Kuparisen virrankeräysnauhan väsymiskestävyys
Koskela, Petri (2013)
2013
Sähkötekniikan koulutusohjelma
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2013-01-09
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201301221031
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201301221031
Tiivistelmä
Tämän työn tavoitteena oli mitata kuparisen virrankeräysnauhan väsymiskestävyyttä. Virrankeräysnauha kerää aurinkopaneelin tuottaman sähköenergian ja yhdistää kennot toisiinsa ja akkuihin. Siihen kohdistuu aurinkopaneelien käyttöympäristön vuorokautisen lämpötilanvaihtelun aiheuttama rasitus. Sen vaikutus virrankeräysnauhan väsymiskestävyyteen selvitettiin kuormittamalla nauhasta valmistettuja näytteitä lämpötilanvaihtelun aiheuttamaa jaksottaista veto-puristusjännitystä vastaavalla voimalla. Testattavana oli eri parametreilla valmistettuja nauhoja, sekä pinnoittamattomina, että tinalyijyhopeaseoksella (SnPbAg) pinnoitettuna. Testeissä eri parametreilla valmistettuja pinnoittamattomia ja pinnoitettuja nauhoja käsiteltiin eri materiaaleina.
Virrankeräysnauhan valmistajan toimittamista näytteistä tehtiin koekappaleet liimaamalla näytteet CNC-ohjatulla piirilevyjyrsimellä valmistettuihin koesauvoihin. Koekappaleet kiinnitettiin testeissä käytettyyn, magnetostriktiiviseen aktuaattoriin perustuvaan testilaitteeseen. Koekappaleita kuormitettiin siniaallon muotoisella kuormitusamplitudilla. Testeissä käytetty rasitusmuoto oli vaihtokuormitus, jonka keskijännityksen arvo oli nolla.
Kuparin lämpötilakertoimen ja lähtötiedoissa annetun vuorokautisen lämpötilaeron avulla määriteltyä lämpötilanvaihtelun aiheuttamaa venymää vastaava kuormitusamplitudi saatiin määritettyä ja vakioitua koekappaleeseen kiinnitetyn venymäliuskan ja venymän takaisinkytkennän avulla. Väsytystestien kanssa samanaikaisesti tehdyillä nelipistemittauksilla seurattiin koekappaleen sähkönjohtavuudessa tapahtuneita muutoksia. Tallennetuista testituloksista laadittiin väsymiskäyttäytymistä esittävät kuvaajat.
Testitulokset osoittavat, että virrankeräysnauha täyttää sille asetetut väsymiskestävyys- ja sähkönjohtavuuskyvyn säilymistavoitteet kaikkien tutkittujen, eri parametreilla valmistettujen, nauhojen osalta. Valmistusmateriaalin raekoolla on vaikutusta virrankeräysnauhan väsymiskestävyyteen, mutta vaikutus jää aurinkopaneelin käyttöolosuhteissa merkityksettömäksi. Tinalyijyhopeapinnoitus parantaa kuparisen virrankeräysnauhan väsymiskestävyyttä.
Virrankeräysnauhan valmistajan toimittamista näytteistä tehtiin koekappaleet liimaamalla näytteet CNC-ohjatulla piirilevyjyrsimellä valmistettuihin koesauvoihin. Koekappaleet kiinnitettiin testeissä käytettyyn, magnetostriktiiviseen aktuaattoriin perustuvaan testilaitteeseen. Koekappaleita kuormitettiin siniaallon muotoisella kuormitusamplitudilla. Testeissä käytetty rasitusmuoto oli vaihtokuormitus, jonka keskijännityksen arvo oli nolla.
Kuparin lämpötilakertoimen ja lähtötiedoissa annetun vuorokautisen lämpötilaeron avulla määriteltyä lämpötilanvaihtelun aiheuttamaa venymää vastaava kuormitusamplitudi saatiin määritettyä ja vakioitua koekappaleeseen kiinnitetyn venymäliuskan ja venymän takaisinkytkennän avulla. Väsytystestien kanssa samanaikaisesti tehdyillä nelipistemittauksilla seurattiin koekappaleen sähkönjohtavuudessa tapahtuneita muutoksia. Tallennetuista testituloksista laadittiin väsymiskäyttäytymistä esittävät kuvaajat.
Testitulokset osoittavat, että virrankeräysnauha täyttää sille asetetut väsymiskestävyys- ja sähkönjohtavuuskyvyn säilymistavoitteet kaikkien tutkittujen, eri parametreilla valmistettujen, nauhojen osalta. Valmistusmateriaalin raekoolla on vaikutusta virrankeräysnauhan väsymiskestävyyteen, mutta vaikutus jää aurinkopaneelin käyttöolosuhteissa merkityksettömäksi. Tinalyijyhopeapinnoitus parantaa kuparisen virrankeräysnauhan väsymiskestävyyttä.