Onder de dubbele druk van de sterk stijgende koperprijzen en de doelstelling van koolstofneutraliteit, met koper beklede aluminium busbarr zet een nieuwe revolutie op het gebied van energiematerialen in gang. Dit artikel biedt, aan de hand van een vergelijking van tien sets belangrijke gegevens en een diepgaande analyse van de verschillen tussen de twee materialen op het gebied van geleidbaarheid, kostenefficiëntie en betrouwbaarheid – waarbij wordt verwezen naar de IEC-normen en gezaghebbende laboratoriumrapporten – een wetenschappelijke basis voor de besluitvorming bij de keuze van apparatuur. Uit de gegevens blijkt dat: in een specifiek scenario een met koper beklede aluminium busbar de kosten van 38% kan verlagen, terwijl de geleidende eigenschappen van 92% behouden blijven.
Vergelijking van materiaal
- Vergelijking van de geleidingsprestaties
Volgens de International Copper Association (ICA) heeft zuiver koper een geleidbaarheid van 58,0 MS/m, terwijl die van aluminium slechts 37,7 MS/m bedraagt. Het MIT Materials Laboratory heeft echter vastgesteld dat samengestelde stroomrails met een 30%-koperen laag een geleidbaarheid hebben die gelijkwaardig is aan die van 85%-92% zuiver koper. - Analyse van het verschil in soortelijke weerstand
Zoals blijkt uit tabel 1, bedraagt de soortelijke weerstand van zuiver koper bij 20 °C slechts 1,72 μΩ-cm, wat aanzienlijk beter is dan die van aluminium, die 2,82 μΩ-cm bedraagt. Met koperbeklede aluminium stroomrails kan de wisselstroomweerstand echter met 18% worden verlaagd door de dwarsdoorsnedstructuur te optimaliseren.
| Parameters | Zuiver koper | Aluminium | Met koper bekleed aluminium (30%) |
|---|---|---|---|
| Weerstand (μΩ-cm) | 1.72 | 2.82 | 2.05 |
| Belastingscapaciteitsverhouding | 100% | 78% | 89% |
- Optimalisatie van het skin-effect
In scenario’s met hoge frequenties kan de koperlaag op het oppervlak van met koper beklede aluminium stroomrails het skin-verlies met 6-12% verminderen, en uit experimentele gegevens van ABB blijkt dat onder 50 Hz-omstandigheden de temperatuurstijging bij een stroomcapaciteit van 2000 A slechts 7,2 K hoger is dan die van zuivere koperen busbars.
Economische en technische waarde
- Een revolutionaire doorbraak op het gebied van kosten
Uit de meest recente LME-notering blijkt dat de prijs van aluminium (\$2300/ton) slechts 27,3% bedraagt van de prijs van koper (\$8400/ton). Het gebruik van composiet stroomrails kan 38%-45% aan directe materiaalkosten besparen, met name bij stroomkanalen en andere lange componenten. - Voordelen van een lichtgewicht ontwerp
Zuiver koper heeft een dichtheid van 8,96 g/cm³, terwijl die van aluminium 2,70 g/cm³ bedraagt, waardoor het gewicht van de composiet-busbar met 62% wordt verminderd. Uit het Siemens-voorbeeld blijkt dat het totale gewicht van de energieopslagkast na toepassing met 19% is verminderd en dat de transportkosten voor één enkele kast met \$83 zijn bespaard. . - Verbetering van de installatie-efficiëntie
Uit laboratoriumtests van State Grid blijkt dat de buigsterkte van composiet-busbars 22% lager is dan die van puur koper, maar dat de installatietijd ter plaatse dankzij verbeterde verwerkingsmethoden met 35% wordt verkort. De meetgegevens van het energieopslagproject van Ningde Times bevestigen dat de bouwcyclus van een enkel station met 4,7 dagen is verkort.
Betrouwbaarheidscontrole en baanbrekende innovaties
- Test op thermische stabiliteit
Uit laboratoriumtests van UL blijkt dat het behoudpercentage van de hechtsterkte aan het raakvlak van composiet-stroomrails >92% bedraagt en dat het verschil tussen de temperatuurstijgingscurve en die van zuiver koper <15% is na 2000 uur continu bedrijf bij 105 ℃ ([UL 67-certificeringsgegevens]). - Innovatie op het gebied van mechanische prestaties
Door het explosielasproces te verbeteren, is de treksterkte van de nieuwe composiet-busbar verhoogd tot 245 MPa, wat overeenkomt met 82% van de T2-koperen busbar. Uit praktijkvoorbeelden bij windturbines van Goldwind blijkt dat de trillingsdempende eigenschappen voldoen aan de norm IEC 61400-5. - Doorbraak op het gebied van corrosiebestendigheid
Uit een vergelijking op basis van zoutsproeitests blijkt dat de corrosiebestendigheid van vertinde composiet-stroomrails gelijk is aan die van 85% zuiver koper. Uit buitenlandse projecten van Sunny Power blijkt dat de levensduur meer dan 10 jaar bedraagt in een corrosieve omgeving van niveau C5.
Toepassingen in de industrie
- Penetratiegraad in de sector van de nieuwe energiebronnen
Volgens statistieken van GGII bedraagt het toepassingspercentage van composietbusbars in binnenlandse energieopslagsystemen in 2023 41,3%, en stijgt de penetratiegraad op het gebied van fotovoltaïsche omvormers jaarlijks met 127%. De nieuwste versie van het Tesla Megapack maakt volledig gebruik van het ontwerp met composietbusbars.
Conclusie
Op basis van 10 sets kerngegevens is gebleken dat een met koper beklede aluminium stroomrail de zuivere koperen stroomrail kan vervangen, waardoor een kosteneffectieve optimalisatie kan worden bereikt in 80%-toepassingen met een stroomdichtheid van minder dan 3 A/mm². Aanbeveling:
- Bij apparatuur voor energieopslag en PCS moet bij voorkeur gebruik worden gemaakt van composiet-busbars.
- Zorg ervoor dat er een oplossing van puur koper wordt gebruikt voor UHF-toepassingen (>1 kHz).
- Zet een dynamische database op waarin de koperdikte wordt gekoppeld aan de draagkracht.
