Электрмен қамтамасыз ету
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
АҚТАУ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҚЫЗМЕТ КӨРСЕТУ КОЛЛЕДЖІ
Бекітемін
Директордың оқу ісі
жөніндегі орынбасары
______________ Каримова А.К.
_____ ___________ 2019 ж.
Дипломдық жұмыстың
ТАПСЫРМАСЫ
Студент: Кайрғалиев Азамат
Мамандығы: 0902000 Электрмен қамтамасыз ету
Біліктілігі: 090203 Техник-электрик
Дипломдық жұмыстың жетекшісі: Нәдірханова Дана Таубайқызы
Дипломдық жұмыстың тақырыбы:"Программалық модульмен күн фотоэлектрлік жүйелердің режимдік және қолдану параметрлерін зерттеу"
АТҚҚК бұйрығымен бекітілген
____ ____________ 2019 ж. № ________
Тапсыру мерзімі: ___________________________________ ___________________________
Жұмыстың мазмұны мен көлемі (түсіндірме, есептеу және сараптау бөлімі, теориялық және эксперименталды бөліктері немесе сұрақтардың тізбесін әзірлеу) ________________________
___________________________________ ___________________________________ __________
Дипломдық жұмыстың материалдарың орындау:
а) ___________________________________ _______________________________________
б) ___________________________________ ________________________________________
в) ___________________________________ ________________________________________
г) ___________________________________ ________________________________________
д)___________________________________ ________________________________________
Графикалық материалдардың тізбесі (кесте, сызулар, диаграммалар және графиктер және т.б.)
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
Консультанттың толық аты-жөні:__________________________ ______________________
Нормоконтролердің толық аты-жөні: ___________________________________ _________
Дипломдық жұмыстың ұсынысы және күнтізбелік жоспардың орындалуы:
№
Жұмыс бөлімдерінің атаулары
пайыз
Жұмысты орындау мерзімі
жоспары бойынша
шынында
Дипломдық жұмыстың жетекшісі ___________________________________ ____________
(жетекшісің қолы)
Тапсырма орындауға қабылданды ___________________________________ ____________
(студенттің қолы)
Тапсырма берілді _____ _______________2019 ж.
МАЗМҰНЫ
Кіріспе
5
І.
Технологиялық бөлім
1
Күн энергиясын шоғырлатқышы бар күн фотоэлектрлік қондырғыларды пайдалану мәселелері және болашағы
7
1.1
Концентрленетін электр станцияларының қазіргі жағдайы мен даму бағыты
7
1.2
Күндік электрстансаларында пайланылатын жартылай өткізгішті түрлендіргіштер
11
1.3
Фототүрлендіргішті концентраторлы энергоқондырғыларды пайдалану мәселелері мен әлеуеттілігі
13
ІІ.
Конструкторлық бөлім
2
Күн радиациясының концентрациясы бар фотоэлектрлік түрлендіргіштерді орындау
20
2.1
Күн энергиясын жинаушы қондырғыларда күнді қадағалайтын
бар техникалық шешімдер
22
2.2
Күн электр стансаларының өнімділігін күн энергиясының концентраторларымен арттыру үшін тапсырмаларды орнату
26
ІІІ.
Есепетеу бөлімі
3
Сыртқы фотоэффект
28
3.1
Күн фотовольтаикалық жүйесінің моделін модельдеу
37
3.2
Тәжірибелік күн фотоэлектрлік жүйенің негізгі құрылымдық элементтерін таңдау
39
IV.
Еңбекті қорғау және қауіпсіздік ережелер бөлімі
4
Экономикалық бөлім
47
4.1
Игеруге кеткен шығындар есебі
47
5
Өміртіршілік қауіпсіздігі
52
5.1
Жобаның бейнеленуі
52
5.2
Өндірістік шудың шама шарттары
55
5.3
Шудың адам ағзасына зияны мен әсері
55
Қорытынды
64
Қолданылған әдебиеттер тізімі
66
КІРІСПЕ
Жақындап келе жатқан жанармай ашаршылық қаупі, қоршаған ортаның ластануы және энергия көздеріне сұраныстың артуы, көптеген дамыған елдердің баламалы энергия көздеріне көңіл бөлуіне алып келеді. Дәстүрлі емес пен қайта жаңартылатын энергия көздеріне күннің, желдің, ағын судың, жер асты жылулықтың және т.б. энергиялары жатады.
Адамзаттың технологиялық үрдісіне байланысты XX ғасырдың екінші жартысында энергияға деген сұраныс өте жылдам аса бастады. Осы уақытқа дейін энергетиканың дамуы аса қатты қиыншылықтарды тудырған жоқ. Энергия көзін арттыру үшін мұнай және газ өндіру көлемін үлкейту арқылы ғана іске асатын еді. Дегенмен өзінің дәстүрлi шикiзат базасы азайып бастаған әлемдiк экономиканың бiрiншi энергетика саласы. 70-ші жылдардың басында көптеген елдерде энергетикалық дағдарыс болды. Дағдарыстың бірден бір себебі қазбалы энергетикалық ресурстардың шектеулігі. Одан басқа, мұнай, газ және көмір химия өнеркәсібінде бағалы шикізат көздері болып саналады. Сондықтан, тек дәстүрлі қазбалы энергия көздері арқылы энергетиканың дамуын жоғарғы деңгейде сақтау аса күрделі болып келеді.
Соңғы кездері жұмыс барысын қауіпсіздендіруге көп шығын талап етуі атомдық энергетикасы тиімді емес болып жатыр.
Пайдалы қазба көздері солардың ішінде көмір мен ядролық жанармайдың жануы қоршаған ортаның ластануы, осының бәрі жердің экологиясының нашарлануына алып келіп отыр. Сонымен қатар жылулық ластануы бар. Әрбір жанармайдың жануы және энергия көздерін тұтынудың өсуі жер бетінің температурасын бір градусқа өсуі мүмкін. Мұндай көлемде жердің энергобалансының бұзылуы қауіпті және қайтымсыз климаттың өзгеруіне алып келеді. Осындай жағдайларға байланысты жердің экологиялық теңгерімін бұзбайтын қайта жаңартылатын энергия көздері кеңінен пайдалануда.
Көптеген қайта жаңартылатын энергия көздері, яғни су энергиясы, механикалық және жылулық әлемдік мұхит энергиясы, желдік және жер асты жылу энергиясы шектеулі әлеуетпен немесе кең қолдануда қиындықтар туғызады. Барлық қайта жаңартылатын энергия көздерінің қосындысы аса көп әлеуетті емес. Бірақ тағы бір энергия көзі бар - Күн.
Күн біздің планетамыз үшін алғашқы және негізгі көз болып табылады. Ол бірақ бар жер бетін жылытады, өзенді қозғалысқа келтіреді, желдің күшін хабарлайды. Оның сәулелерімен 10 триллион тонна жануарлар мен бактериялар қоректенетін 1 квадриллион тонна өсімдек өседі. Осы Күннің арқасында көмірсулардың қоры жиналады, яғни біз қазіргі уақытта жағып жүрген мұнай, көмір, торфа және т.б. Қазіргі уақытта адамзат энергоресурстағы өзінің қажеттілігін қанағаттандыру үшін бір жыл ішінде 10 миллиард тоннадай шартты отын қажет. (Шартты отынның жану жылуы -7000 ккалкг).
Күн энергетикасы - күн сәулесінен алынған қандай да бір түрдегі энергияны қолдану. Күн энергетикасы негізінде экологиялық таза бола алатын, яғни зиянды қалдықтарды шығармайтын жаңартылмалы энергиясы қолданылады.
Күн сәулесі сарқылмайтын энергия көзі болып табылады, ол жердің барлық бұрышына түседі, кез келген тұтынушының қол астында болады және экологиялық таза қол жететін энергия көзі болып табылады.
Күн жарығын және жылуын қолдану - бұл бізге қажетті энергияның барлық түрін алудың таза, қарпайым және табиғи қабілеті. Күн коллекторларының көмегімен тұрғын үйлерді және коммерциялық ғимараттарды жылытады немесе оларды ыстық сумен қамтамасыз етеді. Параболалық айналармен (рефлекторлармен) шоғырланған күн жарығын жылу алу үшін қолданады(бірнеше мыңдаған Цельсий гралус температураларға). Оны электр энергиясын өндіру үшін немесе жылыну үшін қолдануға болады. Күннің көмегімен энергияны өндірудің бұдан басқа тағы бір әдісі бар - фотоэлектрлік технологиялар. Фотоэлектрлік - бұл күн радиациясын электр энергиясына түрлендіретін құрылғылар.
Тақырыптың өзектілігі:
Қазіргі кезде күн энергиясын түрлендірудің ең дамыған түрі - күн сәулелердің энергиясын фотоэлектрлік түрлендіргіш арқылы түрлендіру.
Бүгінгі күнде адамзат баласы күн энергиясын жылулық және электрлік энергияға түрлендіруді үйренді. Осы әдісті ары қарай дамыту арқылы фотоэлектрлік жүйелердің неғұрлым тиімді күн энергиясын түрлендігіштерді жасауға мүмкіндік береді.
Сондықтан, күн фотоэлектрлік жүйенің оптика-энергетикалық ерекшеліктерін есептеу әдістері мен зерттеулер өзекті мәселе болып табылады.
Есептік зерттеулер жүргізулер арқылы оптика-энергетикалық күн фотоэлетрлік қондырғының ерекшелігі мен қуатын анықтау;
Күн фотоэлектрлік қондырғының негізгі және қосымша жабдықтарын таңдау;
Параболоидты негізінде күн сәулесінің бөлінуінің экспериментті қондырғыны жобалау.
1 Күн энергиясын шоғырлатқышы бар күн фотоэлектрлік қондырғыларды пайдалану мәселелері және болашағы.
1.1 Концентрленетін электр станцияларының қазіргі жағдайы мен даму бағыты
Соңғы 15 жылда күн энергетикасы саласы қарқынды дамуда (әлемдегі күн электр энергиясын өндірудің жыл сайынғы өсімі 20% -дан асты) [27]. Оны жеке инвесторлар да, мемлекеттер де қолдады. Зерттеулер қаржыландырылды, тәжірибелік модельдер құрылды, эмпирикалық тәжірибе жинақталды. Күн энергиясын шоғырландыру, оны сақтау, оны сақтау және электр энергиясына айналдыру жолдарын қоса алғанда көптеген жаңа технологиялар әзірленді. Кейбір инновациялар коммерциялық жобаларда сәтті қолданылған, басқалары құрылыста және электр станцияларында қолданылатын болады, ал басқалары әртүрлі себептер бойынша талап етілмейді. Жақсартулардың барлығы дерлік энергияның басқа түрлеріне жарық сәулеленудің конверсиялық тиімділігін арттыруға және генерацияланған электр энергиясының өзіндік құнын төмендетуге бағытталған.
Күн энергиясын жақсарту екі негізгі бағыт бойынша жүзеге асырылады:
- шағын тұрғын немесе әкімшілік нысандарды энергиямен жабдықтауға бағытталған жеке энергетикалық жүйелерді құру:
- өнеркәсіптік көлемде электр энергиясын өндіруге қабілетті күн электр станцияларын құру.
Екінші жағдайда, саланың дамуы екі жолмен жүреді:
- күн энергиясының концентраторлары жоқ кремний фотоэлементтерін қолдану арқылы электр энергиясын тікелей конверсиялауға негізделген күн электр стансаларының құрылысы;
- КЭК бар күн электр станцияларын салу; сонымен бірге электр энергиясын ғана емес, сондай-ақ жылу энергиясын да алу экономикалық тиімді.
Жарияланған дереккөздерде өнеркәсіптік күн энергетикасы саласындағы қазіргі жағдайды қарастырады. 1980-жылдардың ортасында КЭК-ын қолданатын өнеркәсіптік күн электр станцияларының алғашқы үлгілері АҚШ-та жасалды [24]. Қаржылық перспектива болмаған соң бұл технологияны қаржыландыру тоқтатылды. ХХІ ғасырдың басында күн энергиясына бай елдерде, әсіресе Испания, Израиль, Германия және Оңтүстік-Батыс өңірлерінде КЭК-ына қызығушылықтың жаңа толқыны байқалды [4, 16, 22]. Кейінірек, ХХІ ғасырдың екінші онжылдығында Қытайда, Үндістанда, Украинада және басқа елдерде күн энергетикасы жақсарды [1, 12].
Күн энергиясының әлеуеті айтарлықтай. Әрбір шаршы қашықтық шөлдерде энергиясы жылына 1,5 миллион баррель мұнайға теңеледі [24]. Сондай-ақ, егер КЭК-ын шамамен 65 000 км2 ауданымен қамтитын болсаң, ал ол Сахара аймағының 1% -нан азырақ, 2008 жылы дүниеде қанша электр энергиясын тұтыылды сонша өндіруге болады. Ал бұл ауданның бестен бір бөлігі Батыс Еуропаның 2008 жылы тұтынылған энергиямен тепе-тең [23]. Күн энергиясының тартымдылығының негізгі көрсеткіші - оның құны.
Капиталдың жоғары қарқындылығына қарамастан, күн энергиясының әлеуеті инвесторлар тарапынан байқаусыз қалмады - шетелдік компаниялар Ausra және MAN FerrostaalPowerIndustry шөлді аймақтарды болашақ станцияға айналдыру . Бірақ КЭК-мен жабдықталған электр станциялары инвесторларға дәстүрлі атомдық және жылу электр станцияларына қарағанда арзанырақ және тиімді болған жағдайда ғана тартымды болады. Сонымен қатар, КЭК станциялары жаһандық энергетикалық жүйені жаңа технологияларға бейімдеуді талап етеді. Мұның бәрі осы энергетикалық секторды жақсартуға кедергі келтіреді.
Көптеген елдерде жасыл тариф түрінде электр энергиясын өндіруге мемлекеттік субсидиялары бар. Осылайша, Украинада жасыл тариф коэффициенті белгіленетін заң қабылданды. Заңға [4] сәйкес электр энергиясын сату тарифі электр станцияларының немесе электр станцияларының түріне және сыйымдылығына байланысты белгіленеді.
Бағалауы бойынша, әлемдегі концентратты электр станцияларын жылына 100 ГВт қуаттылықпен жинақтау үшін қажетті жабдық көлемі, осы уақытқа дейін автомобиль өнеркәсібінің көлеміне сәйкес келеді.
КЭК бар электр станцияларының төрт негізгі түрі бар:
Параболикалық цилиндрлі. Бұл күн радиациясының жылу өндіру үшін ең жақсы дамыған технологиясы болып табылады. Параболикалық цилиндрлерге негізделген станциялар АҚШ пен Испанияда жақсы жұмыс жасап тұр [7]. Параболикалық цилиндрлік концентраторлар (ПЦК) рефлекторлардан тұрады, олардың әрқайсысы күн сәулесінің шоғырланған энергиясын сіңіретін абсорбер түтігіне бағыттайды. Жарық үнемі түтікке бағытталып тұрады, себебі концентратор күнді бақылап тұрады. Параболикалық цилиндрлер жиынтығы бу алу үшін қажетті жылу энергиясы жиналатын гелиополис бар. Бу турбинаны дәстүрлі жылу электр станцияларының схемасына сәйкес электр генераторымен жүргізеді.
Күндік мұнара. Мұндай қондырғылар күннің қозғалысын қадағалайтын және мұнараның жоғарғы жағында орналасқан қабылдағышқа бағыттайтын гелиостаттардың үлкен массалардан тұрады. Күндік мұнаралар мен параболикалық цилиндрлердің ортақ артықшылығы бар: олардың көмегімен технологиялық схемалар тұзды балқыту негізінде жылу энергиясының аккумуляторларын қамтуы мүмкін, сондықтан электр энергиясын өндіру түнде және бұлтты күндерде жалғасуы мүмкін [5]. Бұл электр энергиясының тікелей жинақталуынан әлдеқайда арзан.
Плиталық жүйелер (Stirling қозғалтқыштары мен фотоконвертерлермен). Күн жүйесіндегі жүйе концентратордың фокусында орналасқан қабылдағышқа күн радиациясын көрсететін табақша тәрізді концентратордан тұрады. Қабылдағыш генераторы бар немесе Stirling қозғалтқышы немесе осы жағдайларда жұмыс істеуге арналған жартылай өткізгіш конвертер болуы мүмкін. Belleville жүйесі Stirling қозғалтқыштарымен жұмыс істейді, бұл шамамен 30% тиімділікке ие, бірақ дизайнның қымбатшылығы мен күрделілігі оның таралуын шектейді [6]. Соған қарамастан, StirlingEnergySystems (АҚШ) компаниясы 2010 жылы осындай қондырғылар негізінде қуаттылығы 1,5 МВт болатын тәжірибелік электр станциясын іске қосты.
Сызықтық концентраторлар және Френель линзалары. КЭК-ның бұл түрі әлемде ең аз таралған және 2000-шы жылдардың соңында - 2010 жылдың басында белсенді түрде дами бастады. Ол түтіктер немесе жартылай өткізгіш фотоэлементтерден тұратын ресиверге жарық беретін көптеген элементтерден тұратын айналар немесе линзалар арқылы радиацияның шоғырлануына негізделген. Фокус радиациясын сақтау үшін айналар немесе линзалар бір күн ішінде өз орындарын өзгертеді. Сызықтық концентраторлардың (СК) негізгі элементі - жұқа (1 - 2 мм) шағылыстыратын пластиналардан жасалған айна болып табылады.
Бұл жүйенің салыстырмалы қарапайымдылығы, салыстырмалы төмен құны оның өндірісін көздейді. Сызықтық концентраторлардың тағы бір артықшылығы - оларды төбесі тегіс ғимараттарға орнату оңай, құрылыс көлеңкеде болуға мүмкіндік береді, және жасыл аймақтар құру үшін жағдай жасайды. Френель линзалары мен айналарын жарық ағынының фотоэлектрлік түрлендіргіштерімен біріктіріп қолдану арқылы оларды неғұрлым тиімді пайдалануға болады.
Френель линзаларын өндіру қарапайым және арзан, кішкентай аумақта күн энергиясының елеулі тығыздығын жарықтандыруға мүмкіндік береді. Осындай қондырғыларда 1000 кВт м2 дейінгі ағынның тығыздығына қол жеткізеді. Бұл төмен концентрациясы бірлік деректер элементтерін пайдалану экономикалық тиімсіз болып, соның арқасында 40% дейін сыйымдылығы жоғары шоғырлануы кезінде жұмыс істейтін және тым жоғары бағасын бар қабілетті GaAs, GaLnAs арналған, GaInP, AlGaAs, Ge және басқа да жартылай негізделген гетероқұрылымды каскадтық күн батареяларын пайдалану тиімді етеді.
[2] Френеля линзаларын концентраторлар ретінде пайдалану мүмкіндіктері қарастырылып, күн сәулесінен жоғары дәлдікті қажет етпейтін, жеңіл ағынның біркелкі болуын қамтамасыз ететін линзаларды есептеу мүмкіндігі қарастырылған.
уақытында Френел линзаларының өнімділігін төмендетуді бағалау әдістері сипатталған және органикалық шыны мен органикалық кремний қосылыстарына негізделген линзаларды салыстыруға болады.
Көп жағдайда органикалық шыны Френель линзасы материалы ретінде пайдаланылады, бірақ композициялық шыны-органикалық кремний Френель линзаларының өнімділігін зерттелді [13].
1996 жылы Ресейде [3] каскадтық күн батареяларын зерттеу жүргізілді. Қазіргі уақытта 40% дейін тиімділігі бар фотоконвертерлердің ғылыми әзірлемелері мен өндірістік үлгілері бар. Энергетикалық қондырғыларды байыту кезінде осындай фотоэлементтерді пайдаланудың әлемдік эмпирикалық тәжірибесі қарастырылды.
Көп өтпелі каскадты фотоэлементтердің құнының жоғары болуына байланысты олардың құнын төмендету үшін күн радиациясының концентрациясы жоғарлатуды талап етті. Сонымен қатар, концентрациясы дәрежесін ұлғайуы, жеткілікті салқындату барысында оның ПӘК-і артады.
Өнертапқырлар мен пайдалы модельдерге арналған мақалаларды, тезистерді және диссертацияларды, сондай-ақ Ресей, Украина, АҚШ және Жапония патенттерін шолу жүргізілді. Ғалымдар мен инженерлердің пікірлері бірнеше бағытта бағытталған: фотоэлементтердің сипаттамаларын жақсарту, күн жүйесіндегі бақылау жүйелерін жетілдіру, жылу жинау мәселесін шешу, күн энергиясы концентраторларын жасау және талдау, күн энергиясын айырбастаудың жаңа схемаларын құру және электр және жылу энергиясын бірлескен өндіру (когенерация). Жасалынған есептеу әдістері фотоэлектрлік қондырғылардың режимдік және қолдану параметрлерін бағалауға болады;
Оптика-энергетикалық ерекшеліктерін оңтайландыру арқылы күн фотоэлектрлік жүйелердің құнын төмендету жолдарын қарастыру;
Темір жол жүйесінде қолдануға болатын күн фотоэлектрлік жүйелерді құру үшін керекті құрылымдар мен материалдардың жаңа түрін пайдалану бойынша ұсыныстар;
Эксперимент жобасында параболоидты күндік қондырғы жасалынды;
Эксперимент жүзінде фокальды жазықтықта күн сәулесінің бөлінуінің режимдік параметрлері бағаланды.
1.2 Күндік электрстансаларында пайланылатын жартылай өткізгішті түрлендіргіштер
Бір кристалды кремний негізіндегі құрылымдарды өндіру технологиялық тұрғыдан күрделі және қымбат процесс болып табылады. Сондықтан аморфты кремний (a-Si:H), галий арсениті және поликристалды жартылай өткізгіштер негізіндегі қоспалар сияқты материалдарға назар аударылды.
Аморфты кремний жалғыз кристалдан анағұрлым арзан балама ретінде пайдаланды. Оның негізіндегі алғашқы КЭ 1975 жылы құрылды. Аморфты кремнийдің оптикалық жұтылуы кристалды кремнийден 20 есе жоғары. Сондықтан, көрінетін сәулеленудің айтарлықтай сіңуі үшін, қалыңдығы 0,5-1,0 мкм болатын A-Si:H пленкасы 300 мкм қымбат тұратын кремнийдің орнына жеткілікті. Сонымен қатар, кең аймақтың аморфты кремнийлі жұқа қабықшаларын алудың қолданыстағы технологиясының арқасында, бір кристалды кремний негізіндегі күн батареялары үшін қажетті кесу, ұсақтау және жылтырату операциялары талап етпейді. Поликристалды кремнийлі элементтермен салыстырғанда, a-Si:H негізіндегі өнімдер төмен температураларда (300 °C) өндіріледі: арзан әйнек субстраттары қолданылуы мүмкін, ол кремнийді тұтынуды 20 есеге азайтады.
A-Si:H-12% негізіндегі эксперименталды элементтердің максималды тиімділігі кристалды кремний күн батареяларының (~15%) тиімділігіне қарағанда біршама төмен. Дегенмен, a-Si: H негізіндегі элементтер тиімділігінің технологиясын жетілдіру арқылы теориялық 16% -ға жетеді [22].
Галий арсениті жоғары тиімді күн батареяларын жасайтын ең перспективті материалдардың бірі болып табылады. Бұл оның мынадай ерекшеліктеріне байланысты:
- диапазондағы айырмашылық біркелкі емес күн сәулелерінің клеткалары үшін өте ыңғайлы, 1,43 эВ;
- күн радиациясын сіңіру қабілетін арттыру: тек бірнеше микроннан тұратын қабаттың қалыңдығын талап етеді;
- жоғары өнімділігімен бірге бұл материалды ғарыштық аппараттарда пайдалану үшін өте тартымды етеді;
- GaAs негізінде батареяларды жылытуға салыстырмалы сезімтал емес;
- GaAs қоспалардың алюминий, мышьяк, фосфор немесе индиймен сипаттамалары күн сәулелерінің жасушаларын жобалау мүмкіндігін кеңейтетін GaAs сипаттамаларын толықтырады.
Галий арсенидті және оған негізделген қорытпалардың басты артықшылығы күн сәулелерінің жасушаларын жобалау үшін мүмкіндіктердің кең спектрі болып табылады. GaAs негізіндегі фотоэлемент түрлі құрамдардың бірнеше қабатынан тұрады. Бұл әзірлеушіге кремний күн батареяларында рұқсат етілетін деңгейімен шектелетін үлкен дәлдікпен заряд тасымалдаушылардың генерациясын басқаруға мүмкіндік береді. GaAs негізіндегі типтік күн батареясы AlGaAs-дың өте жұқа қабатынан тұрады.
Галий арсенитінің басты кемшілігі - бұл оның жоғары құны. Өндірістің құнын төмендету үшін арзан субстраттарда күн батареяларын жасау ұсынылады.
Поликристалды жұқа пленкалар күн энергиясы үшін өте перспективті. Кұн жарығының диселенид мыс және индий сіңіру үшін өте жоғары қабілеті (CuInSe2) - сәулелену 99% осы материалдың (энергетикалық саңылаусыз - 1,0 эВ) бірінші микрон жұтып [2,5]. CuInSe2 негізіндегі күн ұяшығының терезесін жасау үшін ең көп таралған материал - CdS. Кейде кадмий сульфидіндегі терезенің мөлдірлігін жақсарту үшін мырыш қосылады. Аздап галлий CuInSe2 қабаты кернеу бос артуына әкеледі, демек, құрылғы өнімділігін арттыру алшақтық енін, арттырады.
Кадмий теллурид (CdTe) фотовольтаиктер үшін тағы бір перспективалық материал болып табылады. Іс жүзінде (1,44 эВ) және өте жоғары сіңіру қабілеті бар. CdTe қабықша өндірісі өте арзан. Бұдан басқа Zn, Hg және басқа элементтермен CdTe қоспаларын алудың технологиялық жағынан осы қасиеттері бар қабаттарды құру технологиясы өте оңай.
CuInSe2 сияқты, CdTe негізіндегі ең жақсы элементтер CdS-дің терезе қабаты ретінде гетерофункцияны қамтиды. Қола оксиді мөлдір контакт пен жарықтандыру жабын ретінде пайдаланылады. CdTe-ді қолданудағы күрделі мәселе - үлкен ішкі шығындарға әкелетін p-CdTe қабатының жоғары кедергісі. Бірақ ол p-i-n-құрылымында CdTe ZnTe гетеродымен шешіледі. CdTe қабықшалары заряд тасымалдаушылардың жоғары қозғалғыштығына және олардың негізіндегі күн ұяшықтарына ие - жоғары тиімділік мәндері 10-дан 16% -ға дейін [23].
Күн батареялары арасында арнайы орынды органикалық материалдарды пайдаланатын батареялар алады. Органикалық бояумен қапталған титан диоксиді негізіндегі күн батареяларының тиімділігі өте жоғары - ~ 11%. Бұл түрдегі күн батареяларының негізі кең диапазондағы жартылай өткізгіш, әдетте органикалық бояғыштың монослабымен қапталған TiO2. Элементтің жұмыс істеу принципі бояғышты фотоэлектрлендіруге және электронның TiO2 өткізгіштік жолына жылдам инъекциясына негізделген. Сонымен қатар, бояғыш молекуласы тотығады, элемент арқылы электр тогы ағып кетеді және трийодид платина электродында йодқа дейін азаяды. Содан кейін йодид фотоэлектродқа электролит арқылы өтеді, онда тотыққан бояғышты қалпына келтіреді.
1.3 Фототүрлендіргішті концентраторлы энергоқондырғыларды пайдалану мәселелері мен әлеуеттілігі
Фотоэлектрлік концентрациялау жүйелерінің жұмыс істеуінің негізгі қағидасы күн радиациясын кіші фотоэлементтерге шоғырландыру үшін оптика пайдалану болып табылады [12]. Осылайша, күн ұяшығының аумағы концентрация коэффициентіне тең коэффициентпен азайтылуы мүмкін, ал сәуле қарқындылығы бірдей фактормен көбейтіледі.
(1.1)
онда Аpv - абсорбердің белсенді беті (фотоэлемент), м2;
Ас - концентратордың апертурасының ауданы, м2;
I0 - күн сәулесінің сәулелену қарқындылығы, күн сәулесінің бағыты шоғырланбай, В м2 бетіне перпендикуляр;
Ic - концентрацияланған күн энергиясы ағынының тығыздығы, Вт м2;
Күн сәулесінен радиацияның фокусын сақтау үшін орта және жоғары дәрежелі концентрациясы бар жүйелер күннің дәл қадағалау жүйесін талап етеді. Бұл жүйенің өзіндік құнының өсуіне және операциялық шығындардың өсуіне алып келеді.
Әдеттегі жартылай өткізгіш түрлендіргіштермен салыстырғанда концентрацияланған күн радиациясына арналған фотоэлементтер артықшылығы бар. Олар жартылай өткізгіш кристалдану алаңдарын қажет етеді, олардың тиімділігі әдеттегі фотоэлементтерден жоғары және есептеулер көрсеткендей, жоғары концентрациясы кезінде оларды пайдалануға болатын электр станциясы КЭК жоқ орнатудан арзан болады [18].
Көптеген шетелдік ғылыми-өндірістік компаниялар соңғы 20 жыл ішінде концентрациясының жоғары коэффициенттерімен жұмыс істейтін фотовольтикалық электр станцияларының прототиптері бойынша жұмыс істеп жатыр және оларға негізделген ірі электр станцияларын сынап жатыр.
Фотоэлектрлі электр станцияларының белсенді дамуы 1976 жылы Sandia National Laboratory (SNL) - АҚШ-та басталды. Олардың алғашқы қондырғылары күнді екі осьте, оның ішінде Френель линзаларына негізделген концентраторлармен қадағалап, 40-қа шоғырлану мүмкіндігіне ие болды. Бірнеше ұқсас жобалар жақында Францияда, Италияда және Испанияда жүзеге асырылды. Прототиптердің қуаты 500 Вт-тан 1 кВт дейін [22] болды.
1981 жылы SNL ірі коммерциялық емес жобасы іске асырылды. Сауд Арабиясында фотоэлектрлік 350 кВт Солерас демонстрациялық қондырғы орнатылды. 20% тиімділігі бар кремнийлі күн батареясы пайда болды, бұл фотоэлектрлік модульдердің өнімділігін жоғарылату және шығындарды азайтудың күтілетін әсерін арттыруға мүмкіндік берді. Осындай қондырғылардың бірінші дамуымен бірге жүретін негізгі проблемалар коррозияға, фотоэлементтердің және айна тозуының және күшті сәулелену қарқындылығы бар күн сәулелерінен жылуды кетірудің мүмкін еместігі болды [22]. КФЭЖ фотоэлектрлік әсер қолданылады, ол 1887 жылы Герцпен 1887 жылы табылған жартылай өткізгіштер деп аталатын кейбір материалдарда электр энергиясына тікелей электр энергиясына айналу мүмкіндігі бар және 1888 жылы Столетовтың егжей-тегжейлі зерттеген.
Фотоэлектрлік әсердің мәні - КС негізі ретінде радиацияның фотонды электрондарды дененің бетінен (сыртқы фотофект) немесе жартылай өткізгіш ішіндегі кристалды тордан (ішкі фотоффект), сондай-ақ металға түсетін КС әсерінен пайда болуы мүмкін - көрсетілген тізбекті қосатын сыртқы тізбектегі (фотоэлектрлік әсер, блоктау қабаты немесе қақпаның әсері) токтың пайда болуын немесе өзгеруін тудыратын кейбір ЭҚК-ның өткізгіштігі.
Жоғарыда қарастырылған термиялық генераторлармен олардың ұқсастықтарын ескере отырып, сыртқы және ішкі фото әсерінің негізіндегі құрылғылар қарастырылмайды.
Біраз уақыттан кейін Swansonetal компаниясы нүкте байланыста бар күн ұяшықты әзірледі - 150-ден астам градус. Оның өнімділігі концентрациясында пайдалану үшiн әзiрленген үздік күнге дейін кремний күн ұяшық 27% құрады. Нүктелік байланысы бар фотобарьерлардың құны жоғары, бірақ олар 300 күннің [22] қарқынды жұмыс істеуіне қабілетті, себебі шоғырлану дәрежесі үлкенген сайын сипаттамасы төмендемейді.
1980 жылы, спектрін бөлу идеясы ұсынылды. Ол 1991 жылы іске асырылған және шамамен 800 [22] концентрациясы қатынасында 29,7% -ға тиімділігі кремний арсенида және галлий PV көз негізінде күн ұяшықты берген болатын.
Фотоэлектрлік өсімдіктерді байыту өнімділігін арттыру үшін тағы бір мүмкіндігі лазерлік технология тереңдетілген байланыстар.
EUCLIDES қондырғысының сырт көрінісі 1.1-суретте көрсетілген. Мөлшері 1 см2 жуық нүктесі контактілермен кремний элементтері Amonix компаниясының [22] ең табысты нұсқасы болды, олардың арасында бірнеше электр станциялары қарқынды дамуына түрткі берді.
Австралиялық SolarSystems компаниясы құрған параболикалық плиталар қондырғылары, сондай-ақ нүктелік байланыстары бар кремний элементтерімен жабдықталған. Әр плитаның номиналды қуаты 25 кВт болды.
Сурет 1.1 EUCLIDES демо-монтаждау [22]
Жоғары концентрацияларға арналған күн батареяларын дамытуда едәуір ілгерілеушіліктерге қарамастан, оларды өндіру аз болды. Күн сәулесінен пайда болмайтын күн сәулелерінің тиімділігін жоғарылату фотоэлементтің тыйым салынған аймағының еніне қарай 25-40% диапазонында орналасқан [7] Шокли-Квизер шектеуімен шектеледі. Бұл фотоэлементтер екі деңгейлі құрылғылар болып табылады және жарықты тыйым салынған жолақтың еніне жақын электр энергиясына сәйкес келетін толқын ұзындығын тиімді түрлендіреді. Төменгі қуаты бар фотонды толығымен жоғалтады, ал энергияны көбейту жол белдеулерінің энергиясымен шектеледі, яғни олар өздерінің әлеуетін толығымен пайдаланбайды.
Осы саладағы ғылыми-техникалық серпінді күнге дейін жоғары өнімділік қол жеткізілді, ол ІІІ-V- гетероқұрылымды құрумен байланысты. Көп өтпелі күн ұяшық үшін барынша мүмкін теориялық өнімділігі бір р-n ауысуына Шокли-Квайзер фотоэлемент шегінен асып 86% болып табылады, және іс жүзінде қазіргі өнімділігі бойынша жүзеге шамамен 40% [12][7] болып табылады. Мұндай фотоэлементтер күн сәулесінің спектрін толығырақ пайдаланады. Олар жеткілікті мөлшерде дайындалады және нарықта сұранысқа ие болады, онда ол фотоэлектрлік қондырғыларды құнын төмендетуге алып келеді.
Көп деңгейлі элементтер негізінде, 1.2-суретте көрсетілгендей, 400 және 1000 еселік концентрация деңгейінде жұмыс істейтін жүйелер (Concentrix және Isofoton) жасалған. Бұл жүйелерде микрофотоэлементтер, тиісінше, диаметрі 2 және 1 мм.
Сурет 1.2 Concentrix және Isofoton эмпирикалық прототипі [12]
2001 жылы GaAs фотоэлементтерінің негізінде электр станциясының максималды өнімділігі 1000 концентрациясында 26,2% құрады [22]. [33] жоғары концентрация дәрежесі бар үш өтпелі каскадты фотоэлементтердің сынақтары мен нәтижелері (2002) сипатталған. Нақты жарықтандыру жағдайында өнімділік 29% құрайды.
Басылым [20] үш жақты GaInP GaAs Ge фотоэлектрлік ұяшықтары пайдаланылатын концентрациялы модульдерді сипаттайды. Модульдер кішігірім Френель линзаларына негізделген. Модельдің өнімділігі 26% -дан жоғары және фототүрлендіргіш тиімділігі 1000 концентрациясы кезінде 31% -дан жоғары.
Кейінірек, үш өтпелі күн батареясы жасалды, ол 35% концентрациясында 35% тиімділікке қол жеткізді. Қазіргі уақытта фотоэлементтер коммерциялық түрде 1000 концентрациясы мен температурасы шамамен 50 ° C кезінде 38% тиімділікпен өндіріледі [9].
Күн энергиясы концентраторларын фотоэлементтермен бірлесіп пайдалану үшін фотоконвертордың әлеуетін толық пайдалану мүмкіндігін беретін біртекті жарық ағыны болуы жөн. [13] параболикалық концентратордың құрылысы ұсынылған, ол фотоконвертерлермен бірлесіп электр энергиясын біркелкі бөлінген жарық ағынында өндіру үшін қолданыла алады.
[30] температураның функциясы ретінде айнымалы кернеуді аналитикалық анықтау мәселесі шешілді. Белгілі теориялық тәуелділіктер эксперименттік деректерді толығымен көрсетпейтіндігі және нақты бағалау үшін қосымша параметрлер енгізілгендігі және тәуелділік алынғаны көрсетілген:
, (1.2)
мұнда EgX - жартылай өткізгішті тыйым салынған жолақ ені;
EgSi - бұл тыйым салынған кремний диапазонының ені, eV;
Ix және I0 - жарықтандыру деңгейінің ағымдағы және стандартты мәні, Вт м2;
Tpv - фотоселлалық температураның ағымдағы мәні, K;
K0 - фотоселдің жеке қасиеттерін көрсететін экспонент параметрі; e - электронды заряд, Кл;
σSi - эксперименттік кремнийге арналған дисперсия;
1.3 суретте кремний мен гальий арсениді үшін алынған өрнектерді қолданудың нәтижелері көрсетілген.
Параметрлерді оңтайландыру және бірлескен шоғырланатын қондырғылардың өнімділігін арттыру проблемаларын зерттеу электрондық компьютерлерді, автоматтандыру жүйелерін және өлшеу жүйелерін қолданусыз мүмкін емес.
Сурет 1.3 Бос жұмыс кернеуінің температураға есептелген тәуелділігі (маркерлер эксперименттердің нәтижелерін көрсетеді) [7]
Осы графиктер ашық тізбек кернеу төмендеуі арттыру температурасы баламалы орын екенін көрсетеді, осылайша, күн батареяларын екі түрлері үшін салқындату жүйесін маңызды рөл атқарады.
Фотоэлектрлік параметрлерін бақылау үшін кешенін құруды сипатталған. Сипатталған құрылғы бірнеше температура өлшеу, кернеу бос, қысқа тұйықталу тоғын және басқа да параметрлерді береді. Бұл жоғары дәлдікпен және сенімділігімен сапалық және сандық зерттеу үшін мүмкіндік береді. Қазіргі заманғы зерттеу автоматтандырылған деректерді тіркеу жүйелерінсіз мүмкін емес.
Автоматтандырылған жобалау айтарлықтай жобалау параметрлерін есептеу және оңтайландыру үшін уақытын қысқартуға мүмкіндік береді. Бағдарламасының авторлары оңтайлы параметрлермен параболалық ойпат концентратор есептеу құрылды.
Ресейлік ғалымдардың фотоэлектрлік ұяшықтар негізінде концентрлеуші қондырғылар жүйелерді дамытуда үлкен жұмыс жасалды. Д.С. Стребков, В.В. Харченко, В.А. Майоров, В.А. Гусаров p-n өтпелі күн жасушаларын пайдалану мүмкіндігін сипаттайды онда бірқатар жұмыстар жарияланған, өндіру технологиясы, сол мекеме әзірленді. Бұл күн концентрациясының коэффициенті 20-ға дейін жақсы нәтиже көрсетеді. Сонымен қатар екіжақты фотобарьер сәуле пайдаланылады.
Стационарлық призмалық концентраторларды тік р-n түйірлері бар фотоэлементтермен бірге пайдалану қарастырылған. Нәтижесі дәстүрлі күн батареяларын салыстырғанда 35% -ға электр стансасының азайту мәнін көрсетеді. Сондай-ақ, ағымдағы және қыздыру кезінде фотоэлемент кернеу азайту деңгейін көрсететін тәжірибелік жылу коэффициенттерін қамтамасыз етеді.
[37] Екі жақты көп ауыспалы фотоэлементтермен асимметриялық параболалық-цилиндрлік концентраторды пайдалану ақталған. Көрсетілгендей, мұндай концентратор біркелкі сәулеленуді қамтамасыз етеді, нәтижесінде фотоэлементтің кейбір бөліктерінде жарық ағынының артуы 5 есеге дейін жетеді, ал зауыттың шығу қуаты 2 есе артады.
Сондай-ақ бұрыш торлы гелиостат толықтырылды асимметриялы параболалық ойпат концентратор саналады. бірлік ресивері сияқты концентрациясы 4 орташа дәрежесі екіжақты көп өтпелі күн батареяларын ретінде пайдаланылады. Қағазда қабылдағыш көлеңкелі жолақтардың орнатудың шығу сипаттамаларына әсері қарастырылады. Ол күн батареяларын параллель қосылу үшін сериясы байланысты қарағанда 35% -ға артық қуатын өндірді, бұл көрсетілген.
Концентрациядағы электр станцияларына тік р-n түйіндерімен жоғары вольтты фотоселлалар пайдалану қарастырылған. Энергия шығындарының айтарлықтай бөлігі концентратерде пайда болғаны көрсетілген. Каскад гетероструктуралық GaInP GaInAs Ge негізіндегі фотоэлементтерді пайдалану экономикалық тұрғыдан тиімді емес болуы мүмкін екендігі ескертілді.
Сипатталған барлық зерттеулерде концентрация көбінесе 4-7 еседен артық емес деп есептеледі. Жоғары концентрациядағы фотоселлалар қызып кетсе, заряд тасымалдаушылардың жинағы азаяды, р-n түйінінің кернеуі төмендейді, бұл өнімділіктің жалпы төмендеуіне әкеледі. Бұл жағдайда каскадты гетероструктуралық фотоселлерді пайдалану ақталған болады.
Ресей Федерациясының патенті [13] Френеля линзаларына байланысты шоғырланған күн радиациясын алатын фотоконвертерлер негізінде қондырғыны жобалауды ұсынады. Орнатылған қондырғылар модулі бар платформа раме ішінде тоқтатылады, ол өз кезегінде айналмалы платформаға орнатылады. Байқау тікелей күн радиациясының болуымен жүзеге асырылады, бұл орнатуды пайдалану үшін ықтимал жағдайларды азайтады. Сондай-ақ, белсенді фотоселл салқындату жүйесі жоқ.
Ресей Федерациясының патенттерінде фотоэлектрлік шоғырланатын қондырғылардың әртүрлі конструкциялары қарастырылады. Өнертабыстарды сипаттаудағы маңызды орын салқындату мәселесінің шешімі болып табылады. Бұл мәселені радиаторларды немесе белсенді сұйық салқындату арқылы шешуге болады. Соңғы жағдайда, электр энергиясымен қатар, қосымша пайдалы жылу энергиясын алуға болады, және энергияны бірлескен генерациялау (когеренация) туралы айтуға болады.
2. Күн радиациясының концентрациясы бар фотоэлектрлік түрлендіргіштерді орындау
Күн сәулесінің шоғырланбаған сәулеленуімен жұмыс істеу үшін оңтайландырылған кремнийлі фотоэлектрлік түрлендіргіштерде сәулелену қарқындылығының (Kc = 2-3) шамалы өсуімен, тиімділік төмендей бастайды және бұл төмендеу 20-30% құрайды.
Концентрлі күн радиациясын конверсиялау үшін арнайы әзірленген күн фотоэлементтерінің конструкцияларында фотокұбырдың және жұмыс кернеуінің жоғары мәндерін сақтай отырып, омдық шығындардың төмендеуіне баса назар аударылды.
Шоғырландырылған күн радиациясында фотоэлементердің тепе-теңдік температурасы 100 °C-тан асуы мүмкін. Арттыру жұмыс температурасы байланысты ұзақ толқын ұзындығы фотожауап спектрлері кеңейту фототок арқылы кейбір өсуін береді тобы алшақтықты төмендеуімен жүреді. Алайда, бұл өсіп температурасы тиімділігін айтарлықтай қысқарту, нәтижесінде байланысты арттыру температурасы қанығу тогы азайту Uxx экспоненциалды артуына фототокпен ұлғайтуды орнын баспайды. Тік кремний күн батареяларында, сондай-ақ планарлы күн батареяларында Кс тиімділігін жоғарылату кезінде тиімділік термиялық коэффициентінің төмендеуі байқалады. Төменде кремний фотоэлектрлік түрлендіргіштердің температуралық сипаттамасы берілген. БЭЖ КФЭЖ дамуында ЭМК энергетикалық бөлігінің сенімділігін арттыруға бағытталған шешімдер қабылдау маңызды.
КФЭЖ-нің БЭЖ-іне маңызды ескертулердің бірі - жартылай өткізгіш статикалық түрлендіргіштерді кеңінен қолдану. Телекоммуникациялық қондырғылардың электроникасы электромагниттік кедергілерге сезімтал және электромагниттік кедергіге байланысты номиналдыдан кернеудің параметрлеріндегі елеулі ауытқуларға жол бермейді.
БЭЖ КФЭЖ техникалық және қаржы талаптары арасында төмендегілерді бөліп көрсету керек:
- ең аз салмағы және өлшемі бар атқарушы электр қозғалтқышының білікке арналған қуаты мен моменті;
- дискінің қысқа мерзімді және қысқа мерзімді жұмыс режимдерінде дискінің шамадан тыс жүктемесін арттырады;
- жоғары техникалық қызмет көрсету;
- энергияның төмен қарқындылығы;
- түйіндер мен элементтерді біріктіру;
- экономика және төмен шығындар;
10
15
20
25
30
35
0
20
40
60
80
100
120
η
Т
Кс = 100
Неконцентрированное
10
15
20
25
30
35
0
20
40
60
80
100
120
η
Т
Кс = 100
Неконцентрированное
Сурет 2.4 - Күннің күн сәулесінің концентрациясының түрлі дәрежелері бойынша Si температурасы бойынша күн батареяларының тиімділігіне тәуелділігі
Күн сәулесінің жасалуына арналған Al-Ga-As гетероқұрылымдарын қолдану күн сәулесінің конверсия тиімділігін арттыру үшін қосымша мүмкіндіктер ашады. Ең кең арсенид галлий және алюминий арсенида торларды жақындығы параметрлеріне байланысты күн энергиясы түрлендіру, [40] орындау тұрғысынан оңтайлы, гетероқұрылым алюминий-галлий-мышьяк алынған күн жасушаларын дайындау үшін пайдаланылады.
2.1 және 2.5-суретте кремний мен гальий арсениді үшін алынған өрнектерді қолданудың нәтижелері көрсетіледі.
Күн сәулесінің шоғырлану деңгейінің жоғарылауы күн ұяшығының жұмыс температурасының жоғарылауына және тиімділіктің төмендеуіне алып келеді, бұл негізінен Uxx айнымалы кернеуінің төмендеуіне байланысты. Кремнийден гөрі, тыйым салынған арсенид-галий тобының ені AlGaAs-GaAs гетероструктураларына негізделген күн батареясының параметрлерін жақсартады. Uxx температура коэффициенттері және күн сәулесінің шоғырлану деңгейінің жоғарылауымен тиімділіктің төмендеуі.
Температурасы жоғары тыйым салынған жолақтың енін азайту және соның салдарынан фотокамераның шағын өсуі Uxx төмендеуін біртіндеп өтейді. Фототерудың температуралық коэффициентінің мәні 0,001 °С -1 болып табылады және іс жүзінде күн радиациясының шоғырлану дәрежесіне байланысты емес. Тиімділіктің тәуелділігінен AM0 температурасында температура коэффициенті әртүрлі шоғырлану коэффициенттерімен төмендейді. Диффузиялық әдіспен мырыш енгізу фотоэлектрлік конвертердің температуралық тұрақтылығын шоғырландырылған күн радиациясында жұмыс жасайтын AlGaAs-GaAs гетероструктуралары негізінде жақсартуға мүмкіндік береді [39].
2.1 Күн энергиясын жинаушы қондырғыларда күнді қадағалайтын бар техникалық шешімдер
Күн жүйесіндегі қадағалау жүйелерін жобалау екі нұсқада мүмкін: біріншісі - алдын-ала орнатылған астрономиялық параметрлерге (ендік, бойлық, биіктік, уақыт) негізделген қадағалауды енгізу; екіншісі географиялық жағдай мен уақыт деректерін алдын-ала енгізуді талап етпейтін күн радиациясының датчиктерімен бақыланады.
1986 жылы патент жарияланды [26], онда электр энергиясын және электр тізбектерін талап етпейтін күнді қадағалайтын құрылғы сипатталды. Жылу энергиясын тұтынушылар үшін жұмыс істейтін қондырғылар үшін күн батареясын пайдалануды қамтамасыз ету үшін резервті сақтау орынсыз. Концентратордың позицияларын басқарудың механикалық әдістерін пайдалану әлдеқайда ыңғайлы. Мұндай жүйе бұрын қаралған, бірақ олар күнді дәл жеткілікті дәлдікпен ұстай алмады, ал кенеттен көлеңкелеу жағдайында олар оны жоғалтты. негізгі жобалау жиынтығы жоғарғы және төменгі шекаралары нысаны жад материалдан жасалған жіп (мысалы, никель қорытпасынан және титан) бар, оның назарында қосымша шағын концентраторлар: [26], бұл құрылғыны өлшеу жаңа схемасын пайдалана отырып осы проблемаларды жоюға ұсынылып отыр. Күн концентратордың оптикалық осінен жоғары болған кезде жоғарғы жіп жылытылады және серіппеге шығады. Оның қысу айналма дөңгелекті айналу, айналу сол валға тарқатуға катушкалар әкеледі. Нәтижесінде бүкіл құрылым бұрылады. Концентратор күнге орнатылған кезде, жүйе тепе-теңдік, жоғарғы және төменгі жіп шиеленіс тең құрылады, ал айналу орын алмайды.
Күнді қадағалау жүйесін дамытуды және 77% оптикалық тиімділікпен Френель объективін жобалауды қарастырады.
Украина патентін олардың оқулары аспанда күн позициясын орнатылуы мүмкін, сондықтан қосымша күн радиациясының датчиктер арқылы жинақталатын бақылау сигналдары негізгі ресивердің түрлі тараптардың ұйымдастырылған және бағдарланған, онда күн қадағалау жүйесі, ұсынды. Бұл жағдайда, мен батуы кезінде бақылау жүйесі операция тұрақты өте ерекшеленеді. Бұл проблема қосымша арна кері айналу енгізу арқылы шешіледі. Күннің жағдайы туралы жеткілікті ақпарат беру үшін фотоэлектрлі тоқтату оқығанда патенттік бұлтты күндері немесе датчиктерді ластануы бір жұмыс істейтін жүйесі болып саналады.
Қозғалыстағы бөліктерді қажет етпейтін шоғырландыратын жүйелерді құру үшін көп күш жұмсалады. Мұндай құрылғылар жиі белгілі бір, өте үлкен аумақта күн сәулесін шоғырландыратын арнайы шағылысатын беттерді пайдалану үшін қолданылады. Сонымен қатар концентрацияның төмен дәрежесіне қол жеткізіледі. Күнге бағытталған бағдар тек бір осьмен шектелген болса, бұл концентрацияны төмендетеді, бірақ сонымен бірге орнатуды жеңілдетеді.
Күнде қадағалау мәселесіне басқа көзқарас бар. 2005 жылы патент жарияланды. Оның авторы сұйық кристалды призмаларды Fresnel линзаларымен біріктіріп, жылжымалы бөліктері жоқ күн энергиясы концентраторын жасауды сипаттайды. Ұсынылған жүйенің негізгі элементі - электр өрісі қолданылған кезде сыну көрсеткіші өзгеруі мүмкін материалдан жасалған призмалар блогы. Әрбір мұндай құрылғы бір жазықтықтағы сәулелену бағытын өзгерте алады. Екі блоктың тіркесімі екі ось бойымен күнге бағытталған. Қайта жібергеннен кейін күн энергиясын Fresnel линзасы шоғырландырады және электр энергиясын өндіреді. Атап өту керек, стационарлық бақылау құрылғысын пайдалану, күрделі тірек конструкцияларын құру құнының төмендеуіне әкеледі, олар шын мәнінде айналдырумен қатар, жел жүктемелерімен күресуге тиіс.
Күнді қадағалаудың тағы бір жолы ұсынылды. 2008 жылы жарық көрген осы патентте күн сәулесіндегі электр станциясы сипатталады, орталық ілмектерге бекітілген жұқа және жарық айналар массивімен орындалатын рефлектордың рөлі. Айналардың орналасуы электростатикалық өрісті қолдану арқылы өзгереді: әр айна электрет қабатымен қамтамасыз етіледі. Сыртқы өріс әсерінен материал дұрыс бағытта бағытталған. Жеңіл айналарды пайдалану ауырлық күшінің әсерін азайтады және энергияны күн сәулесінен бағдарлау үшін айтарлықтай азайтады.
Жылы мотор қадам құнына күн қадағалау жүйесінің тиімділігін тәуелділігін зерттеді. Бұл бағдар жұмсалған энергия қадам санының артуына магнитудасы тез төмендейді, бірақ фотодетектор жиі күн радиациясының тұрақты ағынының тығыздығы фотодетектора геометриялық өлшемдерін азайту, және, демек, шығыс қуаты үшін қажеттілігін жасайды жарық дақ, тысқары жерлерге таралады деп көрсетілген. Осы жұмыстарға оңтайлы пек бақылау жүйесін мәні беріледі. Ақшаны максималды үнемдеу 1 градусқа дейін жетеді .
Әртүрлі ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
АҚТАУ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҚЫЗМЕТ КӨРСЕТУ КОЛЛЕДЖІ
Бекітемін
Директордың оқу ісі
жөніндегі орынбасары
______________ Каримова А.К.
_____ ___________ 2019 ж.
Дипломдық жұмыстың
ТАПСЫРМАСЫ
Студент: Кайрғалиев Азамат
Мамандығы: 0902000 Электрмен қамтамасыз ету
Біліктілігі: 090203 Техник-электрик
Дипломдық жұмыстың жетекшісі: Нәдірханова Дана Таубайқызы
Дипломдық жұмыстың тақырыбы:"Программалық модульмен күн фотоэлектрлік жүйелердің режимдік және қолдану параметрлерін зерттеу"
АТҚҚК бұйрығымен бекітілген
____ ____________ 2019 ж. № ________
Тапсыру мерзімі: ___________________________________ ___________________________
Жұмыстың мазмұны мен көлемі (түсіндірме, есептеу және сараптау бөлімі, теориялық және эксперименталды бөліктері немесе сұрақтардың тізбесін әзірлеу) ________________________
___________________________________ ___________________________________ __________
Дипломдық жұмыстың материалдарың орындау:
а) ___________________________________ _______________________________________
б) ___________________________________ ________________________________________
в) ___________________________________ ________________________________________
г) ___________________________________ ________________________________________
д)___________________________________ ________________________________________
Графикалық материалдардың тізбесі (кесте, сызулар, диаграммалар және графиктер және т.б.)
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
___________________________________ _________________________________________
Консультанттың толық аты-жөні:__________________________ ______________________
Нормоконтролердің толық аты-жөні: ___________________________________ _________
Дипломдық жұмыстың ұсынысы және күнтізбелік жоспардың орындалуы:
№
Жұмыс бөлімдерінің атаулары
пайыз
Жұмысты орындау мерзімі
жоспары бойынша
шынында
Дипломдық жұмыстың жетекшісі ___________________________________ ____________
(жетекшісің қолы)
Тапсырма орындауға қабылданды ___________________________________ ____________
(студенттің қолы)
Тапсырма берілді _____ _______________2019 ж.
МАЗМҰНЫ
Кіріспе
5
І.
Технологиялық бөлім
1
Күн энергиясын шоғырлатқышы бар күн фотоэлектрлік қондырғыларды пайдалану мәселелері және болашағы
7
1.1
Концентрленетін электр станцияларының қазіргі жағдайы мен даму бағыты
7
1.2
Күндік электрстансаларында пайланылатын жартылай өткізгішті түрлендіргіштер
11
1.3
Фототүрлендіргішті концентраторлы энергоқондырғыларды пайдалану мәселелері мен әлеуеттілігі
13
ІІ.
Конструкторлық бөлім
2
Күн радиациясының концентрациясы бар фотоэлектрлік түрлендіргіштерді орындау
20
2.1
Күн энергиясын жинаушы қондырғыларда күнді қадағалайтын
бар техникалық шешімдер
22
2.2
Күн электр стансаларының өнімділігін күн энергиясының концентраторларымен арттыру үшін тапсырмаларды орнату
26
ІІІ.
Есепетеу бөлімі
3
Сыртқы фотоэффект
28
3.1
Күн фотовольтаикалық жүйесінің моделін модельдеу
37
3.2
Тәжірибелік күн фотоэлектрлік жүйенің негізгі құрылымдық элементтерін таңдау
39
IV.
Еңбекті қорғау және қауіпсіздік ережелер бөлімі
4
Экономикалық бөлім
47
4.1
Игеруге кеткен шығындар есебі
47
5
Өміртіршілік қауіпсіздігі
52
5.1
Жобаның бейнеленуі
52
5.2
Өндірістік шудың шама шарттары
55
5.3
Шудың адам ағзасына зияны мен әсері
55
Қорытынды
64
Қолданылған әдебиеттер тізімі
66
КІРІСПЕ
Жақындап келе жатқан жанармай ашаршылық қаупі, қоршаған ортаның ластануы және энергия көздеріне сұраныстың артуы, көптеген дамыған елдердің баламалы энергия көздеріне көңіл бөлуіне алып келеді. Дәстүрлі емес пен қайта жаңартылатын энергия көздеріне күннің, желдің, ағын судың, жер асты жылулықтың және т.б. энергиялары жатады.
Адамзаттың технологиялық үрдісіне байланысты XX ғасырдың екінші жартысында энергияға деген сұраныс өте жылдам аса бастады. Осы уақытқа дейін энергетиканың дамуы аса қатты қиыншылықтарды тудырған жоқ. Энергия көзін арттыру үшін мұнай және газ өндіру көлемін үлкейту арқылы ғана іске асатын еді. Дегенмен өзінің дәстүрлi шикiзат базасы азайып бастаған әлемдiк экономиканың бiрiншi энергетика саласы. 70-ші жылдардың басында көптеген елдерде энергетикалық дағдарыс болды. Дағдарыстың бірден бір себебі қазбалы энергетикалық ресурстардың шектеулігі. Одан басқа, мұнай, газ және көмір химия өнеркәсібінде бағалы шикізат көздері болып саналады. Сондықтан, тек дәстүрлі қазбалы энергия көздері арқылы энергетиканың дамуын жоғарғы деңгейде сақтау аса күрделі болып келеді.
Соңғы кездері жұмыс барысын қауіпсіздендіруге көп шығын талап етуі атомдық энергетикасы тиімді емес болып жатыр.
Пайдалы қазба көздері солардың ішінде көмір мен ядролық жанармайдың жануы қоршаған ортаның ластануы, осының бәрі жердің экологиясының нашарлануына алып келіп отыр. Сонымен қатар жылулық ластануы бар. Әрбір жанармайдың жануы және энергия көздерін тұтынудың өсуі жер бетінің температурасын бір градусқа өсуі мүмкін. Мұндай көлемде жердің энергобалансының бұзылуы қауіпті және қайтымсыз климаттың өзгеруіне алып келеді. Осындай жағдайларға байланысты жердің экологиялық теңгерімін бұзбайтын қайта жаңартылатын энергия көздері кеңінен пайдалануда.
Көптеген қайта жаңартылатын энергия көздері, яғни су энергиясы, механикалық және жылулық әлемдік мұхит энергиясы, желдік және жер асты жылу энергиясы шектеулі әлеуетпен немесе кең қолдануда қиындықтар туғызады. Барлық қайта жаңартылатын энергия көздерінің қосындысы аса көп әлеуетті емес. Бірақ тағы бір энергия көзі бар - Күн.
Күн біздің планетамыз үшін алғашқы және негізгі көз болып табылады. Ол бірақ бар жер бетін жылытады, өзенді қозғалысқа келтіреді, желдің күшін хабарлайды. Оның сәулелерімен 10 триллион тонна жануарлар мен бактериялар қоректенетін 1 квадриллион тонна өсімдек өседі. Осы Күннің арқасында көмірсулардың қоры жиналады, яғни біз қазіргі уақытта жағып жүрген мұнай, көмір, торфа және т.б. Қазіргі уақытта адамзат энергоресурстағы өзінің қажеттілігін қанағаттандыру үшін бір жыл ішінде 10 миллиард тоннадай шартты отын қажет. (Шартты отынның жану жылуы -7000 ккалкг).
Күн энергетикасы - күн сәулесінен алынған қандай да бір түрдегі энергияны қолдану. Күн энергетикасы негізінде экологиялық таза бола алатын, яғни зиянды қалдықтарды шығармайтын жаңартылмалы энергиясы қолданылады.
Күн сәулесі сарқылмайтын энергия көзі болып табылады, ол жердің барлық бұрышына түседі, кез келген тұтынушының қол астында болады және экологиялық таза қол жететін энергия көзі болып табылады.
Күн жарығын және жылуын қолдану - бұл бізге қажетті энергияның барлық түрін алудың таза, қарпайым және табиғи қабілеті. Күн коллекторларының көмегімен тұрғын үйлерді және коммерциялық ғимараттарды жылытады немесе оларды ыстық сумен қамтамасыз етеді. Параболалық айналармен (рефлекторлармен) шоғырланған күн жарығын жылу алу үшін қолданады(бірнеше мыңдаған Цельсий гралус температураларға). Оны электр энергиясын өндіру үшін немесе жылыну үшін қолдануға болады. Күннің көмегімен энергияны өндірудің бұдан басқа тағы бір әдісі бар - фотоэлектрлік технологиялар. Фотоэлектрлік - бұл күн радиациясын электр энергиясына түрлендіретін құрылғылар.
Тақырыптың өзектілігі:
Қазіргі кезде күн энергиясын түрлендірудің ең дамыған түрі - күн сәулелердің энергиясын фотоэлектрлік түрлендіргіш арқылы түрлендіру.
Бүгінгі күнде адамзат баласы күн энергиясын жылулық және электрлік энергияға түрлендіруді үйренді. Осы әдісті ары қарай дамыту арқылы фотоэлектрлік жүйелердің неғұрлым тиімді күн энергиясын түрлендігіштерді жасауға мүмкіндік береді.
Сондықтан, күн фотоэлектрлік жүйенің оптика-энергетикалық ерекшеліктерін есептеу әдістері мен зерттеулер өзекті мәселе болып табылады.
Есептік зерттеулер жүргізулер арқылы оптика-энергетикалық күн фотоэлетрлік қондырғының ерекшелігі мен қуатын анықтау;
Күн фотоэлектрлік қондырғының негізгі және қосымша жабдықтарын таңдау;
Параболоидты негізінде күн сәулесінің бөлінуінің экспериментті қондырғыны жобалау.
1 Күн энергиясын шоғырлатқышы бар күн фотоэлектрлік қондырғыларды пайдалану мәселелері және болашағы.
1.1 Концентрленетін электр станцияларының қазіргі жағдайы мен даму бағыты
Соңғы 15 жылда күн энергетикасы саласы қарқынды дамуда (әлемдегі күн электр энергиясын өндірудің жыл сайынғы өсімі 20% -дан асты) [27]. Оны жеке инвесторлар да, мемлекеттер де қолдады. Зерттеулер қаржыландырылды, тәжірибелік модельдер құрылды, эмпирикалық тәжірибе жинақталды. Күн энергиясын шоғырландыру, оны сақтау, оны сақтау және электр энергиясына айналдыру жолдарын қоса алғанда көптеген жаңа технологиялар әзірленді. Кейбір инновациялар коммерциялық жобаларда сәтті қолданылған, басқалары құрылыста және электр станцияларында қолданылатын болады, ал басқалары әртүрлі себептер бойынша талап етілмейді. Жақсартулардың барлығы дерлік энергияның басқа түрлеріне жарық сәулеленудің конверсиялық тиімділігін арттыруға және генерацияланған электр энергиясының өзіндік құнын төмендетуге бағытталған.
Күн энергиясын жақсарту екі негізгі бағыт бойынша жүзеге асырылады:
- шағын тұрғын немесе әкімшілік нысандарды энергиямен жабдықтауға бағытталған жеке энергетикалық жүйелерді құру:
- өнеркәсіптік көлемде электр энергиясын өндіруге қабілетті күн электр станцияларын құру.
Екінші жағдайда, саланың дамуы екі жолмен жүреді:
- күн энергиясының концентраторлары жоқ кремний фотоэлементтерін қолдану арқылы электр энергиясын тікелей конверсиялауға негізделген күн электр стансаларының құрылысы;
- КЭК бар күн электр станцияларын салу; сонымен бірге электр энергиясын ғана емес, сондай-ақ жылу энергиясын да алу экономикалық тиімді.
Жарияланған дереккөздерде өнеркәсіптік күн энергетикасы саласындағы қазіргі жағдайды қарастырады. 1980-жылдардың ортасында КЭК-ын қолданатын өнеркәсіптік күн электр станцияларының алғашқы үлгілері АҚШ-та жасалды [24]. Қаржылық перспектива болмаған соң бұл технологияны қаржыландыру тоқтатылды. ХХІ ғасырдың басында күн энергиясына бай елдерде, әсіресе Испания, Израиль, Германия және Оңтүстік-Батыс өңірлерінде КЭК-ына қызығушылықтың жаңа толқыны байқалды [4, 16, 22]. Кейінірек, ХХІ ғасырдың екінші онжылдығында Қытайда, Үндістанда, Украинада және басқа елдерде күн энергетикасы жақсарды [1, 12].
Күн энергиясының әлеуеті айтарлықтай. Әрбір шаршы қашықтық шөлдерде энергиясы жылына 1,5 миллион баррель мұнайға теңеледі [24]. Сондай-ақ, егер КЭК-ын шамамен 65 000 км2 ауданымен қамтитын болсаң, ал ол Сахара аймағының 1% -нан азырақ, 2008 жылы дүниеде қанша электр энергиясын тұтыылды сонша өндіруге болады. Ал бұл ауданның бестен бір бөлігі Батыс Еуропаның 2008 жылы тұтынылған энергиямен тепе-тең [23]. Күн энергиясының тартымдылығының негізгі көрсеткіші - оның құны.
Капиталдың жоғары қарқындылығына қарамастан, күн энергиясының әлеуеті инвесторлар тарапынан байқаусыз қалмады - шетелдік компаниялар Ausra және MAN FerrostaalPowerIndustry шөлді аймақтарды болашақ станцияға айналдыру . Бірақ КЭК-мен жабдықталған электр станциялары инвесторларға дәстүрлі атомдық және жылу электр станцияларына қарағанда арзанырақ және тиімді болған жағдайда ғана тартымды болады. Сонымен қатар, КЭК станциялары жаһандық энергетикалық жүйені жаңа технологияларға бейімдеуді талап етеді. Мұның бәрі осы энергетикалық секторды жақсартуға кедергі келтіреді.
Көптеген елдерде жасыл тариф түрінде электр энергиясын өндіруге мемлекеттік субсидиялары бар. Осылайша, Украинада жасыл тариф коэффициенті белгіленетін заң қабылданды. Заңға [4] сәйкес электр энергиясын сату тарифі электр станцияларының немесе электр станцияларының түріне және сыйымдылығына байланысты белгіленеді.
Бағалауы бойынша, әлемдегі концентратты электр станцияларын жылына 100 ГВт қуаттылықпен жинақтау үшін қажетті жабдық көлемі, осы уақытқа дейін автомобиль өнеркәсібінің көлеміне сәйкес келеді.
КЭК бар электр станцияларының төрт негізгі түрі бар:
Параболикалық цилиндрлі. Бұл күн радиациясының жылу өндіру үшін ең жақсы дамыған технологиясы болып табылады. Параболикалық цилиндрлерге негізделген станциялар АҚШ пен Испанияда жақсы жұмыс жасап тұр [7]. Параболикалық цилиндрлік концентраторлар (ПЦК) рефлекторлардан тұрады, олардың әрқайсысы күн сәулесінің шоғырланған энергиясын сіңіретін абсорбер түтігіне бағыттайды. Жарық үнемі түтікке бағытталып тұрады, себебі концентратор күнді бақылап тұрады. Параболикалық цилиндрлер жиынтығы бу алу үшін қажетті жылу энергиясы жиналатын гелиополис бар. Бу турбинаны дәстүрлі жылу электр станцияларының схемасына сәйкес электр генераторымен жүргізеді.
Күндік мұнара. Мұндай қондырғылар күннің қозғалысын қадағалайтын және мұнараның жоғарғы жағында орналасқан қабылдағышқа бағыттайтын гелиостаттардың үлкен массалардан тұрады. Күндік мұнаралар мен параболикалық цилиндрлердің ортақ артықшылығы бар: олардың көмегімен технологиялық схемалар тұзды балқыту негізінде жылу энергиясының аккумуляторларын қамтуы мүмкін, сондықтан электр энергиясын өндіру түнде және бұлтты күндерде жалғасуы мүмкін [5]. Бұл электр энергиясының тікелей жинақталуынан әлдеқайда арзан.
Плиталық жүйелер (Stirling қозғалтқыштары мен фотоконвертерлермен). Күн жүйесіндегі жүйе концентратордың фокусында орналасқан қабылдағышқа күн радиациясын көрсететін табақша тәрізді концентратордан тұрады. Қабылдағыш генераторы бар немесе Stirling қозғалтқышы немесе осы жағдайларда жұмыс істеуге арналған жартылай өткізгіш конвертер болуы мүмкін. Belleville жүйесі Stirling қозғалтқыштарымен жұмыс істейді, бұл шамамен 30% тиімділікке ие, бірақ дизайнның қымбатшылығы мен күрделілігі оның таралуын шектейді [6]. Соған қарамастан, StirlingEnergySystems (АҚШ) компаниясы 2010 жылы осындай қондырғылар негізінде қуаттылығы 1,5 МВт болатын тәжірибелік электр станциясын іске қосты.
Сызықтық концентраторлар және Френель линзалары. КЭК-ның бұл түрі әлемде ең аз таралған және 2000-шы жылдардың соңында - 2010 жылдың басында белсенді түрде дами бастады. Ол түтіктер немесе жартылай өткізгіш фотоэлементтерден тұратын ресиверге жарық беретін көптеген элементтерден тұратын айналар немесе линзалар арқылы радиацияның шоғырлануына негізделген. Фокус радиациясын сақтау үшін айналар немесе линзалар бір күн ішінде өз орындарын өзгертеді. Сызықтық концентраторлардың (СК) негізгі элементі - жұқа (1 - 2 мм) шағылыстыратын пластиналардан жасалған айна болып табылады.
Бұл жүйенің салыстырмалы қарапайымдылығы, салыстырмалы төмен құны оның өндірісін көздейді. Сызықтық концентраторлардың тағы бір артықшылығы - оларды төбесі тегіс ғимараттарға орнату оңай, құрылыс көлеңкеде болуға мүмкіндік береді, және жасыл аймақтар құру үшін жағдай жасайды. Френель линзалары мен айналарын жарық ағынының фотоэлектрлік түрлендіргіштерімен біріктіріп қолдану арқылы оларды неғұрлым тиімді пайдалануға болады.
Френель линзаларын өндіру қарапайым және арзан, кішкентай аумақта күн энергиясының елеулі тығыздығын жарықтандыруға мүмкіндік береді. Осындай қондырғыларда 1000 кВт м2 дейінгі ағынның тығыздығына қол жеткізеді. Бұл төмен концентрациясы бірлік деректер элементтерін пайдалану экономикалық тиімсіз болып, соның арқасында 40% дейін сыйымдылығы жоғары шоғырлануы кезінде жұмыс істейтін және тым жоғары бағасын бар қабілетті GaAs, GaLnAs арналған, GaInP, AlGaAs, Ge және басқа да жартылай негізделген гетероқұрылымды каскадтық күн батареяларын пайдалану тиімді етеді.
[2] Френеля линзаларын концентраторлар ретінде пайдалану мүмкіндіктері қарастырылып, күн сәулесінен жоғары дәлдікті қажет етпейтін, жеңіл ағынның біркелкі болуын қамтамасыз ететін линзаларды есептеу мүмкіндігі қарастырылған.
уақытында Френел линзаларының өнімділігін төмендетуді бағалау әдістері сипатталған және органикалық шыны мен органикалық кремний қосылыстарына негізделген линзаларды салыстыруға болады.
Көп жағдайда органикалық шыны Френель линзасы материалы ретінде пайдаланылады, бірақ композициялық шыны-органикалық кремний Френель линзаларының өнімділігін зерттелді [13].
1996 жылы Ресейде [3] каскадтық күн батареяларын зерттеу жүргізілді. Қазіргі уақытта 40% дейін тиімділігі бар фотоконвертерлердің ғылыми әзірлемелері мен өндірістік үлгілері бар. Энергетикалық қондырғыларды байыту кезінде осындай фотоэлементтерді пайдаланудың әлемдік эмпирикалық тәжірибесі қарастырылды.
Көп өтпелі каскадты фотоэлементтердің құнының жоғары болуына байланысты олардың құнын төмендету үшін күн радиациясының концентрациясы жоғарлатуды талап етті. Сонымен қатар, концентрациясы дәрежесін ұлғайуы, жеткілікті салқындату барысында оның ПӘК-і артады.
Өнертапқырлар мен пайдалы модельдерге арналған мақалаларды, тезистерді және диссертацияларды, сондай-ақ Ресей, Украина, АҚШ және Жапония патенттерін шолу жүргізілді. Ғалымдар мен инженерлердің пікірлері бірнеше бағытта бағытталған: фотоэлементтердің сипаттамаларын жақсарту, күн жүйесіндегі бақылау жүйелерін жетілдіру, жылу жинау мәселесін шешу, күн энергиясы концентраторларын жасау және талдау, күн энергиясын айырбастаудың жаңа схемаларын құру және электр және жылу энергиясын бірлескен өндіру (когенерация). Жасалынған есептеу әдістері фотоэлектрлік қондырғылардың режимдік және қолдану параметрлерін бағалауға болады;
Оптика-энергетикалық ерекшеліктерін оңтайландыру арқылы күн фотоэлектрлік жүйелердің құнын төмендету жолдарын қарастыру;
Темір жол жүйесінде қолдануға болатын күн фотоэлектрлік жүйелерді құру үшін керекті құрылымдар мен материалдардың жаңа түрін пайдалану бойынша ұсыныстар;
Эксперимент жобасында параболоидты күндік қондырғы жасалынды;
Эксперимент жүзінде фокальды жазықтықта күн сәулесінің бөлінуінің режимдік параметрлері бағаланды.
1.2 Күндік электрстансаларында пайланылатын жартылай өткізгішті түрлендіргіштер
Бір кристалды кремний негізіндегі құрылымдарды өндіру технологиялық тұрғыдан күрделі және қымбат процесс болып табылады. Сондықтан аморфты кремний (a-Si:H), галий арсениті және поликристалды жартылай өткізгіштер негізіндегі қоспалар сияқты материалдарға назар аударылды.
Аморфты кремний жалғыз кристалдан анағұрлым арзан балама ретінде пайдаланды. Оның негізіндегі алғашқы КЭ 1975 жылы құрылды. Аморфты кремнийдің оптикалық жұтылуы кристалды кремнийден 20 есе жоғары. Сондықтан, көрінетін сәулеленудің айтарлықтай сіңуі үшін, қалыңдығы 0,5-1,0 мкм болатын A-Si:H пленкасы 300 мкм қымбат тұратын кремнийдің орнына жеткілікті. Сонымен қатар, кең аймақтың аморфты кремнийлі жұқа қабықшаларын алудың қолданыстағы технологиясының арқасында, бір кристалды кремний негізіндегі күн батареялары үшін қажетті кесу, ұсақтау және жылтырату операциялары талап етпейді. Поликристалды кремнийлі элементтермен салыстырғанда, a-Si:H негізіндегі өнімдер төмен температураларда (300 °C) өндіріледі: арзан әйнек субстраттары қолданылуы мүмкін, ол кремнийді тұтынуды 20 есеге азайтады.
A-Si:H-12% негізіндегі эксперименталды элементтердің максималды тиімділігі кристалды кремний күн батареяларының (~15%) тиімділігіне қарағанда біршама төмен. Дегенмен, a-Si: H негізіндегі элементтер тиімділігінің технологиясын жетілдіру арқылы теориялық 16% -ға жетеді [22].
Галий арсениті жоғары тиімді күн батареяларын жасайтын ең перспективті материалдардың бірі болып табылады. Бұл оның мынадай ерекшеліктеріне байланысты:
- диапазондағы айырмашылық біркелкі емес күн сәулелерінің клеткалары үшін өте ыңғайлы, 1,43 эВ;
- күн радиациясын сіңіру қабілетін арттыру: тек бірнеше микроннан тұратын қабаттың қалыңдығын талап етеді;
- жоғары өнімділігімен бірге бұл материалды ғарыштық аппараттарда пайдалану үшін өте тартымды етеді;
- GaAs негізінде батареяларды жылытуға салыстырмалы сезімтал емес;
- GaAs қоспалардың алюминий, мышьяк, фосфор немесе индиймен сипаттамалары күн сәулелерінің жасушаларын жобалау мүмкіндігін кеңейтетін GaAs сипаттамаларын толықтырады.
Галий арсенидті және оған негізделген қорытпалардың басты артықшылығы күн сәулелерінің жасушаларын жобалау үшін мүмкіндіктердің кең спектрі болып табылады. GaAs негізіндегі фотоэлемент түрлі құрамдардың бірнеше қабатынан тұрады. Бұл әзірлеушіге кремний күн батареяларында рұқсат етілетін деңгейімен шектелетін үлкен дәлдікпен заряд тасымалдаушылардың генерациясын басқаруға мүмкіндік береді. GaAs негізіндегі типтік күн батареясы AlGaAs-дың өте жұқа қабатынан тұрады.
Галий арсенитінің басты кемшілігі - бұл оның жоғары құны. Өндірістің құнын төмендету үшін арзан субстраттарда күн батареяларын жасау ұсынылады.
Поликристалды жұқа пленкалар күн энергиясы үшін өте перспективті. Кұн жарығының диселенид мыс және индий сіңіру үшін өте жоғары қабілеті (CuInSe2) - сәулелену 99% осы материалдың (энергетикалық саңылаусыз - 1,0 эВ) бірінші микрон жұтып [2,5]. CuInSe2 негізіндегі күн ұяшығының терезесін жасау үшін ең көп таралған материал - CdS. Кейде кадмий сульфидіндегі терезенің мөлдірлігін жақсарту үшін мырыш қосылады. Аздап галлий CuInSe2 қабаты кернеу бос артуына әкеледі, демек, құрылғы өнімділігін арттыру алшақтық енін, арттырады.
Кадмий теллурид (CdTe) фотовольтаиктер үшін тағы бір перспективалық материал болып табылады. Іс жүзінде (1,44 эВ) және өте жоғары сіңіру қабілеті бар. CdTe қабықша өндірісі өте арзан. Бұдан басқа Zn, Hg және басқа элементтермен CdTe қоспаларын алудың технологиялық жағынан осы қасиеттері бар қабаттарды құру технологиясы өте оңай.
CuInSe2 сияқты, CdTe негізіндегі ең жақсы элементтер CdS-дің терезе қабаты ретінде гетерофункцияны қамтиды. Қола оксиді мөлдір контакт пен жарықтандыру жабын ретінде пайдаланылады. CdTe-ді қолданудағы күрделі мәселе - үлкен ішкі шығындарға әкелетін p-CdTe қабатының жоғары кедергісі. Бірақ ол p-i-n-құрылымында CdTe ZnTe гетеродымен шешіледі. CdTe қабықшалары заряд тасымалдаушылардың жоғары қозғалғыштығына және олардың негізіндегі күн ұяшықтарына ие - жоғары тиімділік мәндері 10-дан 16% -ға дейін [23].
Күн батареялары арасында арнайы орынды органикалық материалдарды пайдаланатын батареялар алады. Органикалық бояумен қапталған титан диоксиді негізіндегі күн батареяларының тиімділігі өте жоғары - ~ 11%. Бұл түрдегі күн батареяларының негізі кең диапазондағы жартылай өткізгіш, әдетте органикалық бояғыштың монослабымен қапталған TiO2. Элементтің жұмыс істеу принципі бояғышты фотоэлектрлендіруге және электронның TiO2 өткізгіштік жолына жылдам инъекциясына негізделген. Сонымен қатар, бояғыш молекуласы тотығады, элемент арқылы электр тогы ағып кетеді және трийодид платина электродында йодқа дейін азаяды. Содан кейін йодид фотоэлектродқа электролит арқылы өтеді, онда тотыққан бояғышты қалпына келтіреді.
1.3 Фототүрлендіргішті концентраторлы энергоқондырғыларды пайдалану мәселелері мен әлеуеттілігі
Фотоэлектрлік концентрациялау жүйелерінің жұмыс істеуінің негізгі қағидасы күн радиациясын кіші фотоэлементтерге шоғырландыру үшін оптика пайдалану болып табылады [12]. Осылайша, күн ұяшығының аумағы концентрация коэффициентіне тең коэффициентпен азайтылуы мүмкін, ал сәуле қарқындылығы бірдей фактормен көбейтіледі.
(1.1)
онда Аpv - абсорбердің белсенді беті (фотоэлемент), м2;
Ас - концентратордың апертурасының ауданы, м2;
I0 - күн сәулесінің сәулелену қарқындылығы, күн сәулесінің бағыты шоғырланбай, В м2 бетіне перпендикуляр;
Ic - концентрацияланған күн энергиясы ағынының тығыздығы, Вт м2;
Күн сәулесінен радиацияның фокусын сақтау үшін орта және жоғары дәрежелі концентрациясы бар жүйелер күннің дәл қадағалау жүйесін талап етеді. Бұл жүйенің өзіндік құнының өсуіне және операциялық шығындардың өсуіне алып келеді.
Әдеттегі жартылай өткізгіш түрлендіргіштермен салыстырғанда концентрацияланған күн радиациясына арналған фотоэлементтер артықшылығы бар. Олар жартылай өткізгіш кристалдану алаңдарын қажет етеді, олардың тиімділігі әдеттегі фотоэлементтерден жоғары және есептеулер көрсеткендей, жоғары концентрациясы кезінде оларды пайдалануға болатын электр станциясы КЭК жоқ орнатудан арзан болады [18].
Көптеген шетелдік ғылыми-өндірістік компаниялар соңғы 20 жыл ішінде концентрациясының жоғары коэффициенттерімен жұмыс істейтін фотовольтикалық электр станцияларының прототиптері бойынша жұмыс істеп жатыр және оларға негізделген ірі электр станцияларын сынап жатыр.
Фотоэлектрлі электр станцияларының белсенді дамуы 1976 жылы Sandia National Laboratory (SNL) - АҚШ-та басталды. Олардың алғашқы қондырғылары күнді екі осьте, оның ішінде Френель линзаларына негізделген концентраторлармен қадағалап, 40-қа шоғырлану мүмкіндігіне ие болды. Бірнеше ұқсас жобалар жақында Францияда, Италияда және Испанияда жүзеге асырылды. Прототиптердің қуаты 500 Вт-тан 1 кВт дейін [22] болды.
1981 жылы SNL ірі коммерциялық емес жобасы іске асырылды. Сауд Арабиясында фотоэлектрлік 350 кВт Солерас демонстрациялық қондырғы орнатылды. 20% тиімділігі бар кремнийлі күн батареясы пайда болды, бұл фотоэлектрлік модульдердің өнімділігін жоғарылату және шығындарды азайтудың күтілетін әсерін арттыруға мүмкіндік берді. Осындай қондырғылардың бірінші дамуымен бірге жүретін негізгі проблемалар коррозияға, фотоэлементтердің және айна тозуының және күшті сәулелену қарқындылығы бар күн сәулелерінен жылуды кетірудің мүмкін еместігі болды [22]. КФЭЖ фотоэлектрлік әсер қолданылады, ол 1887 жылы Герцпен 1887 жылы табылған жартылай өткізгіштер деп аталатын кейбір материалдарда электр энергиясына тікелей электр энергиясына айналу мүмкіндігі бар және 1888 жылы Столетовтың егжей-тегжейлі зерттеген.
Фотоэлектрлік әсердің мәні - КС негізі ретінде радиацияның фотонды электрондарды дененің бетінен (сыртқы фотофект) немесе жартылай өткізгіш ішіндегі кристалды тордан (ішкі фотоффект), сондай-ақ металға түсетін КС әсерінен пайда болуы мүмкін - көрсетілген тізбекті қосатын сыртқы тізбектегі (фотоэлектрлік әсер, блоктау қабаты немесе қақпаның әсері) токтың пайда болуын немесе өзгеруін тудыратын кейбір ЭҚК-ның өткізгіштігі.
Жоғарыда қарастырылған термиялық генераторлармен олардың ұқсастықтарын ескере отырып, сыртқы және ішкі фото әсерінің негізіндегі құрылғылар қарастырылмайды.
Біраз уақыттан кейін Swansonetal компаниясы нүкте байланыста бар күн ұяшықты әзірледі - 150-ден астам градус. Оның өнімділігі концентрациясында пайдалану үшiн әзiрленген үздік күнге дейін кремний күн ұяшық 27% құрады. Нүктелік байланысы бар фотобарьерлардың құны жоғары, бірақ олар 300 күннің [22] қарқынды жұмыс істеуіне қабілетті, себебі шоғырлану дәрежесі үлкенген сайын сипаттамасы төмендемейді.
1980 жылы, спектрін бөлу идеясы ұсынылды. Ол 1991 жылы іске асырылған және шамамен 800 [22] концентрациясы қатынасында 29,7% -ға тиімділігі кремний арсенида және галлий PV көз негізінде күн ұяшықты берген болатын.
Фотоэлектрлік өсімдіктерді байыту өнімділігін арттыру үшін тағы бір мүмкіндігі лазерлік технология тереңдетілген байланыстар.
EUCLIDES қондырғысының сырт көрінісі 1.1-суретте көрсетілген. Мөлшері 1 см2 жуық нүктесі контактілермен кремний элементтері Amonix компаниясының [22] ең табысты нұсқасы болды, олардың арасында бірнеше электр станциялары қарқынды дамуына түрткі берді.
Австралиялық SolarSystems компаниясы құрған параболикалық плиталар қондырғылары, сондай-ақ нүктелік байланыстары бар кремний элементтерімен жабдықталған. Әр плитаның номиналды қуаты 25 кВт болды.
Сурет 1.1 EUCLIDES демо-монтаждау [22]
Жоғары концентрацияларға арналған күн батареяларын дамытуда едәуір ілгерілеушіліктерге қарамастан, оларды өндіру аз болды. Күн сәулесінен пайда болмайтын күн сәулелерінің тиімділігін жоғарылату фотоэлементтің тыйым салынған аймағының еніне қарай 25-40% диапазонында орналасқан [7] Шокли-Квизер шектеуімен шектеледі. Бұл фотоэлементтер екі деңгейлі құрылғылар болып табылады және жарықты тыйым салынған жолақтың еніне жақын электр энергиясына сәйкес келетін толқын ұзындығын тиімді түрлендіреді. Төменгі қуаты бар фотонды толығымен жоғалтады, ал энергияны көбейту жол белдеулерінің энергиясымен шектеледі, яғни олар өздерінің әлеуетін толығымен пайдаланбайды.
Осы саладағы ғылыми-техникалық серпінді күнге дейін жоғары өнімділік қол жеткізілді, ол ІІІ-V- гетероқұрылымды құрумен байланысты. Көп өтпелі күн ұяшық үшін барынша мүмкін теориялық өнімділігі бір р-n ауысуына Шокли-Квайзер фотоэлемент шегінен асып 86% болып табылады, және іс жүзінде қазіргі өнімділігі бойынша жүзеге шамамен 40% [12][7] болып табылады. Мұндай фотоэлементтер күн сәулесінің спектрін толығырақ пайдаланады. Олар жеткілікті мөлшерде дайындалады және нарықта сұранысқа ие болады, онда ол фотоэлектрлік қондырғыларды құнын төмендетуге алып келеді.
Көп деңгейлі элементтер негізінде, 1.2-суретте көрсетілгендей, 400 және 1000 еселік концентрация деңгейінде жұмыс істейтін жүйелер (Concentrix және Isofoton) жасалған. Бұл жүйелерде микрофотоэлементтер, тиісінше, диаметрі 2 және 1 мм.
Сурет 1.2 Concentrix және Isofoton эмпирикалық прототипі [12]
2001 жылы GaAs фотоэлементтерінің негізінде электр станциясының максималды өнімділігі 1000 концентрациясында 26,2% құрады [22]. [33] жоғары концентрация дәрежесі бар үш өтпелі каскадты фотоэлементтердің сынақтары мен нәтижелері (2002) сипатталған. Нақты жарықтандыру жағдайында өнімділік 29% құрайды.
Басылым [20] үш жақты GaInP GaAs Ge фотоэлектрлік ұяшықтары пайдаланылатын концентрациялы модульдерді сипаттайды. Модульдер кішігірім Френель линзаларына негізделген. Модельдің өнімділігі 26% -дан жоғары және фототүрлендіргіш тиімділігі 1000 концентрациясы кезінде 31% -дан жоғары.
Кейінірек, үш өтпелі күн батареясы жасалды, ол 35% концентрациясында 35% тиімділікке қол жеткізді. Қазіргі уақытта фотоэлементтер коммерциялық түрде 1000 концентрациясы мен температурасы шамамен 50 ° C кезінде 38% тиімділікпен өндіріледі [9].
Күн энергиясы концентраторларын фотоэлементтермен бірлесіп пайдалану үшін фотоконвертордың әлеуетін толық пайдалану мүмкіндігін беретін біртекті жарық ағыны болуы жөн. [13] параболикалық концентратордың құрылысы ұсынылған, ол фотоконвертерлермен бірлесіп электр энергиясын біркелкі бөлінген жарық ағынында өндіру үшін қолданыла алады.
[30] температураның функциясы ретінде айнымалы кернеуді аналитикалық анықтау мәселесі шешілді. Белгілі теориялық тәуелділіктер эксперименттік деректерді толығымен көрсетпейтіндігі және нақты бағалау үшін қосымша параметрлер енгізілгендігі және тәуелділік алынғаны көрсетілген:
, (1.2)
мұнда EgX - жартылай өткізгішті тыйым салынған жолақ ені;
EgSi - бұл тыйым салынған кремний диапазонының ені, eV;
Ix және I0 - жарықтандыру деңгейінің ағымдағы және стандартты мәні, Вт м2;
Tpv - фотоселлалық температураның ағымдағы мәні, K;
K0 - фотоселдің жеке қасиеттерін көрсететін экспонент параметрі; e - электронды заряд, Кл;
σSi - эксперименттік кремнийге арналған дисперсия;
1.3 суретте кремний мен гальий арсениді үшін алынған өрнектерді қолданудың нәтижелері көрсетілген.
Параметрлерді оңтайландыру және бірлескен шоғырланатын қондырғылардың өнімділігін арттыру проблемаларын зерттеу электрондық компьютерлерді, автоматтандыру жүйелерін және өлшеу жүйелерін қолданусыз мүмкін емес.
Сурет 1.3 Бос жұмыс кернеуінің температураға есептелген тәуелділігі (маркерлер эксперименттердің нәтижелерін көрсетеді) [7]
Осы графиктер ашық тізбек кернеу төмендеуі арттыру температурасы баламалы орын екенін көрсетеді, осылайша, күн батареяларын екі түрлері үшін салқындату жүйесін маңызды рөл атқарады.
Фотоэлектрлік параметрлерін бақылау үшін кешенін құруды сипатталған. Сипатталған құрылғы бірнеше температура өлшеу, кернеу бос, қысқа тұйықталу тоғын және басқа да параметрлерді береді. Бұл жоғары дәлдікпен және сенімділігімен сапалық және сандық зерттеу үшін мүмкіндік береді. Қазіргі заманғы зерттеу автоматтандырылған деректерді тіркеу жүйелерінсіз мүмкін емес.
Автоматтандырылған жобалау айтарлықтай жобалау параметрлерін есептеу және оңтайландыру үшін уақытын қысқартуға мүмкіндік береді. Бағдарламасының авторлары оңтайлы параметрлермен параболалық ойпат концентратор есептеу құрылды.
Ресейлік ғалымдардың фотоэлектрлік ұяшықтар негізінде концентрлеуші қондырғылар жүйелерді дамытуда үлкен жұмыс жасалды. Д.С. Стребков, В.В. Харченко, В.А. Майоров, В.А. Гусаров p-n өтпелі күн жасушаларын пайдалану мүмкіндігін сипаттайды онда бірқатар жұмыстар жарияланған, өндіру технологиясы, сол мекеме әзірленді. Бұл күн концентрациясының коэффициенті 20-ға дейін жақсы нәтиже көрсетеді. Сонымен қатар екіжақты фотобарьер сәуле пайдаланылады.
Стационарлық призмалық концентраторларды тік р-n түйірлері бар фотоэлементтермен бірге пайдалану қарастырылған. Нәтижесі дәстүрлі күн батареяларын салыстырғанда 35% -ға электр стансасының азайту мәнін көрсетеді. Сондай-ақ, ағымдағы және қыздыру кезінде фотоэлемент кернеу азайту деңгейін көрсететін тәжірибелік жылу коэффициенттерін қамтамасыз етеді.
[37] Екі жақты көп ауыспалы фотоэлементтермен асимметриялық параболалық-цилиндрлік концентраторды пайдалану ақталған. Көрсетілгендей, мұндай концентратор біркелкі сәулеленуді қамтамасыз етеді, нәтижесінде фотоэлементтің кейбір бөліктерінде жарық ағынының артуы 5 есеге дейін жетеді, ал зауыттың шығу қуаты 2 есе артады.
Сондай-ақ бұрыш торлы гелиостат толықтырылды асимметриялы параболалық ойпат концентратор саналады. бірлік ресивері сияқты концентрациясы 4 орташа дәрежесі екіжақты көп өтпелі күн батареяларын ретінде пайдаланылады. Қағазда қабылдағыш көлеңкелі жолақтардың орнатудың шығу сипаттамаларына әсері қарастырылады. Ол күн батареяларын параллель қосылу үшін сериясы байланысты қарағанда 35% -ға артық қуатын өндірді, бұл көрсетілген.
Концентрациядағы электр станцияларына тік р-n түйіндерімен жоғары вольтты фотоселлалар пайдалану қарастырылған. Энергия шығындарының айтарлықтай бөлігі концентратерде пайда болғаны көрсетілген. Каскад гетероструктуралық GaInP GaInAs Ge негізіндегі фотоэлементтерді пайдалану экономикалық тұрғыдан тиімді емес болуы мүмкін екендігі ескертілді.
Сипатталған барлық зерттеулерде концентрация көбінесе 4-7 еседен артық емес деп есептеледі. Жоғары концентрациядағы фотоселлалар қызып кетсе, заряд тасымалдаушылардың жинағы азаяды, р-n түйінінің кернеуі төмендейді, бұл өнімділіктің жалпы төмендеуіне әкеледі. Бұл жағдайда каскадты гетероструктуралық фотоселлерді пайдалану ақталған болады.
Ресей Федерациясының патенті [13] Френеля линзаларына байланысты шоғырланған күн радиациясын алатын фотоконвертерлер негізінде қондырғыны жобалауды ұсынады. Орнатылған қондырғылар модулі бар платформа раме ішінде тоқтатылады, ол өз кезегінде айналмалы платформаға орнатылады. Байқау тікелей күн радиациясының болуымен жүзеге асырылады, бұл орнатуды пайдалану үшін ықтимал жағдайларды азайтады. Сондай-ақ, белсенді фотоселл салқындату жүйесі жоқ.
Ресей Федерациясының патенттерінде фотоэлектрлік шоғырланатын қондырғылардың әртүрлі конструкциялары қарастырылады. Өнертабыстарды сипаттаудағы маңызды орын салқындату мәселесінің шешімі болып табылады. Бұл мәселені радиаторларды немесе белсенді сұйық салқындату арқылы шешуге болады. Соңғы жағдайда, электр энергиясымен қатар, қосымша пайдалы жылу энергиясын алуға болады, және энергияны бірлескен генерациялау (когеренация) туралы айтуға болады.
2. Күн радиациясының концентрациясы бар фотоэлектрлік түрлендіргіштерді орындау
Күн сәулесінің шоғырланбаған сәулеленуімен жұмыс істеу үшін оңтайландырылған кремнийлі фотоэлектрлік түрлендіргіштерде сәулелену қарқындылығының (Kc = 2-3) шамалы өсуімен, тиімділік төмендей бастайды және бұл төмендеу 20-30% құрайды.
Концентрлі күн радиациясын конверсиялау үшін арнайы әзірленген күн фотоэлементтерінің конструкцияларында фотокұбырдың және жұмыс кернеуінің жоғары мәндерін сақтай отырып, омдық шығындардың төмендеуіне баса назар аударылды.
Шоғырландырылған күн радиациясында фотоэлементердің тепе-теңдік температурасы 100 °C-тан асуы мүмкін. Арттыру жұмыс температурасы байланысты ұзақ толқын ұзындығы фотожауап спектрлері кеңейту фототок арқылы кейбір өсуін береді тобы алшақтықты төмендеуімен жүреді. Алайда, бұл өсіп температурасы тиімділігін айтарлықтай қысқарту, нәтижесінде байланысты арттыру температурасы қанығу тогы азайту Uxx экспоненциалды артуына фототокпен ұлғайтуды орнын баспайды. Тік кремний күн батареяларында, сондай-ақ планарлы күн батареяларында Кс тиімділігін жоғарылату кезінде тиімділік термиялық коэффициентінің төмендеуі байқалады. Төменде кремний фотоэлектрлік түрлендіргіштердің температуралық сипаттамасы берілген. БЭЖ КФЭЖ дамуында ЭМК энергетикалық бөлігінің сенімділігін арттыруға бағытталған шешімдер қабылдау маңызды.
КФЭЖ-нің БЭЖ-іне маңызды ескертулердің бірі - жартылай өткізгіш статикалық түрлендіргіштерді кеңінен қолдану. Телекоммуникациялық қондырғылардың электроникасы электромагниттік кедергілерге сезімтал және электромагниттік кедергіге байланысты номиналдыдан кернеудің параметрлеріндегі елеулі ауытқуларға жол бермейді.
БЭЖ КФЭЖ техникалық және қаржы талаптары арасында төмендегілерді бөліп көрсету керек:
- ең аз салмағы және өлшемі бар атқарушы электр қозғалтқышының білікке арналған қуаты мен моменті;
- дискінің қысқа мерзімді және қысқа мерзімді жұмыс режимдерінде дискінің шамадан тыс жүктемесін арттырады;
- жоғары техникалық қызмет көрсету;
- энергияның төмен қарқындылығы;
- түйіндер мен элементтерді біріктіру;
- экономика және төмен шығындар;
10
15
20
25
30
35
0
20
40
60
80
100
120
η
Т
Кс = 100
Неконцентрированное
10
15
20
25
30
35
0
20
40
60
80
100
120
η
Т
Кс = 100
Неконцентрированное
Сурет 2.4 - Күннің күн сәулесінің концентрациясының түрлі дәрежелері бойынша Si температурасы бойынша күн батареяларының тиімділігіне тәуелділігі
Күн сәулесінің жасалуына арналған Al-Ga-As гетероқұрылымдарын қолдану күн сәулесінің конверсия тиімділігін арттыру үшін қосымша мүмкіндіктер ашады. Ең кең арсенид галлий және алюминий арсенида торларды жақындығы параметрлеріне байланысты күн энергиясы түрлендіру, [40] орындау тұрғысынан оңтайлы, гетероқұрылым алюминий-галлий-мышьяк алынған күн жасушаларын дайындау үшін пайдаланылады.
2.1 және 2.5-суретте кремний мен гальий арсениді үшін алынған өрнектерді қолданудың нәтижелері көрсетіледі.
Күн сәулесінің шоғырлану деңгейінің жоғарылауы күн ұяшығының жұмыс температурасының жоғарылауына және тиімділіктің төмендеуіне алып келеді, бұл негізінен Uxx айнымалы кернеуінің төмендеуіне байланысты. Кремнийден гөрі, тыйым салынған арсенид-галий тобының ені AlGaAs-GaAs гетероструктураларына негізделген күн батареясының параметрлерін жақсартады. Uxx температура коэффициенттері және күн сәулесінің шоғырлану деңгейінің жоғарылауымен тиімділіктің төмендеуі.
Температурасы жоғары тыйым салынған жолақтың енін азайту және соның салдарынан фотокамераның шағын өсуі Uxx төмендеуін біртіндеп өтейді. Фототерудың температуралық коэффициентінің мәні 0,001 °С -1 болып табылады және іс жүзінде күн радиациясының шоғырлану дәрежесіне байланысты емес. Тиімділіктің тәуелділігінен AM0 температурасында температура коэффициенті әртүрлі шоғырлану коэффициенттерімен төмендейді. Диффузиялық әдіспен мырыш енгізу фотоэлектрлік конвертердің температуралық тұрақтылығын шоғырландырылған күн радиациясында жұмыс жасайтын AlGaAs-GaAs гетероструктуралары негізінде жақсартуға мүмкіндік береді [39].
2.1 Күн энергиясын жинаушы қондырғыларда күнді қадағалайтын бар техникалық шешімдер
Күн жүйесіндегі қадағалау жүйелерін жобалау екі нұсқада мүмкін: біріншісі - алдын-ала орнатылған астрономиялық параметрлерге (ендік, бойлық, биіктік, уақыт) негізделген қадағалауды енгізу; екіншісі географиялық жағдай мен уақыт деректерін алдын-ала енгізуді талап етпейтін күн радиациясының датчиктерімен бақыланады.
1986 жылы патент жарияланды [26], онда электр энергиясын және электр тізбектерін талап етпейтін күнді қадағалайтын құрылғы сипатталды. Жылу энергиясын тұтынушылар үшін жұмыс істейтін қондырғылар үшін күн батареясын пайдалануды қамтамасыз ету үшін резервті сақтау орынсыз. Концентратордың позицияларын басқарудың механикалық әдістерін пайдалану әлдеқайда ыңғайлы. Мұндай жүйе бұрын қаралған, бірақ олар күнді дәл жеткілікті дәлдікпен ұстай алмады, ал кенеттен көлеңкелеу жағдайында олар оны жоғалтты. негізгі жобалау жиынтығы жоғарғы және төменгі шекаралары нысаны жад материалдан жасалған жіп (мысалы, никель қорытпасынан және титан) бар, оның назарында қосымша шағын концентраторлар: [26], бұл құрылғыны өлшеу жаңа схемасын пайдалана отырып осы проблемаларды жоюға ұсынылып отыр. Күн концентратордың оптикалық осінен жоғары болған кезде жоғарғы жіп жылытылады және серіппеге шығады. Оның қысу айналма дөңгелекті айналу, айналу сол валға тарқатуға катушкалар әкеледі. Нәтижесінде бүкіл құрылым бұрылады. Концентратор күнге орнатылған кезде, жүйе тепе-теңдік, жоғарғы және төменгі жіп шиеленіс тең құрылады, ал айналу орын алмайды.
Күнді қадағалау жүйесін дамытуды және 77% оптикалық тиімділікпен Френель объективін жобалауды қарастырады.
Украина патентін олардың оқулары аспанда күн позициясын орнатылуы мүмкін, сондықтан қосымша күн радиациясының датчиктер арқылы жинақталатын бақылау сигналдары негізгі ресивердің түрлі тараптардың ұйымдастырылған және бағдарланған, онда күн қадағалау жүйесі, ұсынды. Бұл жағдайда, мен батуы кезінде бақылау жүйесі операция тұрақты өте ерекшеленеді. Бұл проблема қосымша арна кері айналу енгізу арқылы шешіледі. Күннің жағдайы туралы жеткілікті ақпарат беру үшін фотоэлектрлі тоқтату оқығанда патенттік бұлтты күндері немесе датчиктерді ластануы бір жұмыс істейтін жүйесі болып саналады.
Қозғалыстағы бөліктерді қажет етпейтін шоғырландыратын жүйелерді құру үшін көп күш жұмсалады. Мұндай құрылғылар жиі белгілі бір, өте үлкен аумақта күн сәулесін шоғырландыратын арнайы шағылысатын беттерді пайдалану үшін қолданылады. Сонымен қатар концентрацияның төмен дәрежесіне қол жеткізіледі. Күнге бағытталған бағдар тек бір осьмен шектелген болса, бұл концентрацияны төмендетеді, бірақ сонымен бірге орнатуды жеңілдетеді.
Күнде қадағалау мәселесіне басқа көзқарас бар. 2005 жылы патент жарияланды. Оның авторы сұйық кристалды призмаларды Fresnel линзаларымен біріктіріп, жылжымалы бөліктері жоқ күн энергиясы концентраторын жасауды сипаттайды. Ұсынылған жүйенің негізгі элементі - электр өрісі қолданылған кезде сыну көрсеткіші өзгеруі мүмкін материалдан жасалған призмалар блогы. Әрбір мұндай құрылғы бір жазықтықтағы сәулелену бағытын өзгерте алады. Екі блоктың тіркесімі екі ось бойымен күнге бағытталған. Қайта жібергеннен кейін күн энергиясын Fresnel линзасы шоғырландырады және электр энергиясын өндіреді. Атап өту керек, стационарлық бақылау құрылғысын пайдалану, күрделі тірек конструкцияларын құру құнының төмендеуіне әкеледі, олар шын мәнінде айналдырумен қатар, жел жүктемелерімен күресуге тиіс.
Күнді қадағалаудың тағы бір жолы ұсынылды. 2008 жылы жарық көрген осы патентте күн сәулесіндегі электр станциясы сипатталады, орталық ілмектерге бекітілген жұқа және жарық айналар массивімен орындалатын рефлектордың рөлі. Айналардың орналасуы электростатикалық өрісті қолдану арқылы өзгереді: әр айна электрет қабатымен қамтамасыз етіледі. Сыртқы өріс әсерінен материал дұрыс бағытта бағытталған. Жеңіл айналарды пайдалану ауырлық күшінің әсерін азайтады және энергияны күн сәулесінен бағдарлау үшін айтарлықтай азайтады.
Жылы мотор қадам құнына күн қадағалау жүйесінің тиімділігін тәуелділігін зерттеді. Бұл бағдар жұмсалған энергия қадам санының артуына магнитудасы тез төмендейді, бірақ фотодетектор жиі күн радиациясының тұрақты ағынының тығыздығы фотодетектора геометриялық өлшемдерін азайту, және, демек, шығыс қуаты үшін қажеттілігін жасайды жарық дақ, тысқары жерлерге таралады деп көрсетілген. Осы жұмыстарға оңтайлы пек бақылау жүйесін мәні беріледі. Ақшаны максималды үнемдеу 1 градусқа дейін жетеді .
Әртүрлі ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz