Günəş fotovoltaik çeviriciləri. Günəş enerjisinin çevrilməsi enerjinin inkişafı üçün perspektivli yoldur. Fotoelektrik çeviricilərin növləri

Fotoelektrik çeviricilərin növləri

Günəş enerjisini elektrik enerjisinə çevirmək üçün ən çox qənaətcil cihazlar (çünki bu, birbaşa, bir mərhələli enerji keçididir) yarımkeçirici fotovoltaik çeviricilərdir (PVC). 300-350 Kelvin və günəş T ~ 6000 K nizamlı PV hüceyrələri üçün xarakterik olan tarazlıq temperaturunda onların maksimum nəzəri səmərəliliyi >90% təşkil edir. Bu o deməkdir ki, dönməz enerji itkilərinin azaldılmasına yönəlmiş konvertorun strukturunun və parametrlərinin optimallaşdırılması nəticəsində praktiki səmərəliliyi 50% və ya daha çox artırmaq tamamilə mümkün olacaqdır (labaratoriyalarda 40% səmərəlilik artıq mövcud olmuşdur). əldə edilmişdir).

Günəş enerjisinin fotovoltaik çevrilməsi sahəsində nəzəri tədqiqatlar və praktiki inkişaflar günəş batareyaları ilə belə yüksək səmərəlilik dəyərlərini əldə etməyin mümkünlüyünü təsdiqlədi və bu məqsədə çatmağın əsas yollarını müəyyənləşdirdi.

PV hüceyrələrində enerjinin çevrilməsi günəş radiasiyasına məruz qaldıqda qeyri-homogen yarımkeçirici strukturlarda baş verən fotovoltaik effektə əsaslanır. PV strukturunun heterojenliyi eyni yarımkeçirici müxtəlif çirklərlə dopinq etməklə (p-n qovşaqları yaratmaq) və ya müxtəlif yarımkeçiriciləri qeyri-bərabər zolaq boşluqları ilə birləşdirməklə əldə edilə bilər - atomdan elektronların çıxarılması enerjisi (heteroqovşaqlar yaratmaq) və ya kimyəvi elementi dəyişdirməklə. kompozisiya yarımkeçirici, bant boşluğunun qradiyentinin görünüşünə səbəb olur (dərəcəli boşluq strukturlarının yaradılması). Yuxarıda göstərilən üsulların müxtəlif birləşmələri də mümkündür. Dönüşüm səmərəliliyi qeyri-bərabər yarımkeçirici strukturun elektrik xüsusiyyətlərindən, eləcə də günəş elementinin optik xüsusiyyətlərindən asılıdır, bunlar arasında günəş işığı ilə şüalanan yarımkeçiricilərdə daxili fotoelektrik effektin yaratdığı fotokeçiricilik ən mühüm rol oynayır. PV elementlərinin işləmə prinsipi müasir günəş və kosmik enerjidə geniş istifadə olunan p-n qovşaqlı çeviricilərin nümunəsi ilə izah edilə bilər. Elektron-deşik qovşağı, müəyyən bir keçiriciliyə (yəni, p- və ya n-tipli) malik bir kristal yarımkeçirici materialdan hazırlanmış bir vafli çirklə doping etməklə, əks keçiriciliyə malik bir səth qatının yaradılmasını təmin etməklə yaradılır. növü.

Orada mövcud olan əsas sərbəst yük daşıyıcılarını zərərsizləşdirmək və əks işarənin keçiriciliyini yaratmaq üçün bu təbəqədəki qatqı maddəsinin konsentrasiyası əsas (orijinal monokristal) materialdakı əlavənin konsentrasiyasından xeyli yüksək olmalıdır. n- və p-qatlarının sərhəddində yük axını nəticəsində n-qatında kompensasiya olunmamış həcmli müsbət yüklə, p-layında isə həcmli mənfi yüklə tükənmiş zonalar əmələ gəlir. Bu zonalar birlikdə p-n qovşağı təşkil edir. Keçiddə görünən potensial maneə (kontakt potensial fərqi) əsas yük daşıyıcılarının keçməsinə mane olur, yəni. p-qat tərəfdən elektronlar, lakin sərbəst şəkildə azlıq daşıyıcılarının əks istiqamətlərə keçməsinə imkan verir. P-n qovşaqlarının bu xüsusiyyəti günəş elementini günəş işığı ilə şüalandırarkən foto-emf əldə etmək imkanını müəyyənləşdirir. Fotovoltaik elementin hər iki qatında işığın yaratdığı qeyri-taraz yük daşıyıcıları (elektron-deşik cütləri) p-n qovşağında ayrılır: azlıq daşıyıcıları (yəni elektronlar) qovşaqdan sərbəst keçir və çoxluq daşıyıcıları (deşiklər) saxlanılır. Beləliklə, günəş radiasiyasının təsiri altında p-n qovşağından hər iki istiqamətdə qeyri-tarazlıq yük daşıyıcılarının cərəyanı - fotoelektronlar və foto dəliklər axacaq ki, bu da günəş elementinin işləməsi üçün lazım olan şeydir. İndi xarici dövrəni bağlasaq, yük üzərində iş görən n-qatından olan elektronlar p-qatına qayıdacaq və orada əks istiqamətdə günəş hüceyrəsinin içərisində hərəkət edən deşiklərlə yenidən birləşəcək (birləşəcək). Xarici dövrəyə elektronları toplamaq və çıxarmaq üçün günəş elementinin yarımkeçirici strukturunun səthində əlaqə sistemi mövcuddur. Dönüştürücünün ön, işıqlandırılmış səthində kontaktlar bir tor və ya tarak şəklində hazırlanır, arxa tərəfdə isə möhkəm ola bilər.

Günəş hüceyrələrində əsas geri dönməz enerji itkiləri aşağıdakılarla əlaqələndirilir:

çeviricinin səthindən günəş radiasiyasının əks olunması,
radiasiyanın bir hissəsinin fotovoltaik hüceyrədən ona udulmadan keçməsi,
artıq foton enerjisinin qəfəsin termal vibrasiyasına səpilməsi,
fotovoltaik elementin səthlərində və həcmində əmələ gələn foto cütlərinin rekombinasiyası;
çeviricinin daxili müqaviməti,
və bəzi digər fiziki proseslər.

Günəş elektrik stansiyalarında bütün növ enerji itkilərini azaltmaq üçün müxtəlif tədbirlər hazırlanır və uğurla tətbiq edilir. Bunlara daxildir:

günəş radiasiyası üçün optimal zolaq boşluqları olan yarımkeçiricilərin istifadəsi;
yarımkeçirici strukturun optimal qatqı və daxili elektrik sahələrinin yaradılması ilə xassələrinin məqsədyönlü təkmilləşdirilməsi;
homojendən heterojen və pilləli boşluqlu yarımkeçirici strukturlara keçid;
PV dizayn parametrlərinin optimallaşdırılması (pn-qovşağının dərinliyi, əsas təbəqənin qalınlığı, kontakt şəbəkəsinin tezliyi və s.);
antireflection, istilik tənzimlənməsi və günəş hüceyrələrinin kosmik radiasiyadan qorunmasını təmin edən çoxfunksiyalı optik örtüklərin istifadəsi;
əsas udma zolağının kənarından kənarda günəş spektrinin uzun dalğalı bölgəsində şəffaf olan günəş elementlərinin inkişafı;
zolaq aralığının eninə görə xüsusi seçilmiş yarımkeçiricilərdən kaskad PV elementlərinin yaradılması, hər bir kaskadda əvvəlki şəlalədən keçən şüalanmanın çevrilməsinə imkan yaratmaq və s.;

Həmçinin, ikitərəfli həssaslığa malik konvertorların yaradılması (bir tərəfin mövcud səmərəliliyinin +80%-ə qədəri), luminescent reemissiya edən strukturların istifadəsi və ilkin olaraq günəş batareyalarının səmərəliliyinin əhəmiyyətli dərəcədə artmasına nail olunmuşdur. günəş spektrinin iki və ya daha çox spektral bölgəyə parçalanması çoxqatlı plyonka şüaları ayırıcılardan (dikroik güzgülər). ) sonradan spektrin hər bir hissəsinin ayrıca fotovoltaik elementlə çevrilməsi və s.

Günəş elektrik stansiyalarının (günəş elektrik stansiyalarının) enerjiyə çevrilmə sistemlərində, prinsipcə, yaradılmış və hazırda işlənib hazırlanmaqda olan müxtəlif yarımkeçirici materiallar əsasında müxtəlif strukturların istənilən növ günəş elementlərindən istifadə oluna bilər, lakin onların heç də hamısı tələbləri qane etmir. Bu sistemlər üçün tələblər toplusu:

uzun (onlarla il!) xidmət müddəti ilə yüksək etibarlılıq;
konversiya sisteminin elementlərinin istehsalı üçün kifayət qədər miqdarda mənbə materiallarının mövcudluğu və onların kütləvi istehsalını təşkil etmək imkanı;
geri ödəmə müddətləri baxımından məqbul olan konversiya sisteminin yaradılması üçün enerji xərcləri;
bütövlükdə stansiyanın istiqamətləndirilməsi və sabitləşdirilməsi daxil olmaqla, enerjinin çevrilməsi və ötürülməsi sisteminin (kosmosun) idarə edilməsi ilə bağlı minimum enerji və kütlə xərcləri;
baxım asanlığı.

Məsələn, xammalın məhdud təbii ehtiyatları və onların emalının mürəkkəbliyi səbəbindən günəş elektrik stansiyalarının yaradılması üçün tələb olunan miqdarda bəzi perspektivli materialları əldə etmək çətindir. Günəş elementlərinin enerji və əməliyyat xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq üçün müəyyən üsullar, məsələn, mürəkkəb strukturlar yaratmaqla, onların kütləvi istehsalını aşağı qiymətə təşkil etmək imkanları ilə zəif uyğunlaşır və s. Yüksək məhsuldarlığa yalnız tam avtomatlaşdırılmış PV istehsalını təşkil etməklə, məsələn, lent texnologiyasına əsaslanaraq və müvafiq profilli ixtisaslaşmış müəssisələrin inkişaf etmiş şəbəkəsini yaratmaqla əldə edilə bilər, yəni. əslində müasir radioelektron sənayesi ilə miqyasına görə müqayisə edilə bilən bütöv bir sənayedir. Günəş batareyalarının istehsalı və günəş panellərinin avtomatlaşdırılmış xətlərdə yığılması akkumulyator modulunun qiymətini 2-2,5 dəfə azaldacaq.

Silisium və qallium arsenid (GaAs) hal-hazırda günəş enerjisini SES-ə çevirmək üçün fotovoltaik sistemlər üçün ən çox ehtimal olunan materiallar hesab olunur və sonuncu halda söhbət AlGaAs-GaAs strukturlu heterofotokonvertorlardan (HPC) gedir.

Arsenin qallium (GaAs) ilə birləşməsinə əsaslanan FEK-lər (fotovoltaik çeviricilər), məlum olduğu kimi, silikon FEC-lərə nisbətən daha yüksək nəzəri səmərəliliyə malikdirlər, çünki onların bant genişliyi yarımkeçirici günəş enerjisi çeviriciləri üçün optimal bant genişliyi ilə praktiki olaraq üst-üstə düşür =1 .4 eV. Silikon üçün bu göstərici = 1,1 eV-dir.

GaAs-da birbaşa optik keçidlərlə müəyyən edilən günəş radiasiyasının udulmasının daha yüksək səviyyəsinə görə, onlara əsaslanan yüksək effektiv PV hüceyrələri silisiumla müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə kiçik PV hüceyrə qalınlığı ilə əldə edilə bilər. Prinsipcə, ən azı 20% səmərəliliyi əldə etmək üçün 5-6 mikron GFP qalınlığına sahib olmaq kifayətdir, silikon elementlərin qalınlığı isə onların səmərəliliyində nəzərəçarpacaq dərəcədə azalma olmadan 50-100 mikrondan az ola bilməz. . Bu vəziyyət, istehsalı üçün nisbətən az başlanğıc material tələb edən, xüsusən də substrat kimi GaAs deyil, başqa bir materialdan, məsələn, sintetik sapfirdən (Al2 O3) istifadə etmək mümkün olan yüngül film HFP-lərin yaradılmasına ümid etməyə imkan verir. ).

GFC-lər də silikon PV elementləri ilə müqayisədə SES çeviriciləri üçün tələblər baxımından daha əlverişli əməliyyat xüsusiyyətlərinə malikdir. Beləliklə, xüsusilə, böyük bant boşluğuna görə p-n qovşaqlarında əks doyma cərəyanlarının kiçik ilkin dəyərlərinə nail olmaq imkanı, HFP-nin səmərəliliyinin və optimal gücünün mənfi temperatur gradientlərinin miqyasını minimuma endirməyə imkan verir və əlavə olaraq , işıq axınının sıxlığından sonuncunun xətti asılılığının bölgəsini əhəmiyyətli dərəcədə genişləndirin. HFP-lərin səmərəliliyinin temperaturdan eksperimental asılılıqları göstərir ki, sonuncunun tarazlıq temperaturunun 150-180°C-ə qədər artırılması onların səmərəliliyinin və optimal xüsusi gücün əhəmiyyətli dərəcədə azalmasına səbəb olmur. Eyni zamanda, silikon günəş batareyaları üçün 60-70 ° C-dən yuxarı temperaturun artması demək olar ki, kritikdir - səmərəlilik yarıya enir.

Qallium arsenid günəş batareyaları yüksək temperaturlara qarşı davamlı olduqlarına görə günəş radiasiyasının konsentratorları kimi istifadə edilə bilər. GaAs əsaslı HFP-nin işləmə temperaturu 180 °C-ə çatır, bu artıq istilik mühərrikləri və buxar turbinləri üçün kifayət qədər iş temperaturudur. Beləliklə, qallium arsenid HFP-lərin 30% daxili səmərəliliyinə (150 ° C-də) biz fotoselləri soyudan mayenin tullantı istiliyindən istifadə edərək istilik mühərrikinin səmərəliliyini əlavə edə bilərik. Buna görə də, yerin istiləşməsi üçün turbindən sonra soyuducudan aşağı temperaturda istilik çıxarılmasının üçüncü dövrünü də istifadə edən quraşdırmanın ümumi səmərəliliyi hətta 50-60% -dən yüksək ola bilər.

Həmçinin, GaAs əsaslı HFC-lər yüksək enerjili proton və elektron axını ilə məhv olmağa daha az həssasdırlar, çünki GaAs-da işığın yüksək səviyyədə udulması, eləcə də azlıq daşıyıcılarının tələb olunan ömrü və diffuziya uzunluğunun kiçik olması səbəbindən silisium FEC-lərə nisbətən. Bundan əlavə, təcrübələr göstərdi ki, GaAs əsaslı HFP-lərdə radiasiya qüsurlarının əhəmiyyətli bir hissəsi təxminən 150-180 ° C temperaturda istilik müalicəsindən (tavlamadan) sonra yox olur. Əgər GaAs HFC-ləri daim 150°C temperaturda işləyirsə, onda onların səmərəliliyinin radiasiya deqradasiyası dərəcəsi stansiyaların aktiv fəaliyyətinin bütün dövrü ərzində nisbətən kiçik olacaqdır (bu, xüsusilə kosmik günəş elektrik stansiyaları üçün doğrudur). bunun üçün FEC-in aşağı çəkisi və ölçüsü və yüksək səmərəliliyi vacibdir).

Ümumiyyətlə, belə bir nəticəyə gələ bilərik ki, GaAs əsaslı HFC-lərin enerji, kütlə və əməliyyat xüsusiyyətləri silikon FEK-lərin xüsusiyyətlərindən daha çox SES və SCES (kosmos) tələblərinə uyğundur. Bununla belə, silikon qalium arsenidindən daha əlçatan və geniş istifadə olunan bir materialdır. Silikon təbiətdə geniş yayılmışdır və onun əsasında günəş batareyaları yaratmaq üçün xammal tədarükü demək olar ki, qeyri-məhduddur. Silikon günəş batareyalarının istehsalı texnologiyası yaxşı qurulmuşdur və daim təkmilləşdirilir. Yeni avtomatlaşdırılmış istehsal üsullarının tətbiqi ilə silikon günəş elementlərinin maya dəyərini bir-iki miqyasda azaltmağın real perspektivi var ki, bu da xüsusilə silikon lentlər, geniş sahəli günəş batareyaları və s. istehsal etməyə imkan verir.

Silikon fotovoltaik batareyaların qiymətləri 25 il ərzində 20-30 dəfə, yetmişinci illərdəki 70-100 dollar/vattdan 2000-ci ildə 3,5 dollar/vat-a enib və daha da azalmağa davam edir. Qərbdə qiymətlər 3 dollar həddini keçəndə enerji sektorunda inqilab gözlənilir. Bəzi hesablamalara görə, bu, hələ 2002-ci ildə baş verə bilər və Rusiya üçün hazırkı enerji tarifləri ilə bu an 1 vatt günəş enerjisinin qiyməti 0,3-0,5 dollar, yəni daha aşağı miqyasda olacaq. qiymət. Burada birlikdə bütün amillər rol oynayır: tariflər, iqlim, coğrafi enliklər və dövlətin real qiymətləri təyin etmək və uzunmüddətli investisiyalar etmək qabiliyyəti. Heterojunctions olan faktiki strukturlarda səmərəlilik bu gün 30% -dən çox, monokristal silisium kimi homojen yarımkeçiricilərdə isə 18% -ə çatır. Bu gün monokristal silisium əsasında günəş batareyalarında orta səmərəlilik 18%-ə çatsa da, təxminən 12% təşkil edir. Bu gün dünyanın hər yerində evlərin damlarında görülə bilən əsasən silikon SB-lərdir.

Silikondan fərqli olaraq, qallium geniş tətbiq üçün tələb olunan miqdarda GaAs əsaslı HFP-lərin istehsal imkanlarını məhdudlaşdıran çox az materialdır.

Qallium əsasən boksitdən hasil edilir, lakin onu kömür külü və dəniz suyundan əldə etmək imkanları da nəzərdən keçirilir. Qalliumun ən böyük ehtiyatları dəniz suyunda tapılır, lakin orada konsentrasiya çox aşağıdır, bərpa məhsuldarlığı cəmi 1% qiymətləndirilir və buna görə də istehsal xərcləri çox güman ki, qadağandır. Maye və qaz epitaksiya üsullarından istifadə edərək GaAs əsaslı HFP-lərin istehsalı texnologiyası (bir kristalın digərinin səthində (substratda) yönümlü böyüməsi) istehsalı texnologiyası ilə eyni dərəcədə inkişaf etdirilməmişdir. silisium PVS və nəticədə HFP-lərin dəyəri indi silikon günəş elementlərinin qiymətindən əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir (sifarişlərə görə).

Təkmilləşdirilmiş texnologiyaya əsaslanan kütləvi istehsal zamanı HFP-lərin dəyəri, yəqin ki, əhəmiyyətli dərəcədə azalacaq və ümumiyyətlə, GaAs HFP-lərə əsaslanan SES enerji konvertasiya sisteminin konversiya sisteminin dəyəri bir silikonun dəyəri ilə kifayət qədər müqayisə edilə bilər. əsaslanan sistem. Beləliklə, hazırda nəzərdən keçirilən iki yarımkeçirici materialdan birinə - silisium və ya qallium arsenidinə tam üstünlük vermək çətindir və yalnız onların istehsal texnologiyasının gələcək inkişafı göstərəcək ki, yer əsaslı və kosmos üçün hansı variant daha rasional olacaq. günəş enerjisinə əsaslanır. SB-lər birbaşa cərəyan yaratdıqca, vəzifəsi onu sənaye alternativ cərəyanına çevirməkdən irəli gəlir 50 Hz, 220 V. Xüsusi sinif cihazları - çeviricilər - bu vəzifənin öhdəsindən mükəmməl gəlir.

Fotovoltaik sistemin hesablanması.

Günəş batareyalarının enerjisi digər enerji mənbələrinin enerjisi ilə eyni şəkildə istifadə edilə bilər, fərqi ilə günəş batareyaları qısaqapanmadan qorxmur. Onların hər biri müəyyən bir gərginlikdə müəyyən miqdarda cərəyan saxlamaq üçün nəzərdə tutulmuşdur. Lakin digər cərəyan mənbələrindən fərqli olaraq, günəş batareyasının xüsusiyyətləri onun səthinə düşən işığın miqdarından asılıdır. Məsələn, daxil olan bulud enerji çıxışını 50%-dən çox azalda bilər. Bundan əlavə, texnoloji şəraitdə sapmalar bir partiyanın elementlərinin çıxış parametrlərində səpələnməyə səbəb olur. Nəticə etibarilə, fotovoltaik çeviricilərdən maksimum səmərəliliyi təmin etmək istəyi hüceyrələrin çıxış cərəyanına görə çeşidlənməsi ehtiyacına səbəb olur. “Bütün sürünü korlayan pis qoyunun” bariz nümunəsi kimi aşağıdakıları göstərmək olar: böyük diametrli su borusunun qırılmasına daha kiçik diametrli borunun bir hissəsini daxil edin; nəticədə su axını olacaq. kəskin azalır. Bənzər bir şey, heterojen çıxış parametrləri olan günəş hüceyrələri zəncirində baş verir.

Silikon günəş hüceyrələri qeyri-xətti cihazlardır və onların davranışı Ohm qanunu kimi sadə bir düsturla təsvir edilə bilməz. Bunun əvəzinə elementin xüsusiyyətlərini izah etmək üçün asan başa düşülən əyrilər ailəsindən istifadə edə bilərsiniz - cari gərginlik xüsusiyyətləri (CVC)

Bir element tərəfindən yaradılan açıq dövrə gərginliyi eyni partiyada bir elementdən digərinə və bir istehsalçıdan digərinə bir qədər dəyişir və təxminən 0,6 V-dir. Bu dəyər elementin ölçüsündən asılı deyil. Cari ilə vəziyyət fərqlidir. İşığın intensivliyindən və onun səth sahəsinə aid olan elementin ölçüsündən asılıdır.

100-100 mm ölçülü bir element 10-10 mm ölçülü bir elementdən 100 dəfə böyükdür və buna görə də eyni işıqlandırma altında 100 dəfə daha çox cərəyan verəcəkdir.

Elementi yükləyərək, Şəkil 2-də göstərilənə bənzər bir şey əldə edərək, çıxış gücünün gərginlikdən asılılığını təyin edə bilərsiniz.

Pik güc təxminən 0,47 V gərginliyə uyğundur. Beləliklə, günəş batareyasının keyfiyyətini düzgün qiymətləndirmək üçün, eləcə də eyni şəraitdə elementləri bir-biri ilə müqayisə etmək üçün onu elə yükləmək lazımdır ki, çıxış gərginliyi 0,47 V bərabərdir ki, günəş sonra elementləri iş üçün seçilmiş, onlar lehimli etmək lazımdır. Serial elementlər onlara keçiricilərin lehimlənməsi üçün nəzərdə tutulmuş cərəyan toplayan şəbəkələrlə təchiz edilmişdir.

Batareyalar istənilən kombinasiyada yerləşdirilə bilər. Ən sadə akkumulyator sıra ilə bağlanmış elementlər zənciridir. Siz həmçinin zəncirləri paralel bağlaya bilərsiniz, nəticədə ardıcıl paralel əlaqə yaranır.

Günəş batareyalarının işində vacib bir məqam onların temperatur rejimidir. Element 25 ° C-dən yuxarı bir dərəcə qızdırıldıqda, gərginlikdə 0,002 V itirir, yəni. 0,4%/dərəcə. Şəkil 3-də 25°C və 60°C temperatur üçün cari gərginlik xarakteristikası əyriləri ailəsi göstərilir.

Parlaq günəşli bir gündə elementlər hər biri 0,07-0,09 V itirərək 60-70 ° C-yə qədər qızdırılır. Bu, günəş elementlərinin səmərəliliyinin azalmasının əsas səbəbidir və elementin yaratdığı gərginliyin azalmasına səbəb olur. Adi günəş batareyasının səmərəliliyi hazırda 10-16% arasında dəyişir. Bu o deməkdir ki, standart şəraitdə 100-100 mm ölçülü element 1-1,6 Vt güc yarada bilər.

Bütün fotovoltaik sistemləri iki növə bölmək olar: avtonom və elektrik şəbəkəsinə qoşulmuş. İkinci növ stansiyalar daxili enerji çatışmazlığı zamanı ehtiyat rolunu oynayan artıq enerjini şəbəkəyə buraxır.

Avtonom sistem ümumiyyətlə dayaq strukturunda və ya damda yerləşdirilmiş günəş modulları dəsti, akkumulyator, batareyanın doldurulması/boşaldılması tənzimləyicisi və birləşdirici kabellərdən ibarətdir. Günəş modulları fotovoltaik sistemlərin qurulması üçün əsas komponentdir. Onlar istənilən çıxış gərginliyi ilə istehsal edilə bilər.

Günəş batareyaları seçildikdən sonra onları lehimləmək lazımdır. Serial elementləri onlara lehimləmə keçiriciləri üçün cərəyan toplayan şəbəkələrlə təchiz edilmişdir. Batareyalar istənilən kombinasiyada hazırlana bilər.

Ən sadə akkumulyator sıra ilə bağlanmış elementlər zənciridir.

Bu zəncirləri paralel olaraq birləşdirə bilərsiniz, sözdə serial-paralel əlaqə əldə edə bilərsiniz. Paralel olaraq, yalnız eyni gərginliyə malik zəncirlər (xətlər) birləşdirilə bilər və onların cərəyanları Kirchhoff qanununa uyğun olaraq yekunlaşdırılır.

Yerüstü istifadə üçün, onlar adətən 12 V nominal gərginlikli batareyaları doldurmaq üçün istifadə olunur. Bu halda, bir qayda olaraq, 36 günəş batareyası ardıcıl olaraq birləşdirilir və şüşə, PCB və ya alüminium üzərində laminasiya ilə möhürlənir. Elementlər iki qat sızdırmazlıq filmi arasında, hava boşluğu olmadan yerləşir. Vakuum laminasiya texnologiyası bu tələbi yerinə yetirməyə imkan verir. Qoruyucu şüşə və element arasında hava boşluğu olması halında, əksetmə və udma itkiləri hava boşluğu olmadan 12% ilə müqayisədə 20-30% -ə çatacaq.

Günəş batareyasının elektrik parametrləri, həmçinin standart şəraitdə (Standart Test Şərtləri) cərəyan gərginliyi əyrisi şəklində fərdi günəş elementi təqdim olunur, yəni günəş radiasiyası 1000 Vt/m2, temperatur - 25 ° C və 45 ° (AM1.5) enində günəş spektri.

Gərginlik oxu ilə əyrinin kəsişmə nöqtəsi yüksüz gərginlik - Uxx, cərəyan oxu ilə kəsişmə nöqtəsi qısaqapanma cərəyanı adlanır.

Modulun maksimum gücü STC (Standart Test Şərtləri) altında ən yüksək güc kimi müəyyən edilir. Maksimum gücə uyğun olan gərginliyə maksimum güc gərginliyi (iş gərginliyi - Yuxarı), müvafiq cərəyana isə maksimum güc cərəyanı (iş cərəyanı - Ip) deyilir.

Beləliklə, 36 elementdən ibarət modulun işləmə gərginliyi 25o C-də təxminən 16...17 V (hər bir element üçün 0,45...0,47 V) olacaqdır.

Batareyanın tam doldurulmasının (14,4 V) gərginliyi ilə müqayisədə bu gərginlik marjası, batareyanın doldurulması-boşaltma tənzimləyicisindəki itkiləri (bunlar daha sonra müzakirə ediləcək) və əsasən - iş gərginliyinin azalması ilə kompensasiya etmək üçün lazımdır. modul radiasiya ilə qızdırıldığında modul: Silikon üçün temperatur əmsalı təxminən mənfi 0,4%/dərəcədir (bir element üçün 0,002 V/dərəcə).

Qeyd etmək lazımdır ki, modulun açıq dövrə gərginliyi işıqlandırmadan çox az asılıdır, qısaqapanma cərəyanı və müvafiq olaraq iş cərəyanı işıqlandırma ilə düz mütənasibdir.

Beləliklə, real iş şəraitində qızdırıldıqda modullar 60-70°C temperatura qədər qızdırılır ki, bu da iş gərginliyi nöqtəsinin dəyişməsinə uyğundur, məsələn, 17 V işləmə gərginliyi olan modul üçün - 17-dən V - 13,7-14,4 V (hər elementə 0,38-0,4 V).

Yuxarıda göstərilənlərin hamısına əsaslanaraq, modulun seriya ilə əlaqəli elementlərinin sayının hesablanmasına yanaşmaq lazımdır.Əgər istehlakçıya alternativ gərginlik lazımdırsa, buna birbaşa gərginliyin dəyişən gərginliyə çeviricisi əlavə olunur. dəsti.

FES-in hesablanması modulların nominal gücünün, onların sayının, qoşulma sxeminin müəyyən edilməsi deməkdir; növün, iş şəraitinin və batareyanın tutumunun seçilməsi; çeviricinin və yükləmə-boşaltma tənzimləyicisinin gücü; birləşdirici kabel parametrlərinin təyini.

İlk növbədə, eyni vaxtda qoşulan bütün istehlakçıların ümumi gücünü müəyyən etmək lazımdır. Onların hər birinin gücü vattla ölçülür və məhsulun məlumat vərəqlərində göstərilir. Bu mərhələdə, artıq hesablanmışdan 1,25 dəfə çox olmayan çeviricinin gücünü seçə bilərsiniz. Nəzərə almaq lazımdır ki, işə salınma anında kompressor soyuducu kimi hiyləgər bir cihaz nominal gücdən 7 dəfə çox enerji istehlak edir.

İnverterlərin nominal diapazonu 150, 300, 500, 800, 1500, 2500, 5000 Vt-dir. Güclü stansiyalar üçün (1 kVt-dan çox) stansiya gərginliyi ən azı 48 V seçilir, çünki Daha yüksək güclərdə çeviricilər daha yüksək ilkin gərginliklərlə daha yaxşı işləyirlər.

Növbəti mərhələ batareyanın tutumunun müəyyən edilməsidir. Batareyanın tutumu hesablanmışdan daha böyük tərəfə yuvarlaqlaşdırılan standart tutumlar diapazonundan seçilir. Və hesablanmış tutum, sadəcə olaraq istehlakçıların ümumi gücünü batareyanın gərginliyinin məhsuluna və batareyanın boşalma dərinliyinə bölmək yolu ilə əldə edilir.

Məsələn, istehlakçıların ümumi gücü gündə 1000 Wh və 12 V batareyanın icazə verilən boşalma dərinliyi 50% olarsa, hesablanmış tutum belə olacaqdır:

1000 / (12 x 0,5) = 167 Ah

Batareyanın tutumunu tam avtonom rejimdə hesablayarkən, təbiətdə buludlu günlərin mövcudluğunu nəzərə almaq lazımdır, bu müddət ərzində batareya istehlakçıların işini təmin etməlidir.

Son mərhələ günəş modullarının ümumi gücünün və sayının müəyyən edilməsidir. Hesablama üçün günəş radiasiyasının minimum olduğu stansiyanın istismarı dövründə qəbul edilən günəş radiasiyasının dəyəri tələb olunacaq. İlboyu istifadə vəziyyətində bu dekabrdır.

"Meteorologiya" bölməsi Rusiyanın əsas bölgələri üçün günəş radiasiyasının aylıq və ümumi illik dəyərlərini, eləcə də işıq qəbul edən təyyarənin müxtəlif istiqamətlərinə görə qradasiyanı təmin edir.

Oradan bizi maraqlandıran dövr üçün günəş radiasiyasının dəyərini götürərək və onu 1000-ə bölməklə, piko-saatların sayını, yəni günəşin 1000 Vt / intensivliklə parladığı şərti vaxtı alırıq. m2.

Məsələn, Moskva eni və iyul ayı üçün sahə üfüqə 40 ° bucaq altında cənuba yönəldildikdə günəş radiasiyasının dəyəri 167 kVt/m2 təşkil edir. Bu o deməkdir ki, iyulda günəş orta hesabla 167 saat (gündə 5,5 saat) 1000 Vt/m2 intensivliklə parlayır, baxmayaraq ki, işıq axınına perpendikulyar yönümlü ərazidə günorta saatlarında maksimum işıqlandırma 700-750 Vt-dan çox deyil. /m2.

Seçilmiş dövr ərzində Pw gücünə malik modul aşağıdakı enerji miqdarını yaradacaq: W = k Pw E / 1000, burada E seçilmiş dövr üçün insolyasiya dəyəridir, k-əmsalı yayda 0,5-ə, qışda isə 0,7-yə bərabərdir.

Bu əmsal günəşdə qızdırılan zaman günəş elementlərinin güc itkisini korreksiya edir, həmçinin gün ərzində modulların səthinə şüaların meylli düşməsini nəzərə alır.

Qışda və yayda onun dəyərindəki fərq qışda elementlərin daha az qızdırılması ilə əlaqədardır.

İstehlak olunan enerjinin ümumi gücünə və yuxarıdakı düstura əsaslanaraq, modulların ümumi gücünü hesablamaq asandır. Və bunu bilməklə, sadəcə bir modulun gücünə bölmək, modulların sayını alırıq.

Günəş elektrik stansiyası yaratarkən, istehlakçıların gücünü mümkün qədər azaltmaq şiddətlə tövsiyə olunur. Məsələn, işıqlandırıcı kimi (mümkünsə) yalnız flüoresan lampalardan istifadə edin. Belə lampalar, 5 dəfə az istehlak ilə, bir közərmə lampasının işıq axınına ekvivalent bir işıq axını təmin edir.

Kiçik PV sistemləri üçün, düşən şüalara nisbətən optimal fırlanma üçün onun modullarını fırlanan mötərizədə quraşdırmaq məsləhətdir. Bu, stansiyanın gücünü 20-30% artıracaq.

İnverterlər haqqında bir az.

İnvertorlar və ya birbaşa cərəyanın dəyişən cərəyana çeviriciləri 50 Hz tezliyi və 220 V gərginliyi olan alternativ cərəyan enerji təchizatı şəbəkəsinin olmaması və ya keyfiyyətsiz olması şəraitində müxtəlif avadanlıq və cihazları yüksək keyfiyyətli enerji təchizatı ilə təmin etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur; müxtəlif fövqəladə hallar və s.

İnverter, 12 (24, 48, 60) V gərginlikli birbaşa cərəyanın 50 Hz tezliyi ilə 220 V stabilləşdirilmiş gərginlikli alternativ cərəyana çevrilən nəbz çeviricisidir. Əksər inverterlər çıxışda SABİLİZƏ SİNEYUSOIDAL gərginliyə malikdirlər ki, bu da onları demək olar ki, hər hansı bir avadanlıq və cihazları gücləndirmək üçün istifadə etməyə imkan verir.

Struktur olaraq, çevirici bir masa üstü bölməsi şəklində hazırlanır. İnverterin ön panelində məhsulun işləmə açarı və çeviricinin işləmə göstəricisi var. Məhsulun arxa panelində bir DC mənbəyini birləşdirmək üçün sancaqlar (terminallar) var, məsələn, batareya, inverter korpusu üçün torpaqlama sancağı, fan montajı (soyutma) olan bir çuxur və üç qütblü Avro rozetkası yükü birləşdirmək üçün.

İnverterin çıxışında stabilləşdirilmiş gərginlik, giriş gərginliyi dəyişdikdə/dəyişdikdə, məsələn, akkumulyator boşaldıqda və ya yükün istehlak etdiyi cərəyanın dəyişməsi zamanı yükü yüksək keyfiyyətli enerji təchizatı ilə təmin etməyə imkan verir. Girişdə DC mənbəyinin və çevirici çıxışında yüklə AC dövrəsinin zəmanətli qalvanik izolyasiyası müxtəlif DC mənbələrindən və ya hər hansı elektrik avadanlıqlarından istifadə edərkən əməliyyat təhlükəsizliyini təmin etmək üçün əlavə tədbirlər görməməyə imkan verir. İnverterin işləməsi zamanı güc hissəsinin məcburi soyudulması və aşağı səs-küy səviyyəsi, bir tərəfdən, məhsulun yaxşı çəki və ölçü xüsusiyyətlərini təmin etməyə imkan verir, digər tərəfdən, bu tip soyutma ilə onlar narahatlıq yaratmırlar. səs-küy şəklində əməliyyat zamanı.

Elektron displeyli daxili idarəetmə paneli
Dəqiq tənzimləmələrə imkan verən kapasitans potensiometri
Sancaqlı əlaqə ilə normallaşdırılmış zolaq: WE WY STEROW
Quraşdırılmış tərs əyləc
Fanlı radiator
Estetik bərkitmə
Enerji təchizatı 230 V - 400 V
Həddindən artıq yükləmə 150% - 60s
Yüksəlmə vaxtı 0,01...1000 saniyə
Quraşdırılmış elektrik filtri, A sinfi
İşləmə temperaturu: -5°C - +45°C
RS 485 portu
Tezlik addımının tənzimlənməsi: 0,01 Hz - 1 kHz
Mühafizə sinfi IP 20

Funksional olaraq təmin edir: tezlik artımı, azalma, həddindən artıq yüklənmə və qızdırmaya nəzarət.

Günəş enerjisinin elektrik enerjisinə çevrilməsinin fotoelektrik üsulu fotoelektrik effekt fenomeninə - günəş şüalanma kvantlarının təsiri altında radiasiya qəbuledicisində keçirici elektronların buraxılmasına əsaslanır.

Bu təsir radiasiya kvantlarının enerjisi olan yarımkeçirici materiallarda istifadə olunur h məsələn, üzərində yaradır səh–n- foto cərəyan keçidi

I f =eN e ,

Harada N e– qovşaqda potensial fərq yaradan elektronların sayı, bunun nəticəsində qovşaqda əks istiqamətdə sızma cərəyanı axacaq. I, sabit olan foto cərəyana bərabərdir.

Fotoelektrik çevrilmə zamanı enerji itkiləri fotonların tam istifadə edilməməsi, həmçinin artıq yaranmış keçirici elektronların səpilməsi, müqaviməti və rekombinasiyası ilə əlaqədardır.

Sənayedə istehsal olunan ən çox yayılmış günəş batareyaları (fotosellər) vafli formalı silikon hüceyrələrdir. Günəş batareyalarının səmərəliliyini artırmaq və xərclərini azaltmaq üçün hazırlanmış digər növlər və dizaynlar da var.

Günəş batareyasının qalınlığı onun günəş radiasiyasını udmaq qabiliyyətindən asılıdır. Silisium, qallium arsenid və s. kimi yarımkeçirici materiallar kifayət qədər uzun dalğa uzunluğu ilə günəş radiasiyasını udmağa başladığı və onun əhəmiyyətli bir hissəsini elektrik enerjisinə çevirə bildiyi üçün istifadə olunur. Günəş radiasiyasının müxtəlif yarımkeçirici materiallar tərəfindən udulması plitələrin qalınlığı 100 ilə 1 mikron və ya daha az olduqda ən böyük dəyərə çatır.

Günəş batareyalarının qalınlığının azaldılması materialların istehlakını və onların istehsalının maya dəyərini əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər.

Yarımkeçirici materialların udma qabiliyyətinin fərqləri onların atom quruluşunun fərqliliyi ilə izah olunur.

Günəş enerjisinin elektrik enerjisinə çevrilməsinin səmərəliliyi yüksək deyil. 12...14%-dən çox olmayan silisium elementləri üçün.

Günəş batareyalarının səmərəliliyini artırmaq üçün günəş elementinin ön tərəfində əks əks etdirən örtüklərdən istifadə olunur. Nəticədə ötürülən günəş radiasiyasının nisbəti artır. Kaplama olmayan elementlər üçün əksetmə itkiləri 30% -ə çatır.

Son zamanlarda günəş batareyalarının istehsalı üçün bir sıra yeni materiallardan istifadə edilmişdir. Onlardan biri kristal silisiumdan fərqli olaraq nizamlı quruluşa malik olmayan amorf silikondur. Amorf quruluş üçün fotonun udulması və keçiricilik zolağına keçid ehtimalı daha böyükdür. Buna görə daha böyük udma qabiliyyətinə malikdir. Qallium arsenid (GaAs) da istifadə olunur. GaAs əsaslı elementlərin nəzəri səmərəliliyi 25% -ə çata bilər; real elementlərin səmərəliliyi təxminən 16% -dir.

İncə təbəqəli günəş elementlərinin texnologiyası hazırlanır. Laboratoriya şəraitində bu elementlərin səmərəliliyinin 16% -dən çox olmamasına baxmayaraq, daha aşağı qiymətə malikdirlər. Bu, kütləvi istehsalda maya dəyərini və material istehlakını azaltmaq üçün xüsusilə dəyərlidir. ABŞ və Yaponiyada nazik təbəqə elementləri 8 ... 9% səmərəliliyi ilə 0,1 ... 0,4 m 2 sahəsi olan amorf silisiumda istehsal olunur. Ən çox yayılmış nazik təbəqə günəş batareyası 10% səmərəliliyi olan kadmium sulfid (CdS) hüceyrələridir.

İncə təbəqəli günəş batareyası texnologiyasında başqa bir irəliləyiş çox qatlı hüceyrələrin istehsalı olmuşdur. Onlar günəş radiasiya spektrinin böyük hissəsini əhatə etməyə imkan verir.

Günəş batareyasının aktiv materialı olduqca bahalıdır. Daha səmərəli istifadə üçün günəş radiasiyası konsentrasiya sistemlərindən istifadə etməklə günəş elementinin səthində toplanır (şək. 2.7).

Radiasiya axını artdıqca, aktiv və ya passiv soyutma istifadə edərək, temperaturu ətraf mühitin temperaturu səviyyəsində saxlanılarsa, elementin xüsusiyyətləri pisləşmir.

Linzalara (adətən düz Fresnel linzaları), güzgülərə, ümumi daxili əks prizmalara və s. Günəş elementlərinin və ya modullarının yüksək qeyri-bərabər şüalanması baş verərsə, bu, günəş elementinin məhvinə səbəb ola bilər.

Konsentrasiya sistemlərinin istifadəsi günəş elektrik stansiyalarının dəyərini azaltmağa imkan verir, çünki konsentrasiya elementləri günəş batareyalarından daha ucuzdur.

Günəş batareyalarının qiyməti aşağı düşdükcə böyük fotovoltaik qurğuların tikintisi mümkün olub. 1984-cü ilə qədər ABŞ, İtaliya, Yaponiya, Səudiyyə Ərəbistanı və Almaniyada gücü 200 kVt-dan 7 MVt-a qədər olan 14 nisbətən böyük günəş elektrik stansiyası tikilmişdir.

Günəş fotovoltaik quraşdırılması bir sıra üstünlüklərə malikdir. Təmiz və tükənməz enerji mənbəyindən istifadə edir, hərəkət edən hissələri yoxdur və buna görə də texniki xidmət personalı tərəfindən daimi nəzarət tələb olunmur. Günəş batareyaları kütləvi şəkildə istehsal oluna bilər ki, bu da onların maya dəyərini azaldacaq.

Günəş batareyaları günəş modullarından yığılır. Eyni zamanda, eyni enerjiyə çevrilmə səmərəliliyi və eyni istehsal texnologiyası ilə bu cihazların növləri və ölçülərinin böyük bir seçimi var.

Günəş enerjisinin təchizatı dövri olduğundan, həm günəş enerjisindən, həm də təbii qazdan istifadə edən hibrid elektrik stansiyalarına fotovoltaik sistemlərin daxil edilməsi ən rasionaldır. Bu stansiyalarda yeni nəsil qaz turbinlərindən istifadə oluna bilərdi. Fotovoltaik panellərdən və dizel generatorlarından ibarət hibrid aşağı güclü elektrik stansiyaları artıq etibarlı enerji təchizatçılarıdır.

Günəş enerjisi- istənilən formada enerji əldə etmək üçün günəş radiasiyasından birbaşa istifadəyə əsaslanan qeyri-ənənəvi enerji istiqaməti. Günəş enerjisi tükənməz enerji mənbəyindən istifadə edir və ekoloji cəhətdən təmizdir, yəni zərərli tullantılar əmələ gətirmir. Günəş elektrik stansiyalarından istifadə etməklə enerji istehsalı paylanmış enerji istehsalı konsepsiyasına yaxşı uyğun gəlir.

Fotovoltaiklər- günəş enerjisini elektrik enerjisinə çevirmək üçün fotohəssas elementlərdən istifadə etməklə elektrik enerjisi əldə etmək üsulu.

Günəş istilik enerjisi- bərpa olunan enerji mənbəyindən praktik istifadə üsullarından biri - günəş radiasiyasını suyun istiliyinə və ya az qaynayan maye soyuducuya çevirmək üçün istifadə olunan günəş enerjisi. Günəş istilik enerjisi həm elektrik enerjisinin sənaye istehsalı, həm də məişət istifadəsi üçün suyun qızdırılması üçün istifadə olunur.

Günəş batareyası- danışıq nitqində və ya qeyri-elmi mətbuatda istifadə olunan gündəlik termin. Tipik olaraq, "günəş batareyası" və ya "günəş paneli" termini bir neçə birləşdirilmiş fotovoltaik çeviricilərə (fotosellərə) - günəş enerjisini birbaşa elektrik cərəyanına çevirən yarımkeçirici qurğulara aiddir.

"Fotovoltaiklər" termini elektrik cərəyanının yalnız çevrilmiş işıq enerjisi ilə yaradıldığı bir fotodiodun normal iş rejiminə aiddir. Əslində, bütün fotovoltaik cihazlar fotodiodların növləridir.

Fotoelektrik çeviricilər (PVC)

Fotovoltaik sistemlərdə günəş enerjisinin elektrik enerjisinə çevrilməsi fotovoltaik çeviricilərdə (PVC) həyata keçirilir. Materialdan, dizayndan və istehsal üsulundan asılı olaraq, PV hüceyrələrinin üç nəslini ayırmaq adətdir:

Kristal silisium vaflilərə əsaslanan birinci nəsil günəş batareyaları;

Nazik filmlərə əsaslanan ikinci nəsil FEC;

Üzvi və qeyri-üzvi materiallara əsaslanan üçüncü nəsil FEC.

Günəş enerjisinin çevrilməsinin səmərəliliyini artırmaq üçün kaskadlı çoxlaylı strukturlara əsaslanan günəş elementləri hazırlanır.

FEP birinci nəsil

Kristal vaflilərə əsaslanan birinci nəsil günəş batareyaları hazırda ən çox istifadə olunur. Son iki il ərzində istehsalçılar belə PV-hüceyrələrin istehsalının maya dəyərini azaltmağa nail olublar ki, bu da onların qlobal bazarda mövqelərinin möhkəmlənməsini təmin edib.

Birinci nəsil günəş batareyalarının növləri:

monokristal silisium (mc-Si),

polikristal silikon (m-Si),

GaAs əsasında,

lent texnologiyaları (EFG, S-web),

nazik təbəqə polisilikon (Apex).

FEP ikinci nəsil

İkinci nəsil nazik təbəqəli günəş batareyalarının istehsalı texnologiyası vakuum metodundan istifadə edərək təbəqələrin tətbiqini nəzərdə tutur. Kristal günəş elementlərinin istehsal texnologiyası ilə müqayisədə vakuum texnologiyası daha az enerji sərf edir və həm də kapital qoyuluşlarının daha az həcmi ilə xarakterizə olunur. O, geniş sahəyə malik çevik, ucuz günəş batareyalarının istehsalına imkan verir, lakin belə elementlərin çevrilmə əmsalı birinci nəsil günəş batareyaları ilə müqayisədə aşağıdır.

İkinci nəsil günəş batareyalarının növləri:

amorf silikon (a-Si),

mikro və nanosilikon (μc-Si/nc-Si),

şüşə üzərində silikon (CSG),

kadmium tellurid (CdTe),

Mis-(indium-)qallium (di)selenid (CI(G)S).

Üçüncü nəsil FEP

Üçüncü nəsil PV hüceyrələrinin yaradılması ideyası, ucuz və təkrar emal oluna bilən polimer və elektrolitlərin xeyrinə bahalı və zəhərli materialların istifadəsindən imtina edərək PV hüceyrələrinin dəyərini daha da azaltmaq idi. Əhəmiyyətli bir fərq də çap üsullarından istifadə edərək təbəqələrin tətbiqi imkanıdır.

Hazırda üçüncü nəsil günəş batareyaları sahəsində layihələrin əsas hissəsi tədqiqat mərhələsindədir.

Üçüncü nəsil günəş batareyalarının növləri:

fotosensibilizasiya edilmiş boya (DSC),

üzvi (OPV),

qeyri-üzvi (CTZSS).

Quraşdırma və istifadə

PV hüceyrələri standart quraşdırma ölçüləri, elektrik parametrləri və etibarlılıq göstəriciləri olan modullara yığılır. Elektrik enerjisini quraşdırmaq və ötürmək üçün günəş modulları cərəyan çeviriciləri, batareyalar və elektrik və mexaniki alt sistemlərin digər elementləri ilə təchiz edilmişdir.

Tətbiq sahəsindən asılı olaraq, günəş sistemi qurğularının aşağıdakı növləri fərqlənir:

evlərin damlarında yerləşən özəl aşağı elektrik stansiyaları;

həm damlarda, həm də yerdə yerləşən aşağı və orta gücə malik ticarət stansiyaları;

bir çox istehlakçıları enerji ilə təmin edən sənaye günəş stansiyaları.

Fotosellərin və modulların maksimum səmərəlilik dəyərləri laboratoriya şəraitində əldə edilir

Fotoelementlərin səmərəliliyinə təsir edən amillər

Fotovoltaik panelin performans xüsusiyyətlərindən aydın olur ki, ən böyük səmərəliliyə nail olmaq üçün yük müqavimətinin düzgün seçilməsi tələb olunur. Bunun üçün fotovoltaik panellər birbaşa yükə qoşulmur, lakin panellərin optimal işləməsini təmin edən fotovoltaik sistemlərin idarəedici nəzarətçisi istifadə olunur.

İstehsal

Çox vaxt tək fotosellər kifayət qədər güc istehsal etmir. Buna görə də, müəyyən sayda PV elementləri sözdə fotovoltaik günəş modullarına birləşdirilir və şüşə plitələr arasında bir möhkəmləndirici quraşdırılır. Bu montaj tam avtomatlaşdırıla bilər.

Üstünlüklər

Mənbənin ictimai əlçatanlığı və tükənməzliyi.

Ətraf mühit üçün təhlükəsizlik - günəş enerjisinin geniş şəkildə tətbiqinin yer səthinin albedonunu (əks etdirmə (səpələnmə) qabiliyyətini) dəyişdirə və iqlim dəyişikliyinə səbəb ola bilməsi ehtimalı olsa da (lakin enerji istehlakının hazırkı səviyyəsini nəzərə alaraq, bu çox az ehtimaldır).

Qüsurlar

Hava və günün vaxtından asılılıq.

Enerji saxlama ehtiyacı.

Sənaye istehsalında günəş ES-ni müqayisə edilə bilən gücün manevr edilə bilən ES ilə təkrarlanmasına ehtiyac var.

Nadir elementlərin (məsələn, indium və tellur) istifadəsi ilə əlaqəli tikintinin yüksək qiyməti.

Yansıtıcı səthi tozdan vaxtaşırı təmizləmək ehtiyacı.

Elektrik stansiyasının üstündəki atmosferin qızdırılması.

Dönüşüm səmərəliliyi qeyri-bərabər yarımkeçirici strukturun elektrik xüsusiyyətlərindən, eləcə də günəş elementinin optik xüsusiyyətlərindən asılıdır, bunlar arasında fotokeçiricilik ən mühüm rol oynayır. Günəş işığı ilə şüalanan yarımkeçiricilərdə daxili fotoelektrik effekt hadisələri nəticəsində yaranır.

Günəş hüceyrələrində əsas geri dönməz enerji itkiləri aşağıdakılarla əlaqələndirilir:

çeviricinin səthindən günəş radiasiyasının əks olunması,

radiasiyanın bir hissəsinin fotovoltaik hüceyrədən ona udulmadan keçməsi,

artıq foton enerjisinin qəfəsin termal vibrasiyasına səpilməsi,

fotovoltaik elementin səthlərində və həcmində əmələ gələn foto-cütlərin rekombinasiyası;

çeviricinin daxili müqaviməti və s.

Günəş enerjisini elektrik enerjisinə çevirmək üçün ən çox qənaətcil cihazlar (çünki bu, birbaşa, bir mərhələli enerji keçididir) yarımkeçirici fotovoltaik çeviricilərdir (PVC). 300-350 Kelvin dərəcəsində və ~ 6000 K günəş temperaturunda günəş hüceyrələri üçün xarakterik olan tarazlıq temperaturunda onların maksimum nəzəri səmərəliliyi >90% təşkil edir. Bu o deməkdir ki, dönməz enerji itkilərinin azaldılmasına yönəlmiş konvertorun strukturunun və parametrlərinin optimallaşdırılması nəticəsində praktiki səmərəliliyi 50% və ya daha çox artırmaq tamamilə mümkün olacaqdır (labaratoriyalarda 40% səmərəlilik artıq mövcud olmuşdur). əldə edilmişdir).

PV elementlərində enerjinin çevrilməsi günəş radiasiyasına məruz qaldıqda qeyri-homogen yarımkeçirici strukturlarda baş verən fotovoltaik effektə əsaslanır.PV hüceyrə strukturunun heterojenliyini eyni yarımkeçirici müxtəlif çirklərlə dopinq etməklə (p-n qovşaqları yaratmaq) və ya birləşdirməklə əldə etmək olar. qeyri-bərabər zolaq boşluğu eni olan müxtəlif yarımkeçiricilər - atomdan elektron abstraksiya enerjisi (heteroqovşaqların yaradılması) və ya yarımkeçiricinin kimyəvi tərkibindəki dəyişikliklər səbəbindən, zolaq boşluğu eninin qradientinin meydana gəlməsinə səbəb olan (qeyri-bərabər keçidlərin yaradılması) boşluq strukturları). Yuxarıda göstərilən üsulların müxtəlif birləşmələri də mümkündür. Dönüşüm səmərəliliyi qeyri-bərabər yarımkeçirici strukturun elektrik xüsusiyyətlərindən, eləcə də günəş elementinin optik xüsusiyyətlərindən asılıdır, bunlar arasında günəş işığı ilə şüalanan yarımkeçiricilərdə daxili fotoelektrik effektin yaratdığı fotokeçiricilik ən mühüm rol oynayır. PV elementlərinin işləmə prinsipi müasir günəş və kosmik enerjidə geniş istifadə olunan p-n qovşaqlı çeviricilərin nümunəsi ilə izah edilə bilər. Elektron-deşik qovşağı, müəyyən bir keçiriciliyə (yəni, p- və ya n-tipli) malik bir kristal yarımkeçirici materialdan hazırlanmış bir vafli çirklə doping etməklə, əks keçiriciliyə malik bir səth qatının yaradılmasını təmin etməklə yaradılır. növü. Orada mövcud olan əsas sərbəst yük daşıyıcılarını zərərsizləşdirmək və əks işarənin keçiriciliyini yaratmaq üçün bu təbəqədəki qatqı maddəsinin konsentrasiyası əsas (orijinal monokristal) materialdakı əlavənin konsentrasiyasından xeyli yüksək olmalıdır. n- və p-qatlarının sərhəddində yük axını nəticəsində n-qatında kompensasiya olunmamış həcmli müsbət yüklə, p-layında isə həcmli mənfi yüklə tükənmiş zonalar əmələ gəlir. Bu zonalar birlikdə p-n qovşağı təşkil edir. Keçiddə görünən potensial maneə (kontakt potensial fərqi) əsas yük daşıyıcılarının keçməsinə mane olur, yəni. p-qat tərəfdən elektronlar, lakin sərbəst şəkildə azlıq daşıyıcılarının əks istiqamətlərə keçməsinə imkan verir. P-n qovşaqlarının bu xüsusiyyəti günəş elementini günəş işığı ilə şüalandırarkən foto-emf əldə etmək imkanını müəyyənləşdirir. Fotovoltaik elementin hər iki qatında işığın yaratdığı qeyri-taraz yük daşıyıcıları (elektron-deşik cütləri) p-n qovşağında ayrılır: azlıq daşıyıcıları (yəni elektronlar) qovşaqdan sərbəst keçir və çoxluq daşıyıcıları (deşiklər) saxlanılır. Beləliklə, günəş radiasiyasının təsiri altında p-n qovşağından hər iki istiqamətdə qeyri-tarazlıq yük daşıyıcılarının cərəyanı - fotoelektronlar və foto dəliklər axacaq ki, bu da günəş elementinin işləməsi üçün lazım olan şeydir. İndi xarici dövrəni bağlasaq, yük üzərində iş görən n-qatından olan elektronlar p-qatına qayıdacaq və orada əks istiqamətdə günəş hüceyrəsinin içərisində hərəkət edən deşiklərlə yenidən birləşəcək (birləşəcək). Xarici dövrəyə elektronları toplamaq və çıxarmaq üçün günəş elementinin yarımkeçirici strukturunun səthində əlaqə sistemi mövcuddur. Dönüştürücünün ön, işıqlandırılmış səthində kontaktlar bir tor və ya tarak şəklində hazırlanır, arxa tərəfdə isə möhkəm ola bilər. Günəş hüceyrələrində əsas geri dönməz enerji itkiləri aşağıdakılarla əlaqələndirilir:

Ш çeviricinin səthindən günəş radiasiyasının əks olunması,
Ş radiasiyanın bir hissəsini udmadan fotovoltaik elementdən keçirərək,
Ø artıq foton enerjisinin qəfəsin istilik vibrasiyasına səpilməsi,
Ş fotovoltaik elementin səthlərində və həcmində əmələ gələn foto cütlərinin rekombinasiyası,
Ş çeviricinin daxili müqaviməti,
Ш və bəzi digər fiziki proseslər.

Günəş elektrik stansiyalarında bütün növ enerji itkilərini azaltmaq üçün müxtəlif tədbirlər hazırlanır və uğurla tətbiq edilir. Bunlara daxildir:

b günəş radiasiyası üçün optimal diapazonlu yarımkeçiricilərin istifadəsi;

b yarımkeçirici strukturun optimal qatqı və daxili elektrik sahələrinin yaradılması ilə xassələrinin məqsədyönlü təkmilləşdirilməsi;

b homojendən heterojen və pilləli boşluqlu yarımkeçirici strukturlara keçid;

b PV dizayn parametrlərinin optimallaşdırılması (pn-qovşağının dərinliyi, əsas təbəqənin qalınlığı, kontakt şəbəkəsinin tezliyi və s.);

b antireflection, istilik tənzimlənməsi və günəş elementlərinin kosmik radiasiyadan qorunmasını təmin edən çoxfunksiyalı optik örtüklərin istifadəsi;

b əsas udma zolağının kənarından kənarda günəş spektrinin uzun dalğalı bölgəsində şəffaf olan günəş elementlərinin inkişafı;

b bant genişliyinə görə xüsusi seçilmiş yarımkeçiricilərdən şəlaləli günəş elementlərinin yaradılması, hər bir kaskadda əvvəlki şəlalədən keçən radiasiyanın çevrilməsinə imkan yaratmaq və s.;

Həmçinin, ikitərəfli həssaslığa malik konvertorların yaradılması (bir tərəfin mövcud səmərəliliyinin +80%-ə qədəri), luminescent reemissiya edən strukturların istifadəsi və ilkin olaraq günəş batareyalarının səmərəliliyinin əhəmiyyətli dərəcədə artmasına nail olunmuşdur. günəş spektrinin iki və ya daha çox spektral bölgəyə parçalanması çoxqatlı plyonka şüaları bölücülərdən (dikroik güzgülər) istifadə etməklə.

· uzun (onlarla il!) xidmət müddəti ilə yüksək etibarlılıq;
· konversiya sisteminin elementlərinin istehsalı üçün kifayət qədər miqdarda mənbə materiallarının olması və onların kütləvi istehsalını təşkil etmək imkanı;
· geri ödəmə müddətləri baxımından məqbul olan konversiya sisteminin yaradılması üçün enerji xərcləri;
· bütövlükdə stansiyanın istiqamətləndirilməsi və sabitləşdirilməsi daxil olmaqla, enerjinin çevrilməsi və ötürülməsi sisteminin (kosmosun) idarə edilməsi ilə bağlı minimum enerji və kütlə xərcləri;
· qulluq asanlığı.

Məsələn, xammalın məhdud təbii ehtiyatları və onların emalının mürəkkəbliyi səbəbindən günəş elektrik stansiyalarının yaradılması üçün tələb olunan miqdarda bəzi perspektivli materialları əldə etmək çətindir. Günəş elementlərinin enerji və əməliyyat xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq üçün müəyyən üsullar, məsələn, mürəkkəb strukturlar yaratmaqla, onların kütləvi istehsalını aşağı qiymətə təşkil etmək imkanları ilə zəif uyğunlaşır və s. Yüksək məhsuldarlığa yalnız tam avtomatlaşdırılmış PV istehsalını təşkil etməklə, məsələn, lent texnologiyasına əsaslanaraq və müvafiq profilli ixtisaslaşmış müəssisələrin inkişaf etmiş şəbəkəsini yaratmaqla əldə edilə bilər, yəni. əslində müasir radioelektron sənayesi ilə miqyasına görə müqayisə edilə bilən bütöv bir sənayedir. Günəş batareyalarının istehsalı və günəş batareyalarının avtomatlaşdırılmış xətlərdə yığılması akkumulyator modulunun qiymətini 2-2,5 dəfə azaldacaq.Hazırda silikon və qallium arsenid (GaAs) günəş enerjisini çevirmək üçün fotovoltaik sistemlər üçün ən çox ehtimal olunan materiallar hesab olunur. günəş elektrik stansiyalarının enerjisi və sonuncuda Bu halda söhbət AlGaAs-GaAs strukturlu heterofotokonvertorlardan (HPC) gedir.

GaAs-da birbaşa optik keçidlərlə müəyyən edilən günəş radiasiyasının udulmasının daha yüksək səviyyəsinə görə, onlara əsaslanan yüksək effektiv PV hüceyrələri silisiumla müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə kiçik PV hüceyrə qalınlığı ilə əldə edilə bilər. Prinsipcə, ən azı 20% səmərəliliyi əldə etmək üçün 5-6 mikron GFP qalınlığına sahib olmaq kifayətdir, silikon elementlərin qalınlığı isə onların səmərəliliyində nəzərəçarpacaq dərəcədə azalma olmadan 50-100 mikrondan az ola bilməz. . Bu vəziyyət, istehsalı üçün nisbətən az başlanğıc material tələb edən yüngül film HFP-lərin yaradılmasına ümid etməyə imkan verir, xüsusən də substrat kimi GaAs deyil, başqa bir materialdan, məsələn, sintetik sapfirdən (Al 2) istifadə etmək mümkündürsə. O 3).

GFC-lər də silikon PV elementləri ilə müqayisədə SES çeviriciləri üçün tələblər baxımından daha əlverişli əməliyyat xüsusiyyətlərinə malikdir. Beləliklə, xüsusilə, böyük bant boşluğuna görə p-n qovşaqlarında əks doyma cərəyanlarının kiçik ilkin dəyərlərinə nail olmaq imkanı, HFP-nin səmərəliliyinin və optimal gücünün mənfi temperatur gradientlərinin miqyasını minimuma endirməyə imkan verir və əlavə olaraq , işıq axınının sıxlığından sonuncunun xətti asılılığının bölgəsini əhəmiyyətli dərəcədə genişləndirin. HFP-lərin səmərəliliyinin temperaturdan eksperimental asılılıqları göstərir ki, sonuncunun tarazlıq temperaturunun 150-180 °C-ə qədər artırılması onların səmərəliliyinin və optimal xüsusi gücün əhəmiyyətli dərəcədə azalmasına səbəb olmur. Eyni zamanda, silikon günəş hüceyrələri üçün 60-70 ° C-dən yuxarı temperaturun artması demək olar ki, kritikdir - səmərəlilik yarıya enir.

Həmçinin, GaAs əsaslı HFC-lər yüksək enerjili proton və elektron axını ilə məhv olmağa daha az həssasdırlar, çünki GaAs-da işığın yüksək səviyyədə udulması, eləcə də azlıq daşıyıcılarının tələb olunan ömrü və diffuziya uzunluğunun kiçik olması səbəbindən silisium FEC-lərə nisbətən. Bundan əlavə, təcrübələr göstərdi ki, GaAs əsaslı HFP-lərdə radiasiya qüsurlarının əhəmiyyətli bir hissəsi təxminən 150-180 ° C temperaturda istilik müalicəsindən (tavlamadan) sonra yox olur. Əgər GaAs HFC-ləri daim 150 °C temperaturda işləyirsə, onda onların səmərəliliyinin radiasiya deqradasiyası dərəcəsi stansiyaların aktiv fəaliyyətinin bütün dövrü ərzində nisbətən kiçik olacaqdır (bu, xüsusilə kosmik günəş elektrik stansiyaları üçün doğrudur). bunun üçün FEC-in aşağı çəkisi və ölçüsü və yüksək səmərəliliyi vacibdir).

Silikondan fərqli olaraq, qallium geniş tətbiq üçün tələb olunan miqdarda GaAs əsaslı HFP-lərin istehsal imkanlarını məhdudlaşdıran çox az materialdır.

Əsas cərəyan mənbəyinin günəş panelləri olduğu və kütlə, ölçü və səmərəliliyin aydın nisbətlərinin çox vacib olduğu kosmik gəmilərdə günəş üçün əsas materialdır. Batareya, əlbəttə ki, qalium arseniddir. Günəş elementlərindəki bu birləşmənin 3-5 dəfə konsentrasiya edilmiş günəş radiasiyası ilə qızdırıldığı zaman səmərəliliyini itirməmək qabiliyyəti kosmik günəş elektrik stansiyaları üçün çox vacibdir ki, bu da qıt qalliuma ehtiyacı azaldır. Qalliuma qənaət etmək üçün əlavə potensial GaAs deyil, HFP substratı kimi sintetik sapfirin (Al 2 O 3) istifadəsi ilə əlaqələndirilir.Təkmilləşdirilmiş texnologiya əsasında kütləvi istehsalı zamanı HFP-lərin dəyəri də yəqin ki, əhəmiyyətli dərəcədə azalacaq və ümumiyyətlə. GaAs HFP-yə əsaslanan SES-in çevrilmə sisteminin enerjisinin çevrilmə sisteminin dəyəri silikon əsaslı sistemin dəyəri ilə tamamilə mütənasib ola bilər. Beləliklə, hazırda nəzərdən keçirilən iki yarımkeçirici materialdan birinə - silisium və ya qallium arsenidinə tam üstünlük vermək çətindir və yalnız onların istehsal texnologiyasının gələcək inkişafı göstərəcək ki, yer əsaslı və kosmos üçün hansı variant daha rasional olacaq. günəş enerjisinə əsaslanır. SB-lər birbaşa cərəyan yaratdıqca, vəzifəsi onu sənaye alternativ cərəyanına çevirməkdən irəli gəlir 50 Hz, 220 V. Xüsusi sinif cihazları - çeviricilər - bu vəzifənin öhdəsindən mükəmməl gəlir.

Günəşin sərbəst şüalarını səmərəli şəkildə evlərə və digər obyektlərə enerji vermək üçün istifadə edilə bilən enerjiyə çevirmək bir çox yaşıl enerji tərəfdarlarının əziz arzusudur.

Amma günəş batareyasının işləmə prinsipi və onun səmərəliliyi elədir ki, hələlik belə sistemlərin yüksək effektivliyindən danışmağa ehtiyac yoxdur. Yaxşı olardı ki, öz əlavə elektrik mənbəyiniz olsun. elə deyilmi? Üstəlik, bu gün də Rusiyada günəş panellərinin köməyi ilə xeyli sayda fərdi ev "pulsuz" elektrik enerjisi ilə uğurla təmin edilir. Hələ də haradan başlayacağınızı bilmirsiniz?

Aşağıda günəş panelinin dizaynı və iş prinsipləri haqqında sizə məlumat verəcəyik, günəş sisteminin səmərəliliyinin nədən asılı olduğunu öyrənəcəksiniz. Və məqalədə yerləşdirilən videolar öz əllərinizlə fotosellərdən günəş paneli yığmağa kömək edəcəkdir.

“Günəş enerjisi” mövzusunda kifayət qədər nüanslar və qarışıqlıqlar var. Yeni başlayanlar üçün əvvəlcə bütün tanış olmayan terminləri başa düşmək çox vaxt çətindir. Ancaq bu olmadan günəş enerjisi ilə məşğul olmaq, "günəş" cərəyanı yaratmaq üçün avadanlıq almaq ağlabatan deyil.

Özünüzü bilmədən, siz nəinki yanlış paneli seçə bilərsiniz, həm də onu birləşdirərkən sadəcə yandıra və ya ondan çox az enerji çıxara bilərsiniz.

Şəkil qalereyası

Günəş panelindən maksimum gəlir yalnız onun necə işlədiyini, hansı komponentlərdən və birləşmələrdən ibarət olduğunu və hamısının necə düzgün bağlandığını bilməklə əldə edilə bilər.

İkinci nüans “günəş batareyası” anlayışıdır. Tipik olaraq, "batareya" sözü bir növ elektrik saxlama cihazına aiddir. Və ya banal bir istilik radiatoru gəlir. Ancaq günəş batareyaları vəziyyətində vəziyyət kökündən fərqlidir. Özlərində heç nə yığmırlar.