Күн баттареясы негізінде жұмыс жасайтын құрылғы

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 20 бет
Таңдаулыға:

КУРСТЫҚ ЖҰМЫС

Тақырыбы: Күн баттареясы негізінде жұмыс жасайтын құрылғы

Мазмұны

Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3
1 Негізгі бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
4
1.1 Күн энергиясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
5
1.2 Күн батареясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6
1.3 Жарық диоды ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
8
1.4 Конденсатор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
10
1.5 Диод ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
15
1.6 Резистор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
17
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
21
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
22

Кіріспе

XXI ғасыр - жаңа технологиялық прогресстің нәтижесінде ұтымды жобалардың кең ауқымды қолданысқа түскен ғасыр. Жаңа технологияның қарқынды түрде дамуы өз кезегінде ауқымды энергия көзіне деген тапшылыққа әкелді. Дәстүрлі энергия көздерінін сарқылуы мен қайтымсыздығы жаңадан сарқылмайтын энергия көздерін пайдалану процесіне негізделген алуан түрлі аспаптардың жасалынуына негіз болды.
Сарқылмайтын энергия көздерін игеру мақсатында қазіргі күнде біршама жобалар іске асырылған. Оған жел энергиясын игеру бағандарын, күн жарығынан энергия алуға негізделген күн баттареяларының алқаптарын, биомасса энергиясын пайдалануға негізделген жобалардың іске асырылуын мысал ретінде алуға болады. Осындай жобаларды жетілдіру және жаңа серпіліс беру үшін түрлі халықаралық деңгейдегі көрмелер, конкурстар ұйымдастырылып, жан-жақты қолдау тапқан. Оған мысал ретінде осы жылы елорамыз-Астана қаласында 3 ай бойы жұмыс жасаған EXPO-2017 халықаралық көрмесінің Болашақ энергиясы тақырыбында өткенін алуға болады. Астана қаласының осы аталмыш көрмені өткізуге таласқан қалалардың арасынан жоғары дауыс жинап басымдылыққа ие болуы біздің көтерген Болашақ энергия тақырыбынын актуалдылығын, әлемнің сарқылмайтын қайтымды энергия көздеріне бет-бұрысын көрсетті.
Ғалымдарымыздың жуықтаған есептеулері бойынша қазіргі қарқынды тұтыну екпіні жалғаса берсе, табиғаттағы газ қоры шамамен 50 жылға, мұнай қоры 40-50 жылға ғана жететін сияқты. Сондықтан энергияны үнемді қолдана отырып, онымен тікелей бәсекеге түсе алатын басқа да энергия түрлерін - атом, су, жел, күн, т.б. энергияларды пайдаланудың маңызы өте зор. Аталғандардың ішінде энергияның қосымша көзінің бірі - Күн энергетикасы. Сарқылмайтын энергия көзінің осы жобаға пайдаланылған түрі- күн батареясы болды. Күн батареяның жұмыс істеуінің қарапайымдылығы оның қолданысқа еркін тусуіне кең мүмкіндік береді. Оның ішінде пленкалы-ленталы түрінің жеңіл жасалынуы оны арзан әрі қолжетімді етті. Оның сол қолжетімділігінің арқасында ол тұрмыста не болмаса өндірісте әмбебап қолдануға ыңғайлы. Бұл жобаға электр энергиясын өте аз мөлшерде қолдану мақсатында жарық диодтары пайдаланылды. Жарық диодының басқа жарық беруші лампалардан артықшылығы-төмен кернеуді қолдануында, қауіпсіздігінде және арзандығында. Электр энергиясын әртүрлі қорек көзінен пайдалану- осы құрылғының мүмкіншілігін кеңейткен. Зарядталу және разрядталу процесі бұл құрылғыда 3-4 жыл бойы мүлтіксіз қызмет ете алады.

1 Негізгі бөлім

Бұл жобаға 5 вольтқа негізделген 6 жарық диоды қолданылып, шеңбер пішіндес монтаждау платасында орналасты.
Электр энергиясын сақтау мақсатында бір 1000 mAch көлемді баттарея орнатылып, қосымша 3 АА өлшемді баттареяларға орын қалдырылды. Орташа есеппен негізгі баттареяның жұмыс істеу уақыты 36 сағатқа жуық. Ал қосымша баттареяның қуаттылығы тек 8-9 сағатқа есептелген.

Қорек көзін алу мақсатында қуатталу процесіне негізделген 2 жолы қарастырылды. Олар: 220В-тік тұрақты кернеу көзі, пленкалы күн батареясы.
Бұл құрылғыны күнделікті өмірде тұрмыстық жағдайдағы қарапайым қол шам ретінде қолдануға болады. Құрылғының сыртқы бөлігін диэлектрик болып табылатын, ылғал өткізбейтін материалмен қаптау қажет. Өзіндік құны 2000-3000 теңге аралығында болады. Жарық беру сапасы сыртқы ортаның температурасына тәуелсіз. Бірақта температураның -20ден төмен немесе +40-ден жоғары болуы Li-ion батареясымен АА өлшемді батареялардың жұмыс істеуін нашарлатады. Li-ion батареясының зарядталу-разрядталу саны 800 рет. Аталған цифрден асқан жағдайда қалыпты түрде батарея сапасы нашарлайды. Нашарлаған уақытында 5 В кернеу беретін кез-келген көлемдегі Li-ion батареясына алмастыруға болады.
Бұл құрылғы келесі бөлшектерден жасалды:
1. Күн батареясы
2. Жарық диоды
3. Конденсатор
4. Резистор
5. Түзеткіш диод
6. USB порт
7. Монтаждық плата
8. Li-ion батареясы
9. АА өлшемді 3 батарея

1.1 Күн энергиясы

Күн энергетикасы дегеніміз - дәстүрлі емес энергетика бағыттарының бірі. Ол күннің сәулеленуін пайдаланып қандай да бір түрдегі энергияны алуға негізделген. Күн энергетикасы энергия көзінің сарқылмайтын түрі болып табылады, әрі экологиялық жағынан да еш зияны жоқ. Күннің сәулеленуі - Жердегі энергия көзінің негізгі түрі. Оның қуаттылығы Күн тұрақтысымен анықталатындығы белгілі. Күн тұрақтысы - күн сәулесіне перпендикуляр болатын, бірлік ауданнан бірлік уақыт ішінде өтетін күннің сәуле шығару ағыны. Бір астрономиялық бірлік қашықтығында (Жер орбитасында) күн тұрақтысы шамамен 1370 Втм²-қа тең. Жер атмосферасынан өткен кезде Күн сәулеленуі шамамен 370 Втм² энергияны жоғалтады. Осыдан Жерге тек 1000 Втм²-қа тең энергия ғана келіп түседі. Бұл келіп түскен энергия әр түрлі табиғи және жасанды процесстерде қолданылады. Күн сәулесі арқылы тікелей жылытуға немесе фотоэлементтер көмегімен энергияны қайта өңдеу арқылы электр энергиясын алуға не басқа да пайдалы жұмыстарды атқаруға болады.
Күн сәулеленуінен электр энергиясы мен жылу алудың бірнеше әдістері бар. Олар:
1) Электр энергиясын фотоэлементтер көмегімен алу.
2) Күн энергиясын жылу машиналарының көмегі арқылы электр энергиясына айналдыру (Жылу машиналарының түрлері: поршеньдік немесе турбиналық бу машиналары. Стирлинг қозғалтқышы.).
3) Гелиотермальдық энергетика - Күн сәулелерін жұтатын беттің қызуы мен жылудың таралуы және қолданылуы.
4) Термоәуелік электр станциялары (Күн энергиясының турбогенератор арқылы бағытталып отыратын ауа ағыны энергиясына айналуы).
5) Күн аэростаттық электр станциялары (аэростат баллоны ішіндегі су буының аэростат бетіндегі күн сәулесі қызуы салдарынан генерациялануы).
1.2 Күн батареясы

Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғылардың бірі - Күн батареялары. Күн батареясы немесе фотоэлектрлік генератор - Күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына айналдыратын шала өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштен (ФЭТ) тұратын ток көзі. Көптеген тізбектей-параллель қосылған ФЭТ-тер Күн батареясын қажетті кернеу және ток күшімен қамтамасыз етеді. Жеке ФЭТ-тің электр қозғаушы күші 0,5-0,55 В-қа тең және ол оның ауданына тәуелсіз (1 см² ауданға келетін қысқа тұйықталу тогының шамасы - 35-40 мА). Күн батареясындағы ток шамасы оның жарықтану жағдайына байланысты. Яғни күн сәулелері Күн батареясы бетіне перпендикуляр түскенде, ол ең үлкен мәніне жетеді. Қазіргі Күн батареяларының пайдалы әсер коэффициенті - 8-10%, олай болса 1 м² ауданға тең келетін қуат шамамен 130 Вт-қа тең. Температура жоғарылаған сайын (25ºС-тан жоғары) ФЭТ-тегі кернеудің төмендеуіне байланысты Күн батареясының пайдалы әсер коэффициенті кеміп, Күн батареяларының жиынтық қуаты ондаған, тіпті жүздеген кВт-қа жетеді. Күн батареяларының өлшемдері әр түрлі болады. Мысалы: микрокалькуляторда орнатылғандарынан бастап, ғимараттар шатырлары мен автокөліктер төбелеріне орнатылатындарына дейінгі өлшемдерде. Сондай-ақ Күн батареялары ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау жүйесіндегі негізгі электр энергиясының көзі ретінде қолданылады. Ал тұрмыс пен техникада қолданылатын көптеген бұйымдарды - калькулятор, қол сағаты, плеер, фонарь, т.б. токпен қоректендіру көзі де Күн батареялары болып табылатындығы бәрімізге белгілі.

Үлкен өлшемді Күн батареялары Күн коллекторлары сияқты тропикалық және субтропикалық аймақтарда бүгінде кеңінен қолданылуда. Әсіресе, әдістің осы түрі Жерорта теңізі елдерінде көп тараған. Бұл елдерде Күн батареяларын үй шатырларына орналастырады. Ал Испанияда 2007 жылдың наурыз айынан бастап жаңадан салынған үйлер Күн су жылытқыштарымен жабдықтала бастады. Ол ыстық суға деген сұранысты 30%-дан бастап 70%-ға дейін қамтамасыз ете алады.
Жылма-жыл Күн батареяларының түрлері жаңа технологиялық тұрғыдан жетілдіріліп, толықтырыла түсуде. Соңғы уақытта Санта-Барбарадағы Калифорния университетінің полимерлер және органикалық қатты бөлшектер орталығының мүшесі, Нобель сыйлығының лауреаты Алан Хигер мен Гванджудағы Корей ғылым және технология институтының ғылыми қызметкері Кванхе Ли мен олардың әріптестері тандемдік полимерлі Күн батареяларын жасап шығарды. Жаңа батареялар авторлары спектрдің кеңірек диапазонын қолдану үшін жұтылу сипаттамалары әр түрлі екі фотоэлектрлік ұяшықтарды бір бүтінге жалғастырды. Нәтижесінде батареяның пайдалы әсер коэффициенті 6,5%-ға тең болды. Күн батареясының бұл түрі өзінің арзандылығы және оны жасаудағы қарапайымдылығымен ерекшеленеді.
Фотоэлементтің Күн батареялары сияқты фотондар энергиясын электр энергиясына айналдыратын электрондық құрал екендігі аян. Сыртқы фотоэффект құбылысына негізделген ең алғашқы фотоэлемент физика ілімінде XIX ғасырдың аяғында пайда болды. Оны белгілі орыс ғалымы Александр Столетов жасап шығарған. Өндірістік масштабтардағы фотоэлементтердің пайдалы әсер коэффициенті орташа есеппен 16% болса, ең жақсы үлгілердікі - 25%, ал лабораториялық жағдайларда 43,5%-ға дейін жетеді. Фотоэлементтің жұмыс істеу принципі металдан (калий, барий) не жартылай өткізгіштен жасалған электродтың (фотокатод) бетіне электормагнит сәуле түсіргенде фотоэффект құбылысының пайда болуына негізделген. Фотоэлементтің сыртқы фотоэффект және ішкі фотоэффект құбылыстарына негізделіп жасалған түрлері бар. Мысалы: сыртқы фотоэффектіге негізделгені электровакуумды фотоэлемент болса, ішкі фотоэффектіге вентильді, жартылай өткізгішті, жаппалы қабатты фотоэлемент түрлері негізделіп жасалған. Соның ішінде жартылай өткізгішті кремний кристалынан жасалған фотоэлементтер (пайдалы әсер коэффициенті 15%-ға жуық) ғарыштық ұшу аппаратының қоректендіру көзі ретінде радиациялық құбылыстарды зерттеуде, т.б. жағдайларда да пайдаланылады. Сондай-ақ бүгінгі кезде фотоэлементтерді әр түрлі көлік түрлеріне - қайықтарға, электромобильдерге, гибридті автокөліктерге, ұшақтарға, дирижабльдерге, т.б. орнату мүмкіндігі бар. Италия мен Жапония сияқты мемлекеттерде фотоэлементтерді темір жол поездарының шатырына орналастырады. Соның ішінде Solatec LLC компаниясы Toyoto Prius гибридті автокөлігінің шатырына орналастыруға арналған жұқа қабыршақты фотоэлементтерді сатумен айналысады. Жұқа қабыршақты фотоэлементтердің қалыңдығы 0,6 мм ғана болғандықтан, ол автокөліктің аэродинамикасына еш әсерін тигізбейді. Күн батареялары мен фотоэлементтерден бөлек Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын адамзат ойлап тапқан құрылғыларға Күн коллекторлары, Күн электр станциялары, гелиожүйелер, т.б. жатады.
Жоғарыда келтірілген мысалдардан біз адамзат үшін Күн энергетикасының ауадай қажет екенін түсінеміз. Күн энергиясын пайдаланудың өзіндік артықшылықтарымен қатар кемшіліктері де бар. Атап айтсақ, артықшылықтары: 1) Күн энергиясы бәріне бірдей қолжетімді; 2) ол сарқылмайды; 3) қоршаған ортаға қауіпсіз; кемшіліктері: 1) ауа райы мен тәуліктің уақытына тәуелді; 2) Күн энергиясын алу үшін қолданылатын құрылғылардың қымбаттылығы; 3) оны шағылдыратын бетті периодты түрде тазалап отыру қажет; 4) электр станциясының жанында атмосфера ысып кетеді; 5) энергияны аккумуляциялау қажет. Соған қарамастан Күн энергетикасына деген сұраныстар жыл сайын артып келеді. Әр елдің ғалымдары осы қосымша энергия түріне ерекше мән беріп, оны дамыту жолдарын қарастырумен айналысуда. Осыған орай Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын құрылғыларды пайдалану деңгейі жылдан-жылға өсіп келеді. Мысалы: 2005 жылы жұқа қабыршақты фотоэлементтер нарықтың 6%-ын құраса, 2006 жылы бұл көрсеткіш 7%-ға жетті, ал 2007 жылы 8%-ға, ал 2009 жылы 16,8%-ға дейін өсті. Яғни 1999 жылдан 2006 жылға дейін жұқа қабыршақты фотоэлементтер өндірісі жыл сайын орташа есеппен 80%-ға өсіп отыр. Ал Күн энергиясының Еуропа елдерінде қолданылуына шолу жасасақ, 2010 жылы Германияда электр энергиясының 2%-ы фотоэлектрлік құрылғылардан алынса, Испанияда бұл көрсеткіш 2,7%-ды құрайды.
Күн энергиясын күнделікті тұрмыста кеңінен пайдалану - бүгінгі күннің өзекті мәселелерінің бірі. Әсіресе, бұл мәселенің түбегейлі шешілуі қазіргі уақытта дүние жүзінде мұнай мен газ секілді отынның күннен-күнге қымбаттауынан туындап отырған негізгі проблемалардың толықтай шешімін табарына өз септігін тигізері сөзсіз. Себебі, осыдан 50 жылдай бұрын американдық ғалым Кинг Хуббертс айтқандай: ... Мұнай тек оны өндіруге кеткен электр энергиясы одан өндірілетін электр энергиясынан аз болған кезге дейін ғана электр энергиясының негізгі көзі ретінде саналады. Ал бұдан кейін мұнай өндіру оның бағасына қарамастан тоқтатылады. Ғалымдарымызға бұл тұжырым К.Хуббертстің заңы деген атпен белгілі.

1.3 Жарық диоды

Бұл шамдардың құрылысы олардың қарапайым аналогы қыздыру және люминецентті шамынан түбегейлі ерекшеленеді. Мұндай шамдарды құру жарықдиодты шамдар үнделікті қосу және айыруда қалыпты жұмыс жасайды, бұл-олардың тағы бір артықшылығы. Жұмыс істеу уақыты өндірушінің шам өндіру технологиясына байланысты.Басқаша айтқанда, шамның ішкі механизмі өте жұқа, бірақ жарықдиодты шам басқа шамдардан ұзақ қызмет етуімен едәуір ерекшеленеді. Қарапайым қыздыру шамының жұмыс істеу барысында жыпылықтау байқалады, ал жарықдиодты шамдарда бұл кемшілік байқалмайды, жарықты қабылдауға оң әсер етеді. Электр қуаты кез келген заманауи адамға керек болды. Неге осындай жарық көзі көңіл аударуға тұрарлық екенін анықтап көрейік. Нәтижесінде шам алмастыруға кететін қаражатыңыз ғана емес, күш және уақытыңыз үнемделеді. Басқа құрылғылар секілді,жарықдиодты шамдардың да кемшілігі бар, бірақ артықшылығы басымырақ. Біржағынан бағасы олардың аналогтарына қарағанда қымбатырақ,бірақ артықшылығы көп. Өз үйіңізде электрқуатын үнемдеуге тәжірибе жасап көріңіз, өткен айға электрқуатына қанша қаражат төлейтініңізді қараңыз, және пәтердегі барлық шамдарды осы айда жарықдиодты шамдарға алмастырыңыз. Айдың соңында жарықдиодты және қыздыру шамдарының электрқуатын қолдану бойынша мәндерін салыстырыңыз, және сіз 2-3 есе айырмашылықты көресіз.Жарықдиодты шамдарды алуда шығыныңыз минималды есеппен 3 есе болады, алты ай, ал келесі айларға қаражатыңыз өте үнемдейтін боласыз. Көптеген адамдар үнемдеуге көп назар аудармайды, мекемеде немесе сауда орталықтарында өзіңіз елестетіп көріңіз жарық көздерінің саны ондаған, жүздеген және мыңдаған дана және олардың электрқуатын қолдануына жүздеген ,мыңдаған киловатт есептеледі. Есептеу барысында айына үлкен үнемдеу шығады, өйткені бір жарықдиодты шамның қолданысы қыздыру шамынан әлдеқайда азырақ, ал электрқуатын үнемдеушімен салыстырғанда 2-3 есе. Ескірген қыздыру шамын жаңа болашақ технологиясына алмастыруды өзіңіз шешесіз.

Қыздыру шамы 1 айда 3 дана ауыстыруыңыз мүмкін. 1 жылда 36 шам.
10 жылда 360шам х100тг=3600тг
Ал жарықдиод шамы 3000 тг 12-15 жыл .
Бір жылда 1дана шамның шығындаған энергиясы есебі: Жанып тұратын уақыты-3 сағ 1 жылда 365х3 =1095сағ
Қыздыру шамы 1095сағ х 0,1кВт=109.5кВт
Энергия үнемдеуші шам: 1095сағ х 0,025кВт=27.4кВт
Жарықдиод шамы: 1095сағ х 0,012кВт=13,14кВтсағ

1.4 Конденсатор

Конденсатор деп жұқа диэлектрик қабатымен бөлінген екі өткізгіштен тұратын жүйені айтамыз. Ол латынның "condenso"- қоюлату, жинақтау деген сөзінен шыққан. Конденсатор электр энергиясын және электр зарядтарын жинақтау үшін қолданылады. Конденсатордың екі өткізгішін оның жапсарлары деп атайдың Ол жапсарларды шамасы жағынан тең, таңбалары жағынан қарама - қарсы зарядтпен зарядтайды.Бұл құрал өзіміз көріп жүрген телевизорларда, радиоқабылдағыштарда, магнитофонда және т.б электр құралдарында қолданылады.

Конденсатордын зарядты жинақтау қабілетін көрсететін физикалық шама - электрсыйымдылығы.
Өткізгіштің электрсыйымдылығы мынандай факторларға байланысты өзгереді:
1. Өткізгіштің электрсыйымдылығы оған екінші зарядталмаған өткізгішті жақындатқанда артады;
2. Екінші өткізгішті жерге жалғау бірінші өткізгіштің электрсыйымдылығын арттырады;
3. Қатты диэлектриктің болуы жүйенің электрсыйымдылығын арттырады;
4. Диэлектриктің қалыңдығын азайтса, өткізгіштер жүйесінің сыйымдылығы артады;
5. Диэлектриктің диэлектрик өтімділігі артқанда, жүйенің электрсыйымдылығы артады;
6. Өткізгіштердің бір-бірімен айқасу ауданын арттырғанда жүйенің электрсыйымдылығы артады;
Конденсаторларды сыртқы механикалық әсерлерден қорғау үшін оларды арнайы корпустармен қаптайды.
Конденсаторды схемада мына түрде белгілейміз:

Халықаралық стандарт бойынша конденсаторларды жұмыс істеу принциптеріне байланысты тізбекте шартты түрде былай белгілейміз:

ГОСТ 2.728-74
бойынша белгіленуі
Сипаттамасы

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.