Қазақша рефераттар

Күн батареялары - күн энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыратын жартылай өткізгіш құрылғы

Мазмұны

Төменде мәтінде қарастырылатын негізгі бөлімдер берілген.

  1. 1 Кіріспе — күн энергиясын пайдаланудың маңызы мен қысқаша тарихы
  2. 2 Күн энергиясының қорлары — әлеуеті, ағындар және артықшылық-кемшіліктер
  3. 3 Күн батареяларының қолдану аймағы — технология түрлері мен мысалдар
  4. 4 Қорытынды — негізгі ойлар

Кіріспе

Энергия тұтыну — адамзат тіршілігінің ажырамас шарты. Сондықтан адамдар ерте кезден-ақ күн сәулесін тиімді пайдаланудың жолдарын қарастырып келеді. 1839 жылы Александр Эдмон Беккерель фотоэлектрлік (фотовольттық) әсерді ашты, ал 44 жылдан кейін Чарльз Фриттс күн энергиясын қолданатын алғашқы құрылғыны құрастырды. Осылайша, 1883 жыл күн энергетикасы дәуірінің бастау алған кезеңі ретінде жиі аталады.

Қазіргі қоғамда мемлекеттің индустриялық даму деңгейі тек табиғи ресурстармен ғана емес, ғылымды қажетсінетін озық технологиялық салалардың дамуымен де анықталады. 1990-жылдардың басынан бастап энергетикалық және экологиялық проблемалардың ушығуына байланысты экономикалық тұрғыдан дамыған елдер күн энергетикасын дамытуға елеулі қаржы бөле бастады.

Күн энергиясының қорлары

Көптеген сарапшылар 2010–2020 жылдары көмірсутек шикізатын ұсынудың төмендеуі байқалатынын болжады. Соның салдарынан жаңғыртылатын энергия көздерінің үлесі ұзақ мерзімде едәуір артады: әлемдік энергетикалық теңгерімде бұл көрсеткіш қазіргі деңгейден өсіп, 2050 жылдарға қарай айқын басымдыққа ие болуы ықтимал.

Қазіргі күн фотоэнергетикасы көбіне кремний фотоэлементтеріне сүйенеді және соңғы жылдары қуаттылықтың жылдық өсімі жоғары қарқынмен дамып келеді. Жыл сайын орнатылатын фотоэнергетикалық жүйелердің көлемі артып, күн энергетикасы әлемдік электр өндіру құрылымындағы маңызды бағыттардың біріне айналды.

Жерге түсетін энергия ағындары

Жер бетіне бағытталған негізгі үш энергия ағыны төмендегідей:

  • Күн сәулесі энергиясы

    Тәуліктік қуаты шамамен 174 000 ТВт

  • Жер қойнауынан шығатын жылу

    Тәуліктік қуаты шамамен 32 ТВт

  • Теңіз тасқыны энергиясы

    Тәуліктік қуаты шамамен 3 ТВт

Күн энергиясы қалай “жұмыс істейді”?

1) Шағылысу

Күн энергиясының шамамен 30%-ы Жердің жоғарғы атмосфера қабатынан шағылысып, ғарышқа тарайды.

2) Жұтылу және жылуға айналу

Қалған бөлігінің елеулі үлесі атмосфераға, мұхит пен құрлықтарға сіңіп, температура төмендегенде жылу энергиясы түрінде қайтарылады.

3) Су айналымы

Бір бөлігі су булануына, бұлттардың түзілуіне және жауын-шашын арқылы қайта түсуіне жұмсалады.

4) Фотосинтез

Өте аз бөлігі өсімдіктерге сіңіп, фотосинтез реакциясын қамтамасыз етеді.

Артықшылықтары мен шектеулері

Күннің Жерге түсетін энергиясы өте мол: жылына шамамен 7,5 × 1017 кВт·сағ. Күн энергиясының маңызды артықшылықтарының бірі — қоршаған ортаға қауіпсіздігі және арнайы жеткізу құралдарының қажет еместігі.

Дегенмен, шектеулері де бар: күн энергиясын өндіру тұрақсыз, өйткені жүйелер түнде жұмыс істемейді, ал таңертең және кешке тиімділігі төмендейді. Сондықтан жинақтау жүйелері мен желіге біріктіру шешімдері ерекше маңызға ие.

Есте сақтайтын тұжырым

Күн ресурсы мол болғанымен, өндіріс тәуліктік және маусымдық өзгерістерге тәуелді.

+

Экологиялық таза, дыбыссыз, қауіпсіз

∼

Тиімділік сәулеленуге және температураға тәуелді

−

Түнде өндіру жоқ, таң/кеште төмен

Күн батареясы: жұмыс принципі және негізгі сипаттамалар

Күн батареялары — күн сәулесін тікелей электр энергиясына айналдыратын жартылай өткізгіш құрылғылар. Бұл үдеріс фотоэлектрлік түрлендіргіштерде күн сәулесінің әсерінен пайда болатын фотовольттық әсерге негізделеді. Түрлендіру тиімділігі элементтің электрфизикалық сипаттамаларына және құрылғының оптикалық қасиеттеріне тәуелді.

Құрылымы

Күн батареясы көптеген тізбектей және параллель қосылған фотоэлектрлік түрлендіргіштерден тұрады. Бұл қажетті кернеу мен токты қамтамасыз етеді.

Негізгі мәндер

  • ЭҚК: 0,5–0,55 В (жеке элемент)
  • Қысқа тұйықталу тогы: 35–40 мА/см2
  • Максимум: сәуле бетке перпендикуляр түскенде

Тиімділік факторлары

Қазіргі күн батареяларының ПӘК-і кең таралған нұсқаларда шамамен 8–10%. Температура 25°C-тан жоғарылаған сайын кернеу төмендеп, ПӘК кемуі мүмкін.

Қолданылатын салалар

Күн батареялары ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау жүйесінің негізгі көзі ретінде кеңінен қолданылады. Сонымен бірге тұрмыста да (калькулятор, қол сағаттары және басқа да шағын құрылғылар) автономды қорек көзі ретінде тиімді.

Шикізат және өндіріс

Күн батареяларының негізгі шикізаты — кремний. Кремнийдің құны фотоэнергетиканың дамуын баяулататын факторлардың бірі болғандықтан, көптеген елдерде өндіріс құнын төмендететін жаңа технологиялар әзірленіп келеді.

Қазақстандағы әлеует және экологиялық әсер

Күн электр стансасы экологиялық тұрғыда таза, дыбыссыз, қауіпсіз әрі пайдалануға ыңғайлы қондырғы ретінде сипатталады. Жұмыс істеу мерзімі орта есеппен 30 жыл. Күн энергиясын фотоэлектрлік түрлендіргіштер арқылы электр қуатына айналдыру принципі кеңінен таралған.

Қазақстан үшін алдын ала бағалаулар бойынша, шағын күн электр стансасын орнату көмірқышқыл газының (CO2) шығарындыларын жылына шамамен 750 кг-ға дейін азайтуы мүмкін (нақты мән объектіге, өңірге және тұтыну профиліне тәуелді).

Бұған дейін күн батареялары Үстірт (Ақтау) және Ақжайық (Атырау) мемлекеттік табиғи қорықтарында орнатылды. Бұл шешім инспекторлардың жұмыс тиімділігін арттыруға, тұрақты қысқа толқынды байланыспен қамтамасыз етуге, сондай-ақ жабайы жануарлар мен құстарға электр желілерінің кернеуінен болатын ықтимал әсерді төмендетуге көмектеседі.

Сала үшін маңызды шарттар

  • Кремний өндірісінің тазалық деңгейі тиімділікке тікелей әсер етеді
  • Ғылыми-техникалық база мен өнеркәсіп кооперациясы шешуші рөл атқарады
  • Наноматериалдар мен нанотехнологиялар тиімділікті арттырудың перспективалы бағыты

Өндірістік міндет

Қазақстанның минералдық-шикізат базасы, металлургиялық және химиялық өнеркәсібі, сондай-ақ ғылыми-техникалық әлеуеті жартылай өткізгіш материалдар өндірісін дамытуға мүмкіндік береді. Алайда бүгінгі күні фотоэнергетика мен электрондық техникаға арналған кремнийді жоғары тиімді әрі экологиялық таза технологиялармен өндіретін заманауи кәсіпорындар жеткіліксіз.

Негізгі мәселелердің бірі — күн батареялары мен жартылай өткізгіштердің тиімділігіне әсер ететін кремнийдің тазалығы. Осыған байланысты “күн сапалы” кремний алу үшін металлургиялық кремний мен силан шикізатын тазарту процестерін жетілдіру бағытындағы зерттеулер өзекті.

Күн батареяларының қолдану аймағы

Жарты ғасырдан астам уақыт бойы ғалымдар күн энергиясын алу және пайдаланудың түрлі жолдарын іздестіріп келеді. Күн технологияларын шартты түрде төрт топқа бөлуге болады: активті, пассивті, тура және жанама.

Активті технологиялар

Түрлендіргіштермен бірге электромоторлар мен әртүрлі механизмдер қолданылады. Күн энергиясы жарықтандыруда, желдетуде және ыстық сумен жабдықтауда іске асады.

Пассивті технологиялар

Активті жүйелерден айырмасы — контурда қозғалтқыш механизмдердің болмауы. Жобалауда сәулені табиғи түрде жинау, сақтау және тарату әдістері басым.

Тура жүйелер

Күн энергиясын қажетті түрге бір деңгейде түрлендіретін шешімдер (мысалы, тікелей электр өндіру).

Жанама жүйелер

Қажетті энергия түрін алу үшін көп деңгейлі түрлендіру мен трансформациялауды қолданады (жинақтау, қайта түрлендіру, басқару қабаттары).

Пассивті технологиялардың бір мысалы — тұрғын үйлер мен кеңселерге табиғи жарықты барынша енгізу: күн сәулесін архитектуралық шешімдер арқылы пайдаланып, электр жарығына тәуелділікті азайту.

1767 жылы Орас Бенедикт де Соссюр күн сәулесінің көмегімен тағам дайындайтын пеш құрастырды. Бүгінде оның жетілдірілген түрлері кең таралған: мұндай құрылғылар отын тұтынуды азайтып, экологиялық жағдайдың жақсаруына ықпал етеді.

Қорытынды

Жер бетіндегі энергия ресурстарының шектеулілігі күн энергетикасын дамытуды қажет етеді. Күн энергиясы қоршаған ортаға қауіпсіз, экологиялық таза, ал оны өндіру технологиялары жыл сайын жетілдіріліп келеді.

Қазіргі күн фотоэнергетикасы көбіне кремний фотоэлементтеріне негізделеді және қуаттылығы жоғары қарқынмен өсуде. Қазақстанда да кремний өндіру мен тазарту сапасын арттыру, “күн сапалы” кремний алуға бағытталған зерттеулерді күшейту — күн батареялары тиімділігін өсірудің негізгі тетіктерінің бірі.

Қысқа түйін

  • Күн энергиясы — мол әрі таза ресурс
  • Негізгі шектеу — тұрақсыз генерация (тәулік/ауа райы)
  • Тиімділік үшін материал сапасы мен технология шешуші