Мавзу. Юқори самарали қуёш элементлари

Мавзу. Қуёш элементлари тайёрлашда ишлатиладиган асосий материаллар.

• Ноанъанавий ва қайта тикланувчи энергия манбаларига, асосан, қуйидагиларни мисол сифатида кўрсатиш мумкин: 1. Қуёш фотоэнергетикаси. 2. Шамол энергетикаси. 3. Биоэнергетика (биомасса, биогаз ҳосил қилиш). Ушбу энергия манбалари турларидан ташқари, кичик гидроэлектростанциялар, геотермал энергетика, денгиз тўлқинлари энергияси, қум барханларидан энергия ҳосил қилиш, шўрланиш энергияси кабилар ҳам ноанъанавий ва қайта тикланувчи энергия манбалари турлари ҳисобланади. Олий таълимида ноанъанавий ва қайта тикланувчи энергия манбалари ва уларнинг турлари, замонавий конструкциялари, ишлаш принципи ва тузилишлари ҳамда улардан кенг соҳада самарали фойдаланиш имкониятлари тўғрисидаги билим ва кўникмаларни нисбатан соддароқ, тушунарли тарзда баён этиш шакллантириш мақсадга мувофиқдир.

• Энди ноанъанавий ва қайта тикланувчи энергия манбаларидан самарадорлиги нисбатан анча юқори бўлган энергия манбалари турларининг баъзилари тўғрисида қисқача маълумотлар келтирамиз.
• 1. Қуёш фотоэнергетикаси. Қуёш фотоэнергетикаси дейилганда қуёш оптик нурланиш энергиясини электр энергиясига айлантириш соҳаси тушунилади.
• 2. Қуёш нурланиши қандай қилиб электр ёки иссиқлик энергиясига айлантирилади?
• Бунда асосан қуёш батареяси ёки қуёш элементидан фойдаланилади. Қуёш элементи яримўтказгичли элементлар асосида ҳосил қилинади.
• Масалан: Si (кремний), Ge (германий), GaAs (галлий арсениди), CdTe (кадмий теллур) ва бошқалар. Қуёш элементи ёруғлик нурланишини ютиб,уни электр энергиясига айлантириб беради.Ёруғлик нурланиши (ёруғлик фотони) қуёш элементи юза соҳасида ютилади
• 3. Ёруғлик фотони ютилгандан сўнг, элемент ичида ҳосил қилинган потенциал тўсиқда (р-n ўтиш соҳасида) ички фотоэффект қонуни асосида иккига ажралади. Бунда элемент ичида бир томонга электронлар ва бир томонга коваклар ҳаракати вужудга келади. Натижада элемент ичида фотоэлектрик электр юритувчи куч ҳосил бўлади. Бу эса электр токининг ҳосил бўлганлигини билдиради. Элемент юза ва орқа томонида ҳосил қилинган контактларда ток оқа бошлайди.
• 4. Бу жараён 1-расмда ифодалаб берилган. Қуёш батареяси керакли қувватини шакллантириш маълум сондаги қуёш элементларини кетма-кет ва параллел улаш асосида ҳосил қилинади. Маълумки, 1 м2 юзага (Ер шароитида) ўртача 1370 Ж энергия тушиши аниқланган. Бундан кўринадики, қуёш оптик нурланиш энергияси энергетик жиҳатдан самарали, экологик жиҳатдан тоза энергия манбаси ҳисобланади. Шунингдек, қуёш элементларидан турли қувватли қуёш фотоэлектрик қурилмалари, қуёш тизимлари ва қуёш электростанцияларини барпо этиш мумкин.

• 2. Шамол энергетикаси. Бу ноанъанавий энергия манбаи турида шамол механик (кинетик) энергиясидан электр энергияси ҳосилқилиш соҳаси тушунилади. (Эслатма: Шамол энергиясидан жуда қадим замонларда ҳам инсонлар томонидан фойдаланилган. Масалан: шамол тегирмонларида буғдой, арпа, маккажўхори ва бошқа турдаги ўсимликлар донларини майдалаш, ун ҳосил қилиш ва ҳoкaзо.) Бунда асосий қурилма шамол гене- ратори ҳисобланади. Шамол генераторида ротор айланиши (шамол, ҳаво оқими ҳисобига) натижасида статорда зарядланган зарралар оқими, яъни электр токи ҳосил бўлади. Шамол генератори парраклари айланиши маълум шамол тезлигига мўлжалланган бўлади. Шунга кўра қувватлари, геометрик ўлчамлари ва конструкциялари бир-биридан фарқ қилади. Маълумки, шамол энергияси қўлланилиши бўйича дунёда АҚШ, Германия, Нидерландия, Дания ва Ҳиндистон каби давлатлар етакчи ўринларда туради. Бу давлатларда 1,5 МВт ва ундан катта қувватли шамол энергетик қурилмалари яратилган ва фаолият кўрсатмоқда.
• Ҳозирда шамол генераторлари замонавий конструкциялари турли хил кўринишда ва турли хил географик ҳудудларга мўлжаллаб ҳар хил қувватларда фирмалар томонидан ишлаб чиқарилмоқда (2-расм). Тажрибалар шуни кўрсатадики, катта шамол генераторлари нормал ишлаши учун шамол тезлиги 20–30 м/с атрофида, кичик (мини шамол генераторлари) шамол генераторлари ишлаши учун эса шамолнинг тезлиги камида 4 м/с бўлиши кераклиги аниқланган. Ҳозирда ишлаб чиқарилаётган замонавий энг катта шамол генераторларининг бир донасининг ўртача қуввати 5 МВт, унинг баландлиги 80 метр, паррагининг узунлиги 40 метрни ташкил этади (2-расм). Ер шарининг шамол доим эсиб турадиган географик ҳудудларида энер- гия истеъмолига қараб жуда кўп сондаги шундай шамол генераторларидан ташкил топган катта қувватли шамол электростанциялари барпо этилмоқда. Шамол жуда арзон ва қулай энергия манбаи, бироқ бу энергия ту- рининг жиддий камчиликлари ҳам мавжуд. Улар қуйидагилар:
• ● доимий равишда шамол оқими бўлиши шартлиги (шамол оқимининг доимий равишда бўлмаслиги шамолдан керакли қувватдаги энергия ҳосил қилиш имконини чеклайди).

• Шунинг учун шамол энергетик қурилмаларини ўрнатишда шамол доимий эсиб турадиган географик ҳудудлар танланади. Бундай географик ҳудудлар асосан океан ва денгизларга яқин жойларда, тоғ, тоғолди ва дараларда кўпроқ учрайди; ● аҳоли яшаш ҳудудларидан анча узоқроқ жойларга ўрнатилиши (техника хавфсизлигига қаттиқ риоя қилиниши керак, катта шамол генераторлари парраклари шамол таъсирида ўрнатилган устундан (шамол энергетик қурилмасидан) чиқиб кетса, жуда хавфли қуролга айланиши мумкин), бундан ташқари шамол генераторлари шовқини инсоният ва ҳайвонот олами эшитиш органларига жуда катта салбий таъсир қилиши мумкин. Шунинг учун катта шамол генераторлари (шамол энергетик қурилмалари), шамол энергетик станциялари аҳоли яшаш ҳудуларидан анча узоқроқ масофаларга ўрнатилиши ёки қурилиши мақсадга мувофиқ деб ҳисобланади (кичик, мини шамол генераторлари бундан мустасно).
• 3. Биоэнергетика, биогаз қурилмалари. Бу энергия турида хом ашё сифатида, асосан, 1 Схема муаллиф томонидан таёрланган. Маҳаллий ўғитлар, чиринди ва ўсимлик пояларидан фойдаланилади. Ҳозирги пайтда за- монавий табиий газ (биогаз) ҳосил қилувчи махсус қурилмалар яратилган бўлиб, улардан иссиқлик, электр ва табиий биогаз ҳосил қилиш имкониятлари мавжуддир (3-расм).Биз биогаз ҳосил қилишнинг содда усулини кўриб чиқайлик (уй шароитида ҳам бундай қурилмани қуриб, фойдаланиш имконияти мавжуд бўлган содда усул). Бундай қурилмани ҳосил қилишда, энг асосийси, 2 дона катта ҳажмли идиш (темир бочка ва ҳ.к.) керак бўлади. Идишлардан бирининг ҳажми нисбатан каттароқ бўлиши талаб этилади (3-расм). Маҳаллий ўғит ёки чириндилар катта идишга юқориги қопқоқ (4) очилиб, 1/3 миқдорича солинади. Чириш жараёнини тезлаштириш учун маълум миқдорда сув билан аралаштирилади. Идишда чириш жараёнида ундан асосан метан ва углерод диоксиди ажаралиб чиқади. Ҳосил бўлган табиий газ кўриниб турибдики, иккинчи идишга ўз-ўзидан келиб қуйилади. 2-идишда газ босимини кўрсатиб турувчи монометр ўрнатилган. Керакли босимли газ ҳосил бўлгандан сўнг, газ плитасига уланган труба бурагичи очилиб, плитадан фойдаланиш мумкин бўлади. 1-катта идишда чириш жараёни камайиб, 2-идишда газ ҳосил бўлиши сезиларли даражада камайиб қолса, катта идишнинг пастки қопқоғидан (5) унинг ичи- даги чиринди қолдиқлари олиб ташланиб яна беркитиб ёпилади ва юқориги қопқоқ (4) орқали маҳаллий ўғит ёки чириндилар солиш яна амалга оширилади. Бу жараён чиқариш жараёни вақтига қараб (табиий газ ҳосил бўлиши ва ундан фойдаланиш имкониятларига қараб) такрорланаверади. Бундан ташқари, махсус қурилмалар ёрдамида табиий газдан электр энергияси ҳосил қилиш ёки сувларни иситиш тизимларида ҳам фойдаланиш мумкин бўлади.

• Foydali ish koeffitsiyenti rekord ko‘rsatkichli quyosh batareyasi yaratildi. Yaponiyalik mutaxassislar quyosh batareyasining foydali ish koeffitsiyenti (FIK) 26,3 foiz bo‘lishiga erishdilar. Ular bunga qanday muvaffaq bo‘lganlari haqida Nature energy jurnalidagi maqola chop etilgan.

• Kremniy quyosh batareyasining FIKi uchun maksimal nazariy chegara 29 foizni tashkil qiladi. Biroq bu ko‘rsatkichga hali hech kim erisha olmagan. Amaliyotda FIK 20 foizga yaqinni tashkil qiladi, rekord ko‘rsatkich esa 25,6 foizni tashkil qilgan. Yaponiyalik olimlar bu ko‘rsatkichni 26,3 foizga yetkazishga muvaffaq bo‘ldilar.
• Ular buning uchun taqiqlangan zonalar – ideal kristalldagi elektron ega bo‘la olmaydigan energiya qiymatlari sohasini minimallashtirish uchun yuqori sifatli yupqa plyonkali geteroo‘tish dan(ikkita turli yarimo‘tkazgich kontakti) foydalanishgan. Bundan tashqari, olimlar batareyaning yuqori qismini amorf kremniy va fotonlar tarqalishidan qochish uchun aksqaytaruvchi qoplama bilan qoplashgan.
• Mutaxassislar batareyani yanada takomillashtirishni rejalashtirilmoqdalar. Ular 29 foizlik FIKga erishishga imkon bermayotgan bir necha sabablarni aniqlashdi. Bu sabablar orasida optik yo‘qotishlar va tashqi rekombinatsiyadagi yo‘qotishlar bor. 

Фотоэлектор ячейкаларида ёруғлик нурланиш энергияси электр энергиясига айлантирилади. Фотоэлектр ячейкаларини тайёрлашда биринчи бўлиб моно ёки поликристалл кремнийдан фойдаланилган. Ҳозирги кунда бу элементдан тайёрланадиган ячейкалар, бутун дунёда ўрнатилган тизимларнинг 80 фоизини ташкил этади. Уларнинг фойдали иш коэффиценти 11÷16 фоизни ташкил этади.

• Фотоэлектор ячейкаларида ёруғлик нурланиш энергияси электр энергиясига айлантирилади. Фотоэлектр ячейкаларини тайёрлашда биринчи бўлиб моно ёки поликристалл кремнийдан фойдаланилган. Ҳозирги кунда бу элементдан тайёрланадиган ячейкалар, бутун дунёда ўрнатилган тизимларнинг 80 фоизини ташкил этади. Уларнинг фойдали иш коэффиценти 11÷16 фоизни ташкил этади.