1-маъруза: Электр энергияси манбалари. Анъанавий ва ноанъанавий энергия манбалари

Қуёш элементлари асосидаги электр таъминоти манбалари

Қуёш батареялари барча телекоммуникация аппаратураларда кенг қўлланилади. Атроф-муҳит таъсирига барқарорлиги учун улар очиқ коинотда ҳарорат +80⁰С дан -150⁰С гача бўлган шароитларда ишлаши мумкин. Ярим ўтказгичли қуёш элементларининг ташқи сирти радиация таъсиридан ва иссиқликдан ҳимояловчи радиацияга барқарор ва иссиқликни қайтарувчи оптик қатлам билан қопланади [2,5,12].

Қуёш нурланишини тўғридан-тўғри ўзгартириш учун ярим ўтказгичли материаллардан фойдаланилади.
Қуёш элементлари тайёрланадиган ярим ўтказгичли элементлар 10­^-2….10² Ом см солиштирма қаршиликка эга. Ярим ўтказгичлар р-турли ва n-турли бўлади. Қуёш энегиясини электр энергиясига ўзгартириш жараёни фотоэлектрик эффект орқали амалга ошрилади. У ярим ўтказгич сирт қатламларида 2-3 мкм қалинликдаги эркин электронлар кўринишида вужудга келади. Ярим ўтказгич сиртида эркин электронларнинг пайдо бўлиши ва электр потенциаллар фарқи юзага келганида унда электр токи вужудга келади. Потенциаллар фарқи ярим ўтказгичнинг нурланадиган сирти ва соя томони орасида унинг сирт қатламларига махсус қўшимчаларни киритиш ҳисобига юзага келади (1.2-расм). Қўшимчалардан бири (n-турли) қўшимча электронларни ва сиртнинг манфий зарядини ҳосил қилади, иккинчиси эса (р-турли) электронларнинг етишмаслигини, яъни мусбат зарядни ҳосил қилади.
Чегарада электронларнинг диффузияси туфайли контакт потенциаллар фарқи вужудга келади. Агар тешикли ўтишли (р-турли) ярим ўтказгич ёритилса, у ҳолда унинг электронлари ёруғлик квантларини ютиб электрон ўтишли (n-турли) ярим ўтказгичга ўтади. Бунда ёпиқ занжирда электр токи ҳосил бўлади.
Кўпинча кремнийли қуёш элементларидан фойдаланилади. Кремний ерда энг кўп тарқалган элементдир. Элементлар кремнийни эритиш ва кейин 5-10 см диаметрли стержен шаклидаги кристалли кремнийни ўстириш йўли билан олинади. Бевосита ярим ўтказгичларни олиш учун бу стерженлар 300 мкм атрофидаги қалинликдаги юпқа пластинкаларга бўлинади. Улар фотоэлектрик элементларнинг асосий қисми ҳисобланади.



1.2-расм. p-n ўтишнинг схемаси

Фотоэлемент ёритилганда 0,5 В қийматли кучланишни ҳосил қилади. Чиқиш токи эса ёруғлик интенсивлилигига ва элементнинг ишчи сиртига боғлиқ. Шунингдек ток кучи ёруғликнинг тўлқин узунлигига ва унинг интенсивлилигига боғлиқ бўлиб, ёруғликнинг нурланиш интенсивлилигига тўғри пропорционалдир. Ёруғлик қанчалик ёрқин бўлса, шунчалик катта ток ҳосил бўлади. Ёруғлик интенсивлиги 1 кВтм² ли ер шароитларида бу элементларнинг фойдали иш коэффициенти 22-26 фоизга, ишлаб чиқариш намуналарида эса 10-14 фоизга етиши мумкин.

Истиқболли қуёш элементларига фойдали иш коэффициенти 10 фоиздан юқори бўлган сульфид кадмий асосидаги гетероструктурани киритиш мумкин. Яна бир истиқболли ярим ўтказгичли материал арсенид галлий ҳисобланади. У нур энергиясини электр энергиясига ўзгартиришда юқори самарадорликка эга бўлиб, фойдали иш коэффициенти 27 фоизгача етиши мумкин. Бу қуёш фотоэлектрик ўзгартиргичларининг энг юқори фойдали иш коэффициентидир. Бундан ташқари 100⁰С дан юқори ҳароратларда барқарорликка эга.
Одатда қуёш батареялари узлуксиз электр таъминоти манбаларида аккумулятор батареялар билан биргаликда ишлатилади. 1.3-расмда қуёш элементининг ва аккумулятор батареясининг ўзаро уланиш схемаси кўрсатилган.

1.3-расм. Қуёш элементи ва аккумулятор батареясининг ўзаро уланиш схемаси

Схемада аккумулятор батареясини қуёш элементидан зарядланишини олдини олиш учун VD1 диод қўйилган.

Электр энергиясини тўплагич сифатида қўш электр қатлами конденсаторлар қўлланилиши мумкин. Бундай турдаги конденсаторлар аккумляторлардан қиммат, лекин аппаратуранинг хизмат муддати даврида алмаштирилишни талаб қилмайди.
Қуёш элементлари зарур бўлган кучланишни ёки токни олиш учун параллел ёки кетма-кет уланади. Қуёш батареяларининг солиштирма характеристикалари қуёш элементлари орқали аниқланади ва тахминан 100…1200 В/м² ни ташкил қилади. 1.1-жадвалда «Электроника М» сериядаги қуёш-аккумулятор батареяларининг асосий характеристикалари келтирилган.
«Электроника М1» модели кетма-кет уланган 30 та қуёш элементидан ташкил топган. Аккумулятор батареяси кетма-кет уланган еттита Д-0,26 дисксимон батареялардан иборат. Ажратувчи диод сифатида КД106А диод қўлланилади. «Электроника М1» модели кириш кучланиш 9В бўлган ва олиб юришга мўлжалланган аппаратуралар учун ишлатилади.
«Электроника МН» модели портатив магнитафонларни, плейерларни ва бошқа (2,5…3 В кириш кучланишга мўлжалланган) радиоэлектрон аппаратураларни электр энергияси билан таъминлаш учун ишлатилади. Қуёш батареяси кетма-кет ва параллел уланган 27 та элементдан иборат. Аккумулятор батареяси эса НКГЦ-0,5 турдаги иккита кетма-кет уланган ва А316 гальваник элементлар билан алмаштириш мумкин бўлган аккумуляторлардан иборат.

1.4-расм. СБ-9М турдаги бирлик модулларнинг уланиш схемалари

«Электроника М5» модели 5,5…6В кириш кучланишга мўлжалланган радиоқабуллагичларда ва бошқа радиоаппаратураларда ишлатилади. Қуёш батареяси 20 та кетма-кет уланган қуёш элементларидан иборат. 5 та Д-0,26 турдаги аккумуляторлардан ташкил топган [2].

Турли номиналдаги чиқиш кучланишларни олиш учун СБ-9М турдаги бирлик модулдан фойдаланиш қулай. Номинал кучланиши 1,5 В бўлган модул кетма-кет уланган 4 та қуёш элементидан иборат. Бирлик модулларнинг бир неча ҳил уланиш схемалари 1.4-расмда келтирилган.