Назар аударыңыз. Бұл материалды сайт қолданушысы жариялаған. Егер материал сіздің авторлық құқығыңызды бұзса, осында жазыңыз. Біз ең жылдам уақытта материалды сайттан өшіреміз
Жақын арада сайт әкімшілігі сізбен хабарласады
Бонусты жинап картаңызға (kaspi Gold, Halyk bank) шығарып аласыз
Күн батареялары
Дипломдар мен сертификаттарды алып үлгеріңіз!
Материалдың толық нұсқасын
жүктеп алып көруге болады
Cәмкен Айбек және Хайвар Диас
6В01510 Физика-Информатика 2-курс студенті
Ғылыми жетекшісі: математика, физика және информатика кафедрасының профессоры,PhD Шуюшбаева Н.Н.
Ш.Уәлиханов атындағы Көкшетау университеті, Көкшетау қ.
Күн батареялары: Жаңартылатын энергияның тиімді жолы және жұмыс принципі
Аннотация
Бұл жұмыста күн батареяларының жұмыс принципі мен олардың заманауи энергия көздері ретінде маңыздылығы қарастырылады. Күн батареясы — күн энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыратын құрылғы. Бұл процесс фотоэлектрлік әсерге негізделген. Жұмыста күн батареяларының негізгі түрлері, құрылымы және олардың тиімділігін арттыру жолдары талқыланады. Сонымен қатар, күн энергиясының қоршаған ортаға әсері мен экологиялық тиімділігі, жаңартылатын энергия көздері арасында алатын орны қарастырылады. Зерттеу барысында күн батареяларын қолданудың экономикалық артықшылықтары және олардың әлемдік энергетикалық дағдарысты шешудегі рөлі де көрсетілген. Біз күн батареяларының тиімділігін арттыру мен оларды кеңінен қолдануды ынталандыруға бағытталған технологиялық және ғылыми шешімдерді ұсынамыз. Осылайша, күн энергиясы болашақта тұрақты дамуға маңызды үлес қоса алатын перспективті бағыт ретінде сипатталады.
Kiлт сөздер: күн батареялары, фотоэлектрлік эффект, жаңартылатын энергия, экологиялық таза энергия, инвертор, күн энергиясы, электр энергиясы, тұрақты ток, айнымалы ток, энергетикалық тәуелсіздік, ғарыштық технологиялар.
Күн батареясы - бірнеше біріктірілген фотоэлектрлік түрлендіргіштер (фотоэлементтер) - күн энергиясын тұрақты электр тогына тікелей түрлендіретін жартылай өткізгіш құрылғылар.
Стандартты күн батареясы:
бірнеше ( мысалы, 72) монокристаллических фотоэлектрлік түрлендіргіштер бірдей мөлшерін (мысалы 125·125 мм және одан жоғары), заламинированных 2 парақтары бар пленка және қорғалған закаленным шыны жоғары беріктігі мен айқындық (мысалы, қалыңдығы 4 мм);
қуаты 1 батарея - 200 Вт.[1]
Күн батареяларының жұмыс принципі
Күн батареяларының жұмыс істеу принципі фотоэлектрлік әсерге, яғни электромагниттік сәулеленуге жауап ретінде екі түрлі материалдың түйіскен жерінде потенциалдар айырмасының пайда болуына негізделген. Фотоэлектрлік эффект фотоэффектпен тығыз байланысты, мұнда материалға тәуелді шекті жиіліктен жоғары жиілікпен жарықты жұтқан материалдан электрондар шығады. 1905 жылы Альберт Эйнштейн бұл әсерді жарық фотондар деп аталатын жақсы анықталған энергетикалық кванттардан тұрады деп болжау арқылы түсіндіруге болатынын түсінді. Мұндай фотонның энергиясы арқылы беріледі
E = hv [2]
Күн батареяларының құрамында фотоэлектрлік ұяшықтар бар, олар негізінен кремнийден жасалған жартылай өткізгіштер. Күн сәулесі жартылай өткізгішке түскенде, фотондар энергияларын кремний атомдарының электрондарына береді. Бұл процесс электрондарды қозғалысқа келтіреді, нәтижесінде жартылай өткізгіштің ішіндегі электрондар белгілі бір бағытта қозғалып, электр тогын түзеді.
Жұмыс кезінде күн батареяларының әрбір элементі бірнеше сатылардан өтеді:
1.Сәулелену: Күн сәулелері батарея бетіне түсіп, фотоэлектрлік элементтердің материалына еніп, фотондар әсер етеді.
2.Электрондардың қозғалысы: Фотондар кремний кристалдарының ішіндегі байланысқан электрондарды босатып, оларды жартылай өткізгіш материал ішінде қозғалысқа түсіреді.
3.Электр тогының пайда болу: Босатылған электрондар батареяның электрлік жүйесі арқылы өтеді және сыртқы тізбекте электр тогы пайда болады.
КҮН ПАНЕЛЬДЕРІН ӨНДІРУ ЖӘНЕ ҚАЙТА ӨҢДЕУ
Күн панельдерін өндіру өте ауқымды әрі күрделі жұмыс. Бір панель 25-30 жыл бойы қолданылады. Оны жасау үшін пайдаланылатын материалдың көп бөлігі қазба шикізатын қайта өңдеуден алынады. Сондықтан тіпті осындай экологиялық таза өнімдерді өндірудің өзі де ластану мен жаһандық жылынуға әсер етеді. Шамамен 600 кВт/сағ күн панельдерінің әр шаршы метрін шығару үшін қолданылады (бұл шамамен 10 сағат ішінде күштілігі 60 Вт болатын 1000 шамды жарықтандыруға жеткілікті). Ыңғайлы әрі дұрыс жерге орнатылса, күн панелі жылына бір шаршы метрге 200 кВт/сағ дейін электр энергиясын өндіре алады. Сондықтан панельді өндіру процесінде қолданылатын энергия бірнеше жыл жұмыс істегеннен кейін ғана өтеледі.
Күн батареяларын өндірудің бастапқы материалы ретінде улы және жарылғыш өнім саналатын трихлоросилан қолданылады. Оны сутегімен тазартып, тотықсыздандырғаннан кейін таза кремний алынады. Өндірістің осы сатысындағы жанама өнім – тұз қышқылы. Ары қарай кремний ерітіліп, құймалар алынады, одан күн батареялары жасалады. Күн панельдерін өндіру барысында мышьяк, хром және сынап сияқты өте қауіпті, улы химиялық заттар қолданылады. Бұларды дұрыс қайта өңдемесе, қоршаған ортаға айтарлықтай зиян келтіруі мүмкін. Егер улы газдар мен сұйықтықтарды ұстау және тазарту технологиялары сақталса, өндіріс зиянды болмайды. Алайда көбіне, әсіресе дамушы елдердегі кәсіпорындарда мұндай жабдық орнатылмайды. Ал бұл қоршаған ортаның ластануына әкеледі.
[3]
Қолданылатын құралдар мен олардың физикалық мәндері
Күн батареялары әртүрлі физикалық құралдар мен компоненттерден тұрады, олардың әрқайсысының өзіндік рөлі мен физикалық мәндері бар:
1.Фотоэлектрлік ұяшықтар: Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын негізгі компонент. Негізгі материалы – кремний. Кремнийдің жартылай өткізгіштік қасиеттері күн сәулесін тиімді түрде электр тогына айналдыруға мүмкіндік береді.
Физикалық мәні: Кремнийдің электр өткізгіштігі мен фотоэлектрлік қасиеттері.
2. Инвертор: Бұл құрылғы күн батареясынан алынған тұрақты токты (DC) айнымалы токқа (AC) түрлендіреді. Айнымалы ток – тұрмыстық және өнеркәсіптік қажеттіліктерге пайдаланылатын стандартты электр тогы.. Физикалық мәні: Тұрақты токты айнымалы токқа түрлендіру процесі электр техникасында маңызды рөл атқарады.
3.Батареялар: Күн батареясы арқылы алынған энергияны сақтауға арналған құралдар. Күн батареялары күн сәулесі жеткілікті болмаған кезде де тұрақты энергия көзін қамтамасыз ету үшін энергияны батареяларда жинайды.
Физикалық мәні: Химиялық энергияның электр энергиясына айналуы.
4.Контроллерлер: Олар күн батареясының жұмысын басқару және жүйенің тиімділігін қамтамасыз ету үшін пайдаланылады. Контроллерлер күн батареясы мен батареялар арасындағы кернеуді реттеп, жүйенің қызмет ету мерзімін ұзартады.
Физикалық мәні: Кернеу және токты басқару.
Күн батареяларының артықшылықтары
Тұрақты
Күн энергиясының артықшылығы — бұл қазба отынына тұрақты балама. Органикалық отынның жарамдылық мерзімі жақындап келе жатса да, күн, кем дегенде, бірнеше миллиард жыл болуы мүмкін.
Қоршаған ортаға әсері төмен
Күн энергиясы қазба отынымен салыстырғанда қоршаған ортаға айтарлықтай аз әсер етеді. Парниктік газдар шығарындылары маңызды емес, өйткені технология жанармайдың жануын қажет етпейді. Сондай-ақ, байытылатын күн жылу қондырғылары (CSP) қолданылатын технология түріне байланысты суды пайдалануда салыстырмалы түрде тиімсіз болса да, дұрыс технология тиімділікті едәуір арттырады, ал фотоэлектрлік (PV) күн батареялары электр энергиясын өндірген кезде суды қажет етпейді.
Энергетикалық тәуелсіздік
Күн бүкіл әлемге жарқырап тұрғандықтан, ол кез-келген елді әлеуетті энергия өндірушіге айналдырады, осылайша энергетикалық тәуелсіздік пен қауіпсіздікті қамтамасыз етеді. Күн энергиясы ұлттық қауіпсіздік пен тәуелсіздікке қол жеткізуге уәде бермейді; күн панельдерін жеке үйлерге орнатуға болады, бұл электр қуатын үлкен электр желісіне қосылуға байланысты емес.
173,000
Күн сайын Жерде жарқырап тұрған күн энергиясының тераватттарының шамамен алынған саны — күн сайынғы әлемдік энергияны тұтынудан 10000 есе көп.
[4]
Күн батареяларының қолданылу салалары
Күн энергиясын пайдалану мәселесіне келсек... шағын көлемде, мысалы, жайылымдағы ащы суды тұщыландыру, суды жылыту, жеміс-жидектерді кептіру, т.б.... қолайлы шешімдер бар, жұмыс тек жалғасын тауып қана қоймай, сонымен қатар жүргізілуі керек.[5]
Күн батареялары әртүрлі салаларда қолданылады:
Үй шаруашылығы: Көптеген елдерде жеке үйлер күн энергиясын электр қуатына айналдырып, үйлерді жарықтандыру, жылыту және тұрмыстық техникаға электр энергиясын қамтамасыз ету үшін қолданылады.
Өнеркәсіп: Ірі өндірістік кешендер де күн батареяларын пайдаланады. Мұндай кәсіпорындар электр энергиясын тұрақты түрде алу үшін ірі күн электр станцияларын орнатады.
Ғарыштық технологиялар: Ғарышта энергия көздерінің шектеулі болуына байланысты, жерсеріктер мен ғарыш аппараттары күн батареяларын кеңінен қолданады. Бұл технологиялар ғарыштық зерттеулердің маңызды бөлігіне айналған.
Көлік: Күн энергиясы арқылы жүретін көліктер де пайда болуда. Күн батареяларын пайдалану арқылы электрлі көліктердің экологиялық тазалығын арттыруға мүмкіндік туады.
Күн панеліндегі тірек материалы үшін ағаш, металл немесе пластикті пайдалануға болады. Ағаш ең арзан, бірақ оны ауа райына төзімді етіп жақсы бояу керек. Күн панелін жақсы күйде ұстау үшін ағашты екі жыл сайын қайта бояу керек. [6]
Күн батареяларының болашағы
Күн батареяларының болашағы зор. Олардың тиімділігі жыл өткен сайын артып, құны төмендеп келеді. Бүгінде күн энергиясы әлем бойынша қарқынды дамып келеді және көптеген мемлекеттер бұл технологияға инвестиция салып, экологиялық таза және жаңартылатын энергия көздерін қолдауда. Осылайша, біздің елімізде күн энергиясын пайдалану саласындағы ғылыми-тәжірибелік зерттеулерді дамытуға кең перспективалар ашылуда.[7] Күн батареяларын пайдалану энергетикалық дағдарыстарды шешуге, ауа сапасын жақсартуға және парниктік газдар шығарындыларын азайтуға ықпал етеді.
Қорытынды
Күн батареялары – болашақтың энергия көзі. Олардың экологиялық тазалығы мен ұзақмерзімділігі әлемдік энергетикалық дағдарыстарды шешуге және табиғатты қорғаhttps://neftegaz.ru/tech-library/energeticheskoe-oborudovanie/142041-solnechnaya-batareya/уға үлес қосуда. Жаңартылатын энергия көздері ретінде күн батареяларын қолдану адамзаттың энергетикалық тәуелсіздігін қамтамасыз етуде маңызды рөл атқарады. Болашақта бұл технология одан әрі дамып, энергия қажеттіліктерін тиімді түрде қанағаттандыруға мүмкіндік береді.
Осы мақалада қолданылған әдебиеттер
1https://neftegaz.ru/tech-library/energeticheskoe-oborudovanie/142041-solnechnaya-batareya/
2. Solar Energy: The Physics and Technology of Photovoltaic Conve/ Arno HM Smets, Klaus Jaeger, Olindo Isabella, 1988 /21 бет
3.https://kazgazeta.kz/news/123036
4.https://kz.nesrakonk.ru/pros-and-cons-solar-energy/
5. Кириллин В. А., Энергетика проблемы и перспективы, «Коч 1, стр. 43.
6. The complete DIY Solar Panel Guide. Авторы: Troy Reid · 2011 81 P
7. Лидоренко Н. С. и др. Возобновляющиеся источники энергии патенсификаци народного хозяйства, «Конмунисти 1976, № 2, стр. 62