული ელექტროდის“ ან „სიგნალის გადაცემის გადამტანის“ ფუნქცია

1.2.1 ჩაშენებული სენსორების სიგნალის გადაცემის დახმარება

თანამედროვე ქარის ტურბინის პირებს რეალურ დროში საკუთარი დეფორმაციის, ვიბრაციის, ტემპერატურის და სხვა პარამეტრების მონიტორინგი სჭირდებათ, რათა დადგინდეს, არის თუ არა ბზარები და დაღლილობის შედეგად გამოწვეული დაზიანებები. პირებში დიდი რაოდენობით მიკროსენსორებია ჩამონტაჟებული. სპილენძის გაფართოებული ბადე შეიძლება გამოყენებულ იქნას სენსორების „სიგნალის გადაცემის ხაზად“. სპილენძის ბადის დაბალი წინაღობის მახასიათებელი ამცირებს მონიტორინგის სიგნალების შესუსტებას დიდ მანძილზე გადაცემის დროს, რაც უზრუნველყოფს, რომ პირის ძირში არსებული მონიტორინგის სისტემამ ზუსტად მიიღოს პირის წვერისა და პირის კორპუსის ჯანმრთელობის მონაცემები. ამავდროულად, სპილენძის ბადის ბადისებრ სტრუქტურას შეუძლია სენსორებთან ერთად შექმნას „განაწილებული მონიტორინგის ქსელი“, რომელიც ფარავს პირის მთელ არეალს და თავიდან აიცილებს მონიტორინგის ბრმა ზონებს.

1.2.2 კომპოზიტური მასალების ანტისტატიკური უნარის გაძლიერება

როდესაც პირი მაღალი სიჩქარით ბრუნავს, ის ჰაერს ეხახუნება და სტატიკური ელექტროენერგიას წარმოქმნის. თუ ძალიან ბევრი სტატიკური ელექტროენერგია დაგროვდება, მან შეიძლება ხელი შეუშალოს შიდა სენსორის სიგნალებს ან დააზიანოს ელექტრონული კომპონენტები. სპილენძის გაფართოებული ბადის გამტარობის თვისებას შეუძლია რეალურ დროში სტატიკური ელექტროენერგიის გატარება დამიწების სისტემაში, რაც ინარჩუნებს პირში ელექტროსტატიკულ ბალანსს და უზრუნველყოფს მონიტორინგის სისტემისა და მართვის წრედის სტაბილურ მუშაობას.

2. მზის ფოტოელექტრული მოდულები (პირისებრი სტრუქტურები): სპილენძის გაფართოებული ბადის ძირითადი როლები - გამტარობა და ენერგიის გენერაციის ეფექტურობის ოპტიმიზაცია

ზოგიერთ მზის ფოტოელექტრულ მოწყობილობაში (მაგალითად, მოქნილ ფოტოელექტრულ პანელებში და ფოტოელექტრული ფილების „პირისებრ“ ენერგიის გენერაციის ერთეულებში), სპილენძის გაფართოებული ბადე ძირითადად გამოიყენება ტრადიციული ვერცხლის პასტის ელექტროდების შესაცვლელად ან დასახმარებლად, რაც აუმჯობესებს გამტარობის ეფექტურობას და სტრუქტურულ გამძლეობას. კონკრეტული როლებია:

2.1 დენის შეგროვებისა და გადაცემის ეფექტურობის გაუმჯობესება

2.1.1 „დაბალი ღირებულების გამტარი ხსნარი“, რომელიც ცვლის ტრადიციულ ვერცხლის პასტს

ფოტოელექტრული მოდულების ბირთვი კრისტალური სილიციუმის უჯრედია. ელექტროდები საჭიროა უჯრედის მიერ გენერირებული ფოტოგენერირებული დენის შესაგროვებლად. ტრადიციული ელექტროდები ძირითადად იყენებენ ვერცხლის პასტას (რომელსაც აქვს კარგი გამტარობა, მაგრამ ძალიან ძვირია). სპილენძის გაფართოებულ ბადეს (ვერცხლის გამტარობასთან ახლოსაა და ვერცხლის ღირებულების მხოლოდ 1/50-ია) შეუძლია დაფაროს უჯრედის ზედაპირი „ბადისებრი სტრუქტურის“ მეშვეობით, რათა შექმნას ეფექტური დენის შემგროვებელი ქსელი. სპილენძის ბადის ბადისებრი ნაპრალები საშუალებას აძლევს სინათლეს ნორმალურად შეაღწიოს (უჯრედის სინათლის მიმღები არეალის დაბლოკვის გარეშე) და ამავდროულად, ბადისებრ ხაზებს შეუძლიათ სწრაფად შეაგროვონ უჯრედის სხვადასხვა ნაწილში გაბნეული დენი, რაც ამცირებს დენის გადაცემის დროს „სერიული წინააღმდეგობის დანაკარგს“ და აუმჯობესებს ფოტოელექტრული მოდულის საერთო ენერგიის გენერაციის ეფექტურობას.

2.1.2 მოქნილი ფოტოელექტრული მოდულების დეფორმაციის მოთხოვნებთან ადაპტაცია

მოქნილ ფოტოელექტრულ პანელებს (როგორიცაა ის, რაც გამოიყენება მოხრილ სახურავებსა და პორტატულ აღჭურვილობაში) უნდა ჰქონდეთ მოხრის მახასიათებლები. ტრადიციული ვერცხლის პასტის ელექტროდები (რომლებიც მყიფეა და მოხრისას ადვილად ტყდება) ვერ ადაპტირდება. თუმცა, სპილენძის ბადეს აქვს კარგი მოქნილობა და პლასტიურობა, რომელსაც შეუძლია სინქრონულად მოხრა მოქნილ უჯრედთან. მოხრის შემდეგაც კი, ის მაინც ინარჩუნებს სტაბილურ გამტარობას, რაც თავიდან აიცილებს ელექტროდის გატეხვით გამოწვეულ ელექტროენერგიის გენერაციის უკმარისობას.

2.2 ფოტოელექტრული მოდულების სტრუქტურული გამძლეობის გაზრდა

2.2.1 გარემოს კოროზიისა და მექანიკური დაზიანებისადმი მდგრადობა

ფოტოელექტრული მოდულები დიდი ხნის განმავლობაში ღია ცის ქვეშ იმყოფება (ქარის, წვიმის, მაღალი ტემპერატურისა და მაღალი ტენიანობის ზემოქმედების ქვეშ). ტრადიციული ვერცხლის პასტის ელექტროდები ადვილად კოროზირდება წყლის ორთქლითა და მარილით (სანაპირო რაიონებში), რაც იწვევს გამტარობის შემცირებას. სპილენძის ბადეს შეუძლია კიდევ უფრო გააუმჯობესოს კოროზიისადმი მდგრადობა ზედაპირული მოპირკეთების საშუალებით (მაგალითად, თუნუქით და ნიკელით მოპირკეთება). ამავდროულად, სპილენძის ბადის ბადისებრ სტრუქტურას შეუძლია გარე მექანიკური ზემოქმედების (მაგალითად, სეტყვისა და ქვიშის ზემოქმედება) დაძაბულობის გაფანტვა, რაც ხელს უშლის უჯრედის გატეხვას ჭარბი ადგილობრივი დაძაბულობის გამო და ახანგრძლივებს ფოტოელექტრული მოდულის მომსახურების ვადას.

2.2.2 სითბოს გაფანტვისა და ტემპერატურის დანაკარგის შემცირების ხელშეწყობა

ფოტოელექტრული მოდულები მუშაობის დროს სინათლის შთანთქმის გამო სითბოს გამოიმუშავებენ. ზედმეტად მაღალი ტემპერატურა გამოიწვევს „ტემპერატურის კოეფიციენტის დანაკარგს“ (კრისტალური სილიციუმის უჯრედების ენერგოგენერაციის ეფექტურობა მცირდება დაახლოებით 0.4%-0.5%-ით ტემპერატურის ყოველ 1°C-ით მატებაზე). სპილენძს აქვს შესანიშნავი თბოგამტარობა (401W/(m) თბოგამტარობით).・K), გაცილებით მაღალია, ვიდრე ვერცხლის პასტა). სპილენძის გაფართოებული ბადე შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც „სითბოს გაფრქვევის არხი“, რათა სწრაფად გადაიტანოს უჯრედის მიერ გენერირებული სითბო მოდულის ზედაპირზე და გაფანტოს სითბო ჰაერის კონვექციის გზით, რითაც შემცირდება მოდულის სამუშაო ტემპერატურა და ტემპერატურის დაკარგვით გამოწვეული ეფექტურობის დანაკარგები.

3. სპილენძის გაფართოებული ბადისთვის „სპილენძის მასალის“ არჩევის ძირითადი მიზეზები: ენერგიის გენერატორის პირების მუშაობის მოთხოვნებთან ადაპტაცია

ენერგიის გენერაციის პირებს სპილენძის გაფართოებული ბადის მიმართ მკაცრი მოთხოვნები აქვთ და სპილენძის თანდაყოლილი მახასიათებლები იდეალურად აკმაყოფილებს ამ მოთხოვნებს. კონკრეტული უპირატესობები ნაჩვენებია შემდეგ ცხრილში:

დასკვნის სახით, ელექტროენერგიის გენერაციის ფრთებში სპილენძის გაფართოებული ბადე არ არის „უნივერსალური კომპონენტი“, არამედ ასრულებს მიზანმიმართულ როლს აღჭურვილობის ტიპის (ქარის ენერგია/ფოტოელექტრული) მიხედვით. ქარის ტურბინის ფრთებში ის ფოკუსირებულია „ელვისგან დაცვაზე + ჯანმრთელობის მონიტორინგზე“, რათა უზრუნველყოფილი იყოს აღჭურვილობის უსაფრთხო მუშაობა; ფოტოელექტრულ მოდულებში კი ის ფოკუსირებულია „მაღალეფექტურ გამტარობაზე + სტრუქტურულ გამძლეობაზე“, რათა გაუმჯობესდეს ელექტროენერგიის გენერაციის ეფექტურობა და მომსახურების ვადა. მისი ფუნქციების არსი სამ ძირითად მიზანს მოიცავს: „ენერგიის გენერაციის აღჭურვილობის უსაფრთხოების, სტაბილურობისა და მაღალი ეფექტურობის უზრუნველყოფა“, ხოლო სპილენძის მასალის მახასიათებლები ამ ფუნქციების რეალიზაციის მთავარი საყრდენია.