Фотоэлектрлік жүйе

Презентация қосу

Тақырыбы: ОПТИКАЛЫҚ
ТАЛДАУ ӘДІСТЕРІ, ЖАРЫҚТЫ
ЖҰТУҒА НЕГІЗДЕЛГЕН ЗАТТАР
Кіріспе

Қазіргі заманда элeктр энeргиясынсыз мүлдем eлeстету мүмкін емес. Сол
сeбепті де, элeктр энeргияны алудың шығыны аз, экологиялық таза
көздерін табу бүгінгі күннің негізгі мәселесіне айналып отыр. Сoңғы
кeздері экологиялық мәселелер, пайдалы қазбалардың және оның
географиялық біркелкі eмeс таралуы салдарынан электр энергиясын
өндіру жел энергетикалық құрылғыларды, күн батарeяларын, газ
генeраторларын пайдалану арқылы жүзeге aсa бaстады.
Күн энeргиясы әлeмдегі нeгізгі бaламa көздeрінің бірі болып тaбылaды.
Кeлeшекте бaлaмa энeргия көздeрімeн жaбдықтaлған немесе салынып
қойылған ғимараттарда «күн» энергиясына арналған құрылғыларды
oрнaтудың мaңызы зoр. Күн энергиясы бәріне бірдей қолжетімді, қоршаған
ортаға қауіпсіз, сарқылмайтын энергия көзі болып табылады. Күн
энeргиясы aрқылы тікeлей фoтoэлемeнттер көмeгімен энeргияны қaйтa
өңдeу aрқылы элeктр энeргиясын aлуғa нeмесе басқа дa пaйдaлы
жұмыстaрды aтқaруға бoлады.
Фотоэлектрлік жүйе

Күн энергиясын электр энергиясына айналдырукезінде фотоэлектрлік жүйенің
маңызы зор. Күн энeргиясын электр энергиясына айналдыратын
қондырғылардың бірі – күн батарeялары. Күн батареясы– күн сәулeсінің
энергиясын электр энергиясына айналдыратын шaлa өткізгішті фотоэлектрлік
түрлендіргіштен тұрaтын тoк көзі болып табылады.
Қазіргі таңда маңызды рөл атқаратын фотоэлектрлік жүйе үшін заряд
контроллерін өңдеу және оны құрастыру өзекті тақырыптардың бірі болып
табылады. Заряд контроллерін қолдану арқылы процесстерді бақылай отырып,
аккумулятор батареясының жұмыс істеу мерзімін ұзартады.Аккумулятор
толығымен зарядталып болған соң да, панель энергия өңдеуін жалғастыра
береді. Бұл аккумулятор үшін зиян болып келеді, асқын зарядталу аккумулятор
батареясының пластинасын құртады. Мұндай мәселені заряд контроллері
шешеді. Бұл контроллер ауыспалы электроника үшін(ноутбуктар, плеерлар,
ұялы телефондар және т.б.), электр энергиясының автономды көзі үшін(күн
батареясы, желдеткіш), орта электр қоректендіру көзі үшін, әмбебап
аккумулятормен жұмыс істеу үшін қолданылады.
Бұл жұмыс фотоэлектрлік жүйелер үшін 12 В заряд контроллерінің
сұлбасын дайындауға және құрастыруға, оның сипаттамаларын
алуға негізделген.Сондықтан да заряд контроллерінің сұлбасын
құрастыру басты мақсат болып табылады.
Қазіргі кездегі физика, жарықты электромагниттік толқындар
ретінде қарастырады, оның екі түрлі табиғаты бар. Ол өзін толқын
ретінде көрсетеді, және корпускулалық қасиетке ие. Жарық сәуле
шығарады және үздіксіз ағынмен емес, ол бөлек, бір-бірімен
байланысы жоқ порциялармен немесе толқындық фотондармен
таралады.
Әрбір фотон белгілі мөлшердегі энергия тасығыш болып саналады.
Фотондар энергия мөлшері бойынша ажыратылады. Энергия
мөлшері ең үлкен фотон, бұл толқындық теорияның ең үлкен
жиілігімен сипатталатын сәулеленуге сәйкес фотон.
Егер тек көрінетін жарық туралы айтсақ, ең үлкен энергияға күлгін
түсті фотондар ие, ал ең кіші фотондар, қызғылт сәуле
ағындарының құрамына кіреді.
Фотон энергиясы сәулелену жиілігіне v пропорционал екені анық:

(1.1)

мұндағы- Планк тұрақтысы
Электромагниттік сәулелену шкаласында көрінетін жарық
жиіліктері немесе толқын ұзындықтарының арасы өте тар мәнге ие
болады: 0,4—0,8 мк. Көрінетін сәулеленудің жартылай өткізгіші
бетіне түскенде болатын физикалық құбылыстарды
қарастырғанда, әр түрлі энергиялардың фотондар ағыны ретінде
қарастыруға болады.
Егер фотондардың ағыны қандай да бір металл бетіне түссе,
фотондардың бір бөлігі сонда шағылады, ал қалған бөлігі металлға
жұтылады. Жұтылған фотондар өз энергиясын металлдың
кристалл торына және бос электрондарға береді де, тордың
амплитудалық тербелісін және бос электрондрандың хаостық
қозғалыс жылдамдығын жоғарлатады.
Металдар мен жартылай өткізгіштердің
фотоэффектілік сұлбасы.
Егер фотон энергиясы үлкен болса, онда ол металдан электронды
шығарып алуға жеткілікті болады, яғни шығу жұмысына φ
қарағанда тең немесе үлкен энергияны қабылдайды.
Бұл құбылыс сыртқы фотоэффект деп аталады. Электронынан
айрылған жартылай өткізгіш атомы, электрон зарядына тең дұрыс
зарядқа ие болады. Бірақ электроны жоқ атомдағы орынды,
көршілес атом электронымен толтырылуы мүмкін.
Бос электрон түзілуінен босаған орын зарядталған бөлшекке
теңдей болады, ол кемтік деп аталады. Кемтіктер электр тогының
өту процесіне қатысуы мүмкін.
Кең тараған фотоэлементтердің түрлері.
Екі жақты
фотоэлектрлік
модульдер.
Кемтіктер толтырылған аймақта болады, себебі олардың түзілуі
тек қана жартылай өткізгіштердің кристалл торларының
атомдарында ғана мүмкін.
Бос электрон-кемтік жұбының мөлшері жартылай өткізгіштердің
беті жарықтанғанда кенет өсуі мүмкін. Бұл мынамен түсіндіріледі,
кейбір фотондардың энергиялары электрондарды атомдардан
шығарып алуға және оларды толтырылған аймақтан өткізу
аймағына ауыстыруға жеткілікті болады. Бұл құбылыс ішкі
фотоэффект деп аталады. Ішкі фотоэффекттің шарты мына
теңдеумен анықталады.
Eg
мұндағы Eg - тиым салынған аймақтың ені.

Жартылай өткізгіштің сыртқы фотоэффект құбылысы да бар.
Бірақ ол металлдағы жағдайға қарағанда әлдеқайда күрделі
сипатқа ие.
Фотоэлектрлік батареяның
көрсеткіштерін есептеу
алгоритмі
Күн фотоэлектрлік батареяның өндіретін электр энергиясының шамасы:

мұндағы Ршек – шектік қуаты ФЭБ;
Рс.шек=1000 Вт/м2 – шектік қуаттың стандарттық мәні;
h - күн энергиясын түрлендірудің орташа эффектілік мәні;
эт – фотоэлектрлік модульдің эталонды ПӘК ;
Ес –фотоэлектрлік модульдің бетіне түсетін орташа периодты қосынды
энергетикалық жарықтануы.
Егер белгілесек:

мұндағы Tк-с-шектік күн-сағат саны;
Кт–түрлендіру коэффициенті,

Онда:
Фотоэлектрлік қондырғының өндіретін энергиясы EФЭҚ
ЕФЭҚ= ЕФЭБ n ,

мұндағы n- фотомодулдің саны.
Фотоэлектрлік күн қондырғысымен әрбір айда өндірілген электр
энергиясының шамасы 2.1- кесте гистограмма түрінде анықтауға
болады.
Болашақта фотоэлектрлік батареяның көрсеткіштерін есептеу
алгоритмін Mathcad- қолданбалы бағдарламаның пакетінде жасау.
Берілген мәліметтер

Фотоэлектрлік батареясының берілген көрсеткіштері
Көрсеткіштері Белгіс Өшемі Нұсқа
і 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Фотомодульді Pшек Вт 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90
ң шектік қуаты
Фотомодуль n саны 6 10 16 20 24 30 40 40 50 50
саны

Көрсеткіштері Белгісі Өшем Нұсқа
і 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Фотомодульдің Pшек Вт 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90
шектік қуаты
Фотомодуль n саны 6 10 16 20 24 30 40 40 50 50
саны
Спектрофотометрлік әдісі

Фотометрлік талдау әдісі біртекті ортаның электромагнитті
сәулелерді таңдап жұтуына негізделген. Әрбір біртекті орта белгілі
толқын ұзындықтағы сәулелерді таңдап жұтуға қабілетті.
Фотометрлік талдау әдісі қолданылатын аппаратураларға
байланысты фотоколориметрлік және спектрофотометрлікдеп
бөлінеді.
Фотоколориметрлік әдісте түсті ерітінділердің жарықты жұтуы
анықталады, бұл әдіс көбінесе ерітінділер концентрациясын
анықтауда қолданылады және жарық сүзгіштер қолданылады,
аппаратураның (күрделі емес аппаратура) өлшеу дәлдігі (
%).
Спектрофотометрлік әдісте аса күрделі құралдар-
спектрофотометрлер қолданылады. Осындай құралдар түсті де,
түссіз де қосылыстарды талдауға мүмкіндік береді. Бұл әдістек
қана Бугер- Ламберт- Бер заңы жұту коэффициентінің зерттелуші
заттардың концентрациясына тәуелсіздігі заңдылығы толығымен
орындалғанда қолданылады.
Ерітіндідегі қандайда болмасын бір заттың концентрациясын
анықтауға арналған сандық абсорбциялық фотоколориметрлік
талдау әдісі екі әдіске бөлінеді:
1. Графикті калибрлеу әдісі.
2. Салыстыру әдісі.
Графикті калибрлеу әдісі.

Концентрациялары белгілі әртүрлі ерітінділер дайындап, олардың
оптикалық тығыздықтарын өлшейді. Өлшеу нәтижелерін
пайдаланып, калибрлеу графигі салынады: OY осі бойына
оптикалық тығыздық мәндері, 0Х осі бойына- концентрация
мәндері белгіленеді. Концентрациясы белгісіз ерітіндінің
оптикалық тығыздығын ордината осінде белгілеп, ал
абсцисса осінен берілген ерітіндінің осы оптикалық тығыздыққа
сәйкес келетін концентрациясының мәнін табады (сурет 3). Бұл
әдіс Бугер-Ламберт-Бер заңының орындалуын тексеру болып
табылады.
Салыстыру әдісі.

Стандарт (концентрациясы белгілі ) ерітіндінің оптикалық
тығыздығын және ( ) және зерттелуші ерітіндінің
оптикалық тығыздығын ( ) бірдей қалыңдықта ( ),
бірдей толқын ұзындықта анықтайды. Жарықты жұтудың негізгі
заңын қолданып, мынаны аламыз:

(3) (4)
Қорытынды

Ішкі фотоэффект құбылысы егер валенттік зонадан өткізгіштік зонасына
электронды лақтыру үшін фотон энергиясы жеткілікті жартылай өткізгіштер мен
диэлектриктерге жарық түсіргенде байқалады. Ал жартылай өткізгіштердің
қоспаларында фотоэффект құбылысы, егер өткізгіштік зонасына донорлық немесе
валенттік зонадан кемтіктік қоспасының деңгейлеріне электронды лақтыру үшін
фотон энергиясы жеткілікті болғанда байқалады.
Жартылай өткізгіштер мен диэлектриктерде осылай фотоэлектрлік өткізгіштік пайда
болады. Ішкі фотоэффект сонымен қатар электронды-кемтіктік жартылай
өткізгіштер байланысында да байқалады. Бұл жағдайда электрондар мен кемтіктер
арасында ЭҚК-і пайда болуымен қатар, потенциалдар айырмасы да өзгереді. Бұны
электромагниттік сәуле шығару энергиясын электр тогының энергиясына айналдыру
үшін қолданады.

Ұқсас жұмыстар

Фотоэлектрлік түрлендіргіштер. Спектрофотометрлік зерттеу әдістерін қолдану

Энергияның дәстүрден тыс коздері

Фотоэффектінің қызыл шекарасы

Фотонның қасиеттері

Вакуумдық және жартылай өткізгіш фотоэлементтер, олардың медицинадағы қолданылуы

Ауыстыру датчиктері

КҮН ЭНЕРГЕТИКАСЫ

Энергетика дамуының негізгі бағыттары

ҚҰРАСТЫРМА ЭЛЕКТР ЖАБДЫҚТЫ ЖҮЙЕСІ ҮШІН БАСҚАРУ ЖҮЙЕСІН ЖАСАУ

Фотоэффект

Пәндер