Energetyka i OZE – zastosowanie miedzi

Miedź jest jednym z najlepszych przewodników elektryczności i ciepła, więc trudno się dziwić, że na te zastosowania przypada około 60% całkowitego zużycia miedzi.

Elektryczność i energia

Biorąc pod uwagę ten sam ciężar, miedź jest najlepszym przewodnikiem elektryczności i ciepła oprócz metali szlachetnych. Nie należy się zatem dziwić, że około 60% całkowitego zużycia miedzi przypada na te zastosowania.

Miedź jest stosowana w sieciach elektroenergetycznych wysokiego, średniego i niskiego napięcia, a przewodność właściwa miedzi jest uznawana za wzorzec, do którego odnoszone są inne przewodniki.

Czystość miedzi blister wynosi 96-99%, ale istnieją techniki jej dalszego oczyszczania na drodze elektrolitycznej. Unikalne połączenie wytrzymałości, ciągliwości i odporności na pełzanie i korozję powoduje, że metal ten jest preferowanym i najbezpieczniejszym materiałem przewodzącym używanym w instalacjach elektrycznych w budynkach. Jako niezbędny element energooszczędnych silników elektrycznych i transformatorów, miedź znajduje wiele zastosowań w różnych gałęziach przemysłu wytwórczego, we wszystkich rodzajach transportu i w gospodarstwie domowym.

Druty i kable

Przewodność miedzi jest dwa razy wyższa od przewodności aluminium, co powoduje, że miedź jest materiałem z wyboru dla zastosowań o wysokiej sprawności energetycznej.

Drut miedziany od dawna jest preferowanym materiałem przewodzącym w większości kabli energetycznych i telekomunikacyjnych. Wysoka przewodność w połączeniu z dobrą ciągliwością powoduje, że drut miedziany możne być ciągniony z zachowaniem bardzo wąskich tolerancji średnicy, może być także łatwo lutowany zapewniając ekonomiczne i wytrzymałe połączenia. Jest kompatybilny z wszystkimi nowoczesnymi materiałami izolacyjnymi, a jego wysoka odporność na utlenianie oznacza, że może być również użyty bez żadnego zabezpieczenia powierzchni.

Izolacja drutów nawojowych może być wykonana lakierem lub emalią lub z polimerów dla kabli energetycznych. Lakiery umożliwiają ścisłe nawinięcie uzwojeń w celu uzyskania najwyższej sprawności uzwojeń silników, transformatorów i dławików.

Szyny

Szyny są to wytrzymałe przewody o dużym przekroju służące w rozdzielniach do rozprowadzania energii elektrycznej z jednego źródła do kilku użytkowników. Z powodu swojej dobrej przewodności, łatwości łączenia, ciągliwości i odporności na utlenianie, miedź jest najbardziej oczywistym materiałem do produkcji szyn. Wlewki z wysoko przewodzącej miedzi są wytłaczane na gorąco w półprodukt o regularnym przekroju a następnie ciągnione do wymaganego wymiaru końcowego.

Uzwojenia transformatorów i silników

Miedź jest używana do wyrobu uzwojeń transformatorów w postaci drutu dla małych wyrobów, lub taśm dla większych jednostek. Dla małych wyrobów drut nawojowy musi być na tyle wytrzymały żeby przy nawijaniu nie ulegał złamaniu lub przerwaniu, a przy tym wystarczająco giętki, aby zapewnić ścisłe upakowanie uzwojenia. Powierzchnia taśm musi być dobrej jakości, aby pod wpływem przyłożonego napięcia nie następowało przebicie emalii izolującej. Dobra plastyczność materiału taśm jest istotna dla formowania i upakowania uzwojenia, podczas gdy wytrzymałość mechaniczne zapewnia odporność na naprężenia elektro-mechaniczne występujące w warunkach zwarciowych. Wymagane właściwości uzwojeń silników są podobne jak w przypadku transformatorów, dochodzi jednak dodatkowy wymóg, jakim jest wytrzymałość na siły odśrodkowe i drgania mechaniczne w temperaturze pracy.

Urządzenia elektroniczne

Chociaż w kategoriach tonażu ten sektor jest niewielki to miedź odgrywa w nim istotną rolę w szeregu małych zastosowań w dziedzinie wysoko rozwiniętych technologii. Miedź i stopy miedzi są stosowane w produkcji płyt drukowanych, złączy elektronicznych, ramek wyprowadzeniowych (elementów półprzewodnikowych). Ponadto jest od dawna używana w dziedzinie telekomunikacji, a obecnie coraz powszechniej w dziedzinie technologii informatycznej (IT). Miedziane radiatory umożliwiają odprowadzenie i rozpraszanie ciepła z wysokoczęstotliwościowych procesorów i scalonych układów logicznych.

Inne zastosowania w elektrotechnice
Miedź jest również stosowana w produkcji komutatorów, elektrod spawalniczych, styków i ich sprężyn, w systemach wysokiej próżni i w innych układach elektronicznych.

Wymienniki ciepła

Dzięki swojej wysokiej przewodności cieplnej miedź jest doskonałym materiałem do produkcji wszystkich typów wymienników ciepła. Jest łatwa w obróbce i łączeniu i bardzo odporna na korozję. Miedź może być na wiele sposobów wykorzystywana w systemach grzewczych i chłodniczych. Może być stosowana jako lity materiał do odprowadzania ciepła, w postaci rur przenoszących czynnik chłodniczy lub jako powierzchnia gromadząca energię słoneczną. Może być używana jako rurka cieplna (ciepłowód) lub element pompy cieplnej, jako materiał na żebra odprowadzające energię do otaczającego powietrza lub doprowadzające energię z otoczenia, albo jako przewodnik ciepła z jednego materiału do innego. Pozwala łatwo ukształtować prostą lub złożoną geometrię w celu uzyskania maksymalnej opłacalności przenoszenia energii.

Typowe zastosowania obejmują: radiatory, chłodnice powietrza i przenośne klimatyzatory w transporcie, radiatory w układach elektronicznych, podgrzewacze wody w zbiornikach, wężownice w klimatyzatorach i w agregatach chłodniczych. Przy dobrym zaprojektowaniu miedziane wymienniki ciepła mogą być przyjazne dla środowiska, ekonomiczne i dostosowane do przyszłych naturalnych czynników chłodniczych.

Ogrzewanie i chłodnictwo stanowią 48% końcowego zużycia energii w Europie, z czego 70% w zakresie niskich do średnich temperatur poniżej 250 stopni Celsjusza. Miedź jest używana w słonecznych kolektorach grzewczych, zastosowaniach geotermalnych i wykorzystujących biomasę.

Odnawialne źródła energii

Ogrzewanie słoneczne
Systemy solarne dzięki połączeniu wysokiej przewodności cieplnej, odporności na korozję atmosferyczną i wodną, oraz takich cech jak łatwość produkcji i łączenia przez lutowanie, wytrzymałość mechaniczna i długotrwałość, zapewniają miedzi dużą przewagę nad każdym innym materiałem w zastosowaniach do ogrzewania słonecznego.

Energia wiatru
Podstawowymi zastosowaniami miedzi w energetyce wiatrowej są: uzwojenia wirników i stojanów generatorów, żyły wysokonapięciowych kabli elektroenergetycznych, uzwojenia transformatorów i systemy uziemień.

Fotowoltaika
Miedź stanowi część materiałów stosowanych obecnie w ogniwach fotowoltaicznych, okablowaniu, uziemieniach, falownikach, transformatorach i taśmach połączeniowych do ogniw fotowoltaicznych.

Światowa, oparta na fachowej wiedzy, strona skierowana do profesjonalistów z branży solarnej. Prezentuje najnowsze osiągnięcia w zakresie instalacji solarnych.

Leonardo-ENERGY.pl to portal edukacyjno-informacyjny poświęcony energetyce, energii elektrycznej i elektrotechnice. Stanowi część międzynarodowego projektu Leonardo ENERGY.