Muqobil energiya manbalari

17-mavzu. Fotoenergetikaning fizik asoslari.
Reja:
17.1. Yarimo‘tkazgichli quyosh elementlarining fizikaviy asoslari.
17.2. Yarimo‘tkazgichli quyosh elementlarini tayyorlash texnologiyasi.
17.3. Material ichidagi potensial to‘siq (p-n o‘tish). Foton energiyasi.
17.4. Ichki va tashki fotoeffekt. Taqiqlangan zona energiyasi. Fotodiod. Fototranzistorlar.
QES minora turi.
Ushbu turdagi elektr stantsiyalari quyosh nuridan foydalangan holda suv bug‘ini ishlab chiqarish printsipiga asoslanadi. Stansiya markazida balandligi 18 dan 24 metrgacha bo‘lgan minora mavjud (quvvati va boshqa parametrlariga qarab, balandligi ko‘proq yoki kamroq bo‘lishi mumkin), uning tepasida suv idishi joylashgan. Bu idish termal radiatsiyani olish uchun qora rangga bo‘yalgan bo`ladi. Shuningdek, ushbu minorada minora tashqarisida joylashgan turbogeneratorga bug yetkazib beradigan nasoslar mavjud.

17.1-rasm. Quyosh elektrstansiyasi minora turi.
Geliostat - bir necha kvadrat metr maydonga ega, tayanchga o‘rnatilgan va umumiy joylashishni aniqlash tizimiga ulangan oyna. Ya'ni, quyoshning holatiga qarab, oyna fazodagi yo‘nalishini o‘zgartiradi. Asosiy va ko‘p vaqt talab qiladigan vazifa bu - stansiyaning barcha nometalllarini joylashtirishdir, shunda ularda aks etgan nurlar istalgan vaqtda suv idishiga tushadi. Quyoshli musaffo ob-havoda, idishdagi harorat 700 darajaga yetishi mumkin. Bunday harorat parametrlari aksariyat an'anaviy issiqlik elektr stantsiyalarida qo‘llaniladi, shuning uchun energiya ishlab chiqarish uchun standart turbinalar ishlatiladi. Aslida, ushbu turdagi stantsiyalarda nisbatan yuqori samaradorlik FIK (taxminan 20%) va yuqori quvvatni olish mumkin. Minora quyosh elektr stansiyalarini cho`lli va dalali hududlarga o`rnatish kerak bo`ladi. Minora quyosh elektr stantsiyalarining asosiy kamchiliklari ularning tan narxi yuqoriligi va katta hudud egallashidir. 100 MVt quvvatga ega quyosh elektr stantsiyalarini joylashtirish uchun 200 gektar maydon talab qilinadi, 1000 MVt quvvatga ega atom elektr stantsiyalari uchun esa atigi 50 gektar.
Quyosh energiyasi kontsentratorlari quyosh elektr stantsiyalarida keng qo‘llaniladi, bu esa o‘z navbatida kosmik harakatlantiruvchi tizimlar va elektr raketa dvigatellari uchun energiya manbalaridan biri bo‘lib, shuningdek, kosmik kemalarning bort tizimlariga elektr energiyasini etkazib beradi. Kontsentratorlardan foydalanish energiyani konversiyalash tizimlarining o‘ziga xos, energiya massasi va narx ko‘rsatkichlarini sezilarli darajada yaxshilashga imkon beradi.
17.3 Konsentratsiya tizimini uning zichligini yanada foydalanish uchun zarur bo‘lgan darajaga ko‘tarish uchun quyosh nurlari oqimini kosmosda ushlab turish va qayta tarqatish uchun mo‘ljallangan maxsus optik tizim deb ta'riflash mumkin.
Texnik jihatdan kontsentratsiyani turli xil optik elementlar - nometall, linzalar, yorug‘lik qo‘llanmalari va boshqalar yordamida amalga oshirish mumkin. Quyosh radiatsiyasining kontsentratsiyasi tizimlarining xususiyatlari ularning aks etuvchi yuzasining geometrik va optik xususiyatlari, shuningdek og‘irligi, hajmi, narxi va boshqa ko‘rsatkichlari bilan tavsiflanadi.
Konsentratsiya tizimlari quyidagi asosiy talablarga ega:
- kosmosdagi quyosh nurlanish spektrining to‘lqin uzunligi oralig‘ida yuqori aks ettirish qobiliyati;
- kontsentrlangan nurlanishni taqsimlash xususiyatlarining qabul qiluvchi-konvertor qurilmalarining samarali ishlashi uchun zarur bo‘lgan ko‘rsatkichlarga muvofiqligi;
- minimal solishtirma og‘irlik (aks etuvchi sirt birligi massasi);
- asboblarning soddaligi va ishonchliligi bilan transport sharoitida ixchamlik
konsentratsiya tizimlarini orbitada yig‘ish va joylashtirish;
- aks ettiruvchi sirtlarning strukturaviy elementlari va optik qoplamalarining kosmik muhit omillari ta'siriga uzoq vaqt ta'sir qilishiga chidamliligi;
- arzonligi va ishlab chiqarish qulayligi.
Quyosh nurlanishining kontsentratsiyasining asosiy energiya ko‘rsatkichi kontsentratsiya koeffitsienti (darajasi) yoki konsentratsiyalash qobiliyati K bo‘lib, u konsentrlangan ishlov berishning o‘rtacha zichligining aks etuvchi yuzaga tushadigan nurlanish oqimining zichligiga nisbati sifatida aniqlanadi, agar u Quyoshga aniq yo‘naltirilgan bo‘lsa. Shunday qilib, SCES-da har xil turdagi kontsentratsion tizimlardan foydalanish mumkin, ular ma'lum bir konvensiyaga binoan past potentsial (K <100) va yuqori potentsialga (K> 100) bo‘linishi mumkin.
Gibrid quyosh elektrostansiyalari Tarmoqli va avtonom tizimlarning imkoniyatlarini birlashtirgan quyosh elektrostantsiyasi Gibrid Quyosh Energiya Tizimi deyiladi. U tashqi tarmoqqa ulangan, ammo u o‘chirilganida zaxira quvvatini ta'minlashi mumkin. Bundan tashqari, tizimning batareyalari o‘zlarining bepul quyosh energiyasini iste'mol qilishni ko‘paytiradi.
Tarmoqdagi quyosh elektr stantsiyasi singari, gibrid tizim ham tarmoq kompaniyasi bilan shartnoma tuzilgan bo‘lsa, ortiqcha energiyani umumiy tarmoqqa sotish imkonini beradi. Bu elektr energiyasini tarmoqqa sotish tariflari tarmoqdan sotib olishdan yuqori bo‘lgan hollarda foydali bo‘ladi. Agar vaziyat aksincha bo‘lsa, u holda uni kechqurun ishlatish uchun batareyalarda energiya tejash yaxshiroqdir. Quyoshli kunlarda energiya zaxiralari allaqachon to‘la zaryadlangan davrlar mavjud va avlod hali ham iste'mol qilinadigan hajmdan oshib ketadi. Bunday holda, ortiqcha narsa tarmoqqa eksport qilinadi: elektrni yo‘qotishdan ko‘ra har qanday narxda sotish yaxshiroqdir. Avtonom quyosh elektr stantsiyasidan farqli o‘laroq, gibrid eritma akkumulyator batareyalarining katta hajmini talab qilmaydi, chunki tashqi tarmoqdagi uzilishlar kam uchraydi va odatda bir necha soatdan oshmaydi. Maxsus holatlar uchun, masalan, bulutli ob-havo sharoitida tashqi tarmoq uzoq vaqt uzilib qolganda, siz dizel generatorini o‘rnatishingiz mumkin, bu esa batareyalarni tezda kerakli darajada zaryad qiladi. Agar ob'ektni faqat umumiy elektr tarmog‘iga ulash rejalashtirilgan bo‘lsa, lekin elektr energiyasi hozir zarur bo‘lsa, siz gibrid elektr stantsiyasini qurishingiz va tarmoq paydo bo‘lguncha uni avtonom ravishda ishlatishingiz mumkin. Odatda, quyosh elektr stantsiyasini qurish individual transformatorni o‘rnatish va tarmoqqa ulanish uchun hujjatlarga qaraganda ancha kam vaqt talab etadi. Shunday qilib, gibrid quyosh elektr stantsiyasi tarmoq va avtonom tizimlarning afzalliklarini birlashtiradi va shu bilan birga avtonom elektr stantsiyasidan kam xarajat qiladi. Gibrid elektr stantsiyasida quyosh modullari va batareyalari uchun alohida invertorlar yoki bitta zarur bo‘lgan elektronika mavjud bo‘lgan bitta gibrid invertor ishlatilishi mumkin.