Дәріс №4. Күн энергиясын қолдану
жүктеу/скачать 268,25 Kb.
|
4 Дәріс
- Бұл бет үшін навигация:
- Күн энергиясын түрлендіргіштер жіктемесі
= I0
1 + 0,033 cos 360n 365
мұнда n – 1-ші қаңтардан бастап саналатын күннің реттік нөмірі. Атмосфера қабатынан өткенде күннің жарығы инфрақызыл сәулелердің су буларымен, ультра күлгін сәулелердің озон қабатымен жұтылуына және сәулелердің атмосфералық тозаңмен аэрозолдар әсерінен шашырауына байланысты әлсірейді. Кері шағылған жылудың үлесі сәулелердің алдымен қандай бетке түсуіне байланысты. Мысалы құрғақ қара топыраққа түскен сәулердің кері шағылу үлесі 0,14, жыртылған егістік беті үшін 0,26-0,38, қар беті үшін 0,6-0,9, су беті үшін 0,2-0,78 шамасын құрайды және үлестің мәні күн сәулерінің сол беттерге құлау бұрышына тәуелді болады. Субтропиктермен шөлді мекендерде күн сәулелері қуатының орташа жылдық мәні 210-250 Вт/м2, Европаның орталық бөлігі үшін 130-210 Вт/м2, солтүстік Европа мемлекеттері үшін 80-130 Вт/м2 құрайды. Күн энергиясын түрлендіргіштер жіктемесіКүн энергиясын электр энергиясына түрлендіруші үш негізгі түрлендіргіштерді атап өтуге болады: фотоэлектрлік түрлендіргіштер – ФЭТ; гелиоэлектростанциялары (ГЕЭС); күн коллекторы (КК). Фотоэлектрлік түрлендіргіштер деп жарықтың әсерінен бойында электр қуаты пайда болатын жартылай өткізгіш құрылғыны айтады. Жартылай өткізгіштердің электрлік қасиеттері аймақтық теория негізінде түсіндіріледі. Оған сәйкес валенттік аймақ пен өткізгіш аймақ бір-бірінен энергетикалық саңылау арқылы ажырайды және бұл аралықты тыйым салынған аймақ деп атайды (4.1 сурет). Валенттік аймақ электрондарға толы болады. Өткізгіш аймақ керісінше электрондарға зәру немесе электрондармен ішінара толтырылған болады. Аймақтардың өзара орналасуы және тыйым салынған аймақтың ендік өлшемі өткізгіштік қасиеттерге ықпалын тигізеді және осыған байланысты қатты денелер өткізгіштерге, жартылай өткізгіштерге және диэлектриктерге жіктеледі. Фотонның валенттік электронға тиісуі кезінде электрон қозады және фотонның энергиясы жеткілікті болған жағдайда ол өткізгіштік аймағына өтіп кете алады. сурет – Меншікті өткізу қабілеті бар жартылай өткізгіштің аймақтық структурасы Қазіргі кезде фотоэлектрлік түрлендіргіштерде кремний қолданылады. Таза кремнийде сырттан қосылған атомдар болмайды. Техникалық таза кремнийдің құрамында аз мөлшерде сырттан қосылған атомдар болады, олар өздерінен электрондарды ажырата алады және керісінше қосып ала алады. Егер меншікті өткізгіштік қасиеті бар жартылай өткізгішке сырттан қоспа иондар енгізсе, онда қоспа өткізгіштік болады. Мысалы, егер кристалдық торда төрт валентті кремнийді валенттігі төмен атоммен алмастырса, онда торда еркін электрондарды өзіне күшпен қосып алатын акцепторлық түйіндер пайда болады. Акцепторлық атомдардың энергетикалық деңгейлері тыйым салынған аймақта орналасады және ол деңгейлер валенттік аймаққа жақын болады. Еркін электрондардың жоқтығы кристалдық тордың оң таңбалы, бос орындар деп аталатын ерекше күйіне алып келеді. Бос орындар өздерін электронмен толтыруға тырысады, бірақ бос орынға келген электронның орнында тағы да бос орын пайда болады. Мұндай құбылысты бос орындардың жартылай өткізгіш бойында орын ауыстыруы деп қарастыруға болады. Егер валенттігі кремниймен салыстырғанда жоғары қоспаны торға енгізсе, онда электрондарын беруге бейім донорлық түйіндер пайда болады. Мұндай жағдайда жартылай өткізгіш бойында еркін электрондар орын ауыстырады. Бірінші типті жартылай өткізгіштер р-типті, ал екінші типті жартылай өткізгіштер n-типті деп аталады. Техникалық таза жартылай өткізгіштерге қарағанда, қоспалы өткізгіштігі бар материалдардың электр өткізгіштігі аса жоғары болады. n- типті жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі таза өткізгішпен салыстырғанда жоғары, себебі донордың иондалу энергиясы тыйым салынған аймақтың ендік өлшемінен кіші болады, сондықтан фотондар қозған кезде электрондар өткізгіш аймаққа тез өте алады, яғни фотонның қозуына азырақ энергия қажет болады. Тура осындай жағдай р-типті өткізгіштерде де байқалады, дегенмен бұл жерде бос орындардың валенттік аймаққа өтуіне азырақ энергия қажет. суретте күндік жартылай өткізгіш фотоэлементтің қарапайым құрылысы көрсетілген. Жартылай өткізгіш фотоэлектрлік түрлендіргіштер (ФЭТ) күн энергиясын электр энергиясына айналдыру үшін энергетикалық тұрғыдан ең тиімді құрылғылар болып есептеледі. сурет – Күндік элементтің (КЭ) қарапайым құрылысы ФЭТ тән тепе-теңдік температурасы шамамен 300-350 К және Күн температурасы шамамен 6000 К кезінде олардың шекті теориялық ПӘК > 90 % болады. Бұл қайта оралмайтын энергия шығындарын төмендетуге бағытталған, құрылымды және түрлендіргіш параметрлерін оптимизациялау кезінде практикалық ПӘК 50 % және одан да жоғары (зертханаларда ПӘК 40 % жетті) көтеру әбден мүмкін екенін білдіреді. жүктеу/скачать 268,25 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|