8 Сурет – Фотоэлектрлік түрлендіргіштің жұмыс істеу қағидасы

Фотоэлектрлік қуат туындайтын жүйе тудыратын элементтерге кремний, германий, селен, Tl2S, Ag2S, CdS, CdTe,GaAs,Al,AlSb жатады. Электроэнергияның күн көздерін жасау үшін көбінесе энергияны түрлендіруде КПД жоғары кремнийден жасалған фотоэлементтер қолданылады. 

Кремнийдің электр өткізгіштігі қоспа түріне және сыртқы электромагниттік әсерге тәуелді. Фотоэлементтерді дайындау үшін өте таза кремний «күндік сапа», түрлі кристаллды құрамынан тұратын - жиілігі 99,9999% күндік элементтер дайындалатын монокристаллдыдан  микрокристаллды  фракциялардан тұрады.

Күн элементі, жарық әсерінен P-N  өткізгіші болатын пленкалы құрылысты болып келеді.

Осындай сүлбе бойынша көпқабатты күн ұяшығы жасалады.

Параллель және тізбектей қосылған ұяшықтар молдуль болып есептеледі, мысалы, 36 ұяшық. Модульдер панельде 150 Вт-тан жүздеген кВт-қа дейін жиналады. Күн панельдері ашық жерде, үйдің үстінде, түрлі жарық түсетін ғимараттардың төбесінде орналастырылады. Олар аккумуляторлы батареяға берілетін тұрақты ток өндіреді, содан кейін инвертор арқылы стандартты ток сапасын аламыз.

Жарық ағынының түрлі қуатына сәйкес элементтің вольтамперлік сипаттамасы (ВАС).

Бір элементпен өндірілетін бос жүріс кернеуі элемент өлшеміне байланысты. Ток мәні жарық қарқындылығына және элементтің бет ауданына тәуелді.

 Күн элементінің шыңдық (максималды) қуаты  0,47 В сәйкес келеді. Сондықтан, күн элементінің сапасын бағалау үшін шығысында 0,47 В болатындай етіп жүктеме қосу керек. 

9 Сурет – күн элементінің вольтамперлік сипаттамасы

Батареяларды қажетті  түрлі комбинациялы етіп жасауға болады. Тізбектей қосылған элементтер жиыны қарапайым батарея болып табылады. Сонымен қатар  қуаттың жоғарылауын сипаттау үшін оларды параллель қосуға болады, яғни тізбектей-параллель тізбегін аламыз.

Күн элементтерінің аса маңызды көрсеткіші температуралық режим болып табылады. Элементтің 25^оС жоғары бір градусқа қызған кезде 0,002 вольт кернеу жоғалтады, яғни 0,4 % градус. Суретте 25^о С и 60^о С үшін ВАС келтірілген. Нұрлы күндері элементтердің  әрқайсысы 0,07-0,09 В жоғалта отыра, 60-70^оС дейін қызады. Осы жағдай кернеудің құлауына әкелетін, күн элементтерінің ПӘК төмендеуінің басты себебі болып табылады. ПӘК есептеу деңгейінде ұстап тұру үшін элементтерді сумен немесе ауамен желдетеді.  Күн элементінің ПӘК 10-16 % аралығында жатады. 100х100 мм өлшемді күн ұяшықтары  стандартты жағдайда 1-1,6 Вт өндіре алады.

Бөлек күн элементінің электрлік параметрлері стандартты жағдайда  ВАС ретінде беріледі. Элементтердің стандартты жағдайы: жарықтылық 1000 Вт/м², температура 25^оС, күн спектрінің ауқымдылығы 45^о.

Энергетикада фотоэлектрлік  жүйені (ФЭЖ)  құруда күн модульдері негізгі компоненттерді құрайды.  Олар кез-келген шығыс кернеулі етіп шығарылады.

ФЭЖ жер бетінде, көбінесе номиналды кернеуі 12 В аккумуляторлық батареяларды (АКБ) зарядтау үшін қолданады.  Мұндай жағдайда, ереже бойынша 36 күн элементі тізбектей және әйнек, текстолит, алюминий бетінде ламинациялану арқылы саңылаусыздандырылады.

Максималды қуатқа сәйкес келетін кернеу, максималды қуат кернеуі деп аталады  (Жұмыс кернеуі - ), ал соған сәйкес ток – максималды қуат тогы (жұмыс тогы - ).

Қайталап кететін болсақ, модульдің бос жүріс кернеуі жарықтануға тәуелсіз, ал жұмыс тогы тура пропорционал.

Модуль қуаты  алынған период уақытында төмендегідей энергия қорын өндіреді

мұнда  - берілген период аралығындағы  инсоляция (келіп түскен нұрлы энергия)  мәні;

- элементтердің күн көзіне қызу кезінде кететін қуат шығынын анықтайтын жазда 0,5 және қыста 0,7 болатын түзету коэффициенті, сонымен қатар бір күн бойы модуль бетіне түскен сәуленің құлау бұрышының өзгеруін ескереді.

 Жаздағы және қыстағы    коэффициентінің айырмашылығы қыста элементтердің аз қызуымен байланысты.

Жоғарыда келтірілген формула және энергия тұтынушылардың суммарлық қуаты арқылы берілген жүктемені  аккумуляторлық батареямен қоректендіру үшін модульдің суммарлық қуаты анықталады. ФЭЖ қолданған кезде тұтынушылардың қуатын максималды төмендету қажет. Мысалы, жағдай келгенше жарықтандыру ретінде люминесценттік  шамдарды қолдану керек.

Кремний элементтері негізінде жарық энергиясын электр энергиясына түрлендіру эффективтілігі  бетке түсетін жарық ағынының 16 – 20 %  қуатын құрайды. Көбінесе фотовольтаика автономды объекттерді, фермаларды, ауыл ауруханаларын, көше жарығын қамтамасыз ету үшін қолданылады. Энергия шыңының жалпы көлемінен күн энергиясының бөлігі 2015 жылға дейін  15 – 20 % құрайды деп болжауда.

 АҚШ-нда 11449 квадрат миль жерді алып жатқан  ең күшті күн электростанциясы салынып жатыр.

Қазақстанда гелиоэлектростанциясын – Арал маңы, Қызылорда және Оңтүстік Қазақстан обылысында орнатқан жөн