КҮН БАТАРЕЯЛАРЫНЫҢ ТИІМДІЛІГІН ЖАҚСАРТУ ӘДІСТЕРІ

Жантен.Ү.А

Ғылыми жетекші:Бркенова Асемгуль Сексенбаевна, физика магистрі, математика, физика және информатика кафедрасының оқытушысы

Ш.Уәлиханов атындағы Көкшетау университеті, Көкшетау қ.

ukilimayaltynbekovna@mail.ru

Аңдатпа: Бұл мақалада күн батареяларының тиімділігіне әсер ететін негізгі факторлар жан-жақты талданады. Күн энергиясы – экологиялық таза және сарқылмайтын энергия көзі болғандықтан, оның тиімділігін арттыру қазіргі заманғы ғылым мен техниканың маңызды мәселелерінің бірі болып табылады. Мақалада күн панельдерінің жұмыс принциптері, олардың тиімділігіне әсер ететін физикалық және экологиялық факторлар, материалдардың маңызы, инновациялық технологиялар және тиімділікті арттыру жолдары қарастырылады.

Кілт сөздер:Күн батареялары, фотоэлектрлік элементтер, жаңартылатын энергия, күн энергиясы, тиімділік, жартылай өткізгіш материалдар, инновация.

Бүгінде әлемде энергетикалық дағдарыс мәселесі өзекті болып отыр. Көмір, мұнай және табиғи газ сияқты дәстүрлі энергия көздерінің сарқылуына байланысты баламалы энергия көздерін зерттеу және дамыту қажеттілігі туындауда. Күн энергиясы – болашағы зор, экологиялық таза және сарқылмайтын энергия көздерінің бірі. Күн панельдері арқылы электр энергиясын өндіру технологиялары қарқынды дамып келеді. Алайда, күн батареяларының тиімділігі әртүрлі факторларға байланысты өзгеріп отырады.

Бұл мақалада күн батареяларының тиімділігіне әсер ететін негізгі факторлар және оларды оңтайландыру жолдары талқыланады.Күн батареялары – күн сәулесін электр энергиясына түрлендіретін құрылғылар. Бұл процесс фотоэлектрлік эффектке негізделген. Күн батареялары жартылай өткізгіш материалдардан жасалады, олар күн сәулесінің әсерінен электр тогын өндіреді. Фотоэлектрлік элементтердің негізгі компоненттері – p-n өткелі, жартылай өткізгіш қабат және өткізгіш электродтар. Күн сәулесі жартылай өткізгіш материалдың бетіне түскен кезде, электрондар қозғалысқа түсіп, электр тогын тудырады.

Күн батареяларының тиімділігі бірнеше негізгі факторларға байланысты. Олардың ішінде: материалдардың сапасы, күн сәулесінің қарқындылығы, температуралық өзгерістер, панельдердің орналасуы және қосымша технологиялар маңызды рөл атқарады.Күн батареяларын жасау үшін әртүрлі материалдар қолданылады. Олардың ішінде ең көп таралғаны – кремний. Кремний негізіндегі күн панельдері екі түрге бөлінеді: монокристалды және поликристалды. Монокристалды кремнийден жасалған панельдер жоғары тиімділікке ие (20-25%), бірақ өндірісі қымбат. Поликристалды кремний панельдері арзанырақ болғанымен, олардың тиімділігі төмендеу (15-20%). Сондай-ақ, жаңа перовскиттік күн батареялары зерттелуде. Олар арзан әрі тиімділігі жоғары болуы мүмкін.

Күн батареяларының тиімділігі күн радиациясының деңгейіне тәуелді. Күн сәулесі көп түсетін аймақтарда батареялар жоғары өнімділік көрсетеді. Күннің бұлыңғыр немесе қыс мезгілінде сәулелену деңгейі төмендейді, бұл батареялардың тиімділігін азайтады. Сондықтан күн панельдерін орналастыру орны мұқият таңдалуы керек.

Күн панельдерінің тиімділігіне температура да әсер етеді. Температура жоғарылаған сайын жартылай өткізгіш материалдардың электр өткізгіштігі өзгереді, бұл батареялардың өнімділігін төмендетуі мүмкін. Көптеген күн панельдері үшін тиімді температуралық диапазон 20-25°C аралығында. Осы себепті күн панельдерін салқындату және желдету технологиялары зерттелуде.

Күн батареяларын тиімді пайдалану үшін оларды дұрыс орналастыру маңызды. Панельдер күн сәулесін тікелей қабылдауы керек. Олардың ең тиімді бұрышы географиялық ендікке байланысты анықталады. Сонымен қатар, күннің қозғалысын бақылап, панельдердің бағытын автоматты түрде өзгертуге мүмкіндік беретін трекерлік жүйелер қолданылады.

Мәселе: Күн батареялары тек Жер бетінде қолданылады! Бірақ неге оларды мұхиттардың үстіне, тіпті судың астына орналастырмасқа? Егер біз “су астындағы күн батареяларын” жасасақ, олар қандай мүмкіндіктер ашар еді?

Шешу жолы:

1.“Суда қалқитын күн электр станциялары” – алып күн панельдері мұхит бетінде жүзіп жүріп, энергия өндіреді. Бұл құрлықты үнемдеп, теңізден шексіз қуат алуға мүмкіндік береді!

2.“Толқындармен бірге қозғалатын панельдер” – бұл технология күн мен толқын энергиясын біріктіріп, кез келген ауа райында үздіксіз электр өндіре алады.

3.“Су астындағы күн батареялары” – арнайы материалдар инфрақызыл сәулелерді сіңіріп, оларды энергияға айналдырады. Бұл терең теңіздер мен көлдерде де күн қуатын пайдалануға мүмкіндік береді!

4.“Күн жарығын су астына бағыттайтын айналар” – арнайы линзалар мен айна жүйелері күн сәулесін тікелей су астына бағыттап, күн батареяларының тереңдікте де жұмыс істеуіне жағдай жасайды.

Болашақта: Егер біз су бетінде және су астында жұмыс істейтін күн панельдерін жасасақ, онда мұхиттар әлемдегі ең үлкен электр станцияларына айналады! Елестетші: энергия өндіретін қалқыма аралдар, өзін-өзі қамтамасыз ететін мұхиттық қалалар, тіпті “күн батареяларымен жұмыс істейтін” су асты зертханалары!

Қорытындылай келе, Күн батареялары – экологиялық таза және болашағы зор энергия көзі. Олардың тиімділігіне әсер ететін негізгі факторлар – материалдардың сапасы, күн радиациясы, температуралық өзгерістер және панельдердің орналасуы. Ғылыми-техникалық прогресс күн батареяларының тиімділігін арттыруға мүмкіндік беретін жаңа технологияларды ұсынады. Болашақта жоғары тиімділікті күн батареяларын жасау арқылы жаңартылатын энергияны кеңінен пайдалану мүмкіндігі артады.

Пайдаланылған әдебиеттер

[1] Грин, М. А. Күн батареялары: Жұмыс принциптері, технологиясы және жүйелік қолданбалары. Prentice Hall, 1982. – 340 б.

[2] Лук, А., Хегедус, С. Фотовольтаикалық ғылым және инженерия анықтамалығы. John Wiley & Sons, 2003. – 560 б.

[3] Шокли, В., Квайссер, Х. Дж. P-n ауысымдық күн батареяларының тиімділігінің егжей-тегжейлі теңгерімдік шегі. Journal of Applied Physics, 1961. – 15 б.

[4] Нельсон, Дж. Күн батареяларының физикасы. Imperial College Press, 2003. – 420 б.

[5] Казмерски, Л. Л. Күн фотовольтаикасы: Болашақ энергиясы. IEEE Press, 2011. – 380 б.