Автономды фотоэлектрлік жүйелер
7
8
9
10
Аңдатпа
Бұл дипломдық жобада күн батареясының моделі және батарея арқылы
энергияны алу зерттелінеді. Дәстүрлі электр энергия көзін альтернативті
энергия көзіне алмастыру электр энергиясының төлемінің шығынын және
қоршаған ортаға зиянды қоқыстардың шығуын азайтады.
Заманауи
технологияларды пайдаланып автоматтандыру процессін жүргізу тиімді әрі
ыңғайлы
екені көрсетіледі.
Күн батареяларын,
олардың
түрлерін,
қолданылатын
есептеулерге шолу жүргізілді. Күн батареялары арқылы
энергяны алудағы барлық қажетті құрылғыларды таңдау жүргізілген. Unity Pro
программалық жабдығы туралы шолу жүргізіліп, программалау интерфейсі
құрастырылған. Экономика және өміртіршілік бөліміндерінде қойылған
есептер шешілген.
Аннотация
В данном дипломном проекте рассматривается модель солнечной
батарей и получение энергии с помошью установки. Замена традиционных
источников электроэнергии на альтернативные, способствует уменьшению
затрат на оплату электроэнергии, а также уменьшает вредные выбросы в
окружающую среду. Показано что реализовать автоматические процессы
управления с помощью современных технологий удобно и выгодно. Приведен
обзор про солнечную батарею, видах и про используемые решения. Выбраны
все необходимые устройства в получении энергии с помощью солнечной
батарей. Приведен обзор опрограммной среде
Unity Pro и разработан
интерфейс программы. Решены задачи поставленные на экономическом
разделе и в разделе безопасности жизнидеятельности.
Мазмұны
11
Кіріспе
1 Бөлім. Негізгі бөлім
1.1 Күн энергиясы
1.2 Күн радиациясы
1.3 Жерге күн энергиясының қаншасы түседі
1.4 Күн энергетикасы
1.5 Күн энергетикасының даму тарихы
1.6 Фотоэлементтердің қолданылуы
1.7 Фотоэлектрлік модульдер
1.8 Күн панелі неден тұрады
1.9 Күн батареясының электрлік сипаттамалары: ВАС
1.10 Фотоэлектрлік жүйелер
1.11 Күн батареясын орнататын үйдің жобасы
1.12 Үйдің инженерлік жүйелері
1.13 Тораптың автоматтық өшірілуі
1.14 Күн батареяларынан алынатын электр энергиясы
1.15 Жердің жылуын қолдану
1.16 Үйдің аккумуляторы бар фотоэлектрлік жүйелерді жобалау
1.17 Күн батареясының қызмет ету мерзімі
1.18 Күн батареяларының жұмыс істеуінің негізгі принциптері
2 Бөлім. Арнайы бөлім
2.1 Энерготұтынуды есептеу
2.2 Delphi программалау ортасында күн энергиясын есептеу
2.3 Қажетті құрылғыларды таңдау
2.4 Программалауда қолданылған есеп
2.5 Unity Pro программалық ортасымен танысу
2.6 Программалау интерфейсі
3 Бөлім. Экономикалық бөлім
3.1 Бизнес - жоспар
3.2 Өнім
3.3 Маркетинг жоспары
3.4 Қаржылық жоспар
3.4.1 Күн батареяларын құру кезіндегі кеткен капиталдық шығындар
3.4.2 Автоматтандыру жүйесін эксплуатациялауға кеткен шығындар
3.4.3 Автоматтандыру жүйесін өндірудің экономикалық тиімділігін
есептеу
4 Бөлім. Өміртіршілік қауіпсіздік бөлімі
4.1 Найзағайдан қорғану шаралары және оны есептеу
4.2 Микроклимат
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
Кіріспе
12
7
8
8
8
9
10
11
13
14
15
16
16
20
21
22
23
24
25
26
27
31
31
33
41
43
43
55
62
62
62
62
62
62
65
67
70
70
80
82
83
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
қолднаылады.
Күн сәулесі сарқылмайтын(таусылмайтын) 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.
Бүгінде Қазақстанның іс жүзінде энергия тудырушы қуаттарының
қоржынын 20620 МВт жалпы белгіленген қуатындағы 69 электр
станциялары құрайды, бұл потенциалдың одан арғы өсірілуі ең бірінші
кезекте елімізде үлкен мөлшердегі қалпына келтірілетін энергия көздерінің
сегментін дамыту есебінен жоспарланады. Біздің мемлекетімізде қалпына
келтірілетін энергия көздерінің өте көп ресурстары бар: күн энергиясы - 2,5
млрд. кВтсағ, жел энергиясы - 1820 млрд. кВтсағ, кіші өзендер потенциалы -
7,56 млрд кВтсағ, геотермалды сулардың потенциалы - 4,3 ГВт. 6089
тұрғындары тұратын Қазақстанда электр жүйелеріне қосылмаған фермерлік
шаруашылықтары мен жайылмалы жерлерінде энергияның дәстүрлі емес
түрлерін пайдаланудың мәселесі өзекті болып отыр.
13
1 Негізгі бөлім
1.1 Күн энергиясы
Күн энергиясы біздің планетамыздағы өмірдің көзі. Күн атмосфера мен
Жер бетін жылытады. Күн энергиясының арқасында жел соғады, табиғаттағы
судың айналымы жүреді, теңіздер мұхиттар жылынады, өсімдіктер дамиды,
жануралар қорек табады. Дәл осы күн сәулесінің арқасында Жерде отынның
қазбалық түрі пайда болады. Күн энергиясы жылуға немесе суыққа,
қозғалмалы күшке және электр энергиясына түрленеді.
1.1 Сурет - Күн сәулесінің жерге берілуі
1.2 Күн радиациясы
Күн радиациясы - бұл негізінен толқынының ұзындығы 0,28...3,0 мкм
аралығында болатын электромагниттік сәулелену. Күн спектрі мыналардан
тұрады:
- біздің көзімізге көрінбейтін, күн спектрінің 2 %-ын құрайтын
толқынының ұзындығы 0,28...0,38 мкм ультра күлгін сәулелерден;
- спектрдің 49 % - ын құрайтын толқынының ұзындығы 0,38...0,78 мкм
аралығында болатын жарық толқындарынан;
- күн спектрінің қалған 49 % - ының біраз бөлігін құрайтын толқынының
ұзындығы 0,78...3,0 мкм аралығында болатын инфрақызыл толқындардан.
Спектрдің қалған бөліктері Жердің жылулық баллансында азғантай роль
ойнайды.
14
1.2 Сурет - Күн радиациясының түсуі
1.3 Жерге күн энергиясының қаншасы түседі
Күн үлкен мөлшерде энергия сәулелендіреді - шамамен секундына 1,1 .
1020 кВт сағ. Киловатт . сағат - бұл қуаты 100 ватт қыздыру шамының 10 сағат
ішінде жасайтын жұмысы үшін қажетті энергия мөлшері.
Жер
атмосферасының сыртқы қабаты Күн сәулесінің энергиясының миллионнан
бір бөлігін немесе жылына шамамен 1500 квадриллион (1,5 . 1018) кВт сағ
энергияны ұстап қалады. Алайда шағылудан, атмосфералық газдар мен
аэрозольдармен шашырауынан және жұтылуынан барлық энергияның 47 %
ғана немесе шамамен 700 квадриллион(7 . 1017) кВт .сағ эенргия Жер бетіне
жетеді.
1.3 Сурет - Күн энергиясының жерге түсу процессы
15
Жер атмосферасындағы күн сәулесі тура сәулелену және атмосферасын
ауа, шаң, су т.б. бөлшектеріне шашырайтын шашыратқыш болып бөлінеді.
Олардың қосындысы қосарланған күн сәулесін түзеді.
1.4 Сурет - Қосарланған күн сәулесі
Ауданның бірлігіне және уақыттың бірлігіне келіп түсетін энергия
мөлшері бірқатар факторларға тәуелді болады: жергілікті климаттың ендігі,
жылдың маусымы, күнге қатысты беттің бұрышының қиғаштығы. [1].
1.4 Күн энергетикасы
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.
Қазіргі уақытта күн энергетикасы энергияның басқа түрлері аз жетімді
және күн сәулесінің молшылығын экономикалық түрде сәйкестендірген
аймақтарда кеңінен қолднаылады.
Күн - бірнеше миллиард жыл аралығында Жер бетіндегі тірі
организмдерге туып өсуіне мүмкіндік беретін өмір көзі және қатал өлтіруші.
Күн жарығының технологиялық жуасуына расымен қарайтын адам өткен
ғасырда ойлана бастады.
1м2 аудан арқылы өтетін және Күн ортасынан бір астрономиялық бірлік
ара қашықтық тағы сәуле ағынына перпендикуляр орналасқан күн сәулесінің
ағыны 1367 Втм2 - қа тең болады(күн тұрақтысы). Жер атмосферасының
жұтылуына байланысты күн сәулесінің теңіз деңгейіндегі ағыны 1020 Втм2.
Алайда бірлік ауданнан өтетін күн сәулесінің ортатәуліктік мәні үш есе кіші
болатыны ескерген жөн (күн түннің ауысып тұруына және күннің көкжиекке
жасаған бұрышының өзгеруіне байланысты). Қыста біркелкі ендікте бұл мән
екі есе аз болады. Бірлік аудандағы осы энергияның мөлшері күн
энергетикасының мүмкіндігін анықтайды.
16
Күн энергиясын өңдеу перспективасы глобалды қараңғыланудан - Жер
бетіне жететін күн сәулесінің антропогенді азааюынан азайып бара жатыр.
1.5 Күн энергетикасының даму тарихы
1839 жылы Александр Эдмон Беккерель фотогальваникалық эффектіні
ашқан.
44 жыл өткен соң Чарльз Фриттс күн энергиясын қолдану арқылы
алғашқы модульді құрастырды, ал оған алтын жіңішке қабатымен жалатылған
селен негіз болды. Ғалым элементтердің осындай байланысы азғантай
дәрежедегі (шамамен 1 %) күн энергиясын электр энергиясына түрлендіруге
болатынын анықтады.
Дәл осы 1883 жылды күн энергетикасы дәуірінің туған жылы болып
есептеледі. Алайда бұлай ойлайтын барлық адам емес. Ғылыми жаңалықтарда
күн энергиясы заманының әкесі басқа басқа емес Альберт Эйнштейннің өзі
деген пікір бар.
1921 жылы Эйнштейн Нобель премиясына ие болды. Көптеген адамдар
ХХ ғасырдың осы ғалаымы осы жетістікті өзі жазған салыстырмалық
теориясы еңбегіне алған деп есептейді, бірақ ол олай емес. Шынында физик
бұл премияны сыртқы фотоэффект құбылысы заңын түсіндіргені үшін алды.
Жүз жыл ішінде ғалымдар ынталандырған жеке және мемлекеттік
инвестиция құрылымы көтеріліп тұмаса, онда қоғамға күн технологиясын
жірнеше жылға ұмытуға тура келер еді. [10].
Күн энергетикасын қолданудың артықшылықтары мен кемшіліктері
Артықшылықтары:
1) Жалпыға жеткіліктігі және көздің таусылмайтындығы (Күннің)
2) Қоршаған орта үшін теориялық толық қауіпсіздігі (алайды осы
уақытта фотоэлемент өндірісінде және олардың өзінде зиянды заттар
қолданылады) .
Кемшілігі:
Фундаментальды мәселелер:
1) Күн энергетикасы үшін күн тұрақтысының азғантай шамасының
қатынасына байланысты электростанциясының астындағы жердің үлкен
ауданын пайдалану талап етіледі (мысалы, қуаты 1 ГВт электр станциясы
үшін бұл бірнеше ондаған шаршы шақырым болады). Алайда бұл кемшілік
ондай маңызды емес (мысалы, гидроэнергетика жердік үлкен бөлігін
қолданудан шығарады). Оған қоса үлкен күн электр станцияларындағы
фотоэлектрлік элементтер
1,8-2,5 метр биіктікке орнатылады,
бұл
электрстанция орналасқан жерді ауылшаруашылық қажеттілігіне қолдануға
мүмкіндік береді, мысалы мал бағу.
Күн электр станциялары үшін үлкен аудандағы жер табу мәселесі күн
аэростатикалық электр станцияларын қолданатын жағдайда, теңіздің жер
астының және биікке базалауға жарамды болғанда шешіледі.
17
2) Жер бетіндегі күн энергиясының ағыны ендік пен климатқа тәуелді
болады. Әртүрлі жерлердегі күндердің орта есептегі мөлшері жыл ішінде өте
қатты ерекшеленуі мүмкін.
Техникалық мәселелер:
1) Күн электрстанциясы түнде жұмыс істемейді және кешкі және таңғы
қарбаласта жеткілікті әрі ыңғайлы жұмыс жасайды.Сонымен бірге электр
энергияны тұтынудың шыңы кешкі сағатқа сәйкес келеді.Мұнан бөлек электр
станциясының қуаты ауа райының ауысуынан тез және күтпеген жерден
тербелуі мүмкін.Осындай қателіктің алдын алу үшін эффективті электрлік
аккумуляторлар қолдану қажет (қазіргі уақытта бұл шешілмеген мәселе),не
болмаса үлкен аймақты алатын гидроаккумуляторлық станция тұрғызу
қажет,не болмаса әзірге экономикалық эффективтіліктен алыс тұрған сутектік
энергетика концепциясын қолдану қажет.
Уақытқа және ауа райы жағдайына күн электр станцияларының қуатына
тәуелділік мәселесі күн аэростатты электрстанция жағдайында шешуге
болады.
2) Күн фотоэлементтерінің қымбаттылығы.Технологияның дамуымен
бұл мәселенің шешіліп қалуы ықтимал.1990 - 2005 ж.ж фотоэлементтердің
құны орта есеппен 4 % - ға төмендеген.
3) Күн элементтерінің ПӘК - ң жеткіліксіздігі
4) Фотопанельдердің бетін шаңнан және басқа да кірлерден тазарту
қажет. Олардың ауданы бірнеше шаршы шақырым болғанда бұл қиындықтар
туғызуы мүмкін.
5) Фотоэлектрлік элементтердің эффективтілігі оларды қыздырғанда
төмендейді,сондықтан салқындату жүйесінің қондырғыларының қажеттілігі
туындайды.
6) 30 жылдан соң фотоэлектрлік элементтердің эффективтігі төмендей
бастайды.
Экологиялық мәселелер:
Алынған энергияның экологиялық тазалығына қарамастан,сол
фотоэлементтер улы
заттардан тұрады,мысалы,
қорғасын,кадмий,галий,мышьяк т.б.,ал олардың өндірісі басқа да қауіпті
заттарды тұтынады. Қазіргі заманғы фотоэлементтердің қызмет ету мерзімі
бар (30 - 50 жыл) және баршалық қолдану жақын арада олардың дамуына
күрделі сұрақ қояды,экологиялық тұрғыдан ыңғайлы емес.
Экологиялық мәселелерден және кремнийдің жетіспеушілігінен жіңішке
пленкалы фотоэлементтердің өндірісі активті түрде дамиды,олардың
құрамында шамамен 1% кремний болады. Оған қоса жіңішке пленкалы
фотоэлементтердің өндірістегі құны арзан,бірақ әзірге эффективтілігі төмен
(Мысалы,2005 жылы Shell компаниясы жіңішке пленкалы элементтердің
өндірісіне шоғырлану үшін өзінің кремнийлі фотоэлектрлік элемент өндірісі
бизнесін сатты). [2].
18
1.6 Фотоэлементтердің қолданылуы
Күн фотоэлементтері альтернативті қолданы тапқан қазынды отындар
үшін толығымен реалды техникалық және экономикалық пайдалы болып
табылады. Күн элементі күн сәулесін электр энергиясына ешқандай қозғалыс
механизмін қолданбай тікелей түрлендіреді. Осының арқасында
күн
генераторларының қызмет мерзімі қанағаттанарлықтай ұзарған.
Фотоэлектрлік жүйелер фотоэлементтер өндірісте қолданыла бастағаннан өзін
жақсы жағынан көрсетті. Мысалы фотоэлементтер 1960 жылдан бері жер
қасындағы орбитаның спутниктеріне негізіг қорек көзі болып қызмет етті.
Жекелеген аудандарда фотоэлементтер 1970 жылдан бастап автономды
энергоқондырғылар үшін қызмет етті. 1980 жылдан бастап сериялы тұтыну
тауарларын өндіретіндер фотоэлементтерді көптеген қондырғыларға орнатты:
сағатан және калькулятордан бастапп музыкалық аппараттарға дейін. 1990
жылдан бастап энергия қамтамасыз ететін кәсіпорындар фотоэлементтерді
қолданушыларды майда тұтынуын қамтамасыз етеді.
1.5 Сурет - Фотоэлементтерді әр түрлі қолданыста қолдану
Фотоэлектрлік қондырғылар суды айдайды, түнгі жарықтандыруды
қамтамасыз етеді, аккумуляторды зарядтайды, жалпы энергожүйеге электр
энергиясын береді т.б. Олар кез келген ауа райды жұмыс жасайды. Көшпелі
бұлтты ауа райында олар негізгі өнімділігінің 80 % на жетеді, тұманды ауа-
райы шамамен 50 %, тіпті толығымен бұлтты болғанда олар 30 % энергия
алады.
Біздің уақытта тек фотоэлектрлік панель ғана емес басқасында табуға
болады. Әртүрлі фирмалар фотоэлементтің жеңіл, эластикалық және берік
кровельді плиталық, тіпті фасадтық жұмыстар үшін қабырғалы-қалашық
түрлерін ұсынуда. Бұл жаңа түрлер фотоэлементті үнемді және құрылыс
материалдарының құрамына қосқанда тартымды етеді. Жекелеген аудандарда
фотоэлектрлік қондырғылар энергияның рентабельді, сенімді және ғұмырлы
19
көзі болып табылады. Кейбір аудандарда фотоэлементтер электр тораптарына
қосылған жүйенің қарсы қабілетін өсіреді. Алайда ең бастысы жекелеген және
электр тораптарына қосылған аудандарда фотоэлектрлік жүйелер таза энергия
өндіреді, ал оның алынуы әдеттегі электр станцияларына қарағанда қоршаған
ортаның бұзылуымен жүргізілмейді.
Күн фотоэлементтерінде жұмыс жасайтын сорғылық қондырғылар
эффективті және үнемді және кез келген су сорғысын қолдануға ыңғайлы.
АҚШ-тың энергетикалық компаниясы таратқыш электр желілеріне қызмет
ететін сорғыларға қарағанда күн батареясындағы су сорғысын қолданған
үнемді екенін анықтады. Кейбір коммунальды кәсіпорындар клиенттердің
тапсырысын орындау үшін фотоэлементтердегі сорғылық қондырғыларды
ұсынады.
Ауылдық аудандарда фотоэлектрлік жүйелер басқаша қолданылуы -
электрлік шарбақтарды жарықтандыру және зарядтау; суды айналымын
қамтамасыз ету, гидропондық қондырғылардағы және жылыжайдағы ауаның
желдетілуіне, жарықтандандыру. [3].
1.7 Фотоэлектрлік модульдер
Күн панельдері күн элементтерінен тұрады. Бір күн элемент электр
энергиясын жеткілікті деңгейде өндірмейді, көпшілік қолдану үшін күн
элементтері көп мөлшерде электр энергиясын өндіру үшін күн модульдеріне
жиналады.
Модульдер псевдошаршылық монокремнийлік немесе шаршылық
поликремнийлік фотоэлектрлік түрлендіргіш
антишағылдыратын
жамылғышпен жабылады.
1.6 Сурет - Күн панельдері
Күн панельдері (фотоэлектрлік немесе күн модульдері деп аталады)
көптеген типте және өлшемде шығарылады. Ең типтісі-бұл қуаты 40-260 Wp
20
(шыңдық ватт, яғни жарық күндегі максимал 40-260 Вт қуат) кремнийлік
фотоэлектрлік модульдер. Мұндай күндік модульдің өлшемі 0,4-2,5 м2 .
Кеңшілік типті өлшемі бір қатар күн модульдер сатылымда жүр. Күн
панельдері (PV panels) үлкен қуат алу үшін (мысалы, 2 модуль 50 Wp бірге
қуаты 100 Wp модульмен эквивалентті жалғанады) күн батареясы арқылы
өзара жалғанады.
Сатылымда жүрген модульдердің ПӘК-і 5-20 % аралығында болады.
Бұл деген сөз күн элементіне түсетін энергияның 5-20 % электр энергиясына
түрленеді. Барлық әлемдегі зерттеу лабораториялары күн элементтері үшін
жоғары ПӘК-ті (45%-ға дейін) жаңа материалдар өндіруде.
1.8 Күн панелі неден тұрады
1.7 Сурет - Күн панелінің құрамы
Кристалды кремнийден жасалған модульдер көпқабатты пирог болып
табылады. Жалпы жағдайда олар оң жақтағы көрсетілген суреттегідей
бірнеше қабаттан тұрады. Жыл бойы ашық ауада жұмыс жасайтын күн
элементтерінің толық герметиктігін қамтамасыз ету үшін герметикалық
материал қажет. Күн модулінің ішіне ауа немесе ылғал түскен жағдайда күн
элементтерінің қышқылдануы және түйіспелерінің бұзылуы жүреді, ал бұл өз
кезегінде модулді істен шығарады. Герметикалық пленка ретінде әдетте EVA
(этиленвинилацетатты) пленка қолданылады. Өкінішке орай бұл уақыт өте
өзінің мөлдірлігін жоғалтатындықтан фотоэлектрлік модульдердің ескіруіне
алып келетін фактордың бірі болып табылады. Қазіргі уақытта әлемде осы
EVA пленкасын ауыстыру жұмысы үшін басқада материалдар зерттелуде,
бірақ коммерциялық дайындалатын модулінде негізінен осы материал
қолданылады.
21
1.9 Күн батареясының электрлік сипаттамалары: вольт-амперлік
сипаттама
1.8 Сурет - Күн модулін сипаттайтын вольт-амперлік сипаттаманың
маңызды нүктелері
Өзінің вольт-амперлік сипаттамасына орналастырылған күн модулі ток
пен кернеудің кез келген комбинациясында жұмыс жасайды. Алайда
шындығында модуль берілген уақытта бір нүктеде жұмыс жасайды. Бұл нүкте
модульмен емес, берілген модуль қосылған тізбектің электрлік
сипаттамаларымен таңдалады.
Ток күші 0-ге тең болатын кернеу бос жүріс кернеуі (Uос) деп аталады.
Екінші жағынан кернеуі 0-ге тең ток қысқа тұйықталу тогы деп аталады. ВАС-
ң осы шеткері нүктелерінде модульдің қуаты 0-ге тең болады. Тәжірибе
жүзінде жүйе жеткілікті қуат өндірілетін ток пен кернеудің комбинициясында
жұмыс жасайды. Нүктелердің ең жақсы үйлесуі максимал қуатты нүкте деп
аталады (ТММ немесе МРР). Сәйкестендірілген кернеу және ток Up (номинал
кернеу) және Ip(номинал ток) деп белгіленеді. Дәл осы нүкте үшін күн
модулінің номинал қуаты және ПӘК-і анықталады.
Күн модулін аккумуляторлы батареясына тікелей жалғағанда модуль
дәл сол уақытта аккумуляторлы батарея жұмыс жасайтын кернеуге тең
кернеумен жұмыс істейді. АБ зарядының өлшемі бойынша кернеу өседі,
сондықтан модуль 10-14,5В аралығындағы кернеуімен жұмыс істеуі мүмкін
(осында және әрі қарай модуль үшін нминалды 12В кернеуге тең кернеу
қолданылады. Номианлды кернеуі 24В модульдер үшін кернеу шамасын екіге
көбейткен жөн). Сәйкесінше оның жұмыстық нүктесі
оптималдыдан
жеткілікті алыс болады. [4].
1.10 Фотоэлектрлік жүйелер
Фотоэлектрлік модульдер сенімді көз болуы үшін жүйеге қосымша
элементтер қажет: құрылымына сәйкес келетін және жүйе типіне тәуелді
кабельдер (торапқа жалғанған автономды немесе резервті), тағы да
22
электронды инвертор және аккумуляторлы батареясы бар заряд контроллері.
Мұндай жүйе толығымен күндік фотоэлектрлік жүйе немесе күн станциясы
деп атайды.
Күндік фотоэлектрлік жүйелердің үш негізгі типі бар:
1.
Автономды жүйелер, әдетте жеке үйлерді электрмен
қамтамасыз етуде қолданылады
2. Тораппен жалғанған жүйелер
3. Қордағы(резервті) жүйелер
Автономды фотоэлектрлік жүйелер
Автономды фотоэлектрлік жүйелер орталық электрмен қамтамасыз ету
тораптары жоқ жерлерде қолданылады. Тәуліктің қараңғы уақытында немесе
жарқыраған күні жоқ периодтарда аккумуляторлы батарея қажет. АФЖ
жекелеген үйлерді электрмен қамтамасыз ету үшін жиі қолданылады.
Кішкентай жүйелер базалық жүктемені қоректендіреді (жарықтандыру және
кейді телевизор немесе радио). Үлкен қуатты жүйелер судың сорғысын,
радиостанция, тоңазытқыш, электр құралдары т.б. қоректенжіреді. Жүйе күн
панелінен, контроллерден, аккумуляторлы батарея, электрлік жүктемелер
және құрылымның кабельдері.
1. Күндік панель
2. Контроллер
3. АБ
4. Жүктеме
1.9 Сурет - Автономды фотоэлектрлік жүйенің конфигурациясы
Тораппен жалғанған күндік фотоэлектрлік жүйелері
Орталықтандырылған электрмен қамтамасыз етілуі бола тұра электр
энергиясын таза көзден алу тілегіңіз болса күн панельдері тораппен қосылуы
тиіс. Фотоэлектрлік модульдердің мөлшері жеткілікті түрде қосылғанда үйдегі
жүктеменің анықталған бөлігі күннің электр энергиясынан қоректене алады.
Тораппен жалғанатын фотоэлектрлік жүйелер әдете бір немесе бірнеше
модульдерден тұрады, инвертор, электрлік жүктемені және құрылымды
қосатын кабельдер.
Торапқа қосылған фотоэлектрлік жүйенің конфигурациясы
23
Фотоэлектрлік панельдерді тораппен жалғау үшін инвертор
қолданылады. Модульдің артқы жағына орнатылатын инверторы бар
модульдер АС-модульдер деп аталады. Күн панельдері негізінен
ғимараттардың шатырына ауытқу бұрышы мен алюминий рама арқылы
орнатылады. Ас-модульдері бар қарапайым жүйелер өте үлкен масштабта
шығарылады.
1. Күндік панельдер
2. Инвертор
3. Торап
4. Жүктеме
1.10 Сурет - Торапқа қосылған жүйе
Резервті(қор) жүйелер
Орталықтанған электрмен қамтамасыз етуі бар тораптармен жалғануы
бар жерлерде резервті күн жүйелері қолданылады, бірақ торап сенімді емес.
Резервті жүйелер торапта кернеу жоқ кезде электрмен қамтамасыз ету үшін
қолданылады. Электрмен қамтамасыз етудің аз қуатты резервті күн жүйелері
маңызды жүктемелеріне - жарықтандыру, компьютер және байланыс
құралдары (телефон, радио, факс т.б.) жатады. Өте үлкен жүйелер торап сөніп
тұрған жағдайда тоңазытқыштыда энергиямен қамтамасыз етеді. Жауапты
жүктемені қоректендіру үшін қажетті қуаты қанша үлкен болса тораптың өшу
периоды сонша үлкен болады, соған сәйкес фотоэлектрлік жүйелерге үлкен
қуат керек.
Ақылды адам жүйе қондырғысының біраз бөлігін істегенімен электрлік
байланыстарды білікті маман істеген жөн.
24
1. Күндік панельдер
2. Инвертор
3. Батарея
4. Торап
5. Жүктеме
1.11 Сурет - Резервті фотоэлектрлік жүйелердің конфигурациясы
Жүйе фотоэлектрлік модульден, контроллерден, аккумуляторлы
батареядан, кабельдерден, инвертордан, жүктемеден және құрылымнан
тұрады. [5].
1.12 Сурет - Үйдің шатырындағы фотоэлектрлік модульдер
25
1.13 Сурет - Үйдегі фотоэлектрлік жүйе
1.11 Күн батареясын орнататын үйдің жобасы
Сіздерге күн батареясының және жыллық сорғының көмегімен үйді
өмірмен қамтамасыз ететін жобаны назарларыңызға ұсынамыз.
1.14 Сурет - Құрылғылардың қөрінісі
Үйді жобалауда күн батареясын және жылулық сорғылардыдың
функциясын және қондырғыларын орнататын жеке бөлмелерді қараған жөн.
Үйдің өзін салып жатқанда күннің сәулесі шатырда орналасқан модульге
түсетіндей етіп салған жөн.
Ғимарат
күн энергиясын жұтатын фотоэлектрлік модульдерді
орналастыратын шатыр төбесінің құламасы оң жаққа бағытталатындай етіп
салған жөн. Оның үстіне үйдің шатырының өлшемі энергиясының қоры
үйдегі қызмет етуге жететіндей бірнеше фотоэлектрлік модульдер сыятындай
етіп жасалуы керек. Шатырдың ауытқу бұрышы белгілі бір бұрышқа ие болуы
тиіс.
26
1.15 Сурет - Жобадағы үйдің көрінісі
Осының бәрін жобаны құруда ескерілуі қажет, оның үстіне жергілікті
орынның және оның климатының ерекшелігіне назар аударған жөн. Жобаны
құру кезінде тапсырыс беруші-иелерінің алдағы уақытта, яғни болашақта
үйінің электр энергиясын тұтынудағы тілегі ескеріледі. Үйдің өзін жылу
сақтайтын материалдарды, жаңа технологияны қолдана отырып, үйдегі
жылуды қамтамасыз етудің барлық әдістерін қолданған дұрыс.
1.12 Үйдің инженерлік жүйелері
Үйдің жобасы бойынша рахат өмір сүруге көмектесетін қондырғылар
орналасуы қажет: асханалық техника, кір және ыдыс жуатын машина,
тоңазытқыш, теледидар. Осы барлық қондырғылардың және үйдің толық
жарықтандырылуының жұмыс істеу қабілеттігін күн батареясы қамтамасыз
етуі қажет. Үйдің жылуын жылулық орғы қамтамасыз ету ітиіс. Соның ішінде
бірінші қабаттың жылуы едендегі жылулық су сорғысының есебінен
қамтамасыз етілсе, ал екінші қабаттыкы су инверторларымен қамтамасыз
етілуі қажет. Жоба бойынша жылулық сорғы 2кВт-қа дейінгі қуатты
тұтынады және магистралды торапқа қосылады. Жобаны өңдеудің
нәтижесінде үй автономды қорек алады.
27
1.16 Сурет - Үйдің инженерлік жүйесі
1.13 Тораптың автоматтық өшірілуі
Осындай үйге апаттық қызмет көрсету үшін электр тораптарын өшірген
жағдайда үздіксіз қоректендіру жүйесі қарастырылған. Мұндай жүйе электр
торапта қорек болған жағдайда электр тораптың кернеуін жүктемеге жібереді,
осы уақытта зарядты қондырғыларды және аккумулятор блоктарын бір
уақытта зарядтайды. Электр торабынан қорек өшкен жағдайда ҮҚЖ
аккумулятор жұмысан қосылады және тұрақты кернеуді айнымалы кернеуге
түрлендіреді және электр приборлардың үздіксіз жұмысын қамтамасыз етеді.
1.7 Сурет - Электр торабы
28
Осылайша үздіксіз қоректендіру жүйесі резервті және апатты электрмен
жабыдқтау режимін ғана емес автономды режимді де қамтамасыз етеді. ҮҚЖ
кез келген генераторлардан әлдеқайда жақсырақ, осындай жүйе тек
магистральды электр тораптарында ғана емес контроллердің көмегімен
қосылатын альтернативті электр энергиясы көздерінде де жұмыс жасайды.
Қазіргі уақытта үйдің энергиямен қамтамасыз ету жүйесі өте ыңғайлы.
1.14 Күн батареяларынан алынатын электр энергиясы
Үйдің қабырғаларын салу кезінде күн батаерясының жұмысы үшін
шатырда орналасқан фотоэлектрлік модульдерді қызмет көрсету жүйелерімен
байланыстыратын күтік кабельдерді орнатқан жөн (оған аккумуляторлы
батарея, батарея зарядкасының контроллері, инвертор немесе кернеу
түрлендіргіші кіреді). Бұның барлығын үйдің құрылысы жүріп жатқан кезде
жасаған ыңғайлы. Жүктеменің электр энериясын тұтынуға тәуелділігіне
байланысты фотоэлектрлік модульдердің саны есептеледі. Негізінде электр
энергиясының орташа тәуліктік тұтынуы кВтсағ өлшемімен алынады.
1.8 Сурет - Фотоэлектр модульінің жұмыс істеу принципы
Фотоэлектрлік модульдердің санын анықтау үшін білу қажет: объектінің
энерготұтынуы, модульдің қуаты, нақты жер үшін инсоляция коэффициенті.
Инсоляция коэффициенті - бұл жер бетінің белгілі бір ауданына түскен күн
сәулесінен алынған энергия мөлшері. Ол берілген бір жыл уақыт ішіндегікүн
жұмысының эффективтігін анықтайды. Бұл коэффициент статистикалық
бақылаулардың ашық және тұманды күндерді есепке алына отырып
есептеледі. Мұндай берілгендерді ғаламтордан немесе күн инсоляциясының
картасын жарыққа шығаратын арнайы басылымдардан табуға болады.
29
1.9 Сурет - Фотоэлектрлік модуль
Егер үй жылдық тұруға арналған болса, онда фотоэлектрлік
модульдердің саны ауа райының қолайсыздығына байланысты анықталады,
яғни маусымды инсоляция коэффициенті аз болады. Яғни инсоляция
коэффициенті аз болған сайын модульдер көп жөнделеді. Модульдерді
шатырда арнайы алюминий бектіткіштердің көмегімен жөндейді, бұл
бекіткіштер әмбебап шатырдың қиғаштығын орнатуда және көлденең беттерге
орналастыруға сәйкес келеді. Жүйеге қызмет көрсететін қондырғыларды
(аккумуляторлар,контроллерлер, инверторлар) үйдің ішіне орналастырады.
1.15 Жердің жылуын қолдану
1.10 Сурет - Жердегі жылуды қолдану
1. Жердің жылуын ішкі контурға беретін жылу алмастырғыш.
2. Компрессор
3. Ішкі контурдағы жылуды жылытқыш жүйесіне беретін жылу
алмасқыш.
4. Дроссельдік қондырғы
5. Ерітінділік контур және жер зонды
6. Жылыту контуры
30
Жерден жылудың бір бөлігін алу үшін жылулық сорғы қажет. Жер
жұмыстарын жүргізу барысында 3 метрлік тереңдікте фундаменттің астына
контурды түзетін және және үйде орналастырылған қондырғыға қосылатын
құбырлар салынады. Жылулық сорғы автономды режимде жұмыс жасайды, аз
орын алады, тоңазытқыш секілді жұмыс жасайды. Жылулық сорғы
қайнатқышпен, компрессормен, конденсатормен, дроссельдік қондырғымен
жабдықталады. Теріс температурадада қайнай беретін фреон алынады, бұл бу
компрессорға тартылады және оның ішінде сығылады.
Сонымен бірге оның температурасы 100 градус Цельсийге дейін артады.
Содан соң ыстық және сығылған фреон конденсатордың жылу
алмастырғышына бағытталады, сонда сумен немесе ауамен салқындатылады.
Салқын беттерде
бу конденсацияланады, сұйыққа айналады. Жылу
алмастырғышта жылытылған су жылыту жүйесіне бағытталады. Берілген
жоба бойынша су жылытқыш еден арқылы жүріп өтіпбірінші қабаттағы ауаны
қыздырылады. Содан соң сұйық фреон дроссельдік вентильге барады, содан
соң қайнатқыш қайтып оралады. Цикл аяқаталады және әзірге компрессор
жұмыс істеп тұрғанша қайталана береді.
Түсіндірме
1. Күн модулі. Күннің энергиясы бұнда жартылай өткізгішті кремнийдің
көмегімен электрлік энергияға түрленеді. Сонымен бірге инвертордың
көмегімен айнымалы токка түрленетін тұрақты ток алынады, немесе осы
энергияны әртүрлі жүктемемен тұрақты токты тікелей қолданады.
2. Контреллер - барлық электрмен қамтамасыз ету жүйесімен
басқарылатын және бақыланатын басты элемент. Оның негізгі есебі - түнгі
уақытта кері токты немесе асқын жүктемені жібермей аккумуляторды
зарядтау. Контроллер барлық күн батареяларындағы электрмен қамтасыз ету
жүйесінің жұмысын қамтамасыз етеді, тоқ қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.
3. Аккумулятор - энергияны жинаушы. Үздіксіз қоректендіретін
жүйелерде аккумулятордың бірнеше типі бар.
4. Инвертор - бұл тұрақты ток кернеуін аккумуляторлар мен күн
батреясынан, отындық және басқа генераторлардың 220В, 50Гц кернеуіне
түрлендіретін түрлендіргіш. [6].
1.16 Үйдің аккумуляторы бар фотоэлектрлік жүйелерді жобалау
Аккумуляторы бар күн жүйесі олардың энергия тұтынуы генератордың
қуатынан аспайды деген шарты бойынша көптеген аспатарды қоректендіруге
болады. Сондықтан жүйенің қуатын дұрыс анықтау қажет. Бұл бағыттағы
алғашқы қадам - жүйенің техникалық суреттемесін яғни мамандандырылуын
құру. [7].
31
1.11 Сурет - Автономиялық жүйелі фотоэлектрлік үй
1.17 Күн батареясының қызмет ету мерзімі
Күн батареясы өрістік шарттарда қөптеген қондырғыларда сыналған.
Тәжірибе күн батареясының қызмет ету мерзімі 20 жылдан асады. Европада
және АҚШ - та 25 жыл шамасында жұмыс жасаған фотоэлектрлік
станцияларда модульдердің қуаты 10 % - ға төмендегенін көрсетті. Сонымен
монокристалды күн модульдерінің реалды қызмет ету мерзімі 30 және одан
көп жыл. Поликристалдық модульдер әдетте 20 және одан да көп жыл жұмыс
істейді. Аморфты кремнийден жасалған модульдер (жіңішке пленкалы
технологияның бірінші шығарылымы) 7 жылдан 20 жылға дейін (жіңішке
пленкалы технологияның екінші шығарылымы) жұмыс жасайды. Одан бөлек
жіңішке пленкалы модульдер әдетте 2 жыл пайдаланған соң қуатының 10 - 40
% - на дейін жоғалады. Сондықтан нарықтағы фотоэлектрлік модульдердің 90
% қазіргі уақытта кристалды кремнийлік модульдерден жасалады.
Жүйенің басқа да компоненттерінің қызмет ету мерзімі әр түрлі:
аккумуляторлы батарея 2 ден 15 жылға дейін,ал күштік электроника 5 - тен 20
жылға дейін жұмыс жасайды.
Көптеген өндірушілер өздерінің модульдеріне 10 - 25 жыл жұмыс
жасайды деген кепілдік береді. Сонымен бірге модульдердің қуаты 10 % - дан
жоғары төмендемейді деген кепілдік береді. Механикалық бұзылуларға әдетте
1 - ден 5 жылға дейін кепілдік беріледі.
Пайдалануда бай тәжірибеге ие модуль кристалды модульдер. Оларды
өткен ғасырдың 50 - ші жылдарында орната бастады,ал массалық қолдану
1970 жылдың аяғында басталды.
Сондықтан осындай модульдердің
ғұмырлығына қандай да бір қорытынды жасауға болады.
Кристалды модульдердің әдеттегі есептік мерзімі 30 жыл болады.
Өндірушілер модульдің реалды қызмет ету мерзімін бағалау үшін үдемелі
тесттер жасайды. Күн модульдерінде қолданылатын күн элементтері
шектеусіз жұмыс жасайды және 10 жыл пайдалануда деградацияның
32
жоқтығын көрсетеді. Алайда модульдерді өңдеуі уақыт өткен сайын
төмендейді.
Бұл екі
фактордың нәтижесі
-
модульді герметикалық
қолданылатын пленканың жайлы бұзылуы (әдетте этиленвинилацетатты
пленка - ethylene vinyl acetate;EVA) және модульдің артқы бетінің бұзылуы
(әдетте поливинилфосфатты пленка) және де EVA пленкасы қабатының
қаралануы.
Модульдің герметигі күн элементтерін және ішкі электрлік
байланыстарды ылғалдан қорғайды. Элементтерді ылғалдан қорғау толық
мүмкін емес болғандықтан және модуль демалатындықтан оны байқау
қиын. Ішке түскен ылғал күндіз сыртқа шығады,температура артады.
Ультракүлгін сәулелердің әсерінен күн жарығы біртіндеп герметикалық
элементтерді бұзады,және олар эласттығы төмендеп,механикалық әсері
артады. Уақыт өте бұл модульдің ылғалдан қорғалуы төмендейтінін көрсетеді.
Модульдің ішіне түскен ылғал электрлік байланыстардың каррозияның пайда
болуына,каррозия орнының кедергісінің артуына,түйіспелерінің қызуына
және бұзылуына немесе модульдің шығыс кернеуінің азаюына әкеп соғады.
Модульдің өнімділігін азайтатын екінші фактор - бұл шыны мен
элементтер арасындаы элементтердің мөлдірлігінің азаюы. Бұл азаю
байқалмайды,бірақ күн элементтеріне күн аз түсетіндіктен модуль қуатының
төмендеуіне алып келеді.
Максималды төмендеу әдетте өндірушілермен 25 жыл ішінде 20 % - ға
төмендейді. Әдетте көптеген модульдер әлі де өндірісте келтірілген
параметрлермен бірге жұмыс жасайды (яғни деградация жоқ). Сондықтан
модульдер 20 жылдан артық жұмыс жасамайды деп нық айтуға болады және
жоғары ықтималдықпен жоғары көрсеткіштермен қамтамасыз етеді. [8].
1.18 Күн батареяларының жұмыс істеуінің негізгі принциптері
p-n құрылымдардағы күн элементі
Күн батареясының элементі сыртқы тізбекке қосылатын жалғасу
контакттары бар, бір микрон шамасындағы қалыңдықтағы р-типтегі кремний
қабатымен қоршалған, n-типіндегі кремнийдің жалпақ тілімінен тұрады. Күн
энергиясы жарық болғанда сіңірілген фотондар түрліше салмақтағы
электоронды-тесікті жұптарды тудырады. Электорндар р-қабатында p-n-
ауысымына жақын жерде тудырылып, p-n-ауысымына және оның ішіндегі
электр өрісіне жақындап келеді де n-облысына шығарылады.
33
1.12 Сурет - Күндік фотоэлементтің схемалық құрылғысы, негізгі
қозғалысы ішкі фотоэффектте болады
Дәл осылай артық тесіктер де n-қабатында тудырылады да, жартылай
бөлшектеніп p-қабатына тасымалданады. (сур. а). Нәтижесінде n-қабатында
қосымша теріс заряды пайда болады, ал p-қабатында - оң заряд туындайды.
Жартылай өткізгіштің p- және n-қабаттары арасындағы потенциалдардың
бастапқы түйісу айырмасы төмендейді де, сыртқы тізбекте кернеу пайда
болады (сур. б). Ток көзінің теріс полюсіне n-қабат сәйкес келеді, ал p-
қабатына - оң.
1.13 Сурет - Ажыратылып жіберілген p-n-ауысымының зоналық моделі :
а) - жарықталудың бастапқы сәтінде; б) - зоналық моделінің тұрақты
жарықтандырылудың әсерінен өзгеруі және ЭДС фото суретінің пайда болуы
Электр тогының күн элементімен тудырылуы
1.14 Сурет - Электрлік токты күндік элементпен генерациялау (элемент
тілік ретінде көрсетілген)
а -- А және В фотондары электронды-тесіктік аа' және bb' жұптарын
құрды. Алдыңғы фотонмен құрылған c электроны мен с' тесігі, б күн
34
элементінің контактілеріне жылжиды. d, e, f және g электрондары сыртқы
тізбек бойынша жылжып ауысады да электр тогын тудырады; б -- А
фотонымен құрылған тесік , ол ауысым арқылы өтіп теріс контактісіне қарай
жылжиды. В фотонымен құрылған электрон сондай-ақ ауысым арқылы өтіп,
теріс контактіге жылжиды. Электрон с жартылай өткізгіштен өткізгішке өтеді.
Электрон g жартылай өткізгіштен өтеді де с' тесігімен бірге қиыстырыла
кетеді.
Күн элементінің ВАС-ы
Қалыптасқан Электро қозғалатын күш фото суретінің шамасы тұрақты
интенсивтілігінің сәулеленуімен ауысымды жарықтандырған кезде вольт -
амперлік сипаттамасының теңдеуімен есептелінеді (ВАС):
U=(kTq)ln((Iф-I)Is+1),
мұндағы Is - қанығу тогы, А;
(1.1)
Iф - фототок.
1.15 Сурет - Күндік элементтің волть-амперлік сипаттамасы
ВАС теңдеуі әділ және ерікті спектральды құрамның жарығымен
фотоэлементті жарықтандыру кезінде тек Iф фототогының мәні ғана өзгереді.
Максималды қуаттылық фотоэлемент а нүктесімен белгіленген режимде ғана
болған жағдайда таңдалынады.
Шоттки барьерлеріндегі күн элементтері
Спектралды жауап берудің және фототоктың (берілген толқынның
ұзындығынан бір құламалы фотонға келетін коллекторленетін фотондар саны)
екі негізгі компоненті әлсізденген қабаттағы және электробейтарапты базалық
облыстағы тасымалдағыштардың тудырылуымен байланысты. Әлсізденген
қабаттағы тасымалдағыштарды коллекторленуі p-n-ауысымындағыдай өтеді.
35
1.16 Сурет - Шоттки кедергісімен күндік элементтің энергетикалық
зонасының диаграммасын жарықтандыру
Әлсізденген қабаттағы күшті өріс одан жарықпен тудырылатын
тасымалдағыштарды олар қиыстырылғанға дейін шығарады, нәтижесінде
фототок мынаған тең болады:
,
(1.2)
мұндағы Т(l ) - ұзындығы 1 толқынды монохроматикалық сәуленің
металымен өткізудің коэффициенті. Базалық облыста тасымалдағыштардың
тудырылуынан
қалыптасатын
фототок былайша сипатталады
.
(1.3)
Толық фототок (1.2) және (1.3) формулалардың суммасына тең. Көріп
тұрғанымыздай фототоктың ұлғайтылуы үшін Т өткізудің коэффициенті мен
Ln диффузиялық ұзындығын жоғарылату керек. [9].
36
2 Арнайы бөлім
2.1 Энерготұтынуды есептеу
2.1 сурет - Үйдің фотоэлектрлік жобасы, үйдегі барлық құрылғылармен
Үйдің фотоэлектрлік жүйесін жобалау кезінде алдымен үйдегі барлық
электр аспаптардың тізімін құру қажет,олардың тұтынатын қуатын анықтап
тізімге енгізу керек.
Төмендегі кестеде кейбір аспаптардың тұтынатын орташа қуаты туралы
мәліметтер берілген.Алайда бұлардың барлығы тек жуық бағалар екенін
ескерген жөн.Инверторы бар (айнымалы тоқ аспаптары үшін) жүйенің
тұтынатын қуатын (Е) есептеу үшін түзетулер енгізу қажет (жалпы қуатты алу
үшін орташа тұтынылған қуатты С коэффициентіне көбейту).
2.1 кесте - Үйдегі аспаптардың тұтыну қуаты
Құрылғы
Қолданылат
C
Жалпы
қажет
ын күш, Вт
37
элетроэнергия, Вт
Флуоресцентт
ы лампалар
18
,5
1 27
Радио
магнитофон, 6В
28
,0
2 416
Радиоқабылда
ғыш магнитофон,
12В
812
,0
1 812
Үлкен емес
теледидар
18
,0
1 18
Басқа
электр аспаптарының жұмысы үшін
-
тоңазытқыш,үтік,желдеткіш,электр қыздырғыш т.б. үщін үлкен өлшемді және
қымбат жүйе қажет.
Мұндай жүйелер бірыңғай стандартқа
бағынбайтындықтан,тұтынушының нақты қажеттіліктеріне тәуелді
болғандықтан есепті маманнның жүргізгені жөн.
2.2 кесте - Басқа электр аспаптары үшін
Екіншіден бір күн ішінде сол және басқа да электр аспаптары қанша
уақыт қолданылатынын бағалау қажет. Мысалы қонақ бөлменің шамы
тәулігіне 10 сағат,ал қойманыкі 10 минут жанады. Бұл берілгендерді келесі
кестенің екінші бағанына жазыңдар. Сосын энергияның күнделікті тұтынуын
жазу үшін үшінші бағанды құрыңдар. Оны анықтау үшін аспаптың қуатын
оның жұмыс уақытына көбейту қажет,мысалы 27 Вт*4сағ=108Вт*сағ.
Алынған санды үшінші бағанға жазыңдар - бұл сіздің бір күн ішінде тұтынған
жалпы энергиясы.
Одан әрі берілген аймақта есептеуге болатын күн энергиясының
мөлшерін анықтау қажет. Екі факторды есепке алу маңызды:орташа жылдың
күн радиациясын,және оның қолайсыз ауа райындағы орташа айлық мәні
(жалпы мәліметтерді Күн радиациясы бөлімінен қараңыз).
Бірінші мәннің көмегімен фотоэлектрлік жүйені орташа жылдық күн
радиациясымен сәйкестендіре отырып реттесе,онда кейбір айларда талап
етілген энергиядан көп энергия кетеді,ал кейбірінде аз болады. Егер сіз екінші
санмен жетекші етіп отырған болсаңыз,сізде әрқашан сіздің қажеттілігіңізді
қанағаттандыратын және қолайсыз ауа райындағы төтенше жағдайдан бөлек
жеткілікті минимум энергия аласыз.
38 Құрылғы
Күш, Вт
Бір
күндегі
жұмыс
сағаты
Бір күндік энергия қолданыс,
Вт·сағ
Флуор. лампа
27
4
108
Флуор. лампа
27
1
27
Флуор. лампа
27
0,5
13,5
Радиоқабылдағы
ш 6В
4
10
40
Теледидар
15
2
30
Желдеткіш
12
3
36
Жалпы
254
2.2 сурет Күн батареясының күн радиациясымен сәйкестенуі
Енді фотоэлектрлік модульдің номиналды қуатын ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
8
9
10
Аңдатпа
Бұл дипломдық жобада күн батареясының моделі және батарея арқылы
энергияны алу зерттелінеді. Дәстүрлі электр энергия көзін альтернативті
энергия көзіне алмастыру электр энергиясының төлемінің шығынын және
қоршаған ортаға зиянды қоқыстардың шығуын азайтады.
Заманауи
технологияларды пайдаланып автоматтандыру процессін жүргізу тиімді әрі
ыңғайлы
екені көрсетіледі.
Күн батареяларын,
олардың
түрлерін,
қолданылатын
есептеулерге шолу жүргізілді. Күн батареялары арқылы
энергяны алудағы барлық қажетті құрылғыларды таңдау жүргізілген. Unity Pro
программалық жабдығы туралы шолу жүргізіліп, программалау интерфейсі
құрастырылған. Экономика және өміртіршілік бөліміндерінде қойылған
есептер шешілген.
Аннотация
В данном дипломном проекте рассматривается модель солнечной
батарей и получение энергии с помошью установки. Замена традиционных
источников электроэнергии на альтернативные, способствует уменьшению
затрат на оплату электроэнергии, а также уменьшает вредные выбросы в
окружающую среду. Показано что реализовать автоматические процессы
управления с помощью современных технологий удобно и выгодно. Приведен
обзор про солнечную батарею, видах и про используемые решения. Выбраны
все необходимые устройства в получении энергии с помощью солнечной
батарей. Приведен обзор опрограммной среде
Unity Pro и разработан
интерфейс программы. Решены задачи поставленные на экономическом
разделе и в разделе безопасности жизнидеятельности.
Мазмұны
11
Кіріспе
1 Бөлім. Негізгі бөлім
1.1 Күн энергиясы
1.2 Күн радиациясы
1.3 Жерге күн энергиясының қаншасы түседі
1.4 Күн энергетикасы
1.5 Күн энергетикасының даму тарихы
1.6 Фотоэлементтердің қолданылуы
1.7 Фотоэлектрлік модульдер
1.8 Күн панелі неден тұрады
1.9 Күн батареясының электрлік сипаттамалары: ВАС
1.10 Фотоэлектрлік жүйелер
1.11 Күн батареясын орнататын үйдің жобасы
1.12 Үйдің инженерлік жүйелері
1.13 Тораптың автоматтық өшірілуі
1.14 Күн батареяларынан алынатын электр энергиясы
1.15 Жердің жылуын қолдану
1.16 Үйдің аккумуляторы бар фотоэлектрлік жүйелерді жобалау
1.17 Күн батареясының қызмет ету мерзімі
1.18 Күн батареяларының жұмыс істеуінің негізгі принциптері
2 Бөлім. Арнайы бөлім
2.1 Энерготұтынуды есептеу
2.2 Delphi программалау ортасында күн энергиясын есептеу
2.3 Қажетті құрылғыларды таңдау
2.4 Программалауда қолданылған есеп
2.5 Unity Pro программалық ортасымен танысу
2.6 Программалау интерфейсі
3 Бөлім. Экономикалық бөлім
3.1 Бизнес - жоспар
3.2 Өнім
3.3 Маркетинг жоспары
3.4 Қаржылық жоспар
3.4.1 Күн батареяларын құру кезіндегі кеткен капиталдық шығындар
3.4.2 Автоматтандыру жүйесін эксплуатациялауға кеткен шығындар
3.4.3 Автоматтандыру жүйесін өндірудің экономикалық тиімділігін
есептеу
4 Бөлім. Өміртіршілік қауіпсіздік бөлімі
4.1 Найзағайдан қорғану шаралары және оны есептеу
4.2 Микроклимат
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
Кіріспе
12
7
8
8
8
9
10
11
13
14
15
16
16
20
21
22
23
24
25
26
27
31
31
33
41
43
43
55
62
62
62
62
62
62
65
67
70
70
80
82
83
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
қолднаылады.
Күн сәулесі сарқылмайтын(таусылмайтын) 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.
Бүгінде Қазақстанның іс жүзінде энергия тудырушы қуаттарының
қоржынын 20620 МВт жалпы белгіленген қуатындағы 69 электр
станциялары құрайды, бұл потенциалдың одан арғы өсірілуі ең бірінші
кезекте елімізде үлкен мөлшердегі қалпына келтірілетін энергия көздерінің
сегментін дамыту есебінен жоспарланады. Біздің мемлекетімізде қалпына
келтірілетін энергия көздерінің өте көп ресурстары бар: күн энергиясы - 2,5
млрд. кВтсағ, жел энергиясы - 1820 млрд. кВтсағ, кіші өзендер потенциалы -
7,56 млрд кВтсағ, геотермалды сулардың потенциалы - 4,3 ГВт. 6089
тұрғындары тұратын Қазақстанда электр жүйелеріне қосылмаған фермерлік
шаруашылықтары мен жайылмалы жерлерінде энергияның дәстүрлі емес
түрлерін пайдаланудың мәселесі өзекті болып отыр.
13
1 Негізгі бөлім
1.1 Күн энергиясы
Күн энергиясы біздің планетамыздағы өмірдің көзі. Күн атмосфера мен
Жер бетін жылытады. Күн энергиясының арқасында жел соғады, табиғаттағы
судың айналымы жүреді, теңіздер мұхиттар жылынады, өсімдіктер дамиды,
жануралар қорек табады. Дәл осы күн сәулесінің арқасында Жерде отынның
қазбалық түрі пайда болады. Күн энергиясы жылуға немесе суыққа,
қозғалмалы күшке және электр энергиясына түрленеді.
1.1 Сурет - Күн сәулесінің жерге берілуі
1.2 Күн радиациясы
Күн радиациясы - бұл негізінен толқынының ұзындығы 0,28...3,0 мкм
аралығында болатын электромагниттік сәулелену. Күн спектрі мыналардан
тұрады:
- біздің көзімізге көрінбейтін, күн спектрінің 2 %-ын құрайтын
толқынының ұзындығы 0,28...0,38 мкм ультра күлгін сәулелерден;
- спектрдің 49 % - ын құрайтын толқынының ұзындығы 0,38...0,78 мкм
аралығында болатын жарық толқындарынан;
- күн спектрінің қалған 49 % - ының біраз бөлігін құрайтын толқынының
ұзындығы 0,78...3,0 мкм аралығында болатын инфрақызыл толқындардан.
Спектрдің қалған бөліктері Жердің жылулық баллансында азғантай роль
ойнайды.
14
1.2 Сурет - Күн радиациясының түсуі
1.3 Жерге күн энергиясының қаншасы түседі
Күн үлкен мөлшерде энергия сәулелендіреді - шамамен секундына 1,1 .
1020 кВт сағ. Киловатт . сағат - бұл қуаты 100 ватт қыздыру шамының 10 сағат
ішінде жасайтын жұмысы үшін қажетті энергия мөлшері.
Жер
атмосферасының сыртқы қабаты Күн сәулесінің энергиясының миллионнан
бір бөлігін немесе жылына шамамен 1500 квадриллион (1,5 . 1018) кВт сағ
энергияны ұстап қалады. Алайда шағылудан, атмосфералық газдар мен
аэрозольдармен шашырауынан және жұтылуынан барлық энергияның 47 %
ғана немесе шамамен 700 квадриллион(7 . 1017) кВт .сағ эенргия Жер бетіне
жетеді.
1.3 Сурет - Күн энергиясының жерге түсу процессы
15
Жер атмосферасындағы күн сәулесі тура сәулелену және атмосферасын
ауа, шаң, су т.б. бөлшектеріне шашырайтын шашыратқыш болып бөлінеді.
Олардың қосындысы қосарланған күн сәулесін түзеді.
1.4 Сурет - Қосарланған күн сәулесі
Ауданның бірлігіне және уақыттың бірлігіне келіп түсетін энергия
мөлшері бірқатар факторларға тәуелді болады: жергілікті климаттың ендігі,
жылдың маусымы, күнге қатысты беттің бұрышының қиғаштығы. [1].
1.4 Күн энергетикасы
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.
Қазіргі уақытта күн энергетикасы энергияның басқа түрлері аз жетімді
және күн сәулесінің молшылығын экономикалық түрде сәйкестендірген
аймақтарда кеңінен қолднаылады.
Күн - бірнеше миллиард жыл аралығында Жер бетіндегі тірі
организмдерге туып өсуіне мүмкіндік беретін өмір көзі және қатал өлтіруші.
Күн жарығының технологиялық жуасуына расымен қарайтын адам өткен
ғасырда ойлана бастады.
1м2 аудан арқылы өтетін және Күн ортасынан бір астрономиялық бірлік
ара қашықтық тағы сәуле ағынына перпендикуляр орналасқан күн сәулесінің
ағыны 1367 Втм2 - қа тең болады(күн тұрақтысы). Жер атмосферасының
жұтылуына байланысты күн сәулесінің теңіз деңгейіндегі ағыны 1020 Втм2.
Алайда бірлік ауданнан өтетін күн сәулесінің ортатәуліктік мәні үш есе кіші
болатыны ескерген жөн (күн түннің ауысып тұруына және күннің көкжиекке
жасаған бұрышының өзгеруіне байланысты). Қыста біркелкі ендікте бұл мән
екі есе аз болады. Бірлік аудандағы осы энергияның мөлшері күн
энергетикасының мүмкіндігін анықтайды.
16
Күн энергиясын өңдеу перспективасы глобалды қараңғыланудан - Жер
бетіне жететін күн сәулесінің антропогенді азааюынан азайып бара жатыр.
1.5 Күн энергетикасының даму тарихы
1839 жылы Александр Эдмон Беккерель фотогальваникалық эффектіні
ашқан.
44 жыл өткен соң Чарльз Фриттс күн энергиясын қолдану арқылы
алғашқы модульді құрастырды, ал оған алтын жіңішке қабатымен жалатылған
селен негіз болды. Ғалым элементтердің осындай байланысы азғантай
дәрежедегі (шамамен 1 %) күн энергиясын электр энергиясына түрлендіруге
болатынын анықтады.
Дәл осы 1883 жылды күн энергетикасы дәуірінің туған жылы болып
есептеледі. Алайда бұлай ойлайтын барлық адам емес. Ғылыми жаңалықтарда
күн энергиясы заманының әкесі басқа басқа емес Альберт Эйнштейннің өзі
деген пікір бар.
1921 жылы Эйнштейн Нобель премиясына ие болды. Көптеген адамдар
ХХ ғасырдың осы ғалаымы осы жетістікті өзі жазған салыстырмалық
теориясы еңбегіне алған деп есептейді, бірақ ол олай емес. Шынында физик
бұл премияны сыртқы фотоэффект құбылысы заңын түсіндіргені үшін алды.
Жүз жыл ішінде ғалымдар ынталандырған жеке және мемлекеттік
инвестиция құрылымы көтеріліп тұмаса, онда қоғамға күн технологиясын
жірнеше жылға ұмытуға тура келер еді. [10].
Күн энергетикасын қолданудың артықшылықтары мен кемшіліктері
Артықшылықтары:
1) Жалпыға жеткіліктігі және көздің таусылмайтындығы (Күннің)
2) Қоршаған орта үшін теориялық толық қауіпсіздігі (алайды осы
уақытта фотоэлемент өндірісінде және олардың өзінде зиянды заттар
қолданылады) .
Кемшілігі:
Фундаментальды мәселелер:
1) Күн энергетикасы үшін күн тұрақтысының азғантай шамасының
қатынасына байланысты электростанциясының астындағы жердің үлкен
ауданын пайдалану талап етіледі (мысалы, қуаты 1 ГВт электр станциясы
үшін бұл бірнеше ондаған шаршы шақырым болады). Алайда бұл кемшілік
ондай маңызды емес (мысалы, гидроэнергетика жердік үлкен бөлігін
қолданудан шығарады). Оған қоса үлкен күн электр станцияларындағы
фотоэлектрлік элементтер
1,8-2,5 метр биіктікке орнатылады,
бұл
электрстанция орналасқан жерді ауылшаруашылық қажеттілігіне қолдануға
мүмкіндік береді, мысалы мал бағу.
Күн электр станциялары үшін үлкен аудандағы жер табу мәселесі күн
аэростатикалық электр станцияларын қолданатын жағдайда, теңіздің жер
астының және биікке базалауға жарамды болғанда шешіледі.
17
2) Жер бетіндегі күн энергиясының ағыны ендік пен климатқа тәуелді
болады. Әртүрлі жерлердегі күндердің орта есептегі мөлшері жыл ішінде өте
қатты ерекшеленуі мүмкін.
Техникалық мәселелер:
1) Күн электрстанциясы түнде жұмыс істемейді және кешкі және таңғы
қарбаласта жеткілікті әрі ыңғайлы жұмыс жасайды.Сонымен бірге электр
энергияны тұтынудың шыңы кешкі сағатқа сәйкес келеді.Мұнан бөлек электр
станциясының қуаты ауа райының ауысуынан тез және күтпеген жерден
тербелуі мүмкін.Осындай қателіктің алдын алу үшін эффективті электрлік
аккумуляторлар қолдану қажет (қазіргі уақытта бұл шешілмеген мәселе),не
болмаса үлкен аймақты алатын гидроаккумуляторлық станция тұрғызу
қажет,не болмаса әзірге экономикалық эффективтіліктен алыс тұрған сутектік
энергетика концепциясын қолдану қажет.
Уақытқа және ауа райы жағдайына күн электр станцияларының қуатына
тәуелділік мәселесі күн аэростатты электрстанция жағдайында шешуге
болады.
2) Күн фотоэлементтерінің қымбаттылығы.Технологияның дамуымен
бұл мәселенің шешіліп қалуы ықтимал.1990 - 2005 ж.ж фотоэлементтердің
құны орта есеппен 4 % - ға төмендеген.
3) Күн элементтерінің ПӘК - ң жеткіліксіздігі
4) Фотопанельдердің бетін шаңнан және басқа да кірлерден тазарту
қажет. Олардың ауданы бірнеше шаршы шақырым болғанда бұл қиындықтар
туғызуы мүмкін.
5) Фотоэлектрлік элементтердің эффективтілігі оларды қыздырғанда
төмендейді,сондықтан салқындату жүйесінің қондырғыларының қажеттілігі
туындайды.
6) 30 жылдан соң фотоэлектрлік элементтердің эффективтігі төмендей
бастайды.
Экологиялық мәселелер:
Алынған энергияның экологиялық тазалығына қарамастан,сол
фотоэлементтер улы
заттардан тұрады,мысалы,
қорғасын,кадмий,галий,мышьяк т.б.,ал олардың өндірісі басқа да қауіпті
заттарды тұтынады. Қазіргі заманғы фотоэлементтердің қызмет ету мерзімі
бар (30 - 50 жыл) және баршалық қолдану жақын арада олардың дамуына
күрделі сұрақ қояды,экологиялық тұрғыдан ыңғайлы емес.
Экологиялық мәселелерден және кремнийдің жетіспеушілігінен жіңішке
пленкалы фотоэлементтердің өндірісі активті түрде дамиды,олардың
құрамында шамамен 1% кремний болады. Оған қоса жіңішке пленкалы
фотоэлементтердің өндірістегі құны арзан,бірақ әзірге эффективтілігі төмен
(Мысалы,2005 жылы Shell компаниясы жіңішке пленкалы элементтердің
өндірісіне шоғырлану үшін өзінің кремнийлі фотоэлектрлік элемент өндірісі
бизнесін сатты). [2].
18
1.6 Фотоэлементтердің қолданылуы
Күн фотоэлементтері альтернативті қолданы тапқан қазынды отындар
үшін толығымен реалды техникалық және экономикалық пайдалы болып
табылады. Күн элементі күн сәулесін электр энергиясына ешқандай қозғалыс
механизмін қолданбай тікелей түрлендіреді. Осының арқасында
күн
генераторларының қызмет мерзімі қанағаттанарлықтай ұзарған.
Фотоэлектрлік жүйелер фотоэлементтер өндірісте қолданыла бастағаннан өзін
жақсы жағынан көрсетті. Мысалы фотоэлементтер 1960 жылдан бері жер
қасындағы орбитаның спутниктеріне негізіг қорек көзі болып қызмет етті.
Жекелеген аудандарда фотоэлементтер 1970 жылдан бастап автономды
энергоқондырғылар үшін қызмет етті. 1980 жылдан бастап сериялы тұтыну
тауарларын өндіретіндер фотоэлементтерді көптеген қондырғыларға орнатты:
сағатан және калькулятордан бастапп музыкалық аппараттарға дейін. 1990
жылдан бастап энергия қамтамасыз ететін кәсіпорындар фотоэлементтерді
қолданушыларды майда тұтынуын қамтамасыз етеді.
1.5 Сурет - Фотоэлементтерді әр түрлі қолданыста қолдану
Фотоэлектрлік қондырғылар суды айдайды, түнгі жарықтандыруды
қамтамасыз етеді, аккумуляторды зарядтайды, жалпы энергожүйеге электр
энергиясын береді т.б. Олар кез келген ауа райды жұмыс жасайды. Көшпелі
бұлтты ауа райында олар негізгі өнімділігінің 80 % на жетеді, тұманды ауа-
райы шамамен 50 %, тіпті толығымен бұлтты болғанда олар 30 % энергия
алады.
Біздің уақытта тек фотоэлектрлік панель ғана емес басқасында табуға
болады. Әртүрлі фирмалар фотоэлементтің жеңіл, эластикалық және берік
кровельді плиталық, тіпті фасадтық жұмыстар үшін қабырғалы-қалашық
түрлерін ұсынуда. Бұл жаңа түрлер фотоэлементті үнемді және құрылыс
материалдарының құрамына қосқанда тартымды етеді. Жекелеген аудандарда
фотоэлектрлік қондырғылар энергияның рентабельді, сенімді және ғұмырлы
19
көзі болып табылады. Кейбір аудандарда фотоэлементтер электр тораптарына
қосылған жүйенің қарсы қабілетін өсіреді. Алайда ең бастысы жекелеген және
электр тораптарына қосылған аудандарда фотоэлектрлік жүйелер таза энергия
өндіреді, ал оның алынуы әдеттегі электр станцияларына қарағанда қоршаған
ортаның бұзылуымен жүргізілмейді.
Күн фотоэлементтерінде жұмыс жасайтын сорғылық қондырғылар
эффективті және үнемді және кез келген су сорғысын қолдануға ыңғайлы.
АҚШ-тың энергетикалық компаниясы таратқыш электр желілеріне қызмет
ететін сорғыларға қарағанда күн батареясындағы су сорғысын қолданған
үнемді екенін анықтады. Кейбір коммунальды кәсіпорындар клиенттердің
тапсырысын орындау үшін фотоэлементтердегі сорғылық қондырғыларды
ұсынады.
Ауылдық аудандарда фотоэлектрлік жүйелер басқаша қолданылуы -
электрлік шарбақтарды жарықтандыру және зарядтау; суды айналымын
қамтамасыз ету, гидропондық қондырғылардағы және жылыжайдағы ауаның
желдетілуіне, жарықтандандыру. [3].
1.7 Фотоэлектрлік модульдер
Күн панельдері күн элементтерінен тұрады. Бір күн элемент электр
энергиясын жеткілікті деңгейде өндірмейді, көпшілік қолдану үшін күн
элементтері көп мөлшерде электр энергиясын өндіру үшін күн модульдеріне
жиналады.
Модульдер псевдошаршылық монокремнийлік немесе шаршылық
поликремнийлік фотоэлектрлік түрлендіргіш
антишағылдыратын
жамылғышпен жабылады.
1.6 Сурет - Күн панельдері
Күн панельдері (фотоэлектрлік немесе күн модульдері деп аталады)
көптеген типте және өлшемде шығарылады. Ең типтісі-бұл қуаты 40-260 Wp
20
(шыңдық ватт, яғни жарық күндегі максимал 40-260 Вт қуат) кремнийлік
фотоэлектрлік модульдер. Мұндай күндік модульдің өлшемі 0,4-2,5 м2 .
Кеңшілік типті өлшемі бір қатар күн модульдер сатылымда жүр. Күн
панельдері (PV panels) үлкен қуат алу үшін (мысалы, 2 модуль 50 Wp бірге
қуаты 100 Wp модульмен эквивалентті жалғанады) күн батареясы арқылы
өзара жалғанады.
Сатылымда жүрген модульдердің ПӘК-і 5-20 % аралығында болады.
Бұл деген сөз күн элементіне түсетін энергияның 5-20 % электр энергиясына
түрленеді. Барлық әлемдегі зерттеу лабораториялары күн элементтері үшін
жоғары ПӘК-ті (45%-ға дейін) жаңа материалдар өндіруде.
1.8 Күн панелі неден тұрады
1.7 Сурет - Күн панелінің құрамы
Кристалды кремнийден жасалған модульдер көпқабатты пирог болып
табылады. Жалпы жағдайда олар оң жақтағы көрсетілген суреттегідей
бірнеше қабаттан тұрады. Жыл бойы ашық ауада жұмыс жасайтын күн
элементтерінің толық герметиктігін қамтамасыз ету үшін герметикалық
материал қажет. Күн модулінің ішіне ауа немесе ылғал түскен жағдайда күн
элементтерінің қышқылдануы және түйіспелерінің бұзылуы жүреді, ал бұл өз
кезегінде модулді істен шығарады. Герметикалық пленка ретінде әдетте EVA
(этиленвинилацетатты) пленка қолданылады. Өкінішке орай бұл уақыт өте
өзінің мөлдірлігін жоғалтатындықтан фотоэлектрлік модульдердің ескіруіне
алып келетін фактордың бірі болып табылады. Қазіргі уақытта әлемде осы
EVA пленкасын ауыстыру жұмысы үшін басқада материалдар зерттелуде,
бірақ коммерциялық дайындалатын модулінде негізінен осы материал
қолданылады.
21
1.9 Күн батареясының электрлік сипаттамалары: вольт-амперлік
сипаттама
1.8 Сурет - Күн модулін сипаттайтын вольт-амперлік сипаттаманың
маңызды нүктелері
Өзінің вольт-амперлік сипаттамасына орналастырылған күн модулі ток
пен кернеудің кез келген комбинациясында жұмыс жасайды. Алайда
шындығында модуль берілген уақытта бір нүктеде жұмыс жасайды. Бұл нүкте
модульмен емес, берілген модуль қосылған тізбектің электрлік
сипаттамаларымен таңдалады.
Ток күші 0-ге тең болатын кернеу бос жүріс кернеуі (Uос) деп аталады.
Екінші жағынан кернеуі 0-ге тең ток қысқа тұйықталу тогы деп аталады. ВАС-
ң осы шеткері нүктелерінде модульдің қуаты 0-ге тең болады. Тәжірибе
жүзінде жүйе жеткілікті қуат өндірілетін ток пен кернеудің комбинициясында
жұмыс жасайды. Нүктелердің ең жақсы үйлесуі максимал қуатты нүкте деп
аталады (ТММ немесе МРР). Сәйкестендірілген кернеу және ток Up (номинал
кернеу) және Ip(номинал ток) деп белгіленеді. Дәл осы нүкте үшін күн
модулінің номинал қуаты және ПӘК-і анықталады.
Күн модулін аккумуляторлы батареясына тікелей жалғағанда модуль
дәл сол уақытта аккумуляторлы батарея жұмыс жасайтын кернеуге тең
кернеумен жұмыс істейді. АБ зарядының өлшемі бойынша кернеу өседі,
сондықтан модуль 10-14,5В аралығындағы кернеуімен жұмыс істеуі мүмкін
(осында және әрі қарай модуль үшін нминалды 12В кернеуге тең кернеу
қолданылады. Номианлды кернеуі 24В модульдер үшін кернеу шамасын екіге
көбейткен жөн). Сәйкесінше оның жұмыстық нүктесі
оптималдыдан
жеткілікті алыс болады. [4].
1.10 Фотоэлектрлік жүйелер
Фотоэлектрлік модульдер сенімді көз болуы үшін жүйеге қосымша
элементтер қажет: құрылымына сәйкес келетін және жүйе типіне тәуелді
кабельдер (торапқа жалғанған автономды немесе резервті), тағы да
22
электронды инвертор және аккумуляторлы батареясы бар заряд контроллері.
Мұндай жүйе толығымен күндік фотоэлектрлік жүйе немесе күн станциясы
деп атайды.
Күндік фотоэлектрлік жүйелердің үш негізгі типі бар:
1.
Автономды жүйелер, әдетте жеке үйлерді электрмен
қамтамасыз етуде қолданылады
2. Тораппен жалғанған жүйелер
3. Қордағы(резервті) жүйелер
Автономды фотоэлектрлік жүйелер
Автономды фотоэлектрлік жүйелер орталық электрмен қамтамасыз ету
тораптары жоқ жерлерде қолданылады. Тәуліктің қараңғы уақытында немесе
жарқыраған күні жоқ периодтарда аккумуляторлы батарея қажет. АФЖ
жекелеген үйлерді электрмен қамтамасыз ету үшін жиі қолданылады.
Кішкентай жүйелер базалық жүктемені қоректендіреді (жарықтандыру және
кейді телевизор немесе радио). Үлкен қуатты жүйелер судың сорғысын,
радиостанция, тоңазытқыш, электр құралдары т.б. қоректенжіреді. Жүйе күн
панелінен, контроллерден, аккумуляторлы батарея, электрлік жүктемелер
және құрылымның кабельдері.
1. Күндік панель
2. Контроллер
3. АБ
4. Жүктеме
1.9 Сурет - Автономды фотоэлектрлік жүйенің конфигурациясы
Тораппен жалғанған күндік фотоэлектрлік жүйелері
Орталықтандырылған электрмен қамтамасыз етілуі бола тұра электр
энергиясын таза көзден алу тілегіңіз болса күн панельдері тораппен қосылуы
тиіс. Фотоэлектрлік модульдердің мөлшері жеткілікті түрде қосылғанда үйдегі
жүктеменің анықталған бөлігі күннің электр энергиясынан қоректене алады.
Тораппен жалғанатын фотоэлектрлік жүйелер әдете бір немесе бірнеше
модульдерден тұрады, инвертор, электрлік жүктемені және құрылымды
қосатын кабельдер.
Торапқа қосылған фотоэлектрлік жүйенің конфигурациясы
23
Фотоэлектрлік панельдерді тораппен жалғау үшін инвертор
қолданылады. Модульдің артқы жағына орнатылатын инверторы бар
модульдер АС-модульдер деп аталады. Күн панельдері негізінен
ғимараттардың шатырына ауытқу бұрышы мен алюминий рама арқылы
орнатылады. Ас-модульдері бар қарапайым жүйелер өте үлкен масштабта
шығарылады.
1. Күндік панельдер
2. Инвертор
3. Торап
4. Жүктеме
1.10 Сурет - Торапқа қосылған жүйе
Резервті(қор) жүйелер
Орталықтанған электрмен қамтамасыз етуі бар тораптармен жалғануы
бар жерлерде резервті күн жүйелері қолданылады, бірақ торап сенімді емес.
Резервті жүйелер торапта кернеу жоқ кезде электрмен қамтамасыз ету үшін
қолданылады. Электрмен қамтамасыз етудің аз қуатты резервті күн жүйелері
маңызды жүктемелеріне - жарықтандыру, компьютер және байланыс
құралдары (телефон, радио, факс т.б.) жатады. Өте үлкен жүйелер торап сөніп
тұрған жағдайда тоңазытқыштыда энергиямен қамтамасыз етеді. Жауапты
жүктемені қоректендіру үшін қажетті қуаты қанша үлкен болса тораптың өшу
периоды сонша үлкен болады, соған сәйкес фотоэлектрлік жүйелерге үлкен
қуат керек.
Ақылды адам жүйе қондырғысының біраз бөлігін істегенімен электрлік
байланыстарды білікті маман істеген жөн.
24
1. Күндік панельдер
2. Инвертор
3. Батарея
4. Торап
5. Жүктеме
1.11 Сурет - Резервті фотоэлектрлік жүйелердің конфигурациясы
Жүйе фотоэлектрлік модульден, контроллерден, аккумуляторлы
батареядан, кабельдерден, инвертордан, жүктемеден және құрылымнан
тұрады. [5].
1.12 Сурет - Үйдің шатырындағы фотоэлектрлік модульдер
25
1.13 Сурет - Үйдегі фотоэлектрлік жүйе
1.11 Күн батареясын орнататын үйдің жобасы
Сіздерге күн батареясының және жыллық сорғының көмегімен үйді
өмірмен қамтамасыз ететін жобаны назарларыңызға ұсынамыз.
1.14 Сурет - Құрылғылардың қөрінісі
Үйді жобалауда күн батареясын және жылулық сорғылардыдың
функциясын және қондырғыларын орнататын жеке бөлмелерді қараған жөн.
Үйдің өзін салып жатқанда күннің сәулесі шатырда орналасқан модульге
түсетіндей етіп салған жөн.
Ғимарат
күн энергиясын жұтатын фотоэлектрлік модульдерді
орналастыратын шатыр төбесінің құламасы оң жаққа бағытталатындай етіп
салған жөн. Оның үстіне үйдің шатырының өлшемі энергиясының қоры
үйдегі қызмет етуге жететіндей бірнеше фотоэлектрлік модульдер сыятындай
етіп жасалуы керек. Шатырдың ауытқу бұрышы белгілі бір бұрышқа ие болуы
тиіс.
26
1.15 Сурет - Жобадағы үйдің көрінісі
Осының бәрін жобаны құруда ескерілуі қажет, оның үстіне жергілікті
орынның және оның климатының ерекшелігіне назар аударған жөн. Жобаны
құру кезінде тапсырыс беруші-иелерінің алдағы уақытта, яғни болашақта
үйінің электр энергиясын тұтынудағы тілегі ескеріледі. Үйдің өзін жылу
сақтайтын материалдарды, жаңа технологияны қолдана отырып, үйдегі
жылуды қамтамасыз етудің барлық әдістерін қолданған дұрыс.
1.12 Үйдің инженерлік жүйелері
Үйдің жобасы бойынша рахат өмір сүруге көмектесетін қондырғылар
орналасуы қажет: асханалық техника, кір және ыдыс жуатын машина,
тоңазытқыш, теледидар. Осы барлық қондырғылардың және үйдің толық
жарықтандырылуының жұмыс істеу қабілеттігін күн батареясы қамтамасыз
етуі қажет. Үйдің жылуын жылулық орғы қамтамасыз ету ітиіс. Соның ішінде
бірінші қабаттың жылуы едендегі жылулық су сорғысының есебінен
қамтамасыз етілсе, ал екінші қабаттыкы су инверторларымен қамтамасыз
етілуі қажет. Жоба бойынша жылулық сорғы 2кВт-қа дейінгі қуатты
тұтынады және магистралды торапқа қосылады. Жобаны өңдеудің
нәтижесінде үй автономды қорек алады.
27
1.16 Сурет - Үйдің инженерлік жүйесі
1.13 Тораптың автоматтық өшірілуі
Осындай үйге апаттық қызмет көрсету үшін электр тораптарын өшірген
жағдайда үздіксіз қоректендіру жүйесі қарастырылған. Мұндай жүйе электр
торапта қорек болған жағдайда электр тораптың кернеуін жүктемеге жібереді,
осы уақытта зарядты қондырғыларды және аккумулятор блоктарын бір
уақытта зарядтайды. Электр торабынан қорек өшкен жағдайда ҮҚЖ
аккумулятор жұмысан қосылады және тұрақты кернеуді айнымалы кернеуге
түрлендіреді және электр приборлардың үздіксіз жұмысын қамтамасыз етеді.
1.7 Сурет - Электр торабы
28
Осылайша үздіксіз қоректендіру жүйесі резервті және апатты электрмен
жабыдқтау режимін ғана емес автономды режимді де қамтамасыз етеді. ҮҚЖ
кез келген генераторлардан әлдеқайда жақсырақ, осындай жүйе тек
магистральды электр тораптарында ғана емес контроллердің көмегімен
қосылатын альтернативті электр энергиясы көздерінде де жұмыс жасайды.
Қазіргі уақытта үйдің энергиямен қамтамасыз ету жүйесі өте ыңғайлы.
1.14 Күн батареяларынан алынатын электр энергиясы
Үйдің қабырғаларын салу кезінде күн батаерясының жұмысы үшін
шатырда орналасқан фотоэлектрлік модульдерді қызмет көрсету жүйелерімен
байланыстыратын күтік кабельдерді орнатқан жөн (оған аккумуляторлы
батарея, батарея зарядкасының контроллері, инвертор немесе кернеу
түрлендіргіші кіреді). Бұның барлығын үйдің құрылысы жүріп жатқан кезде
жасаған ыңғайлы. Жүктеменің электр энериясын тұтынуға тәуелділігіне
байланысты фотоэлектрлік модульдердің саны есептеледі. Негізінде электр
энергиясының орташа тәуліктік тұтынуы кВтсағ өлшемімен алынады.
1.8 Сурет - Фотоэлектр модульінің жұмыс істеу принципы
Фотоэлектрлік модульдердің санын анықтау үшін білу қажет: объектінің
энерготұтынуы, модульдің қуаты, нақты жер үшін инсоляция коэффициенті.
Инсоляция коэффициенті - бұл жер бетінің белгілі бір ауданына түскен күн
сәулесінен алынған энергия мөлшері. Ол берілген бір жыл уақыт ішіндегікүн
жұмысының эффективтігін анықтайды. Бұл коэффициент статистикалық
бақылаулардың ашық және тұманды күндерді есепке алына отырып
есептеледі. Мұндай берілгендерді ғаламтордан немесе күн инсоляциясының
картасын жарыққа шығаратын арнайы басылымдардан табуға болады.
29
1.9 Сурет - Фотоэлектрлік модуль
Егер үй жылдық тұруға арналған болса, онда фотоэлектрлік
модульдердің саны ауа райының қолайсыздығына байланысты анықталады,
яғни маусымды инсоляция коэффициенті аз болады. Яғни инсоляция
коэффициенті аз болған сайын модульдер көп жөнделеді. Модульдерді
шатырда арнайы алюминий бектіткіштердің көмегімен жөндейді, бұл
бекіткіштер әмбебап шатырдың қиғаштығын орнатуда және көлденең беттерге
орналастыруға сәйкес келеді. Жүйеге қызмет көрсететін қондырғыларды
(аккумуляторлар,контроллерлер, инверторлар) үйдің ішіне орналастырады.
1.15 Жердің жылуын қолдану
1.10 Сурет - Жердегі жылуды қолдану
1. Жердің жылуын ішкі контурға беретін жылу алмастырғыш.
2. Компрессор
3. Ішкі контурдағы жылуды жылытқыш жүйесіне беретін жылу
алмасқыш.
4. Дроссельдік қондырғы
5. Ерітінділік контур және жер зонды
6. Жылыту контуры
30
Жерден жылудың бір бөлігін алу үшін жылулық сорғы қажет. Жер
жұмыстарын жүргізу барысында 3 метрлік тереңдікте фундаменттің астына
контурды түзетін және және үйде орналастырылған қондырғыға қосылатын
құбырлар салынады. Жылулық сорғы автономды режимде жұмыс жасайды, аз
орын алады, тоңазытқыш секілді жұмыс жасайды. Жылулық сорғы
қайнатқышпен, компрессормен, конденсатормен, дроссельдік қондырғымен
жабдықталады. Теріс температурадада қайнай беретін фреон алынады, бұл бу
компрессорға тартылады және оның ішінде сығылады.
Сонымен бірге оның температурасы 100 градус Цельсийге дейін артады.
Содан соң ыстық және сығылған фреон конденсатордың жылу
алмастырғышына бағытталады, сонда сумен немесе ауамен салқындатылады.
Салқын беттерде
бу конденсацияланады, сұйыққа айналады. Жылу
алмастырғышта жылытылған су жылыту жүйесіне бағытталады. Берілген
жоба бойынша су жылытқыш еден арқылы жүріп өтіпбірінші қабаттағы ауаны
қыздырылады. Содан соң сұйық фреон дроссельдік вентильге барады, содан
соң қайнатқыш қайтып оралады. Цикл аяқаталады және әзірге компрессор
жұмыс істеп тұрғанша қайталана береді.
Түсіндірме
1. Күн модулі. Күннің энергиясы бұнда жартылай өткізгішті кремнийдің
көмегімен электрлік энергияға түрленеді. Сонымен бірге инвертордың
көмегімен айнымалы токка түрленетін тұрақты ток алынады, немесе осы
энергияны әртүрлі жүктемемен тұрақты токты тікелей қолданады.
2. Контреллер - барлық электрмен қамтамасыз ету жүйесімен
басқарылатын және бақыланатын басты элемент. Оның негізгі есебі - түнгі
уақытта кері токты немесе асқын жүктемені жібермей аккумуляторды
зарядтау. Контроллер барлық күн батареяларындағы электрмен қамтасыз ету
жүйесінің жұмысын қамтамасыз етеді, тоқ қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.
3. Аккумулятор - энергияны жинаушы. Үздіксіз қоректендіретін
жүйелерде аккумулятордың бірнеше типі бар.
4. Инвертор - бұл тұрақты ток кернеуін аккумуляторлар мен күн
батреясынан, отындық және басқа генераторлардың 220В, 50Гц кернеуіне
түрлендіретін түрлендіргіш. [6].
1.16 Үйдің аккумуляторы бар фотоэлектрлік жүйелерді жобалау
Аккумуляторы бар күн жүйесі олардың энергия тұтынуы генератордың
қуатынан аспайды деген шарты бойынша көптеген аспатарды қоректендіруге
болады. Сондықтан жүйенің қуатын дұрыс анықтау қажет. Бұл бағыттағы
алғашқы қадам - жүйенің техникалық суреттемесін яғни мамандандырылуын
құру. [7].
31
1.11 Сурет - Автономиялық жүйелі фотоэлектрлік үй
1.17 Күн батареясының қызмет ету мерзімі
Күн батареясы өрістік шарттарда қөптеген қондырғыларда сыналған.
Тәжірибе күн батареясының қызмет ету мерзімі 20 жылдан асады. Европада
және АҚШ - та 25 жыл шамасында жұмыс жасаған фотоэлектрлік
станцияларда модульдердің қуаты 10 % - ға төмендегенін көрсетті. Сонымен
монокристалды күн модульдерінің реалды қызмет ету мерзімі 30 және одан
көп жыл. Поликристалдық модульдер әдетте 20 және одан да көп жыл жұмыс
істейді. Аморфты кремнийден жасалған модульдер (жіңішке пленкалы
технологияның бірінші шығарылымы) 7 жылдан 20 жылға дейін (жіңішке
пленкалы технологияның екінші шығарылымы) жұмыс жасайды. Одан бөлек
жіңішке пленкалы модульдер әдетте 2 жыл пайдаланған соң қуатының 10 - 40
% - на дейін жоғалады. Сондықтан нарықтағы фотоэлектрлік модульдердің 90
% қазіргі уақытта кристалды кремнийлік модульдерден жасалады.
Жүйенің басқа да компоненттерінің қызмет ету мерзімі әр түрлі:
аккумуляторлы батарея 2 ден 15 жылға дейін,ал күштік электроника 5 - тен 20
жылға дейін жұмыс жасайды.
Көптеген өндірушілер өздерінің модульдеріне 10 - 25 жыл жұмыс
жасайды деген кепілдік береді. Сонымен бірге модульдердің қуаты 10 % - дан
жоғары төмендемейді деген кепілдік береді. Механикалық бұзылуларға әдетте
1 - ден 5 жылға дейін кепілдік беріледі.
Пайдалануда бай тәжірибеге ие модуль кристалды модульдер. Оларды
өткен ғасырдың 50 - ші жылдарында орната бастады,ал массалық қолдану
1970 жылдың аяғында басталды.
Сондықтан осындай модульдердің
ғұмырлығына қандай да бір қорытынды жасауға болады.
Кристалды модульдердің әдеттегі есептік мерзімі 30 жыл болады.
Өндірушілер модульдің реалды қызмет ету мерзімін бағалау үшін үдемелі
тесттер жасайды. Күн модульдерінде қолданылатын күн элементтері
шектеусіз жұмыс жасайды және 10 жыл пайдалануда деградацияның
32
жоқтығын көрсетеді. Алайда модульдерді өңдеуі уақыт өткен сайын
төмендейді.
Бұл екі
фактордың нәтижесі
-
модульді герметикалық
қолданылатын пленканың жайлы бұзылуы (әдетте этиленвинилацетатты
пленка - ethylene vinyl acetate;EVA) және модульдің артқы бетінің бұзылуы
(әдетте поливинилфосфатты пленка) және де EVA пленкасы қабатының
қаралануы.
Модульдің герметигі күн элементтерін және ішкі электрлік
байланыстарды ылғалдан қорғайды. Элементтерді ылғалдан қорғау толық
мүмкін емес болғандықтан және модуль демалатындықтан оны байқау
қиын. Ішке түскен ылғал күндіз сыртқа шығады,температура артады.
Ультракүлгін сәулелердің әсерінен күн жарығы біртіндеп герметикалық
элементтерді бұзады,және олар эласттығы төмендеп,механикалық әсері
артады. Уақыт өте бұл модульдің ылғалдан қорғалуы төмендейтінін көрсетеді.
Модульдің ішіне түскен ылғал электрлік байланыстардың каррозияның пайда
болуына,каррозия орнының кедергісінің артуына,түйіспелерінің қызуына
және бұзылуына немесе модульдің шығыс кернеуінің азаюына әкеп соғады.
Модульдің өнімділігін азайтатын екінші фактор - бұл шыны мен
элементтер арасындаы элементтердің мөлдірлігінің азаюы. Бұл азаю
байқалмайды,бірақ күн элементтеріне күн аз түсетіндіктен модуль қуатының
төмендеуіне алып келеді.
Максималды төмендеу әдетте өндірушілермен 25 жыл ішінде 20 % - ға
төмендейді. Әдетте көптеген модульдер әлі де өндірісте келтірілген
параметрлермен бірге жұмыс жасайды (яғни деградация жоқ). Сондықтан
модульдер 20 жылдан артық жұмыс жасамайды деп нық айтуға болады және
жоғары ықтималдықпен жоғары көрсеткіштермен қамтамасыз етеді. [8].
1.18 Күн батареяларының жұмыс істеуінің негізгі принциптері
p-n құрылымдардағы күн элементі
Күн батареясының элементі сыртқы тізбекке қосылатын жалғасу
контакттары бар, бір микрон шамасындағы қалыңдықтағы р-типтегі кремний
қабатымен қоршалған, n-типіндегі кремнийдің жалпақ тілімінен тұрады. Күн
энергиясы жарық болғанда сіңірілген фотондар түрліше салмақтағы
электоронды-тесікті жұптарды тудырады. Электорндар р-қабатында p-n-
ауысымына жақын жерде тудырылып, p-n-ауысымына және оның ішіндегі
электр өрісіне жақындап келеді де n-облысына шығарылады.
33
1.12 Сурет - Күндік фотоэлементтің схемалық құрылғысы, негізгі
қозғалысы ішкі фотоэффектте болады
Дәл осылай артық тесіктер де n-қабатында тудырылады да, жартылай
бөлшектеніп p-қабатына тасымалданады. (сур. а). Нәтижесінде n-қабатында
қосымша теріс заряды пайда болады, ал p-қабатында - оң заряд туындайды.
Жартылай өткізгіштің p- және n-қабаттары арасындағы потенциалдардың
бастапқы түйісу айырмасы төмендейді де, сыртқы тізбекте кернеу пайда
болады (сур. б). Ток көзінің теріс полюсіне n-қабат сәйкес келеді, ал p-
қабатына - оң.
1.13 Сурет - Ажыратылып жіберілген p-n-ауысымының зоналық моделі :
а) - жарықталудың бастапқы сәтінде; б) - зоналық моделінің тұрақты
жарықтандырылудың әсерінен өзгеруі және ЭДС фото суретінің пайда болуы
Электр тогының күн элементімен тудырылуы
1.14 Сурет - Электрлік токты күндік элементпен генерациялау (элемент
тілік ретінде көрсетілген)
а -- А және В фотондары электронды-тесіктік аа' және bb' жұптарын
құрды. Алдыңғы фотонмен құрылған c электроны мен с' тесігі, б күн
34
элементінің контактілеріне жылжиды. d, e, f және g электрондары сыртқы
тізбек бойынша жылжып ауысады да электр тогын тудырады; б -- А
фотонымен құрылған тесік , ол ауысым арқылы өтіп теріс контактісіне қарай
жылжиды. В фотонымен құрылған электрон сондай-ақ ауысым арқылы өтіп,
теріс контактіге жылжиды. Электрон с жартылай өткізгіштен өткізгішке өтеді.
Электрон g жартылай өткізгіштен өтеді де с' тесігімен бірге қиыстырыла
кетеді.
Күн элементінің ВАС-ы
Қалыптасқан Электро қозғалатын күш фото суретінің шамасы тұрақты
интенсивтілігінің сәулеленуімен ауысымды жарықтандырған кезде вольт -
амперлік сипаттамасының теңдеуімен есептелінеді (ВАС):
U=(kTq)ln((Iф-I)Is+1),
мұндағы Is - қанығу тогы, А;
(1.1)
Iф - фототок.
1.15 Сурет - Күндік элементтің волть-амперлік сипаттамасы
ВАС теңдеуі әділ және ерікті спектральды құрамның жарығымен
фотоэлементті жарықтандыру кезінде тек Iф фототогының мәні ғана өзгереді.
Максималды қуаттылық фотоэлемент а нүктесімен белгіленген режимде ғана
болған жағдайда таңдалынады.
Шоттки барьерлеріндегі күн элементтері
Спектралды жауап берудің және фототоктың (берілген толқынның
ұзындығынан бір құламалы фотонға келетін коллекторленетін фотондар саны)
екі негізгі компоненті әлсізденген қабаттағы және электробейтарапты базалық
облыстағы тасымалдағыштардың тудырылуымен байланысты. Әлсізденген
қабаттағы тасымалдағыштарды коллекторленуі p-n-ауысымындағыдай өтеді.
35
1.16 Сурет - Шоттки кедергісімен күндік элементтің энергетикалық
зонасының диаграммасын жарықтандыру
Әлсізденген қабаттағы күшті өріс одан жарықпен тудырылатын
тасымалдағыштарды олар қиыстырылғанға дейін шығарады, нәтижесінде
фототок мынаған тең болады:
,
(1.2)
мұндағы Т(l ) - ұзындығы 1 толқынды монохроматикалық сәуленің
металымен өткізудің коэффициенті. Базалық облыста тасымалдағыштардың
тудырылуынан
қалыптасатын
фототок былайша сипатталады
.
(1.3)
Толық фототок (1.2) және (1.3) формулалардың суммасына тең. Көріп
тұрғанымыздай фототоктың ұлғайтылуы үшін Т өткізудің коэффициенті мен
Ln диффузиялық ұзындығын жоғарылату керек. [9].
36
2 Арнайы бөлім
2.1 Энерготұтынуды есептеу
2.1 сурет - Үйдің фотоэлектрлік жобасы, үйдегі барлық құрылғылармен
Үйдің фотоэлектрлік жүйесін жобалау кезінде алдымен үйдегі барлық
электр аспаптардың тізімін құру қажет,олардың тұтынатын қуатын анықтап
тізімге енгізу керек.
Төмендегі кестеде кейбір аспаптардың тұтынатын орташа қуаты туралы
мәліметтер берілген.Алайда бұлардың барлығы тек жуық бағалар екенін
ескерген жөн.Инверторы бар (айнымалы тоқ аспаптары үшін) жүйенің
тұтынатын қуатын (Е) есептеу үшін түзетулер енгізу қажет (жалпы қуатты алу
үшін орташа тұтынылған қуатты С коэффициентіне көбейту).
2.1 кесте - Үйдегі аспаптардың тұтыну қуаты
Құрылғы
Қолданылат
C
Жалпы
қажет
ын күш, Вт
37
элетроэнергия, Вт
Флуоресцентт
ы лампалар
18
,5
1 27
Радио
магнитофон, 6В
28
,0
2 416
Радиоқабылда
ғыш магнитофон,
12В
812
,0
1 812
Үлкен емес
теледидар
18
,0
1 18
Басқа
электр аспаптарының жұмысы үшін
-
тоңазытқыш,үтік,желдеткіш,электр қыздырғыш т.б. үщін үлкен өлшемді және
қымбат жүйе қажет.
Мұндай жүйелер бірыңғай стандартқа
бағынбайтындықтан,тұтынушының нақты қажеттіліктеріне тәуелді
болғандықтан есепті маманнның жүргізгені жөн.
2.2 кесте - Басқа электр аспаптары үшін
Екіншіден бір күн ішінде сол және басқа да электр аспаптары қанша
уақыт қолданылатынын бағалау қажет. Мысалы қонақ бөлменің шамы
тәулігіне 10 сағат,ал қойманыкі 10 минут жанады. Бұл берілгендерді келесі
кестенің екінші бағанына жазыңдар. Сосын энергияның күнделікті тұтынуын
жазу үшін үшінші бағанды құрыңдар. Оны анықтау үшін аспаптың қуатын
оның жұмыс уақытына көбейту қажет,мысалы 27 Вт*4сағ=108Вт*сағ.
Алынған санды үшінші бағанға жазыңдар - бұл сіздің бір күн ішінде тұтынған
жалпы энергиясы.
Одан әрі берілген аймақта есептеуге болатын күн энергиясының
мөлшерін анықтау қажет. Екі факторды есепке алу маңызды:орташа жылдың
күн радиациясын,және оның қолайсыз ауа райындағы орташа айлық мәні
(жалпы мәліметтерді Күн радиациясы бөлімінен қараңыз).
Бірінші мәннің көмегімен фотоэлектрлік жүйені орташа жылдық күн
радиациясымен сәйкестендіре отырып реттесе,онда кейбір айларда талап
етілген энергиядан көп энергия кетеді,ал кейбірінде аз болады. Егер сіз екінші
санмен жетекші етіп отырған болсаңыз,сізде әрқашан сіздің қажеттілігіңізді
қанағаттандыратын және қолайсыз ауа райындағы төтенше жағдайдан бөлек
жеткілікті минимум энергия аласыз.
38 Құрылғы
Күш, Вт
Бір
күндегі
жұмыс
сағаты
Бір күндік энергия қолданыс,
Вт·сағ
Флуор. лампа
27
4
108
Флуор. лампа
27
1
27
Флуор. лампа
27
0,5
13,5
Радиоқабылдағы
ш 6В
4
10
40
Теледидар
15
2
30
Желдеткіш
12
3
36
Жалпы
254
2.2 сурет Күн батареясының күн радиациясымен сәйкестенуі
Енді фотоэлектрлік модульдің номиналды қуатын ... 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