«Дәстүрлі емес және жаңаратын энергия көздері»

Яғни, (3.3.2) теңдеуіне сәйкес жарықтанған р-n-өту эквивалентті сызба нұсқа түрінде көрсетілуі мүмкін (3.3.1,б - сурет). Мұнда ток көзі тұрақты фото ток генерациясына еліктейді, р-n-өту кернеуінен тәуелсіз болады, ал диод жарықтандырылмаған р-n-өтуінен тұрады. R_н фото токты түрлендіру кезінде р-n-өтуімен жүктеме арасында қайта таратылады.

Жүктемеден бөлінетін электрлік қуат мына формуламен анықталады
Р = I_нU_н = I_фU_н – I₀U_н exp (3.3.4)

Қысқа тұйықталу және бос жүрісті режимдерде Р=0, өйткені U_н немесе I_н нөлге тең.

Аморфті кремний монокристалға қарағанда арзандау. Аморфті кремний негізінде бірінші КЭ-і 1975 жылы жасалған. Аморфті кремнийдің оптикалық жұтылуы кристалдыққа қарағанда 20 рет жоғары. Сондықтан 300-мкм-лік қымбат тұратын кремнийлік төсенішке қарағанда, көрінетін жарықты жұту үшін 0,5 – 1 мкм қалыңдықты а-Si:Н пленкасы жеткілікті. Бұдан басқа үлкен ауданды аморфты кремнийдің жұқа пленкаларын алу технологияларының арқасында кесу, өңдеу және тегістеу операцияларын қажет етпейді. Поликристалдық кремний элементімен салыстарғанда а-Si:Н негізіндегі бұйымдарды төмен температурада (300^оС) жасап шығаруға болады: кремний шығынын 20 рет қысқартатын, арзан шынылы төсемелерді қолдану болады.

а- Si:Н негізіндегі экспериментальдік элементтердің максималды ПӘК-і 12%, бұл кристалдық кремний негізіндегі күн элементтерінің ПӘК-і бірнеше төменірек (~15%). Бірақ та, технологияның дамуымен байланысты а-Si:Н негізіндегі элементтердің ПӘК-і 16% құрауы мүмкін.

Галлий арсениді – жоғары эффективті күн батареяларын жасау үшін ең қолайлы материал. Бұны оның келесідей ерекшеліктерін көрсетеді:

– 1,43 эВ тиым салынған зона енінің бір өтпелі күн элементтері үшін идеалды десек болады;

– күн сәулеленуін жұтуға арналған жоғары қабілеттілігі: қалыңдығы тек бірнеше микрон болатын қабат қажет;

– жоғарғы радиациялық тұрақтылық, жоғарғы эффетілікпен бірге бұл материалды космостық аппараттарда қолдану үшін қолайлы;

– GaAs негізінде жасалған батареяларды қыздыру кезінде салыстырмалы сезімталсыздығы;

– GaAs-тың алюминиймен, мышьякпен, фосформен немесе индимен балқымаларының сипаттамасы GaAs сипаттамасын толықтырады, бұл күн элементтерін жобалау кезінде мүмкіндігін кеңейтеді.

Галлий арсенид және оның негізіндегі балқымаларының басты жетістігі КЭ-нің дизайны үшін кең диапазон мүмкіншілігі. GaAs негізіндегі элемент әртүрлі құрамды бірнеше қабаттан тұруы мүмкін. Бұл құрастырушыға заряд тасығыштың генерациясын үлкен дәлдікпен басқаруға мүмкіндік береді, бұл кремнилі күн элементтерінде легрлеудің мүмкін дәрежесімен шектелген. GaAs негізіндегі күн элементі терезе ретінде болатын өте жұқа AlGaAs қабаттан тұрады. Галлий арсенидтің негізгі кемшілігі – жоғары бағасы. Өнімді арзандату үшін КЭ-ін кішкене арзанырақтау төсемдермен құрастыру ұсынады; GaAs қабаттарын алынып тасталған төсемелерде немесе қолданыста болған төсемелерде оның ауданын өсіру ұсынылады. Поликристалдық жұқа пленкалар күн энергетикасы үшін қолайлы материал. Мыс пен индий диселенидінде (CuInSe₂) күн сәулесін жұтуға деген қабілеттілігі жоғарғы, бұл материалдың бірінші микронында жарықтың 99%-ін жұтады (тиым салынған зона ені – 1,0 эВ) [2,5]. CuInSe₂ негізінде күн батареясынының терезезін дайындау үшін көбінесе таралған материал СdS болып табылады. Кейде терезенің мөлдірлігін жақсарту үшін кадмий сульфидіне цинкті қосады. CuInSe₂ қабатқа кішкене галлиді қосса тиым салынған зона енін үлкейтеді, бұл бос жүріс кернеудің өсуіне әкеледі, нәтижесінде құрылғының эффективтілігін арттырады. CuInSe₂ алуының негізгі тәсілдерінің бірі – 1:5:3 және рН >> 1,2-2,0 сияқты Cu:In:Se компоненттерінің арақатынасы кезінде деонизацияланған суындағы CuSo₄, In₂(SO₄)₃ және SeO₂ ерітінділерінен құрылған электрохимиялық тұнба.

Кадмий телуриді (CdTe) – фотоэлемент үшін тағы бір қолайлы материал. Онда тиым салынған зонасының ені идеалды түрде (1044 эВ) және сәулеленуді жұтуға деген өте жоғары қабылетті. CdTe пленкаларды дайындау кезінде жеткілікті арзан. Бұдан басқа технологиялық жағынан CdTe-мен Zn, Hg және басқа элементтермен әртүрлі балқымаларын, берілген құрамалары бар қабатты жасау үшін, алу қиын емес.

CuInSe₂ сияқты CdTe негізіндегі ең жақсы элементтер терезе қабат ретінде CdS-ті гетероөткелмен қосады. Қорғасын оксиді мөлдір байланыс және жарықтандыру жабынды ретінде қоланылады. CdTe пайдалану жолындағы өзекті мәселе - р- CdTe қабатының жоғарғы кедергісі, бұл үлкен ішкі шығындарға әкеледі, бірақ ол гетероөткел CdTe/ZnTe-мен р-i-n-құрылымында шешілген. CdTe пленкалары заряд тасығыштардың жоғарғы қозғаллтқышына ие, ал оның негізіндегі күн элементтері – 10-нан 16%-ке дейінгі жоғары ПӘК мәніне ие.

Күн элементтері арасында органикалық материалдарды қолданатын батреялар ерекше орын алады. Органикалық бояғышпен боялған титан диоксиді негізіндегі күн элементтерінің ПӘК-і ~11%. Берілген түрдегі күн элементтерінің негізі – кең зоналы жартылай өткізгішітігі, әдетте TiO₂ органикалық бояғыштың моноқабатымен боялған. Элементтің жұмыс істеу принципі бояғышты фото қоздыруына негізделген және TiO₂ зонасының өтімділігіне электронның тез инжекциясына негізделген. Осы кезде бояғыштың молекуласы тотығады, элемент арқылы электрлік ток жүреді және платиналық электродта трииодидтың иодиодқа дейінгі түзілуі жүзеге асады. Содан соң иодид электролит арқылы фотоэлектродқа өтеді, онда тотықтырғыш диоды қайта түзеді.
Өздік бақылау сұрақтары

1. Күн сәулеленуінің қарқындылығы қандай?

2. р-n өтуінің фотоэлектрлік қасиеттерін айтып беріңіз.

3. Күн элементінің вольт-амперлік сипаттамасын айтып беріңіз.

4. Күн элементтерінің құрылысы мен метериалдары қандай?
Қолданылған оқулықтар

1. А.М. Магамедов «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии». Махачкала Издательско-полиграфическое объединение «Юпитер», г. Махачкала1996. –б. 245.

2. В.А.Агеев «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» курс лекции.

3. Васильев Ю.С., Хрисанов Н.И. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1991. 343 с.

4. Ахмедов Р.Б. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. - М.: О-во «Знание», 1988.

Дәріс 7

1. Жер асты жылу

2. Жердің геотермиялық ресурсы

3. Жұмыс жасап тұрған ГеоЖЭС

4. Екі контурлы циклдың артықшылықтары

Қазіргі заманғы жер қойнауынан жылу алушы өкілдермен сәйкес келесі процестер жиынтығымен байланысы.

1. 
   Элементттердің радиоактивті ыдырауы: планеталық заттардың алғашқысы болып, жартылай ыдырау периоды мен жерді аз түрлендіру периоды бар элементтері балқиды; қазіргі уақытта көп жасайтын элементтердің ыдырауы жалғасуда. Радиоактивті ыдыраудан бөлінетін жалпы жылу мөлшері (0,6-2,0)*10³¹ Дж бағаланады.
   
2. 
   Жердегі ағынға және Жердің тежеуіне әкелетін, Күн мен Айдың тартылыс тартылыс әсері. Жердің тіршілік уақытында осы фактор бойынша радиогенді 30%-ке жуық жылу бөлінді.
   
3. 
   Жер метериалының гидравикалық диформациясы кезінде тығыз ядро мен сәл тығыз қабықшасы пайда болады және (1,5-2,0)*10³¹ Дж жылу бөлінеді.
   
4. 
   Жердегі тік және көлденең ірі блоктардың орын ауыстыруы тектоникалық процестерді тудырады және олардың серпінді диформациясы жыл сайын 3*10³¹ Дж жылу бөлуіне әкеледі.
   
5. 
   Жер қойнауындағы жылуды химиялық жолмен айналдыу 1,2*10³¹ Дж жылу бөлуге әкеледі деп жорамалданады.
   

1. 
   жер асты құрғақ бу – бұл ресурстар тез ортаға бейімделеді, бірақ сирек кездеседі;
   
2. 
   жер асты ылғалды бу – кең таралған, бірақ коррозияға және құрамындағы тұз мөлшерінің ұлғаюына байланысты ортаға бейімделу қиындықтар тудырады;
   
3. 
   жер асты ыстық су – ресурстары үлкен және негізінен жылулық шаруашылықта жылу беру мақсатында қолданылады;
   
4. 
   құрғақ тау жынысының жылуы – ресурстары үлкен, бірақ қолдану технологиясы әлі алғашқы сатыда.
   

Минералдық деңгейі бойынша айырмашылығы: минералдық деңгейі төмен (10 г/л-ге дейін) термиялық су қолданысында алдын ала дайындықты қажет етпейді; минералдық деңгейі орташа (10-35 г/л) термиялық су тазартуды қажет етеді; жоғары термализациялы (35-200 г/л және жоғары) термиялық су екі контурлы сызба нұсқада қолданылады.

Үлкен геотермиялық ресурстардың ең келешегі бар зоналары тынық мұхиттың және жерорта теңізінің жанар тау белдеулік зонасы болып табылады, жердегі барлық жұмыс жасап тұрғандардың 80% осы аймақтарда орналасқан. Аталған аудандарда 1-2 км тереңдікте 100-ден астам геотермиялық жүйе зерттелді, оның көпшілігінің температурасы 450 К, 20 ауданында 510 К, 6 ауданында 570-тен жоғары болса, ал Кампи Флегрей (Италия) геотермиялық жүйесінде 738 К болды.

Бугидротермиясында аз мөлшерінде температурасы 500 К-нен жоғары бу басым болады, ал қалған жүйелерде су басым болады.

1-электрэнергияны өндіруге арналған; 2-ғимаратты жылумен қамтамасыз етуге арналған; 3-ауылшаруашылығындағы; 4-өндірістегі; 5-бальнеологияда.

18-сурет. Шет елде қазіргі заманғы геотермиялық ресурстарды қолдану.
Геотермиялық ресурстардың белсенді қолданысы қошаған ортаға кері әсерін тигізуі мүмкін. Негізгі жағымсыз факторлар мыналар: ұңғыманың шысындағы шу деңгейінің жоғарлауы; су қоймасына құрамында тұздың мөлшері жоғары термиялық судың берілуі кезіндегі ластануы; қоршаған ауаның жолай қосынатын газдармен (H₂S, CH₄, NH₄) ластануы; қоршаған ортаның жылулық ластануы; градирлі булану кеіндегі ылғалды ауаның жоғарлауы.

Көптеген елдерде геотермиялық эксплуатациялаудан кейінгі қоршаған ортаны тазартуға бағытталған зерттеу жұмыстары жүргізілуде. Дыбысты өшіргіштер, қыртыстағы суды қолдану үшін шайқау әдістері, зиянды газдарың ауға шығарылмауына жол бермеу әдістері жасалуда.