Кремнийден жасалған жартылай өткізгіш
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
1. КҮН ЭНЕРГИЯСЫ
1. 1 Күн радиациясы және оны қолдану ерекшеліктері
1. 2 Күн батареясының жұмыс жасау принципі
1. 3 Күн батареяларының қолдану аймағы
2. ЗАМАНАУИ МИКРОКОНТРОЛЛЕРГЕ ШОЛУ
2.1 Arduino микроконтроллері тобына қысқаша шолу
2.2 Arduino тақтасын кеңейту мүмкіндіктері
2.3 Arduino өңдеу ортасы және программалау негіздері
2.4 Arduino тақтасымен жұмыс жасайтын қажетті компоненттер
3. ARDUINO МИКРОКОНТРОЛЛЕРІН ПАЙДАЛАНЫП КҮН ТРЕКЕРІН ЖАСАУ
3.1 Күн трекерінің үш өлшемді моделін жобалау
3.2 Трекердің электрлік схемасы
3.3 Программалық коды
3.4 Трекерді тәжірибеден өткізу нәтижелері
4. ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ
4.1 Экономикалық есептің негіздемесі мен міндеттері
4.2 Күн трекерін құрастыру құнын есептеу
4.3 Пайдалану шығыстары
4.4 Жылдық үнемдеу
5. ЕҢБЕКТІ ҚОРҒАУ БӨЛІМІ
5.1 Күнді бақылауды қолдану шарттарының жалпы сипаттамасы
5.2 Қолдануы
ҚОРЫТЫНДЫ
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
Адамзаттың дамуы үшін энергия қажет, оған деген қажеттілік жыл сайын артып келеді. Сонымен бірге дәстүрлі табиғи отындардың (мұнай, көмір, газ және т.б.) қорлары азаюда. Сондай - ақ, ядролық отын қоры-уран мен торийдың да сарқылатын энергия көзіне жататыны жасырын емес. Аталған энергия көздерінің тағы бір кемшілігі - қошаған ортаны ластауы. Термоядролық отын - сутегі қоры іс жүзінде сарқылмайды, алайда басқарылатын термоядролық реакциялар әлі игерілмеген және энергияны таза күйінде өнеркәсіптік жолмен алу қашан пайдаланылатыны белгісіз, яғни аталған проблемаларға байланысты бөлу реакторларының осы процесіне қатысусыз дәстүрлі емес энергия ресурстарын, бірінші кезекте энергия үнемдейтін технологияларды енгізумен қатар, күн, жел, геотермальды энергияны пайдалану неғұрлым қажет болып отыр.
Жаңартылатын энергия көздерінің арасында ресурстар ауқымы, экологиялық тазалық және барлық жерде таралуы бойынша күн радиациясы неғұрлым перспективті.
Күн батареясы - ауызекі сөйлеуде немесе ғылыми баспасөзде қолданатын тұрмыстық термин. Әдетте "күн батареясы" терминімен бірнеше біріккен фотоэлектрлік түрлендіргіштер (фотоэлементтер) -- күн энергиясын тұрақты электр тогына тікелей түрлендіретін жартылай өткізгіш құрылғылар ретінде түсіндіріледі.
Күн сәулесін жылу және электр энергиясына түрлендіруге мүмкіндік беретін әртүрлі құрылғылар гелиоэнергетиканы зерттеу объектісі болып табылады (грек гелиосынан. Ήλιος, Helios -- күн). Фотоэлектрлік элементтер мен күн коллекторлары өндірісі әртүрлі бағыттарда жылдам қарқынмен дамып келеді. Күн батареялары әр түрлі өлшемде болады: микрокалькуляторлардан бастап, автомобиль мен ғимараттардың шатырларына дейін қойылып жатыр.
Күн энергиясын барынша тиімді өндіру жолдарын қарастыра отырып, күн трекерін қолдану қажет деген тұжырымға келіп отырмын. Себебі күн бір тәулік ішінде бір қалыпты тұрмайды.
Күн трекері(Solar tracker) - күн қалпын қадағалауға және күн батареяларынан (немесе трекерде орнатылған басқа да құрылғылардан) ең жоғары ПӘК алуға арналған құрылғы.
Мұндай құрылғыларды фотоэлектрлік жүйелерде пайдалану бөлігінде трекерлер күн жағдайын және күн панельдерінің мезгіл-мезгіл бұрылуын қадағалау үшін күн бойы электр энергиясын өндіруді барынша арттыру үшін қолданылады.
1. КҮН ЭНЕРГИЯСЫ
1. 1 Күн радиациясы және оны қолдану ерекшеліктері
Күн энергиясын электр энергиясына айналдыру үшін ең тиімді болып жартылай өткізгіш фотоэлектрлік түрлендіргіштер (ФЭТ) болып табылады, себебі бұл тура, бір сатылы энергия ауысуы. Өнеркәсіптік масштабтарда өндірілетін фотоэлементтердің пәк орташа 16%, ең жақсы үлгілерде 25% - ға дейін құрайды. Зертханалық жағдайларда ҚНК 40,7% - ға жетті.
Электр энергиясын ФЭТ-те түрлендіру фотоэлектрлік әсерге негізделген. Фотоэлектрлік эффект пайда болады күн элементінде кезінде жарықтандыру жарық " көрінетін және алады, жақын инфрақызыл облыстарында спектрін. 50мкм қалыңдығы жартылай өткізгіш кремнийден жасалған күн элементінде фотондар жұтылады және олардың энергиясы p-n қосылу арқылы электр энергиясына айналады.
Бүгін біздің пайдаланып отырған энергия көздері -- жер асты пайда қазба қорлары -- мұнай, көмір, табиғи газ барлық энергоқорлардың тоқсан пайызға жуығын құрайды. Есептеулер бойынша жер бетіндегі мұнай бірнеше он жылға дейін ғана жетеді. Қашан болса да, ол бітеді және әрі қарай не болады?
Бүгінгі таңда әлемнің ғалымдары энергияның жаңа көзін жыл өткен сайын іздестіріп келуде. Сарқылмайтын дүние жоқ. Уран да сарқылатын отынға жатады. Атом энергетикасының келешегіне қауіп төніп, көптеген елдер баламалы қуат көздері туралы ойлана бастады. Әрине, көгілдір отын және көмірмен жұмыс істейтін стансаларда өндірілетін қуат арзан, бірақ олардың қоры шектеулі. Сондықтан күн батареялары мен жел стансаларының қымбаттығына қарамастан, энергия өндіру бағытында жаңғыртылатын қуат көздерін құру бүгінгі және болашақ үшін өте маңызды. Менің ойымша, елімізде күн сәулесі болашақтың сарқылмас энергиясы бола алады. Мысалы күн энергиясын пайдалануға толық мүмкіндігіміз бар.
Энергия тұтыну адамзат тіршілігінің міндетті шарты болып табылады. Сондықтан адамдар ертеден күн энергиясын тиімді пайдалану жолдарын қарастырды.
Қазiргi заманғы қоғамда мемлекеттердiң индустриялық дамуының деңгейi олардың ресурстық мүмкiндiктерiмен және технологиялық қайта өңдеудiң төменгi деңгейлi өнiм өндiру мөлшерiмен ғана емес, технологиялық тұрғыдан ғылымды қажетсiнетiн, озық салалардың даму дәрежесiмен де анықталады.
90-жылдардың басынан бастап энергетикалық және экологиялық проблемалардың өсуiне байланысты экономикалық жағынан дамыған мемлекеттердiң үкiметтерi күн энергетикасын дамытуға елеулi қаржы сала бастады.
Жер шарында пайдалы қазбалардың түрі өте көп. Шындығында, қазіргі заманды электр энергиясынсыз мүлдем елестету мүмкін емес. Сол себепті де, электр энергияны алудың шығыны аз, экологиялық таза көздерін табу бүгінгі күннің негізгі мәселесіне айналып отыр. Әлем бойынша электр энергиясын ең көп өңдіретін елдерге АҚШ, Қытай жатады.
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. 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. 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.
Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғылардың бірі - Күн батареялары. Күн батареясы немесе фотоэлектрлік генератор - Күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына айналдыратын шала өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштен тұратын ток көзі.
Күн энергиясын қолданысқа енгізу оңай емес. Ол ғылыми-зерттеу мен осы бағытта ерен физикалық еңбекті талап етеді. Сондай-ақ ауқымды инвестиция да қажет. Өйткені күн энергиясын алатын тиімді қондырғылардың құны да қымбат. Күн электр станциясы - экологиялық тұрғыда таза, дыбыссыз, қауіпсіз әрі пайдалануға ыңғайлы, оның үстіне өз құнын 100 пайыз ақтайтын тиімді қондырғы. Жұмыс істеу мерзімі шамамен 30 жыл.
Жер шарында пайдалы қазбалардың түрі өте көп. Бірақ бұл - олар мүлдем сарқылмайды деген сөз емес. Әсіресе, бүгінде отынның таптырмайтын түрлері мұнай мен газдың қоры жыл санап кему үстінде. 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.
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 сәулесі энергиясының 30 % -ы Жердің жоғарғы атмосфералық қабатынан шағылысып, ғарыш кеңістігіне тарайды. Ал оның 70 % -ы жер асты жылуы мен теңіз тасқыны энергияларының қуатынан шамамен 3500 есе артық. Бұл өте көп энергия. Күннің жерге түсетін мол энергиясының бір бөлігі атмосфераға, мұхит пен құрлықтарға сіңеді. Температура төмендеген уақытта осы бөлігі жылу энергиясына айналады. Екінші бөлігі сулардың булануына және олардың айналып, қайта түсуіне шығындалады. Үшінші бөлігі теңіз және атмосфералық ағындарды туғызады. Ал төртінші - бір кішкене ғана бөлігін өсімдіктер бойына сіңіреді. Сөйтіп, жер бетінде ғажайып фотосинтез реакциясы жүреді.. [3]
Күн электр станциясы - экологиялық тұрғыда таза, дыбыссыз, қауіпсіз әрі пайдалануға ыңғайлы, оның үстіне өз құнын жүз пайыз ақтайтын тиімді қондырғы. Жұмыс істеу мерзімі шамамен отыз жыл. Осы отыз жыл ішінде жасалуына небәрі бір кг күн кремнийі жұмсалған элемент Жылу электр стансасында мұнайдың жүз тоннасынан немесе Атом электр стансасында бір кг байытылған ураннан өндірілетін соншалықты электр қуатын бере алады.
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.
Күн үлкен энергия қорына ие,жылына жер бетіне түсетін күн энергиясы 7,5*1017 кВтсағ. Күн энергиясының маңызды артықшылықтарының бірі қоршаған ортаға қауіпсіздігі және арнайы жеткізу құралдарының қажет еместігі болып табылады. Сонымен қатар оның кемшіліктері де бар, күн энергиясын алудың тұрақсыздығы. Күн жүйелері түнде жұмыс істемейді, ал кешке және таңертең станция тиімділігі бірнеше есеге төмендейді.
Күн батареялары - күн энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыратын жартылай өткізгіш құрылғы. Қазіргі уақытта көбінесе фотоэлектрлік түрлендіргіш кеңінен қолданылады. Фотоэлектрлік түрлендіргіште энергияның бір түрден екінші түрге ауысуы біртекті емес жартылай өткізгіш құрылғыларда күн сәулесінің әсерінен пайда болатын фотовольттық әсерге негізделген. Түрлендірудің тиімділігі жартылай өткізгіш элементтің электрофизикалық сипаттамасына, түрлендіргіштің оптикалық қасиеттеріне байланысты. Күн батареясы, 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 және ол оның ауданына тәуелді емес; 1 см2 ауданға келетін қысқа түйықталу тогының шамасы 35 -- 40 мА. Күн батареясындағы ток шамасы оның жарықтану жағдайына байланысты, күн сәулелері Күн батареясы бетіне перпендикуляр түскенде ол ең үлкен мәніне (максимумына) жетеді. Қазіргі Күн батареясының ПӘК 8-10%, олай болса 1 м2 ауданға (ғарыш аппаратының Күннен қашықтығы 150 млн. болған кезде) келетін қуат ~130 Вт-қа тең. Температура жоғарылаған сайын (25oС-ден жоғары) ФЭТ-тегі кернеудің төмендеуіне байланысты Күн батареясының ПӘК кемиді. Күн батареясының жиынтық қуаты ондаған тіпті жүздеген кВт-қа жетеді. Күн батареясы ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау жүйесіндегі негізгі электр энергиясының көзі ретінде қолданылады. Күн батареясы сондай-ақ, тұрмыс пен техникада қолданылатын көптеген бұйымдарды (калькулятор, қол сағаты, т.б.) токпен қоректендіру көзі болып табылады.
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.
Қазіргі заманға сай өмір сүру үшін инновациялық жобаларды өзімізде ойлап табу қажет. 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 фотоэффектқұбылыстарына 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.
Күн батареяларында шикізат ретінде кремний қолданылады.Күн кремнийiнiң жоғары құны фотоэнергетиканың дамуын тежейтiн фактор болып табылатындықтан, әр түрлi елдердiң ғалымдары оның құнын төмендететiн кремнийдi алудың жаңа технологияларын әзiрлеуде. Алайда, күн кремнийiне сұраныс өте жылдам өседi және ұсыныстардан озық жүредi.
Энергияны фотоэлектрлі өзгерткіштердің жұмысы күн қуатын электр қуатына айналдыруға негізделген. Қазақстан үшін Халықаралық Энергетиктер Қауымдастығы ұсынған формула бойынша, алдын ала жасалған есептеулерге сәйкес шағын күн электр стансасын орнату нәтижесінде СО2 шығарындылары жылына 750 кг-ға азаятын болады. Қазiргi уақытта 2300 тонна ұсынған кезде сұраныс жылына 5-6 тоннаға жетедi, сондықтан күн кремнийiн емес, неғұрлым жоғары жартылай өткiзгiштiк сапасындағы кремнийдi пайдалану арқылы тапшылық жабылады.Осыған дейін күн батареялары Үстірт (Ақтау) және Ақжайық (Атырау) мемлекеттік табиғи қорықтарында орнатылған болатын. Аталмыш күн батареялары мемлекеттік инспекторлардың жұмыс тиімділігін арттыруға, жекелеген учаскелердің өзара байланысы үшін оларды тұрақты қысқа толқынды байланыспен (рациямен) қамтамасыз етуге, сонымен қатар қорықта мекен ететін түз тағысына әрі ұшып өтетін құстарға электр кернеуінен болатын әсерін төмендетуге мүмкіндік береді.
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.
Көмірсутекті өнімдердің өте көп өндірілуі климаттың өзгеруіне, жылыжайлы эффектінің қалыптасуына әкелетіні шындық. Аталған жайттар Жер шарының көптеген аймақтарында қазірдің өзінде-ақ байқалып отыр. Сондықтан да дүние жүзі ғалымдары бұл тығырықтан шығудың жолдарын ғылыми-тәжірибелік тұрғыдан қарастыруда. ҚР Ұлттық инженерлік академиясының академигі Надир Надиров пікіріне сүйенер болсақ: ... Күн энергетикасы көмегімен адамзатқа төніп тұрған аталған қауіптен құтылуға болады. Осымен байланысты ҚР-да дүние жүзіндегі озық тәжірибелерді пайдалана отырып мемлекет тарапынан электр энергиясын мұнай мен газға альтернативті энергетика ретінде Күн энергиясынан алуға баса назар аударылып отыр. Өткен ғасырда ғылыми техникалық прогресстің арқасында адамзат біраз табыстарға қол жетті. Табиғаттан алатынынымыз көп, беретініміз аз болды. Бүгінгі таңда әлемнің ғалымдары энергияның жаңа көзін жыл өткен сайын іздестіріп келуде. Сарқылмайтын дүние жоқ. Уран да сарқылатын отынға жатады. Атом энергетикасының келешегіне қауіп төніп, көптеген елдер баламалы қуат көздері туралы ойлана бастады. Әрине, көгілдір отын және көмірмен жұмыс істейтін стансаларда өндірілетін қуат арзан, бірақ олардың қоры шектеулі. Сондықтан күн батареялары мен жел стансаларының қымбаттығына қарамастан, энергия өндіру бағытында жаңғыртылатын қуат көздерін құру бүгінгі және болашақ үшін өте маңызды. Менің ойымша, елімізде күн сәулесі болашақтың сарқылмас энергиясы бола алады. Мысалы күн энергиясын пайдалануға толық мүмкіндігіміз бар.
Оңтүстік облыстарда бір жылдың ішінде 180-250 рет күн ашық болып, орташа температура 370С құрайды. Бұл дегеніңіз біз үшін, ең тұрақты, ең арзан, таусылмайтын энергия көзі күн сәулесінің энергиясы болмақ деген сөз. Күн сәулелерін шоғырландырып, оларды кремний батериясына бағыттау жарық сәулесін өзгертіп, электр энергиясына айналдырады.
Еліміздің энергетика саласындағы кешенді мәселелерді шешу тек пайдаланыстағы активтерді қалпына келтіріп, көмірсутегі шикізаттарына тәуелді жаңа энергетикалық қуаттарды ашып қана қоймай, еліміздің энергетикалық балансын баламалы қуат көздерімен толықтыруға да тікелей байланысты. Қазақстанның географиялық қоныстану аймағы жел, күн және су энергиясын молынан пайдалануға мүмкіндік береді. Сонымен бірге, қазақ даласында геотермальдық энергия көздері де жетерлік. Дүние жүзінде энергетикалық қуат көздерінің балама түрлерін пайдалануға деген бетбұрыс әлдеқашан басталған. Ғалымдардың болжамы бойынша, ХХІ ғасырдың ортасына таман жаһандық энергетикалық баланстағы баламалы қуат көздерінің үлесі 30 пайызға дейін жетпек.
Қалпына келетін энергия көздерін пайдаланудың экономикалық тиімділігі де бар. Атап айтсақ, оны электр қуатын өндіру және жеткізу үшін қолдану арқылы Қазақстанның энергияға тапшы өңірлерінде үнемділікке қол жеткізуге болады. Сонымен қатар қайта қалпына келетін энергетика елдің шалғай өңірлерін дамытудың маңызды факторына айналмақ
Мемлекеттік деңгейде шаралар қабылданып жатқанына қарамастан, Қазақстанда қайта қалпына келетін және баламалы энергетика кенже қалған. Өкінішке қарай, бірнеше құрылысты, атап айтқанда, жел энергетикасы кешендерін салуға талпыныс жасалғанымен республикамызда бүгінгі күнге дейін бұл салада бірде-бір ірі жоба іске қосылмаған екен. Мәселен, ҚР Қоршаған ортаны қорғау министрлігінің мәліметі бойынша, 2017 жылы баламалы энергия көздерінің үлесі 0,03%-ды құраған. Яғни, жалпы энергия көлемінің бір пайызына да жетпейді. Бұл дегеніміз, бұл саланы әлі де болса жетілдіре түсу қажет екенін көрсетсе керек. Салыстыру үшін айтсақ, тіпті, озық қалпына келетін энергия көздерін қолдану бойынша әлемдік аутсайдерлердің қатарына кіретін Ресейде де оның үлесі төмен, жалпы өндірілген энергияның бар-жоғы 1%-ын құрайды. Сонымен қатар оның базасында алынған жылу энергиясы 3%-ға жуықтайды
Қазақстан күн энергиясының мол ресурстарына ие. Қазақстанда күн энергиясын өңдеу ықтималдығы жылына 2,5 млрд кВтсағ-қа бағаланып отыр. Қазақстан территориясының 70%-ға жуығы ашық күндері басым аймаққа жатады. Мұнда күн сәулесінің түсу уақыты жылына 2800 бен 3000 сағат аралығында ауытқиды, бұл территорияға күн радиациясының жылдық көрсеткіші 19*1017 ккал-ды құрайды, яғни 270 млрд ж.ж.-на тең.
Дегенмен, бұл ресурстар қазіргі күнге дейін кең қолданысқа ие болмады. Қазақстанда шикізат қоруның мол болуымен және тиімділігіне байланысты елде кремний негізіндегі күн батареяларын шығару өте пайдалы болар еді.
2012 жылы президентіміз Нұрсұлтан Әбішұлы Назарбаев Казатомпром-ға еншілес фотоэлектрлік модулдер өндірумен айналысатын Astana Solar зауытын іске қосты. Бұл зауытта 100% қазақстандық кремний негізінде күн батареялары шығарылатын болады. Зауыт ең соңғы үлгідегі автоматтандырылған құралдармен жабдықталған.
Қазақстанда күн сәулесінің түсу уақыты 2800-3000 сағат, ал одан алуға боларлық энергия 1шаршы метрге шамамен 1300-1800кВт болғанына қарамастан, күн энергиясын қолдану әлі дами қоймаған. Қазақстан - орта Азиядағы күн сәулесін пайдалануда өте жоғары потенциалы бар мемлекет.
1.2 Күн батареясының жұмыс жасау принципі
Күн сәулесінің тегін сәулелерін тұрғын үйді және басқа да объектілерді электрмен жабдықтау үшін пайдалануға болатын энергияға тиімді түрлендіру-көптеген жасыл энергетиканың апологеттерінің арманы.
Бірақ күн батареяларының жұмыс істеу принципі және оның ПӘК-і мұндай жүйелердің жоғары тиімділігі туралы әзірге айтуға тура келмейді.
Күн батареялары тек электр тогын генерациялауға арналған. Ол, өз кезегінде, үйді түнде электр энергиясымен жабдықтау үшін жинақталады. Біртіндеп күн батареялары арзан және тиімді болады. Қазір олар көше шамдарында, смартфондарда, электр автомобильдерінде, жеке үйлерде және ғарышта спутниктерінде аккумуляторларды зарядтау үшін қолданылады. Олардың ішінде, тіпті үлкен көлемдегі генерациясы бар толыққанды күн электр станцияларын (СЭС) құра бастады.
Әрбір күн батареясы тізбектелген жартылай өткізгіш фотоэлементтерді біріктіретін модульдердің эндық санынан блок ретінде құрылған. Мұндай батареяның жұмыс істеу принциптерін түсіну үшін жартылай өткізгіштердің базасында құрылған гелиопанель құрылғысында осы соңғы буынның жұмысын түсіну қажет.
Әртүрлі химиялық элементтерден ФЭТ нұсқалары көп. Алайда, олардың басым бөлігі - бұл бастапқы кезеңдердегі әзірлемелер. Өнеркәсіптік ауқымда қазір кремний негізіндегі фотоэлементтер панельдері ғана шығарылады.
Гелиопанелдегі кәдімгі фотоэлемент-бұл кремнийдің екі қабатынан жасалған жұқа пластина, олардың әрқайсысының физикалық қасиеттері бар. Бұл классикалық жартылай өткізгіш p-n-электронды тесік жұптарымен ауысу.
Бұл жағдайда фэт-ке фотондар түскен кезде жартылай өткізгіштің осы қабаттарының арасында кристалдың біртектілігіне байланысты вентильді фото-ЭДС түзіледі, нәтижесінде потенциалдар мен электрондардың токтарының айырмасы пайда болады.
Фотоэлементтердің кремний пластиналары дайындау технологиясы бойынша ерекшеленеді:
1. Монокристалды.
2. Поликристалды.
Біріншісі жоғары ПӘК бар, бірақ олардың өндірісінің өзіндік құны екіншіге қарағанда жоғары. Сыртқы бір опцияны күн панеліндегі екіншісінен пішін бойынша ажыратуға болады.
Монокристалды ФЭТ біртекті құрылым, олар бұрыштары кесілген квадрат түрінде орындалады. Оларға қарағанда поликристалды элементтер қатаң шаршы пішінді болады.
Поликристаллдар балқытылған кремнийді біртіндеп салқындату нәтижесінде алынады. Бұл әдіс өте қарапайым, сондықтан мұндай фотоэлементтер арзан.
Бірақ күн сәулесінен электр энергиясын өндіру жоспарындағы өнімділік 15% - дан сирек асады. Бұл алынатын кремний пластиналарының "тазалығына" және олардың ішкі құрылымына байланысты. Бұл жерде кремнийдің p-қабаты неғұрлым жоғары болса, ФЭТ-тен пәк жоғары болады.
Монокристалдардың тазалығы бұл тұрғыдан поликристалды аналогтарға қарағанда әлдеқайда жоғары. Олар балқытылған емес, жасанды өсірілген кремний кристалынан жасалады. Мұндай ФЭТ-те фотоэлектрлік түрлендірудің коэффициенті 20-22% - ға жетеді.
1.1 - Сурет. Кремнийден жасалған жартылай өткізгіш
Кремний жартылай өткізгіштер арзан болғандықтан күн батареяларын дайындау кезінде пайдаланылады, олар аса жоғары ПӘК мақтана алмайды
Күнге қараған фотоэлементтің пластинкаларының жоғарғы қабаты сол кремнийден жасалады, бірақ фосфор қосылған. Соңғы p-n-көшу жүйесінде артық электрондардың көзі болады.
Күн сәулесінің фотоэлементке құлауы кезінде онда біркелкі емес электронды-тесік жұптар жасалады. Артық электрондар мен "тесіктер" ішінара p-n арқылы-жартылай өткізгіштің бір қабатынан екіншісіне өту арқылы тасымалданады. Нәтижесінде сыртқы тізбекте кернеу пайда болады. Бұл ретте p-қабаттың түйіспесінде ток көзінің оң полюсі қалыптасады, ал n-қабатта - теріс.
1.2 - Сурет. Электрондардың айналымы
Фотоэлементтің контактілері арасындағы потенциалдардың айырмасы (кернеу) "тесік" санының және күн сәулесінің N-қабатының сәулеленуі нәтижесінде p-n-өтудің әртүрлі жағынан электрондардың өзгеруінен пайда болады
Батарея түрінде сыртқы жүктемеге қосылған фотоэлементтер онымен тұйық шеңбер жасайды. Нәтижесінде күн панелі өзіндік доңғалақ ретінде жұмыс істейді. Ал аккумулятор батареясы біртіндеп қуат алады.
Стандартты кремний фотоэлектрлік түрлендіргіштер бір өтпелі элементтер болып табылады. Олардағы электрондардың ағындары тек бір p-n арқылы өтеді-осы өту аймағымен фотондардың энергетикасы бойынша шектелген ауысу.
Яғни, әрбір осындай фотоэлемент электр энергиясын күн сәулесінің тар спектрінен ғана шығаруға қабілетті. Барлық қалған энергия бос кетеді. Сондықтан ФЭТ тиімділігі де төмен.
Күн батареяларының ПӘК-ін арттыру үшін олар үшін кремний жартылай өткізгіш элементтерді соңғы уақытта көп өтпелі (каскадты) жасай бастады. Жаңа ФЭТ-те өткелдер бірнешеу. Олардың әрқайсысы осы каскадта күн сәулесінің спектріне есептелген.
Мұндай фотоэлементтерде фотондарды электротокқа түрлендірудің жиынтық тиімділігі өсіп келеді. Бірақ олардың бағасы да айтарлықтай жоғары. Мұнда не жоғары емес өзіндік құны және төмен пәк дайындау қарапайымдылығы немесе жоғары құны бар жоғары пәк алу.
Жұмыс кезінде фотоэлемент және барлық батарея біртіндеп қызады. Электр тоғы генерациясына бармаған энергия жылуға айналады. Жиі гелиопанель бетіндегі температура 50-55 дейін көтеріледі. Бірақ ол жоғары болса, фотогальваникалық элемент тиімсіз жұмыс істейді.
Нәтижесінде, күн батареясының бір моделі суық емес, аз ток жасайды. Максимум ПӘК фотоэлементтер анық қысқы күні көрсетеді. Екі фактор әсер етеді - көптеген күн және табиғи салқындату.
Бұл ретте, егер панельге қар түссе, онда ол электр энергиясын өндіруді әлі де жалғастырады. Бұдан басқа, қар тіпті қызған фотоэлементтердің жылуынан еріп кетеді.
Бір фотоэлемент тіпті ашық ауа райы кезінде жарықдиодты шамның жұмыс істеуі үшін жеткілікті аз ғана электр энергиясын береді.
Шығыс қуатын арттыру үшін бірнеше ФЭТ тұрақты кернеуді арттыру үшін параллельді схема бойынша және ток күшін арттыру үшін тізбекті бойынша біріктіріледі.
Күн панельдерінің тиімділігі:
* ауа температурасына және батареяның өзіне;
* жүктеме кедергісін таңдаудың дұрыстығына;
* күн сәулесінің құлау бұрышына;
* пликацияға қарсы жабынның болуынаболмауына;
* жарық ағынының қуатына байланысты.
Көшедегі температура төмен болса, фотоэлементтер мен гелиобатарея да тиімді жұмыс істейді. Мұнда бәрі оңай. Ал жүктемені есептеумен жағдай қиын. Оны ток панелімен берілетін байланысты таңдау керек. Бірақ оның шамасы ауа райы факторларына байланысты өзгереді.
Күн батареясының параметрлерін үнемі қадағалау және оның жұмысын қолмен түзету қиын. Ол үшін басқару контроллерін пайдалану керек, ол автоматты режимде гелиопанельдің баптауларын өзі реттеп, одан максималды өнімділігі мен оңтайлы жұмыс режимдеріне қол жеткізуге көмектеседі.
Гелиобатареядағы күн сәулесінің түсуінің тамаша бұрышы - түзу. Алайда, 30 градус шегінде перпендикулярдан ауытқыған кезде панельдің тиімділігі 5% ауданда ғана түседі. Бірақ бұл бұрыштың одан әрі ұлғайуы кезінде күн сәулесінің фотоэлементке түсуі азаяды, осылайша ФЭП пәк азаяды.
Егер батареядан жазда барынша энергияны беру талап етілсе, онда оны көктем мен күз бойынша күн мен түн теңескен күндері алатын күннің орташа жағдайына перпендикуляр етіп бағыттау керек.
Егер қыста максимум қажет болса, онда панельді тігінен қою керек. Тағы бір сәт - шаң мен кір фотоэлементтердің өнімділігін төмендетеді. Фотондар осындай " лас " кедергілерден кейін ғана оларға жете алмайды, демек электр энергиясына түрлендіруге ештеңе жоқ. Панельдерді үнемі жуу немесе шаңды өздігінен жуатындай етіп қою қажет. Кейбір күн батареялары фэт сәулеленуді шоғырландыру үшін кіріктірілген линзалар бар. Ауа райы ашық болғанда, бұл пәк жоғарылауына әкеледі. Алайда қатты бұлт кезінде бұл линзалар тек зиян келтіреді. Егер мұндай жағдайда қарапайым панель қысқа көлемде болса, онда линзалық модель жұмыс істеуді толығымен тоқтатады.
2. Заманауи микроконтроллерлерге шолу
2.1 Микроконтроллер. Arduino микроконтроллерлер тобына қысқаша шолу
"Микроконтроллер-бұл жалпы корпуста орналасқан процессор, қосалқы схемалар және деректерді енгізу құрылғылары бар дербес компьютерлік жүйе".
Алғаш микроконтроллерлердің пайда болуы микропроцессорлық технологияның жаңа дәуіріне қадам басты. Көптеген системалық құрылғылардың бір ғана корпуста орнығуы микрокотроллерлерді қарапайым компьютерге ұқсас етті. Мәселен кейбір оқулықтарда микроконтроллерлер біркристаллды микроЭВМ деп аталды. Соған орай алғаш компьютерлер шыға бастағаннан-ақ микроконтроллерлер бірдей дәрежеде қолданыла бастады. Бірақ микрокотроллерлерде жұмыс жасау үшін кейбір факторларды білу қажет. Мысалы, кез-келген микроконтроллерлерде белгілі бір құрылғы жинау үшін, жалпы схемотехниканы, құрылғы процессорының жұмысын, электрондық техникалық нұсқауларды және онымен қоса Ассемблер секілді программалау тілдерін білу қажет болатын. Assembler тілінде бағдарламаны құрастыра отырып, адам берілген тиісті мәліметтер түрлерімен операция жасауы үшін процессормен ұқсас, яғни байттармен және сақалармен болуы керек. Сонымен қатар, Ассемблердің тілінің ерекшілігі - бұл тіл үшін операторлардың терімі нақтылы микроконтроллердің бұйрықтарының жүйелеріне тікелей тәуелділігі. Сондықтан, егер екі микроконтроллер әр түрлі бұйрықтар жүйесін қабылдаса, онда әрбір сондай микроконтроллерлардың өзіндік бір-бірінен бөлек Ассемблер тілі болады. Сол сияқты жаңа заманның талаптарына сай басқа да көптеген бағдарламалау жүйелері бар. Мәселен, ғылымның, техниканың қарқынды дамыған, адам қажеттіліктері көбейіп және барлық мүмкіншіліктері кең ауқымда ұлғайған кезде, үлкен жетістіктерге қол жеткізген кезде, әрине, микроконтроллерлардың да мүмкіншіліктері айтарлықтай жетілдіріле түсті. Енді, қазіргі заманда жоғарғы деңгейлі тілдер қолданылуда. Оларға Basic, С++ және де басқа жүйелер жатады.
Бұл тілдер өз уақытында нағыз үлкен компьютерлер үшін өңделген болатын. Бірақ қазір олар микроконтроллерларда кеңінен қолданылады. Жоғарғы деңгейлі тілдер ,көбінесе, адамға танымалдығымен ерекшеленеді. Көптеген жоғарғы деңгейлі тілдер топтары микроконтроллердің нақтылы топтарымен байланыспайды. Ондай тілдер енді байттармен емес, математикадан бізге әлдеқайда жақсы таныс қарапайым ондық бірліктік сандармен, сонымен қатар айнымылылармен, тұрақтылармен және басқа элементтермен байланысады. Тұрақтылар мен айнымылылар бізге түсінікті болатындай дағдылы күйге ене алады.
Мысалы: дұрыс, дұрыс емес мәндер, заттық мәндер (ондық бірліктер) және т.с.с. Барлық айнымылылар мен тұрақтылар арқылы бізге таныс арифметикалық операциялар мен алгебралық функцияларды орындауға болады.
Жоғарғы деңгейлі тілдер трансляциясы Ассемблер трансляциясына қарағанда өте күрделі өзгертулерді өндіреді. Бірақ, нәтижесінде сондай машиналық кодтағы программалар шығады. Сонымен қатар, транслятор микроконтроллердің барлық ресурстарын өзіне тән болатындай етіп қарастырады. Жазылған айнымылылардың суреттемесін ол қай және қандай регисторда немесе жады ұяшықтарында сақтайтынын, қалай және қандай математикалық: арифметикалық немесе алгебралық функцияларда орындайтыны туралы алдын ала біледі.
Транслятор бағдарламасы алгоритмді өзі таңдайды. Сондықтан, трансляция бағдарламасынан алынған алгоритм тиімділігінің мақсаты транслятор бағдарламасына жатады. Бүтіндей алғанда, жоғарғы деңгейлі тілдер жүйесінде жазылған программалар Ассемблер тілінде жазылған ұқсас программаларға қарағанда микроконтроллер жадысында 30-40% көбірек орын алады, бірақ, егер де микроконтроллерде жеткілікті жады болса, онда программаның үлкеюі проблема емес. Жоғарғы деңгейлі тілдердің артықшылығы программаның өңдеуінің іс жүзінде жылдам болуында. Жоғарғы деңгейлі тілдердің ішіндегі ең тиімдісі - С++ тілінің жүйесі болып табылады. Сондықтан жоғарғы деңгейлі тілдерді көркемдеуде осы түрді пайдаланылады.
Өте кішкене компоненттер және элементтер электрондық жабдықтауда қолданылады , жұмысшы күй-жағдайда физикалық тіректі тиісті болу керек.
Оларға тек қана бет қажетті емес, оларды қайсысын қондыруға болады, сонымен қатар электрлік байланыс схема басқа компоненттілерімен . Қақпақты ашып - электрондық тұрмыс немесе өнеркәсіпті бұйымдар, оқырманды анықтап жатыр , не барлық электрондық элементтер және компоненттерді арнайы пластинада құрастырылған, дайындалғанның шыны талшығынан немесе Басқаны материал бөлектеуші . Мынау тіреу пластина немесе элементтерге арналған шасси және баспа төлеумен аталып жатыр. ( РСВ ) Плата дайындалған материал бөлектеуші, ал беттер төлеулер біз көрінетін мыстар жол-жолдар, қосып жазылғандар оған біреудің немесе екінің жақтардың -- егер төлеу келіп жатыр екі жақтықтың.
Мыс жол-жолдарды сымдарды біреудің рөлін атқарып жатыр, басқаға бір компоненттінің электрлік тогы шығарып салушылардың, және соқпақтармен токоведущими аталып жатыр. Өрнек немесе жол-жолдардың сурет немесе соқпақтарды схема функциясымен анықталады. Барлық соқпақтарды алдын ала өңделіп жатыр бюромен конструкторлықтарды баспа төлеу даярлауына дейін , тек айқын компоненттілер аралық қажетті қосу және қойылатын талап функциялардың орындалуы қамсыздандыру .
Екілік сандар түрінде тұрақты есте сақтайтын құрылғыда ( ПЗУ ) сақталынған жүйелер, яғни орындалатын функциялар нұсқау жүйелілігімен анықталды. Бұл шешім дәстүрлі қосу схемасы қолданылатын әр түрлі микросхемалармен салыстырғанда үлкен иілгіштікке ие болды. Қазіргі заманғы микроконтроллер сондай интеграцияланған есептеуіштердің біреуі болып табылады.
Қорыта айтқанда, қазіргі таңда шығып жатқан қолдану үшін аса терең білімнің немесе көп қаражатты талап етпейтін микроконтроллерлерді пайдалану өте тиімді дәрежеге жетті. Осыған мысал ретінде итальяндық өндірушілердің Ардуино микроконтроллерін жатқызуға болады.
Ал енді Ардуино микроконтроллерінің шығу тарихына тоқтала кетейік. 2002 жылы программист Массимо Банци Ивреа қаласындағы жобалық әрекеттестік Институтына доцент лауазымымен жұмысқа қабылданады. Оның мақсаты интерактивтік жоба өндіруді алға дамыту болды. Бірақ аз ғана бюджет пен лабороториялық базада жұмыс жасау уақытының шектеулігі оның еңбектерінің барлығы дерлік тоқтап тұруына алып келді. Банци өз жобасында калифорниялық Parallax компаниясының BASIC Stamp құрылғысын қолдана жұмыс жасады. Stamp тiзбесi: Тiзiм орналастырылған шағын баспа платасы болды оның қуат көзі, микроконтроллер, жад және енгізу\шығару порттары әр түрлі жабдықты қосуға арналған. Микроконтроллерлерді бағдарламалау BASIC тілі арқылы жүзеге асырылды. BASIC Stamp-тың екі кемшілігі болды: есептеу қуатының жетіспеушілігі және құнының жоғары болуы. Тақта өзінің негізгі компоненттерімен бірге шамамен 100 долларға бағаланды. Сол себепті Банци командасы өздерінің барлық қажеттіліктерін қамтамасыз ететін дербес тақта жасау туралы шешім қабылдады.
Банци және оның әріптестері құны 30 доллардан аспайтын қарапайым және оңай бағдарлауға болатын, онымен қоса кез-келген студентке қол жетімді бола алатын құрылғы тақтасын жасауды көздеді. Және сол құрылғының басқа құрылғылардан ерекше болғанын қалады. Баспа тақтасының шығару көлемін үнемдеу үшін, оларды мүмкіндігінше біріктіруді шешті және тақта түсін басқа тақталар сияқты жасыл емес, көк түсті болды.
Ардуино және оның типтерінде дайын электронды блок және бағдарламалық қамтамасыз етіп тұратын жиынтықтар бар. Мұндағы электрондық блок - оның жұмысы үшін қажет микроконтроллер және элементтердің ең аз жиынтығы бар тізбек тақта. Шын мәнісінде Ардуино блогы қазіргі компьютер аналық тақтасының аналогы болып табылады. Ол сыртқы құрылғыларға арналған қосқыштарды, сондай-ақ компьютерге қосылу үшін қосқышы бар, сол арқылы микроконтроллерді бағдарламалау жүзеге асырылады. Atmel фирмасының ATmega микроконтроллерін пайдаланудың ең тиімді жағы бағдарламалау үшін арнайы программатор қолданылмайды. Жаңа электронды құрылғыны жасау үшін бар болғаны Ардуино тақтасы, кабельдік байланыс және компьютер болса жеткілікті. Жобаның екінші бөлігі басқару бағдарламаларын жасау үшін Ардуино бағдарламасы болып табылады. Бағдарламалау тілі аралас СС++ тілдерін алмастыра алатын қарапайым тілдерді біріктіре алды. Сондықтан Ардуино тақтасымен жұмыс жасау үшін бар болғаны СС++ тілдерінің негіздерін білу қажет. Ардуиноға арналып әр-түрлі құрылғылармен жұмыс жасай алу үшін кодтардан тұратын көптеген кітапханалар жасалынды.
Ардуино тақтасының келесі нұсқалары негізгі үлгілері болып табылады:
Due -- 32 биттік ARM микропроцессорлық Cortex-M3 ARM негізіндегі басқарма SAM3U4E.
5.1 - Сурет. Arduino Due тақтасы
Arduino Due-Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 процессоры негізіндегі микроконтроллер тақтасы (сипаттама). Бұл ARM ядросы бар 32 биттік микроконтроллер негізіндегі Arduino-ның бірінші платасы. Онда 54 сандық кірісшығыс (оның ішінде 12 ШИМ шығысына қосуға болады), 12 аналогтық кіріс, 4 UARTа (аппараттық тізбекті порт), 84 МГц тактілік жиілік генераторы, OTG қолдайтын USB бойынша байланыс, 2 ЦАП (сандық-аналогты түрлендіргіш), 2 TWI, қуат қосқышы, SPI қосқышы, JTAG қосқышы, тастау түймесі ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ
1. КҮН ЭНЕРГИЯСЫ
1. 1 Күн радиациясы және оны қолдану ерекшеліктері
1. 2 Күн батареясының жұмыс жасау принципі
1. 3 Күн батареяларының қолдану аймағы
2. ЗАМАНАУИ МИКРОКОНТРОЛЛЕРГЕ ШОЛУ
2.1 Arduino микроконтроллері тобына қысқаша шолу
2.2 Arduino тақтасын кеңейту мүмкіндіктері
2.3 Arduino өңдеу ортасы және программалау негіздері
2.4 Arduino тақтасымен жұмыс жасайтын қажетті компоненттер
3. ARDUINO МИКРОКОНТРОЛЛЕРІН ПАЙДАЛАНЫП КҮН ТРЕКЕРІН ЖАСАУ
3.1 Күн трекерінің үш өлшемді моделін жобалау
3.2 Трекердің электрлік схемасы
3.3 Программалық коды
3.4 Трекерді тәжірибеден өткізу нәтижелері
4. ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ
4.1 Экономикалық есептің негіздемесі мен міндеттері
4.2 Күн трекерін құрастыру құнын есептеу
4.3 Пайдалану шығыстары
4.4 Жылдық үнемдеу
5. ЕҢБЕКТІ ҚОРҒАУ БӨЛІМІ
5.1 Күнді бақылауды қолдану шарттарының жалпы сипаттамасы
5.2 Қолдануы
ҚОРЫТЫНДЫ
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
Адамзаттың дамуы үшін энергия қажет, оған деген қажеттілік жыл сайын артып келеді. Сонымен бірге дәстүрлі табиғи отындардың (мұнай, көмір, газ және т.б.) қорлары азаюда. Сондай - ақ, ядролық отын қоры-уран мен торийдың да сарқылатын энергия көзіне жататыны жасырын емес. Аталған энергия көздерінің тағы бір кемшілігі - қошаған ортаны ластауы. Термоядролық отын - сутегі қоры іс жүзінде сарқылмайды, алайда басқарылатын термоядролық реакциялар әлі игерілмеген және энергияны таза күйінде өнеркәсіптік жолмен алу қашан пайдаланылатыны белгісіз, яғни аталған проблемаларға байланысты бөлу реакторларының осы процесіне қатысусыз дәстүрлі емес энергия ресурстарын, бірінші кезекте энергия үнемдейтін технологияларды енгізумен қатар, күн, жел, геотермальды энергияны пайдалану неғұрлым қажет болып отыр.
Жаңартылатын энергия көздерінің арасында ресурстар ауқымы, экологиялық тазалық және барлық жерде таралуы бойынша күн радиациясы неғұрлым перспективті.
Күн батареясы - ауызекі сөйлеуде немесе ғылыми баспасөзде қолданатын тұрмыстық термин. Әдетте "күн батареясы" терминімен бірнеше біріккен фотоэлектрлік түрлендіргіштер (фотоэлементтер) -- күн энергиясын тұрақты электр тогына тікелей түрлендіретін жартылай өткізгіш құрылғылар ретінде түсіндіріледі.
Күн сәулесін жылу және электр энергиясына түрлендіруге мүмкіндік беретін әртүрлі құрылғылар гелиоэнергетиканы зерттеу объектісі болып табылады (грек гелиосынан. Ήλιος, Helios -- күн). Фотоэлектрлік элементтер мен күн коллекторлары өндірісі әртүрлі бағыттарда жылдам қарқынмен дамып келеді. Күн батареялары әр түрлі өлшемде болады: микрокалькуляторлардан бастап, автомобиль мен ғимараттардың шатырларына дейін қойылып жатыр.
Күн энергиясын барынша тиімді өндіру жолдарын қарастыра отырып, күн трекерін қолдану қажет деген тұжырымға келіп отырмын. Себебі күн бір тәулік ішінде бір қалыпты тұрмайды.
Күн трекері(Solar tracker) - күн қалпын қадағалауға және күн батареяларынан (немесе трекерде орнатылған басқа да құрылғылардан) ең жоғары ПӘК алуға арналған құрылғы.
Мұндай құрылғыларды фотоэлектрлік жүйелерде пайдалану бөлігінде трекерлер күн жағдайын және күн панельдерінің мезгіл-мезгіл бұрылуын қадағалау үшін күн бойы электр энергиясын өндіруді барынша арттыру үшін қолданылады.
1. КҮН ЭНЕРГИЯСЫ
1. 1 Күн радиациясы және оны қолдану ерекшеліктері
Күн энергиясын электр энергиясына айналдыру үшін ең тиімді болып жартылай өткізгіш фотоэлектрлік түрлендіргіштер (ФЭТ) болып табылады, себебі бұл тура, бір сатылы энергия ауысуы. Өнеркәсіптік масштабтарда өндірілетін фотоэлементтердің пәк орташа 16%, ең жақсы үлгілерде 25% - ға дейін құрайды. Зертханалық жағдайларда ҚНК 40,7% - ға жетті.
Электр энергиясын ФЭТ-те түрлендіру фотоэлектрлік әсерге негізделген. Фотоэлектрлік эффект пайда болады күн элементінде кезінде жарықтандыру жарық " көрінетін және алады, жақын инфрақызыл облыстарында спектрін. 50мкм қалыңдығы жартылай өткізгіш кремнийден жасалған күн элементінде фотондар жұтылады және олардың энергиясы p-n қосылу арқылы электр энергиясына айналады.
Бүгін біздің пайдаланып отырған энергия көздері -- жер асты пайда қазба қорлары -- мұнай, көмір, табиғи газ барлық энергоқорлардың тоқсан пайызға жуығын құрайды. Есептеулер бойынша жер бетіндегі мұнай бірнеше он жылға дейін ғана жетеді. Қашан болса да, ол бітеді және әрі қарай не болады?
Бүгінгі таңда әлемнің ғалымдары энергияның жаңа көзін жыл өткен сайын іздестіріп келуде. Сарқылмайтын дүние жоқ. Уран да сарқылатын отынға жатады. Атом энергетикасының келешегіне қауіп төніп, көптеген елдер баламалы қуат көздері туралы ойлана бастады. Әрине, көгілдір отын және көмірмен жұмыс істейтін стансаларда өндірілетін қуат арзан, бірақ олардың қоры шектеулі. Сондықтан күн батареялары мен жел стансаларының қымбаттығына қарамастан, энергия өндіру бағытында жаңғыртылатын қуат көздерін құру бүгінгі және болашақ үшін өте маңызды. Менің ойымша, елімізде күн сәулесі болашақтың сарқылмас энергиясы бола алады. Мысалы күн энергиясын пайдалануға толық мүмкіндігіміз бар.
Энергия тұтыну адамзат тіршілігінің міндетті шарты болып табылады. Сондықтан адамдар ертеден күн энергиясын тиімді пайдалану жолдарын қарастырды.
Қазiргi заманғы қоғамда мемлекеттердiң индустриялық дамуының деңгейi олардың ресурстық мүмкiндiктерiмен және технологиялық қайта өңдеудiң төменгi деңгейлi өнiм өндiру мөлшерiмен ғана емес, технологиялық тұрғыдан ғылымды қажетсiнетiн, озық салалардың даму дәрежесiмен де анықталады.
90-жылдардың басынан бастап энергетикалық және экологиялық проблемалардың өсуiне байланысты экономикалық жағынан дамыған мемлекеттердiң үкiметтерi күн энергетикасын дамытуға елеулi қаржы сала бастады.
Жер шарында пайдалы қазбалардың түрі өте көп. Шындығында, қазіргі заманды электр энергиясынсыз мүлдем елестету мүмкін емес. Сол себепті де, электр энергияны алудың шығыны аз, экологиялық таза көздерін табу бүгінгі күннің негізгі мәселесіне айналып отыр. Әлем бойынша электр энергиясын ең көп өңдіретін елдерге АҚШ, Қытай жатады.
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. 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. 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.
Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғылардың бірі - Күн батареялары. Күн батареясы немесе фотоэлектрлік генератор - Күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына айналдыратын шала өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштен тұратын ток көзі.
Күн энергиясын қолданысқа енгізу оңай емес. Ол ғылыми-зерттеу мен осы бағытта ерен физикалық еңбекті талап етеді. Сондай-ақ ауқымды инвестиция да қажет. Өйткені күн энергиясын алатын тиімді қондырғылардың құны да қымбат. Күн электр станциясы - экологиялық тұрғыда таза, дыбыссыз, қауіпсіз әрі пайдалануға ыңғайлы, оның үстіне өз құнын 100 пайыз ақтайтын тиімді қондырғы. Жұмыс істеу мерзімі шамамен 30 жыл.
Жер шарында пайдалы қазбалардың түрі өте көп. Бірақ бұл - олар мүлдем сарқылмайды деген сөз емес. Әсіресе, бүгінде отынның таптырмайтын түрлері мұнай мен газдың қоры жыл санап кему үстінде. 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.
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 сәулесі энергиясының 30 % -ы Жердің жоғарғы атмосфералық қабатынан шағылысып, ғарыш кеңістігіне тарайды. Ал оның 70 % -ы жер асты жылуы мен теңіз тасқыны энергияларының қуатынан шамамен 3500 есе артық. Бұл өте көп энергия. Күннің жерге түсетін мол энергиясының бір бөлігі атмосфераға, мұхит пен құрлықтарға сіңеді. Температура төмендеген уақытта осы бөлігі жылу энергиясына айналады. Екінші бөлігі сулардың булануына және олардың айналып, қайта түсуіне шығындалады. Үшінші бөлігі теңіз және атмосфералық ағындарды туғызады. Ал төртінші - бір кішкене ғана бөлігін өсімдіктер бойына сіңіреді. Сөйтіп, жер бетінде ғажайып фотосинтез реакциясы жүреді.. [3]
Күн электр станциясы - экологиялық тұрғыда таза, дыбыссыз, қауіпсіз әрі пайдалануға ыңғайлы, оның үстіне өз құнын жүз пайыз ақтайтын тиімді қондырғы. Жұмыс істеу мерзімі шамамен отыз жыл. Осы отыз жыл ішінде жасалуына небәрі бір кг күн кремнийі жұмсалған элемент Жылу электр стансасында мұнайдың жүз тоннасынан немесе Атом электр стансасында бір кг байытылған ураннан өндірілетін соншалықты электр қуатын бере алады.
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.
Күн үлкен энергия қорына ие,жылына жер бетіне түсетін күн энергиясы 7,5*1017 кВтсағ. Күн энергиясының маңызды артықшылықтарының бірі қоршаған ортаға қауіпсіздігі және арнайы жеткізу құралдарының қажет еместігі болып табылады. Сонымен қатар оның кемшіліктері де бар, күн энергиясын алудың тұрақсыздығы. Күн жүйелері түнде жұмыс істемейді, ал кешке және таңертең станция тиімділігі бірнеше есеге төмендейді.
Күн батареялары - күн энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыратын жартылай өткізгіш құрылғы. Қазіргі уақытта көбінесе фотоэлектрлік түрлендіргіш кеңінен қолданылады. Фотоэлектрлік түрлендіргіште энергияның бір түрден екінші түрге ауысуы біртекті емес жартылай өткізгіш құрылғыларда күн сәулесінің әсерінен пайда болатын фотовольттық әсерге негізделген. Түрлендірудің тиімділігі жартылай өткізгіш элементтің электрофизикалық сипаттамасына, түрлендіргіштің оптикалық қасиеттеріне байланысты. Күн батареясы, 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 және ол оның ауданына тәуелді емес; 1 см2 ауданға келетін қысқа түйықталу тогының шамасы 35 -- 40 мА. Күн батареясындағы ток шамасы оның жарықтану жағдайына байланысты, күн сәулелері Күн батареясы бетіне перпендикуляр түскенде ол ең үлкен мәніне (максимумына) жетеді. Қазіргі Күн батареясының ПӘК 8-10%, олай болса 1 м2 ауданға (ғарыш аппаратының Күннен қашықтығы 150 млн. болған кезде) келетін қуат ~130 Вт-қа тең. Температура жоғарылаған сайын (25oС-ден жоғары) ФЭТ-тегі кернеудің төмендеуіне байланысты Күн батареясының ПӘК кемиді. Күн батареясының жиынтық қуаты ондаған тіпті жүздеген кВт-қа жетеді. Күн батареясы ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау жүйесіндегі негізгі электр энергиясының көзі ретінде қолданылады. Күн батареясы сондай-ақ, тұрмыс пен техникада қолданылатын көптеген бұйымдарды (калькулятор, қол сағаты, т.б.) токпен қоректендіру көзі болып табылады.
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.
Қазіргі заманға сай өмір сүру үшін инновациялық жобаларды өзімізде ойлап табу қажет. 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 фотоэффектқұбылыстарына 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.
Күн батареяларында шикізат ретінде кремний қолданылады.Күн кремнийiнiң жоғары құны фотоэнергетиканың дамуын тежейтiн фактор болып табылатындықтан, әр түрлi елдердiң ғалымдары оның құнын төмендететiн кремнийдi алудың жаңа технологияларын әзiрлеуде. Алайда, күн кремнийiне сұраныс өте жылдам өседi және ұсыныстардан озық жүредi.
Энергияны фотоэлектрлі өзгерткіштердің жұмысы күн қуатын электр қуатына айналдыруға негізделген. Қазақстан үшін Халықаралық Энергетиктер Қауымдастығы ұсынған формула бойынша, алдын ала жасалған есептеулерге сәйкес шағын күн электр стансасын орнату нәтижесінде СО2 шығарындылары жылына 750 кг-ға азаятын болады. Қазiргi уақытта 2300 тонна ұсынған кезде сұраныс жылына 5-6 тоннаға жетедi, сондықтан күн кремнийiн емес, неғұрлым жоғары жартылай өткiзгiштiк сапасындағы кремнийдi пайдалану арқылы тапшылық жабылады.Осыған дейін күн батареялары Үстірт (Ақтау) және Ақжайық (Атырау) мемлекеттік табиғи қорықтарында орнатылған болатын. Аталмыш күн батареялары мемлекеттік инспекторлардың жұмыс тиімділігін арттыруға, жекелеген учаскелердің өзара байланысы үшін оларды тұрақты қысқа толқынды байланыспен (рациямен) қамтамасыз етуге, сонымен қатар қорықта мекен ететін түз тағысына әрі ұшып өтетін құстарға электр кернеуінен болатын әсерін төмендетуге мүмкіндік береді.
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.
Көмірсутекті өнімдердің өте көп өндірілуі климаттың өзгеруіне, жылыжайлы эффектінің қалыптасуына әкелетіні шындық. Аталған жайттар Жер шарының көптеген аймақтарында қазірдің өзінде-ақ байқалып отыр. Сондықтан да дүние жүзі ғалымдары бұл тығырықтан шығудың жолдарын ғылыми-тәжірибелік тұрғыдан қарастыруда. ҚР Ұлттық инженерлік академиясының академигі Надир Надиров пікіріне сүйенер болсақ: ... Күн энергетикасы көмегімен адамзатқа төніп тұрған аталған қауіптен құтылуға болады. Осымен байланысты ҚР-да дүние жүзіндегі озық тәжірибелерді пайдалана отырып мемлекет тарапынан электр энергиясын мұнай мен газға альтернативті энергетика ретінде Күн энергиясынан алуға баса назар аударылып отыр. Өткен ғасырда ғылыми техникалық прогресстің арқасында адамзат біраз табыстарға қол жетті. Табиғаттан алатынынымыз көп, беретініміз аз болды. Бүгінгі таңда әлемнің ғалымдары энергияның жаңа көзін жыл өткен сайын іздестіріп келуде. Сарқылмайтын дүние жоқ. Уран да сарқылатын отынға жатады. Атом энергетикасының келешегіне қауіп төніп, көптеген елдер баламалы қуат көздері туралы ойлана бастады. Әрине, көгілдір отын және көмірмен жұмыс істейтін стансаларда өндірілетін қуат арзан, бірақ олардың қоры шектеулі. Сондықтан күн батареялары мен жел стансаларының қымбаттығына қарамастан, энергия өндіру бағытында жаңғыртылатын қуат көздерін құру бүгінгі және болашақ үшін өте маңызды. Менің ойымша, елімізде күн сәулесі болашақтың сарқылмас энергиясы бола алады. Мысалы күн энергиясын пайдалануға толық мүмкіндігіміз бар.
Оңтүстік облыстарда бір жылдың ішінде 180-250 рет күн ашық болып, орташа температура 370С құрайды. Бұл дегеніңіз біз үшін, ең тұрақты, ең арзан, таусылмайтын энергия көзі күн сәулесінің энергиясы болмақ деген сөз. Күн сәулелерін шоғырландырып, оларды кремний батериясына бағыттау жарық сәулесін өзгертіп, электр энергиясына айналдырады.
Еліміздің энергетика саласындағы кешенді мәселелерді шешу тек пайдаланыстағы активтерді қалпына келтіріп, көмірсутегі шикізаттарына тәуелді жаңа энергетикалық қуаттарды ашып қана қоймай, еліміздің энергетикалық балансын баламалы қуат көздерімен толықтыруға да тікелей байланысты. Қазақстанның географиялық қоныстану аймағы жел, күн және су энергиясын молынан пайдалануға мүмкіндік береді. Сонымен бірге, қазақ даласында геотермальдық энергия көздері де жетерлік. Дүние жүзінде энергетикалық қуат көздерінің балама түрлерін пайдалануға деген бетбұрыс әлдеқашан басталған. Ғалымдардың болжамы бойынша, ХХІ ғасырдың ортасына таман жаһандық энергетикалық баланстағы баламалы қуат көздерінің үлесі 30 пайызға дейін жетпек.
Қалпына келетін энергия көздерін пайдаланудың экономикалық тиімділігі де бар. Атап айтсақ, оны электр қуатын өндіру және жеткізу үшін қолдану арқылы Қазақстанның энергияға тапшы өңірлерінде үнемділікке қол жеткізуге болады. Сонымен қатар қайта қалпына келетін энергетика елдің шалғай өңірлерін дамытудың маңызды факторына айналмақ
Мемлекеттік деңгейде шаралар қабылданып жатқанына қарамастан, Қазақстанда қайта қалпына келетін және баламалы энергетика кенже қалған. Өкінішке қарай, бірнеше құрылысты, атап айтқанда, жел энергетикасы кешендерін салуға талпыныс жасалғанымен республикамызда бүгінгі күнге дейін бұл салада бірде-бір ірі жоба іске қосылмаған екен. Мәселен, ҚР Қоршаған ортаны қорғау министрлігінің мәліметі бойынша, 2017 жылы баламалы энергия көздерінің үлесі 0,03%-ды құраған. Яғни, жалпы энергия көлемінің бір пайызына да жетпейді. Бұл дегеніміз, бұл саланы әлі де болса жетілдіре түсу қажет екенін көрсетсе керек. Салыстыру үшін айтсақ, тіпті, озық қалпына келетін энергия көздерін қолдану бойынша әлемдік аутсайдерлердің қатарына кіретін Ресейде де оның үлесі төмен, жалпы өндірілген энергияның бар-жоғы 1%-ын құрайды. Сонымен қатар оның базасында алынған жылу энергиясы 3%-ға жуықтайды
Қазақстан күн энергиясының мол ресурстарына ие. Қазақстанда күн энергиясын өңдеу ықтималдығы жылына 2,5 млрд кВтсағ-қа бағаланып отыр. Қазақстан территориясының 70%-ға жуығы ашық күндері басым аймаққа жатады. Мұнда күн сәулесінің түсу уақыты жылына 2800 бен 3000 сағат аралығында ауытқиды, бұл территорияға күн радиациясының жылдық көрсеткіші 19*1017 ккал-ды құрайды, яғни 270 млрд ж.ж.-на тең.
Дегенмен, бұл ресурстар қазіргі күнге дейін кең қолданысқа ие болмады. Қазақстанда шикізат қоруның мол болуымен және тиімділігіне байланысты елде кремний негізіндегі күн батареяларын шығару өте пайдалы болар еді.
2012 жылы президентіміз Нұрсұлтан Әбішұлы Назарбаев Казатомпром-ға еншілес фотоэлектрлік модулдер өндірумен айналысатын Astana Solar зауытын іске қосты. Бұл зауытта 100% қазақстандық кремний негізінде күн батареялары шығарылатын болады. Зауыт ең соңғы үлгідегі автоматтандырылған құралдармен жабдықталған.
Қазақстанда күн сәулесінің түсу уақыты 2800-3000 сағат, ал одан алуға боларлық энергия 1шаршы метрге шамамен 1300-1800кВт болғанына қарамастан, күн энергиясын қолдану әлі дами қоймаған. Қазақстан - орта Азиядағы күн сәулесін пайдалануда өте жоғары потенциалы бар мемлекет.
1.2 Күн батареясының жұмыс жасау принципі
Күн сәулесінің тегін сәулелерін тұрғын үйді және басқа да объектілерді электрмен жабдықтау үшін пайдалануға болатын энергияға тиімді түрлендіру-көптеген жасыл энергетиканың апологеттерінің арманы.
Бірақ күн батареяларының жұмыс істеу принципі және оның ПӘК-і мұндай жүйелердің жоғары тиімділігі туралы әзірге айтуға тура келмейді.
Күн батареялары тек электр тогын генерациялауға арналған. Ол, өз кезегінде, үйді түнде электр энергиясымен жабдықтау үшін жинақталады. Біртіндеп күн батареялары арзан және тиімді болады. Қазір олар көше шамдарында, смартфондарда, электр автомобильдерінде, жеке үйлерде және ғарышта спутниктерінде аккумуляторларды зарядтау үшін қолданылады. Олардың ішінде, тіпті үлкен көлемдегі генерациясы бар толыққанды күн электр станцияларын (СЭС) құра бастады.
Әрбір күн батареясы тізбектелген жартылай өткізгіш фотоэлементтерді біріктіретін модульдердің эндық санынан блок ретінде құрылған. Мұндай батареяның жұмыс істеу принциптерін түсіну үшін жартылай өткізгіштердің базасында құрылған гелиопанель құрылғысында осы соңғы буынның жұмысын түсіну қажет.
Әртүрлі химиялық элементтерден ФЭТ нұсқалары көп. Алайда, олардың басым бөлігі - бұл бастапқы кезеңдердегі әзірлемелер. Өнеркәсіптік ауқымда қазір кремний негізіндегі фотоэлементтер панельдері ғана шығарылады.
Гелиопанелдегі кәдімгі фотоэлемент-бұл кремнийдің екі қабатынан жасалған жұқа пластина, олардың әрқайсысының физикалық қасиеттері бар. Бұл классикалық жартылай өткізгіш p-n-электронды тесік жұптарымен ауысу.
Бұл жағдайда фэт-ке фотондар түскен кезде жартылай өткізгіштің осы қабаттарының арасында кристалдың біртектілігіне байланысты вентильді фото-ЭДС түзіледі, нәтижесінде потенциалдар мен электрондардың токтарының айырмасы пайда болады.
Фотоэлементтердің кремний пластиналары дайындау технологиясы бойынша ерекшеленеді:
1. Монокристалды.
2. Поликристалды.
Біріншісі жоғары ПӘК бар, бірақ олардың өндірісінің өзіндік құны екіншіге қарағанда жоғары. Сыртқы бір опцияны күн панеліндегі екіншісінен пішін бойынша ажыратуға болады.
Монокристалды ФЭТ біртекті құрылым, олар бұрыштары кесілген квадрат түрінде орындалады. Оларға қарағанда поликристалды элементтер қатаң шаршы пішінді болады.
Поликристаллдар балқытылған кремнийді біртіндеп салқындату нәтижесінде алынады. Бұл әдіс өте қарапайым, сондықтан мұндай фотоэлементтер арзан.
Бірақ күн сәулесінен электр энергиясын өндіру жоспарындағы өнімділік 15% - дан сирек асады. Бұл алынатын кремний пластиналарының "тазалығына" және олардың ішкі құрылымына байланысты. Бұл жерде кремнийдің p-қабаты неғұрлым жоғары болса, ФЭТ-тен пәк жоғары болады.
Монокристалдардың тазалығы бұл тұрғыдан поликристалды аналогтарға қарағанда әлдеқайда жоғары. Олар балқытылған емес, жасанды өсірілген кремний кристалынан жасалады. Мұндай ФЭТ-те фотоэлектрлік түрлендірудің коэффициенті 20-22% - ға жетеді.
1.1 - Сурет. Кремнийден жасалған жартылай өткізгіш
Кремний жартылай өткізгіштер арзан болғандықтан күн батареяларын дайындау кезінде пайдаланылады, олар аса жоғары ПӘК мақтана алмайды
Күнге қараған фотоэлементтің пластинкаларының жоғарғы қабаты сол кремнийден жасалады, бірақ фосфор қосылған. Соңғы p-n-көшу жүйесінде артық электрондардың көзі болады.
Күн сәулесінің фотоэлементке құлауы кезінде онда біркелкі емес электронды-тесік жұптар жасалады. Артық электрондар мен "тесіктер" ішінара p-n арқылы-жартылай өткізгіштің бір қабатынан екіншісіне өту арқылы тасымалданады. Нәтижесінде сыртқы тізбекте кернеу пайда болады. Бұл ретте p-қабаттың түйіспесінде ток көзінің оң полюсі қалыптасады, ал n-қабатта - теріс.
1.2 - Сурет. Электрондардың айналымы
Фотоэлементтің контактілері арасындағы потенциалдардың айырмасы (кернеу) "тесік" санының және күн сәулесінің N-қабатының сәулеленуі нәтижесінде p-n-өтудің әртүрлі жағынан электрондардың өзгеруінен пайда болады
Батарея түрінде сыртқы жүктемеге қосылған фотоэлементтер онымен тұйық шеңбер жасайды. Нәтижесінде күн панелі өзіндік доңғалақ ретінде жұмыс істейді. Ал аккумулятор батареясы біртіндеп қуат алады.
Стандартты кремний фотоэлектрлік түрлендіргіштер бір өтпелі элементтер болып табылады. Олардағы электрондардың ағындары тек бір p-n арқылы өтеді-осы өту аймағымен фотондардың энергетикасы бойынша шектелген ауысу.
Яғни, әрбір осындай фотоэлемент электр энергиясын күн сәулесінің тар спектрінен ғана шығаруға қабілетті. Барлық қалған энергия бос кетеді. Сондықтан ФЭТ тиімділігі де төмен.
Күн батареяларының ПӘК-ін арттыру үшін олар үшін кремний жартылай өткізгіш элементтерді соңғы уақытта көп өтпелі (каскадты) жасай бастады. Жаңа ФЭТ-те өткелдер бірнешеу. Олардың әрқайсысы осы каскадта күн сәулесінің спектріне есептелген.
Мұндай фотоэлементтерде фотондарды электротокқа түрлендірудің жиынтық тиімділігі өсіп келеді. Бірақ олардың бағасы да айтарлықтай жоғары. Мұнда не жоғары емес өзіндік құны және төмен пәк дайындау қарапайымдылығы немесе жоғары құны бар жоғары пәк алу.
Жұмыс кезінде фотоэлемент және барлық батарея біртіндеп қызады. Электр тоғы генерациясына бармаған энергия жылуға айналады. Жиі гелиопанель бетіндегі температура 50-55 дейін көтеріледі. Бірақ ол жоғары болса, фотогальваникалық элемент тиімсіз жұмыс істейді.
Нәтижесінде, күн батареясының бір моделі суық емес, аз ток жасайды. Максимум ПӘК фотоэлементтер анық қысқы күні көрсетеді. Екі фактор әсер етеді - көптеген күн және табиғи салқындату.
Бұл ретте, егер панельге қар түссе, онда ол электр энергиясын өндіруді әлі де жалғастырады. Бұдан басқа, қар тіпті қызған фотоэлементтердің жылуынан еріп кетеді.
Бір фотоэлемент тіпті ашық ауа райы кезінде жарықдиодты шамның жұмыс істеуі үшін жеткілікті аз ғана электр энергиясын береді.
Шығыс қуатын арттыру үшін бірнеше ФЭТ тұрақты кернеуді арттыру үшін параллельді схема бойынша және ток күшін арттыру үшін тізбекті бойынша біріктіріледі.
Күн панельдерінің тиімділігі:
* ауа температурасына және батареяның өзіне;
* жүктеме кедергісін таңдаудың дұрыстығына;
* күн сәулесінің құлау бұрышына;
* пликацияға қарсы жабынның болуынаболмауына;
* жарық ағынының қуатына байланысты.
Көшедегі температура төмен болса, фотоэлементтер мен гелиобатарея да тиімді жұмыс істейді. Мұнда бәрі оңай. Ал жүктемені есептеумен жағдай қиын. Оны ток панелімен берілетін байланысты таңдау керек. Бірақ оның шамасы ауа райы факторларына байланысты өзгереді.
Күн батареясының параметрлерін үнемі қадағалау және оның жұмысын қолмен түзету қиын. Ол үшін басқару контроллерін пайдалану керек, ол автоматты режимде гелиопанельдің баптауларын өзі реттеп, одан максималды өнімділігі мен оңтайлы жұмыс режимдеріне қол жеткізуге көмектеседі.
Гелиобатареядағы күн сәулесінің түсуінің тамаша бұрышы - түзу. Алайда, 30 градус шегінде перпендикулярдан ауытқыған кезде панельдің тиімділігі 5% ауданда ғана түседі. Бірақ бұл бұрыштың одан әрі ұлғайуы кезінде күн сәулесінің фотоэлементке түсуі азаяды, осылайша ФЭП пәк азаяды.
Егер батареядан жазда барынша энергияны беру талап етілсе, онда оны көктем мен күз бойынша күн мен түн теңескен күндері алатын күннің орташа жағдайына перпендикуляр етіп бағыттау керек.
Егер қыста максимум қажет болса, онда панельді тігінен қою керек. Тағы бір сәт - шаң мен кір фотоэлементтердің өнімділігін төмендетеді. Фотондар осындай " лас " кедергілерден кейін ғана оларға жете алмайды, демек электр энергиясына түрлендіруге ештеңе жоқ. Панельдерді үнемі жуу немесе шаңды өздігінен жуатындай етіп қою қажет. Кейбір күн батареялары фэт сәулеленуді шоғырландыру үшін кіріктірілген линзалар бар. Ауа райы ашық болғанда, бұл пәк жоғарылауына әкеледі. Алайда қатты бұлт кезінде бұл линзалар тек зиян келтіреді. Егер мұндай жағдайда қарапайым панель қысқа көлемде болса, онда линзалық модель жұмыс істеуді толығымен тоқтатады.
2. Заманауи микроконтроллерлерге шолу
2.1 Микроконтроллер. Arduino микроконтроллерлер тобына қысқаша шолу
"Микроконтроллер-бұл жалпы корпуста орналасқан процессор, қосалқы схемалар және деректерді енгізу құрылғылары бар дербес компьютерлік жүйе".
Алғаш микроконтроллерлердің пайда болуы микропроцессорлық технологияның жаңа дәуіріне қадам басты. Көптеген системалық құрылғылардың бір ғана корпуста орнығуы микрокотроллерлерді қарапайым компьютерге ұқсас етті. Мәселен кейбір оқулықтарда микроконтроллерлер біркристаллды микроЭВМ деп аталды. Соған орай алғаш компьютерлер шыға бастағаннан-ақ микроконтроллерлер бірдей дәрежеде қолданыла бастады. Бірақ микрокотроллерлерде жұмыс жасау үшін кейбір факторларды білу қажет. Мысалы, кез-келген микроконтроллерлерде белгілі бір құрылғы жинау үшін, жалпы схемотехниканы, құрылғы процессорының жұмысын, электрондық техникалық нұсқауларды және онымен қоса Ассемблер секілді программалау тілдерін білу қажет болатын. Assembler тілінде бағдарламаны құрастыра отырып, адам берілген тиісті мәліметтер түрлерімен операция жасауы үшін процессормен ұқсас, яғни байттармен және сақалармен болуы керек. Сонымен қатар, Ассемблердің тілінің ерекшілігі - бұл тіл үшін операторлардың терімі нақтылы микроконтроллердің бұйрықтарының жүйелеріне тікелей тәуелділігі. Сондықтан, егер екі микроконтроллер әр түрлі бұйрықтар жүйесін қабылдаса, онда әрбір сондай микроконтроллерлардың өзіндік бір-бірінен бөлек Ассемблер тілі болады. Сол сияқты жаңа заманның талаптарына сай басқа да көптеген бағдарламалау жүйелері бар. Мәселен, ғылымның, техниканың қарқынды дамыған, адам қажеттіліктері көбейіп және барлық мүмкіншіліктері кең ауқымда ұлғайған кезде, үлкен жетістіктерге қол жеткізген кезде, әрине, микроконтроллерлардың да мүмкіншіліктері айтарлықтай жетілдіріле түсті. Енді, қазіргі заманда жоғарғы деңгейлі тілдер қолданылуда. Оларға Basic, С++ және де басқа жүйелер жатады.
Бұл тілдер өз уақытында нағыз үлкен компьютерлер үшін өңделген болатын. Бірақ қазір олар микроконтроллерларда кеңінен қолданылады. Жоғарғы деңгейлі тілдер ,көбінесе, адамға танымалдығымен ерекшеленеді. Көптеген жоғарғы деңгейлі тілдер топтары микроконтроллердің нақтылы топтарымен байланыспайды. Ондай тілдер енді байттармен емес, математикадан бізге әлдеқайда жақсы таныс қарапайым ондық бірліктік сандармен, сонымен қатар айнымылылармен, тұрақтылармен және басқа элементтермен байланысады. Тұрақтылар мен айнымылылар бізге түсінікті болатындай дағдылы күйге ене алады.
Мысалы: дұрыс, дұрыс емес мәндер, заттық мәндер (ондық бірліктер) және т.с.с. Барлық айнымылылар мен тұрақтылар арқылы бізге таныс арифметикалық операциялар мен алгебралық функцияларды орындауға болады.
Жоғарғы деңгейлі тілдер трансляциясы Ассемблер трансляциясына қарағанда өте күрделі өзгертулерді өндіреді. Бірақ, нәтижесінде сондай машиналық кодтағы программалар шығады. Сонымен қатар, транслятор микроконтроллердің барлық ресурстарын өзіне тән болатындай етіп қарастырады. Жазылған айнымылылардың суреттемесін ол қай және қандай регисторда немесе жады ұяшықтарында сақтайтынын, қалай және қандай математикалық: арифметикалық немесе алгебралық функцияларда орындайтыны туралы алдын ала біледі.
Транслятор бағдарламасы алгоритмді өзі таңдайды. Сондықтан, трансляция бағдарламасынан алынған алгоритм тиімділігінің мақсаты транслятор бағдарламасына жатады. Бүтіндей алғанда, жоғарғы деңгейлі тілдер жүйесінде жазылған программалар Ассемблер тілінде жазылған ұқсас программаларға қарағанда микроконтроллер жадысында 30-40% көбірек орын алады, бірақ, егер де микроконтроллерде жеткілікті жады болса, онда программаның үлкеюі проблема емес. Жоғарғы деңгейлі тілдердің артықшылығы программаның өңдеуінің іс жүзінде жылдам болуында. Жоғарғы деңгейлі тілдердің ішіндегі ең тиімдісі - С++ тілінің жүйесі болып табылады. Сондықтан жоғарғы деңгейлі тілдерді көркемдеуде осы түрді пайдаланылады.
Өте кішкене компоненттер және элементтер электрондық жабдықтауда қолданылады , жұмысшы күй-жағдайда физикалық тіректі тиісті болу керек.
Оларға тек қана бет қажетті емес, оларды қайсысын қондыруға болады, сонымен қатар электрлік байланыс схема басқа компоненттілерімен . Қақпақты ашып - электрондық тұрмыс немесе өнеркәсіпті бұйымдар, оқырманды анықтап жатыр , не барлық электрондық элементтер және компоненттерді арнайы пластинада құрастырылған, дайындалғанның шыны талшығынан немесе Басқаны материал бөлектеуші . Мынау тіреу пластина немесе элементтерге арналған шасси және баспа төлеумен аталып жатыр. ( РСВ ) Плата дайындалған материал бөлектеуші, ал беттер төлеулер біз көрінетін мыстар жол-жолдар, қосып жазылғандар оған біреудің немесе екінің жақтардың -- егер төлеу келіп жатыр екі жақтықтың.
Мыс жол-жолдарды сымдарды біреудің рөлін атқарып жатыр, басқаға бір компоненттінің электрлік тогы шығарып салушылардың, және соқпақтармен токоведущими аталып жатыр. Өрнек немесе жол-жолдардың сурет немесе соқпақтарды схема функциясымен анықталады. Барлық соқпақтарды алдын ала өңделіп жатыр бюромен конструкторлықтарды баспа төлеу даярлауына дейін , тек айқын компоненттілер аралық қажетті қосу және қойылатын талап функциялардың орындалуы қамсыздандыру .
Екілік сандар түрінде тұрақты есте сақтайтын құрылғыда ( ПЗУ ) сақталынған жүйелер, яғни орындалатын функциялар нұсқау жүйелілігімен анықталды. Бұл шешім дәстүрлі қосу схемасы қолданылатын әр түрлі микросхемалармен салыстырғанда үлкен иілгіштікке ие болды. Қазіргі заманғы микроконтроллер сондай интеграцияланған есептеуіштердің біреуі болып табылады.
Қорыта айтқанда, қазіргі таңда шығып жатқан қолдану үшін аса терең білімнің немесе көп қаражатты талап етпейтін микроконтроллерлерді пайдалану өте тиімді дәрежеге жетті. Осыған мысал ретінде итальяндық өндірушілердің Ардуино микроконтроллерін жатқызуға болады.
Ал енді Ардуино микроконтроллерінің шығу тарихына тоқтала кетейік. 2002 жылы программист Массимо Банци Ивреа қаласындағы жобалық әрекеттестік Институтына доцент лауазымымен жұмысқа қабылданады. Оның мақсаты интерактивтік жоба өндіруді алға дамыту болды. Бірақ аз ғана бюджет пен лабороториялық базада жұмыс жасау уақытының шектеулігі оның еңбектерінің барлығы дерлік тоқтап тұруына алып келді. Банци өз жобасында калифорниялық Parallax компаниясының BASIC Stamp құрылғысын қолдана жұмыс жасады. Stamp тiзбесi: Тiзiм орналастырылған шағын баспа платасы болды оның қуат көзі, микроконтроллер, жад және енгізу\шығару порттары әр түрлі жабдықты қосуға арналған. Микроконтроллерлерді бағдарламалау BASIC тілі арқылы жүзеге асырылды. BASIC Stamp-тың екі кемшілігі болды: есептеу қуатының жетіспеушілігі және құнының жоғары болуы. Тақта өзінің негізгі компоненттерімен бірге шамамен 100 долларға бағаланды. Сол себепті Банци командасы өздерінің барлық қажеттіліктерін қамтамасыз ететін дербес тақта жасау туралы шешім қабылдады.
Банци және оның әріптестері құны 30 доллардан аспайтын қарапайым және оңай бағдарлауға болатын, онымен қоса кез-келген студентке қол жетімді бола алатын құрылғы тақтасын жасауды көздеді. Және сол құрылғының басқа құрылғылардан ерекше болғанын қалады. Баспа тақтасының шығару көлемін үнемдеу үшін, оларды мүмкіндігінше біріктіруді шешті және тақта түсін басқа тақталар сияқты жасыл емес, көк түсті болды.
Ардуино және оның типтерінде дайын электронды блок және бағдарламалық қамтамасыз етіп тұратын жиынтықтар бар. Мұндағы электрондық блок - оның жұмысы үшін қажет микроконтроллер және элементтердің ең аз жиынтығы бар тізбек тақта. Шын мәнісінде Ардуино блогы қазіргі компьютер аналық тақтасының аналогы болып табылады. Ол сыртқы құрылғыларға арналған қосқыштарды, сондай-ақ компьютерге қосылу үшін қосқышы бар, сол арқылы микроконтроллерді бағдарламалау жүзеге асырылады. Atmel фирмасының ATmega микроконтроллерін пайдаланудың ең тиімді жағы бағдарламалау үшін арнайы программатор қолданылмайды. Жаңа электронды құрылғыны жасау үшін бар болғаны Ардуино тақтасы, кабельдік байланыс және компьютер болса жеткілікті. Жобаның екінші бөлігі басқару бағдарламаларын жасау үшін Ардуино бағдарламасы болып табылады. Бағдарламалау тілі аралас СС++ тілдерін алмастыра алатын қарапайым тілдерді біріктіре алды. Сондықтан Ардуино тақтасымен жұмыс жасау үшін бар болғаны СС++ тілдерінің негіздерін білу қажет. Ардуиноға арналып әр-түрлі құрылғылармен жұмыс жасай алу үшін кодтардан тұратын көптеген кітапханалар жасалынды.
Ардуино тақтасының келесі нұсқалары негізгі үлгілері болып табылады:
Due -- 32 биттік ARM микропроцессорлық Cortex-M3 ARM негізіндегі басқарма SAM3U4E.
5.1 - Сурет. Arduino Due тақтасы
Arduino Due-Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 процессоры негізіндегі микроконтроллер тақтасы (сипаттама). Бұл ARM ядросы бар 32 биттік микроконтроллер негізіндегі Arduino-ның бірінші платасы. Онда 54 сандық кірісшығыс (оның ішінде 12 ШИМ шығысына қосуға болады), 12 аналогтық кіріс, 4 UARTа (аппараттық тізбекті порт), 84 МГц тактілік жиілік генераторы, OTG қолдайтын USB бойынша байланыс, 2 ЦАП (сандық-аналогты түрлендіргіш), 2 TWI, қуат қосқышы, SPI қосқышы, JTAG қосқышы, тастау түймесі ... 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