რომელიც იკვებება მზის პანელებით. მზის ბატარეა - მუშაობის პრინციპი

დღესდღეობით თითქმის ყველას შეუძლია შეიკრიბოს და ხელთ ჰქონდეს ელექტროენერგიის საკუთარი დამოუკიდებელი წყარო მზის ბატარეების გამოყენებით (სამეცნიერო ლიტერატურაში მათ ფოტოელექტრო პანელებს უწოდებენ).

დროთა განმავლობაში ძვირადღირებული აღჭურვილობა კომპენსირდება უფასო ელექტროენერგიის მიღების შესაძლებლობით. მნიშვნელოვანია, რომ მზის პანელები ენერგიის ეკოლოგიურად სუფთა წყაროა. ბოლო წლების განმავლობაში, ფოტოელექტრული პანელების ფასები ათჯერ დაეცა და ისინი კვლავ იკლებს, რაც მიუთითებს მათი გამოყენების დიდ პერსპექტივაზე.

IN კლასიკური ფორმაელექტროენერგიის ასეთი წყარო შედგება შემდეგი ნაწილებისგან: პირდაპირ, მზის ბატარეა (DC გენერატორი), ბატარეა დამუხტვის კონტროლის მოწყობილობით და ინვერტორი, რომელიც პირდაპირ დენს გარდაქმნის ალტერნატიულ დენად.

მზის პანელები შედგება მზის უჯრედების ნაკრებისგან (ფოტოvoltaic გადამყვანები), რომლებიც პირდაპირ გარდაქმნიან მზის ენერგიას ელექტრო ენერგიად.

მზის უჯრედების უმეტესობა დამზადებულია სილიკონისგან, რაც საკმაოდ ძვირია. ეს ფაქტი განსაზღვრავს ელექტროენერგიის მაღალ ღირებულებას, რომელიც მიიღება მზის პანელების გამოყენებით.

არსებობს ორი გავრცელებული ტიპის ფოტოელექტრული გადამყვანები: მონოკრისტალური და პოლიკრისტალური სილიკონისგან დამზადებული. ისინი განსხვავდებიან წარმოების ტექნოლოგიაში. პირველებს აქვთ ეფექტურობა 17,5%-მდე, ხოლო მეორეთა 15%-მდე.

მზის ბატარეის ყველაზე მნიშვნელოვანი ტექნიკური პარამეტრი, რომელიც დიდ გავლენას ახდენს მთლიანი ინსტალაციის ეფექტურობაზე, არის მისი სასარგებლო სიმძლავრე. იგი განისაზღვრება ძაბვისა და გამომავალი დენით. ეს პარამეტრები დამოკიდებულია მზის სინათლის ინტენსივობაზე, რომელიც ეცემა ბატარეას.

ცალკეული მზის ელემენტების ელექტრომამოძრავებელი ძალა არ არის დამოკიდებული მათ ფართობზე და მცირდება ბატარეის მზეზე გაცხელებისას, დაახლოებით 0,4%-ით 1 გ-ზე. გ. გამომავალი დენი დამოკიდებულია მზის გამოსხივების ინტენსივობაზე და მზის უჯრედების ზომაზე. რაც უფრო კაშკაშაა მზის შუქი, მით მეტ დენს წარმოქმნის მზის უჯრედები. დატენვის დენი და სიმძლავრე მკვეთრად მცირდება მოღრუბლულ ამინდში. ეს ხდება ბატარეის მიერ მიწოდებული დენის შემცირებით.

თუ მზისგან განათებული ბატარეა დაკავშირებულია Rn წინააღმდეგობის მქონე ნებისმიერ დატვირთვასთან, მაშინ ა ელექტროობა I, რომლის ღირებულება განისაზღვრება ფოტოელექტრული გადამყვანის ხარისხით, განათების ინტენსივობით და დატვირთვის წინააღმდეგობით. სიმძლავრე Pn, რომელიც გამოიყოფა დატვირთვაში, განისაზღვრება პროდუქტით Pн = InUn, სადაც Un არის ძაბვა ბატარეის ტერმინალებზე.

ყველაზე დიდი სიმძლავრე გამოიყოფა დატვირთვაში გარკვეული ოპტიმალური წინააღმდეგობის Ropt-ზე, რაც შეესაბამება სინათლის ენერგიის ელექტრო ენერგიად გადაქცევის უმაღლეს ეფექტურობას. თითოეულ გადამყვანს აქვს საკუთარი Ropt მნიშვნელობა, რაც დამოკიდებულია სამუშაო ზედაპირის ხარისხზე, ზომაზე და განათების ხარისხზე.

მზის ელემენტი შედგება ინდივიდუალური მზის უჯრედებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია სერიულად და პარალელურად, რათა გაზარდონ გამომავალი პარამეტრები (დენი, ძაბვა და სიმძლავრე). როდესაც ელემენტები სერიულად არის დაკავშირებული, გამომავალი ძაბვა იზრდება, ხოლო პარალელურად დაკავშირებისას, გამომავალი დენი იზრდება.

დენის და ძაბვის გაზრდის მიზნით, კავშირის ეს ორი მეთოდი გაერთიანებულია. გარდა ამისა, ამ კავშირის მეთოდით, ერთ-ერთი მზის ელემენტის უკმარისობა არ იწვევს მთელი ჯაჭვის გაფუჭებას, ე.ი. ზრდის მთელი ბატარეის საიმედოობას.

ამრიგად, მზის ბატარეაშედგება პარალელური სერიით დაკავშირებული მზის უჯრედებისგან. ბატარეის მიერ მიწოდებული მაქსიმალური შესაძლო დენი პირდაპირპროპორციულია პარალელურად დაკავშირებული მზის უჯრედების რაოდენობასთან, ხოლო ელექტრომამოძრავებელი ძალა პროპორციულია სერიით დაკავშირებული მზის ელემენტების რაოდენობისა. ასე რომ, კავშირის ტიპების კომბინაციით, იკრიბება ბატარეა საჭირო პარამეტრებით.

ბატარეის მზის უჯრედები შუნტირდება დიოდებით. ჩვეულებრივ არის 4 მათგანი - ერთი ბატარეის თითოეულ ¼-ზე. დიოდები იცავს ბატარეის ნაწილებს წარუმატებლობისგან, რომლებიც რაიმე მიზეზით ჩაბნელებულია, ანუ თუ დროის გარკვეულ მომენტში მათზე შუქი არ დაეცემა.

ბატარეა დროებით გამოიმუშავებს 25%-ით ნაკლებ ენერგიას, ვიდრე მაშინ, როდესაც მზე ანათებს ბატარეის მთელ ზედაპირს ნორმალურად.

დიოდების არარსებობის შემთხვევაში, ეს მზის უჯრედები გადახურდება და ჩაიშლება, რადგან დაბნელების დროს ისინი გადაიქცევიან მიმდინარე მომხმარებლებად (ბატარეები იხსნება მზის უჯრედების მეშვეობით), ხოლო დიოდების გამოყენებისას ისინი შუნტირდებიან და მათში დენი არ გადის.

შედეგად მიღებული ელექტრო ენერგია ინახება ბატარეებში და შემდეგ გადადის დატვირთვაზე. ბატარეები დენის ქიმიური წყაროა. ბატარეა იტენება, როდესაც მასზე ვრცელდება პოტენციალი, რომელიც აღემატება ბატარეის ძაბვას.

სერიულად და პარალელურად დაკავშირებული მზის ელემენტების რაოდენობა უნდა იყოს ისეთი, რომ ბატარეებზე მიწოდებული სამუშაო ძაბვა, დამტენის წრეში ძაბვის ვარდნის გათვალისწინებით, ოდნავ აღემატება ბატარეის ძაბვას, ხოლო ბატარეის დატვირთვის დენი უზრუნველყოფს საჭირო რაოდენობას. დატენვის დენის.

მაგალითად, ტყვიის დასატენად ბატარეა 12 V მოითხოვს მზის ბატარეას, რომელიც შედგება 36 ელემენტისგან.

სუსტი მზის შუქზე ბატარეის დატენვა მცირდება და ბატარეა კარგავს ენერგიას ელექტრული ენერგიაელექტრო მიმღები, ე.ი. მრავალჯერადი დატენვის ბატარეები მუდმივად მუშაობს გამონადენისა და დატენვის რეჟიმში.

ამ პროცესს აკონტროლებს სპეციალური კონტროლერი. ციკლური დამუხტვა მოითხოვს მუდმივ ძაბვას ან მუდმივ დატენვის დენს.

როდესაც კარგი განათებაა, ბატარეა სწრაფად იტენება მისი ნომინალური სიმძლავრის 90%-მდე, შემდეგ კი უფრო ნელი დატენვის სიჩქარით სრული სიმძლავრით. დატენვის დაბალ სიჩქარეზე გადართვა ხორციელდება დამტენის კონტროლერის მიერ.

სპეციალური ბატარეების ყველაზე ეფექტური გამოყენებაა გელის ბატარეები (ბატარეა იყენებს გოგირდმჟავას ელექტროლიტად) და ტყვიის ბატარეები, რომლებიც მზადდება AGM ტექნოლოგიით. ეს ბატარეები არ საჭიროებს ინსტალაციის სპეციალურ პირობებს და არ საჭიროებს მოვლას. ასეთი ბატარეების დამოწმებული მომსახურების ვადა 10-12 წელია, გამონადენის სიღრმე არაუმეტეს 20%. ბატარეები არასდროს არ უნდა დაიტენოს ამ მნიშვნელობის ქვემოთ, წინააღმდეგ შემთხვევაში მათი მომსახურების ვადა მკვეთრად შემცირდება!

ბატარეა დაკავშირებულია მზის პანელთან კონტროლერის საშუალებით, რომელიც აკონტროლებს მის დატენვას. ბატარეის სრული სიმძლავრის დატენვისას, მზის პანელს უერთდება რეზისტორი, რომელიც შთანთქავს ზედმეტ ენერგიას.

ბატარეიდან პირდაპირი ძაბვის ალტერნატიულ ძაბვაში გადაქცევის მიზნით, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრო მიმღებების უმეტესობის კვებისათვის, შეგიძლიათ გამოიყენოთ მზის ბატარეები ერთად სპეციალური მოწყობილობები- ინვერტორები.

ინვერტორის გამოყენების გარეშე, მზის ბატარეა შეიძლება გამოყენებულ იქნას მუდმივ ძაბვაზე მომუშავე ელექტრული მიმღებების გასაძლიერებლად, მათ შორის. სხვადასხვა პორტატული აღჭურვილობა, ენერგიის დაზოგვის სინათლის წყაროები, მაგალითად, იგივე LED ნათურები.

ტექსტის ავტორი: ანდრეი პოვნი. ტექსტი პირველად გამოქვეყნდა ვებგვერდზე Electrik.info. გადაბეჭდილია რედაქტორების თანხმობით.

ენერგიის ალტერნატიული წყაროები, რომლებიც მზის შუქს ელექტროენერგიად გარდაქმნის, სულ უფრო მოთხოვნადი ხდება ყოველდღიურ ცხოვრებაში და ინდუსტრიაში. ისინი გამოიყენება ავიაციაში, კოსმოსურ განვითარებაში, ელექტრონიკაში და ეკოლოგიურად სუფთა ტრანსპორტის შესაქმნელად. მაგრამ ყველაზე პერსპექტიულ ინდუსტრიად ითვლება შენობების ენერგომომარაგება: ელექტროენერგია საყოფაცხოვრებო ნივთებიდა სახლის გათბობის სისტემები, გათბობა ცხელი წყალი. უპირატესობებში შედის: დამოუკიდებლობა სეზონისა და კომუნალური მომსახურებისგან, ენერგიის რეზერვების დაგროვების შესაძლებლობას, საიმედოობას და ხანგრძლივ მომსახურებას. მაგრამ გამოყენებისგან მაქსიმალური ეფექტის მისაღწევად, მნიშვნელოვანია იცოდეთ ბატარეების მუშაობის პრინციპი და დაიცვან მათი მონტაჟისა და ექსპლუატაციის პირობები.

ფოტოელექტრული კონვერტორები ან მზის შესანახი ბატარეები არის ნახევარგამტარული თვისებების მქონე ვაფლი, რომელიც წარმოქმნის პირდაპირ დენს, როდესაც მას სინათლის სხივები მოხვდება. საფუძველი შეიძლება იყოს სილიციუმი (ყველაზე გავრცელებული ტიპი) და მისი ნაერთები სპილენძთან, გალიუმთან, კადმიუმთან, ინდიუმთან, ამფორასთან, ორგანულ ან ქიმიურ მზის უჯრედებთან და პოლიმერულ ფილასთან.

თითოეულ მასალას აქვს თავისი მზის PV კოეფიციენტი (5-დან 30%-მდე) და, შედეგად, გამოიმუშავებს გარკვეულ სიმძლავრეს იმავე მანათობელი ნაკადის ინტენსივობით. ბევრი რამ არის დამოკიდებული ბატარეის ფართობზე; ერთი ნახევარგამტარული ჩიპი გამოიმუშავებს მცირე რაოდენობით ენერგიას; საშუალოდ, 1 მ2 პანელია საჭირო 0,15 კვტ სიმძლავრის წარმოებისთვის. გამონაკლისი არის ინოვაციური მრავალშრიანი პოლიმერული ნაერთები (მონოკრისტალები), მათი ეფექტურობა 30%-ს აღწევს, მაგრამ ეს ტექნოლოგია ჯერ არ არის ხელმისაწვდომი საშუალო მომხმარებლისთვის.

ფირფიტის გარდა, მზის ბატარეის წრე მოიცავს დამხმარე მოწყობილობებს (ენერგიის გადაცემის, განაწილებისა და შენახვისთვის):

• ინვერტორი ან DC/DC გადამყვანი.
• შენახვა სისტემის უწყვეტი მუშაობისთვის ღამით ან მოღრუბლულ ამინდში.
• Ძაბვის მარეგულირებელი.
• დამუხტვის თვალთვალის კონტროლერი.

ფართობიდან გამომდინარე, გამოიყენება მინიატურული დაბალი სიმძლავრის ბატარეები (10 ვტ-მდე) ან დიდი სტაციონარული პანელები. პირველი არის პორტატული (პოპულარული ლეპტოპის დასატენად, კალკულატორი, მობილური მოწყობილობები). ეს უკანასკნელი ხშირად ემსახურება ენერგიის მიწოდებას და სახლის გათბობას და, როგორც წესი, განლაგებულია სახურავზე. ვინაიდან ბატარეების სიმძლავრე მზის ინტენსივობის სრულიად პროპორციულია, მიზანშეწონილი გახდა სათვალთვალო პანელების განთავსება (რომლებიც იცვლებიან განლაგების კუთხეს მზის მოძრაობის მიხედვით). ნახევარგამტარული ვარიანტების სისქე უმნიშვნელოა (10 მიკრონიდან 10 სმ-მდე), მაგრამ დამხმარე მოწყობილობების გათვალისწინებით, მოდულები უფრო იწონის, რაც გათვალისწინებულია რაფტერებსა და სახურავის ზედაპირზე დატვირთვის გაანგარიშებისას.

ფოტოელექტრული გარდაქმნის პრინციპი

იმისათვის, რომ გაიგოთ, როგორ მუშაობს მზის ბატარეა, უნდა გახსოვდეთ თქვენი სკოლის ფიზიკის კურსი. როდესაც სინათლე ხვდება სხვადასხვა გამტარობის ნახევარგამტარების ორი ფენისგან დამზადებულ ფირფიტას, ეფექტი ხდება p-n შეერთებაკათოდის ელექტრონები ტოვებენ თავიანთ ატომებს და იჭერენ ანოდის დონეზე. დატვირთვის (ბატარეის) წრესთან დაკავშირებისას ისინი თმობენ დადებითად დამუხტულ ენერგიას და უბრუნდებიან n-ფენას. ეს ფენომენი უფრო ცნობილია, როგორც "გარე ფოტოელექტრული ეფექტი", ხოლო ორშრიანი ფირფიტა - "ფოტოცელი". ყველაზე ხშირად, იგივე მასალა გამოიყენება: ბაზის ნახევარგამტარი გარკვეული ტიპის გამტარობით დაფარულია საპირისპირო მუხტის მქონე ფენით, მაგრამ დოპანტური მინარევების მაღალი კონცენტრაციით.

მზის უჯრედების მუშაობის ეს პრინციპი უცვლელი დარჩა ეფექტის აღმოჩენის შემდეგ; სწორედ ზონის საზღვარზე ხდება ელექტრონულ ხვრელში გადასვლა. მზის სხივების ზემოქმედებისას, განსხვავებულად დამუხტული ნაწილაკები მოძრაობენ ორივე მიმართულებით; როდესაც PV წრე დახურულია, ისინი ახორციელებენ მუშაობას დატვირთვაზე. სრული გადაცემისთვის (ელექტრონების შეგროვება და ამოღება) გამოიყენება საკონტაქტო სისტემა (ბატარეის გარე მხარე ჰგავს ბადეს ან სავარცხელს, ხოლო უკანა ნაწილი ჩვეულებრივ მყარია). რაც უფრო მაღალია ფართობი p-nგარდამავალი და ნახევარგამტარის ფოტოელექტრული კონვერტაციის კოეფიციენტი, მით მეტ ენერგიას გამოიმუშავებს მოწყობილობა. ფიზიკური ფენომენი და მუშაობის პრინციპი არ არის დამოკიდებული ჰაერის ტემპერატურაზე, მნიშვნელოვანია მხოლოდ მზის შუქის ინტენსივობა. შედეგად, პანელის ეფექტურობაზე გავლენას ახდენს ამინდის პირობები, კლიმატი, სეზონი და გეოგრაფიული გრძედი.

ბატარეის ეფექტურობის გაუმჯობესების გზები

ცენტრალურ რუსეთშიც კი, მზის ბატარეების დაყენება 3-5 წელიწადში იხდის თავს, რადგან სხივები აბსოლუტურად უფასოა და ხელმისაწვდომია მთელი წლის განმავლობაში. მაგრამ 100 მ2 გამოსაყენებელი ფართობის მქონე სახლის სრულად გასათბობად საჭიროა დაახლოებით 30 მ2 პანელი. ფოტოელექტრული ეფექტის პრინციპის გასაძლიერებლად რეკომენდებულია შემდეგი სამუშაოების ჩატარება:

1. მოათავსეთ ბატარეები სამხრეთ მხარეს მინიმუმ 30° კუთხით.
2. არ დააინსტალიროთ მზის პანელები მაღალი ხეების ჩრდილში.
3. 2 წელიწადში ერთხელ გაწმინდეთ ზედაპირი ჭუჭყისაგან.
4. დააინსტალირეთ მზის შუქის თვალთვალის სისტემები.

არ ღირს მთლიანად უარი თქვას გარე ენერგომომარაგებაზე; თანამედროვე კომპლექსებსაც კი არ შეუძლიათ საკმარისი რაოდენობის ენერგიის დაგროვება, რათა სრულად ეკვებონ შენობას ხანგრძლივი უამინდობის დროს. ისინი საუკეთესოდ გამოიყენება როგორც კომბინირებული სისტემის ნაწილი.

მზის ბატარეები უკვე გამოიყენება სხვადასხვა აღჭურვილობის კვებისათვის: მობილური გაჯეტებიდან ელექტრომობილებამდე. ამ სტატიიდან შეიტყობთ, თუ როგორ მუშაობენ ისინი, რას წარმოადგენენ და რა შეუძლიათ თანამედროვე მზის ბატარეებს.

შექმნის ისტორია

ისტორიულად, მზის პანელები არის კაცობრიობის მეორე მცდელობა, გამოიყენოს მზის უსაზღვრო ენერგია და მის სასარგებლოდ იმუშაოს. პირველი გამოჩნდა მზის კოლექტორები (მზის თბოელექტროსადგურები), რომლებშიც ელექტროენერგია წარმოიქმნება დუღილის ტემპერატურამდე გაცხელებული წყლის კონცენტრირებული მზის ქვეშ.

მზის პანელები პირდაპირ აწარმოებენ ელექტროენერგიას, რაც ბევრად უფრო ეფექტურია. პირდაპირი ტრანსფორმაციისას მნიშვნელოვნად ნაკლები ენერგია იკარგება, ვიდრე მრავალსაფეხურიანი ტრანსფორმაციისას, როგორც კოლექტორების შემთხვევაში (მზის სხივების კონცენტრაცია, წყლის გათბობა და ორთქლის გამოშვება, ორთქლის ტურბინის ბრუნვა და მხოლოდ ბოლოს გენერატორის მიერ ელექტროენერგიის გამომუშავება). ).

თანამედროვე მზის პანელები შედგება ფოტოცელების ჯაჭვისგან - ნახევარგამტარული მოწყობილობებისაგან, რომლებიც მზის ენერგიას პირდაპირ ელექტრო დენად გარდაქმნიან. მზის ენერგიის ელექტრულ დენად გადაქცევის პროცესს ფოტოელექტრული ეფექტი ეწოდება.

ეს ფენომენი აღმოაჩინა ფრანგმა ფიზიკოსმა ალექსანდრე ედმონდ ბეკერელმა მე-19 საუკუნის შუა ხანებში. პირველი მოქმედი ფოტოცელი ნახევარი საუკუნის შემდეგ რუსმა მეცნიერმა ალექსანდრე სტოლეტოვმა შექმნა. და უკვე მეოცე საუკუნეში, ფოტოელექტრული ეფექტი რაოდენობრივად იყო აღწერილი ალბერტ აინშტაინის მიერ, რომელიც შესავალს არ საჭიროებს.

მოქმედების პრინციპი

ნახევარგამტარი არის მასალა, რომლის ატომებს ან აქვთ დამატებითი ელექტრონები (n-ტიპი) ან, პირიქით, აკლიათ ისინი (p-ტიპი). შესაბამისად, ნახევარგამტარული ფოტოცელი შედგება ორი ფენისგან განსხვავებული გამტარობით. n-ფენა გამოიყენება კათოდად, ხოლო p-ფენა გამოიყენება ანოდად.

n-ფენის ჭარბ ელექტრონებს შეუძლიათ დატოვონ თავიანთი ატომები, ხოლო p-ფენა იჭერს ამ ელექტრონებს. ეს არის სინათლის სხივები, რომლებიც „აოკებენ“ ელექტრონებს n-ფენის ატომებიდან, რის შემდეგაც ისინი დაფრინავენ p-ფენაში ცარიელი ადგილების დასაკავებლად. ამგვარად, ელექტრონები მოძრაობენ წრეში, ტოვებენ p-ფენას, გადიან დატვირთვას (ამ შემთხვევაში ბატარეას) და უბრუნდებიან n-ფენას.

ისტორიაში პირველი ფოტოელექტრული მასალა იყო სელენი. სწორედ მისი დახმარებით აწარმოეს ფოტოელემენტები მე-19 საუკუნის ბოლოს და მე-20 საუკუნის დასაწყისში. მაგრამ უკიდურესად დაბალი ეფექტურობის გათვალისწინებით (1 პროცენტზე ნაკლები), მათ მაშინვე დაიწყეს სელენის შემცვლელის ძებნა.

მზის უჯრედების მასობრივი წარმოება მას შემდეგ გახდა შესაძლებელი, რაც სატელეკომუნიკაციო კომპანია Bell Telephone-მა შექმნა სილიკონზე დაფუძნებული მზის ელემენტი. ის კვლავ რჩება ყველაზე გავრცელებულ მასალად მზის უჯრედების წარმოებაში. მართალია, სილიციუმის გაწმენდა ძალზე ძვირი პროცესია და ამიტომ ნელ-ნელა ალტერნატივები ცდიან: სპილენძის, ინდიუმის, გალიუმის და კადმიუმის ნაერთები.

ნათელია, რომ ცალკეული ფოტოუჯრედების სიმძლავრე არ არის საკმარისი მძლავრი ელექტრო ტექნიკის გასაძლიერებლად. ამიტომ ისინი გაერთიანებულია ელექტრული წრე, რითაც იქმნება მზის ბატარეა (სხვა სახელი არის მზის პანელი).

მზის ბატარეის ჩარჩოზე ისეა მიმაგრებული ფოტოცელი, რომ გაუმართაობის შემთხვევაში მათი შეცვლა შესაძლებელია სათითაოდ. გარე ფაქტორებისგან თავის დასაცავად, მთელი სტრუქტურა დაფარულია გამძლე პლასტმასით ან გამაგრებული მინით.

არსებული ჯიშები

მზის ბატარეები კლასიფიცირდება გამომუშავებული ელექტროენერგიის სიმძლავრის მიხედვით, რაც დამოკიდებულია პანელის ფართობზე და მის დიზაინზე. მზის სხივების სიმძლავრე ეკვატორზე აღწევს 1 კვტ-ს, ხოლო ჩვენს მხარეში ღრუბლიან ამინდში შეიძლება დაეცეს 100 ვტ-ზე დაბლა. მაგალითად, ავიღოთ საშუალო მაჩვენებელი (500 W) და შემდგომ გამოთვლებში ჩვენ მასზე დავამყარებთ.

ამორფულ, ფოტოქიმიურ და ორგანულ მზის უჯრედებს აქვთ ყველაზე დაბალი ფოტოელექტრული კონვერტაციის კოეფიციენტი. პირველი ორი ტიპისთვის ეს დაახლოებით 10 პროცენტია, ამ უკანასკნელისთვის კი მხოლოდ 5 პროცენტი. ეს ნიშნავს, რომ მზის ნაკადის სიმძლავრით 500 ვტ, მზის პანელი ერთი კვადრატული მეტრის ფართობით გამოიმუშავებს, შესაბამისად, 50 და 25 ვტ ელექტროენერგიას.

ზემოაღნიშნული ტიპის ფოტოცელებისგან განსხვავებით, მოქმედებენ სილიციუმის ნახევარგამტარებზე დაფუძნებული მზის უჯრედები. მათთვის ჩვეულებრივი მოვლენაა ფოტოელექტრული კონვერტაციის კოეფიციენტი 20%, ხელსაყრელ პირობებში კი 25%. შედეგად, მეტრიანი მზის პანელის სიმძლავრე შეიძლება მიაღწიოს 125 ვტ-ს.

მხოლოდ გალიუმის არსენიდზე დაფუძნებულ ხსნარებს შეუძლიათ კონკურენცია გაუწიონ სილიკონის მზის ბატარეებს. ამ კავშირის გამოყენებით, ინჟინერებმა ისწავლეს მრავალფენიანი მზის უჯრედების შექმნა 30%-ზე მეტი PFC-ით (150 ვტ-მდე ელექტროენერგია კვადრატულ მეტრზე).

თუ ვსაუბრობთ მზის ბატარეების ფართობზე, მაშინ არის როგორც მინიატურული "ფირფიტები", რომელთა სიმძლავრეა 10 ვტ-მდე (ხშირი ტრანსპორტირებისთვის), ასევე ფართო "ფურცლები" 200 W ან მეტი (მხოლოდ სტაციონარული. გამოყენება).

მზის პანელების მუშაობაზე შეიძლება უარყოფითად იმოქმედოს რიგი ფაქტორებით. მაგალითად, ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ფოტოცელტების მუშაობის კოეფიციენტი მცირდება. ეს მიუხედავად იმისა, რომ მზის პანელები დამონტაჟებულია ცხელ, მზიან ქვეყნებში. თურმე ერთგვარი ორლესული ხმალია.

და თუ მზის პანელის ნაწილს ჩაბნელებთ, მაშინ უმოქმედო ფოტოცელი არა მხოლოდ წყვეტს ელექტროენერგიის გამომუშავებას, არამედ დამატებით, მავნე დატვირთვად იქცევა.

უმსხვილესი მწარმოებლები

მზის უჯრედების გლობალური წარმოების ლიდერები არიან Suntech, Yingli, Trina Solar, First Solar და Sharp Solar. პირველი სამი წარმოადგენს ჩინეთს, მეოთხე - აშშ-ს, ხოლო მეხუთე, როგორც თქვენ ალბათ მიხვდებით, იაპონური კორპორაცია Sharp-ის განყოფილებაა.

ამერიკული კომპანია First Solar არა მხოლოდ აწარმოებს მზის პანელებს, არამედ უშუალოდ მონაწილეობს მზის ელექტროსადგურების დიზაინსა და მშენებლობაში. , რომელიც მდებარეობს არიზონაში, აშშ, პირველი მზის ინჟინრების ნამუშევარია.

უმსხვილესი უკრაინული მზის ელექტროსადგური Perovo ააშენა და მზის პანელებით მიაწოდა ავსტრიულმა კომპანია Activ Solar-მა.

ჩინური კომპანია Suntech ცნობილი გახდა 2008 წლის ზაფხულის ოლიმპიადისთვის პეკინში საფეხბურთო სტადიონის მომზადებით, სახელწოდებით "ჩიტების ბუდე". მზის პანელების გამოყენებით მთელი დღის განმავლობაში გამომუშავებული ელექტროენერგია ინახება და შემდეგ გამოიყენება სტადიონის გასანათებლად, ფეხბურთის მოედანზე ბალახის მორწყვისა და სატელეკომუნიკაციო აღჭურვილობის გამოსაყენებლად.

დასკვნები

სულ რაღაც ორი ათეული წლის წინ, მიკროკალკულატორები ფოტოცელებით ცნობისმოყვარე ჩანდა, რამაც შესაძლებელი გახადა წლების განმავლობაში არ შეცვლილიყო მათი "ღილაკიანი ბატარეა". ახლა მობილური ტელეფონები ჩაშენებული უკანა საფარი მზის პანელიარავის უკვირს. მაგრამ ეს მცირე რამეა მანქანებთან და თვითმფრინავებთან შედარებით (თუნდაც უპილოტო), რომლებმაც ისწავლეს გადაადგილება მხოლოდ მზის ენერგიის გამოყენებით.

როგორც ჩანს, მზის პანელების მომავალი ისეთივე ნათელია, როგორც თავად მზე. მინდა დავიჯერო, რომ სწორედ მზის პანელები განკურნავს სმარტფონებსა და პლანშეტებს „გამშვები დამოკიდებულებისგან“.

ყოველ წამს ჩვენი პლანეტის ზედაპირს აღწევს მზის ენერგიის უზარმაზარი რაოდენობა, რაც სიცოცხლეს აძლევს ყველა ცოცხალ არსებას. გონების გამოკითხვის ღირსეული გამოწვევა არის გამოსავალი, რომელიც მას ხალხის საჭიროებებს მოემსახურება. და ისინი, ვინც გამოიგონეს მზის ბატარეის დიზაინი, რომელსაც შეუძლია მზის შუქი ელექტრო ენერგიად გარდაქმნას, უკვე ცდილობენ ამის რეალიზებას.

უფრო ადვილია იმის გაგება, თუ როგორ მუშაობს მზის ბატარეა მონოკრისტალურ სილიკონზე დაფუძნებული დიზაინის მაგალითის გამოყენებით.

სილიკონის ორი ფენა განსხვავებული ფიზიკური თვისებებიშექმენით თხელი ფირფიტა. შიდა ფენა არის ერთკრისტალური სუფთა სილიციუმი p-ტიპის გამტარობით, რომელიც გარედან დაფარულია „დაბინძურებული“ სილიკონის ფენით. ეს შეიძლება იყოს, მაგალითად, ფოსფორის ნაზავი. მას აქვს n ტიპის გამტარობა. ფირფიტის უკანა მხარე დაფარულია უწყვეტი ლითონის ფენით.

ფოტოცელები ისეა დამაგრებული ჩარჩოში, რომ მათი ჩანაცვლება შესაძლებელია. მთელი სტრუქტურა დაფარულია გამაგრებული მინით ან პლასტმასით, რომელიც იცავს მას გარე ფაქტორების უარყოფითი გავლენისგან.

მზის ბატარეის მუშაობის პრინციპი

p- და n-ფენების საზღვარზე მუხტების ნაკადის შედეგად n-ში წარმოიქმნება არაკომპენსირებული დადებითი მუხტის ზონა, ხოლო p-ფენაში - უარყოფითი მუხტის ზონა, ე.ი. p-n კვანძი, რომელიც ყველასთვის ცნობილია სკოლის ფიზიკის კურსიდან. პოტენციური სხვაობა, რომელიც წარმოიქმნება შეერთებისას, კონტაქტის პოტენციალის სხვაობა (პოტენციური ბარიერი), ხელს უშლის ელექტრონების გავლას p ფენიდან, მაგრამ თავისუფლად აძლევს უმცირესობის მატარებლებს საპირისპირო მიმართულებით გავლის საშუალებას, რაც შესაძლებელს ხდის ფოტოს მიღებას. emf როდესაც მზის შუქი ხვდება ფოტოელექტრო უჯრედს.

მზის სხივებით დასხივებისას, შთანთქმის ფოტონები იწყებენ არათანაბარი ელექტრონულ-ხვრელების წყვილების წარმოქმნას. გადასვლის მახლობლად წარმოქმნილი ელექტრონები p ფენიდან n-რეგიონში გადადიან.

ანალოგიურად, n ფენის ჭარბი ხვრელები შედის p-ფენაში (სურათი ა). გამოდის, რომ დადებითი მუხტი გროვდება p-ფენაში, ხოლო უარყოფითი მუხტი n-ფენაში, რაც იწვევს ძაბვას გარე წრეში (სურათი ბ). მიმდინარე წყაროს აქვს ორი პოლუსი: დადებითი - p-ფენა და უარყოფითი - n-ფენა.

ეს არის მზის უჯრედების მუშაობის ძირითადი პრინციპი. ამგვარად, ელექტრონები თითქოს წრეებში მოძრაობენ, ე.ი. დატოვე p-ფენა და დაბრუნდი n-ფენაზე, გადის დატვირთვა (ბატარეა).

ერთი შეერთების ელემენტში ფოტოელექტრული გადინება უზრუნველყოფილია მხოლოდ იმ ელექტრონებით, რომლებსაც აქვთ გარკვეული ზოლის უფსკრულის სიგანეზე მაღალი ენერგია. ვისაც ნაკლები ენერგია აქვს, ამ პროცესში არ მონაწილეობს. ეს შეზღუდვა შეიძლება მოიხსნას მრავალშრიანი სტრუქტურებით, რომლებიც შედგება ერთზე მეტი მზის ელემენტისგან, სხვადასხვა ზოლიანი უფსკრულით. მათ უწოდებენ კასკადს, მრავალ კვანძს ან ტანდემს. მათი ფოტოელექტრული კონვერტაცია უფრო მაღალია იმის გამო, რომ ასეთი მზის უჯრედები მოქმედებენ უფრო ფართო მზის სპექტრით. მათში ფოტოცელები განლაგებულია, როგორც ზოლის უფსკრული მცირდება. მზის სხივები ჯერ ყველაზე ფართო ფართობის მქონე ფოტოცელში მოხვდება და ყველაზე მაღალი ენერგიის მქონე ფოტონები შეიწოვება.

შემდეგ, ზედა შრის მიერ გადაცემული ფოტონები შემდეგ ელემენტს აღწევს და ა.შ. კასკადური ელემენტების დარგში კვლევის ძირითად მიმართულებას წარმოადგენს გალიუმის არსენიდის ერთ ან რამდენიმე კომპონენტის გამოყენება. ასეთ ელემენტებს აქვთ კონვერტაციის ეფექტურობა 35%. ელემენტები დაკავშირებულია ბატარეასთან, რადგან მათი დამზადება შესაძლებელია ცალკე ელემენტიდიდი ზომა (და შესაბამისად სიმძლავრე) დაუშვებელია ტექნიკური შესაძლებლობებით.

მზის უჯრედებს შეუძლიათ მუშაობა დიდი დრო. მათ დაამტკიცეს, რომ არიან ენერგიის სტაბილური და საიმედო წყარო, გამოსცადეს კოსმოსში, სადაც მათთვის მთავარი საფრთხე მეტეორის მტვერი და რადიაციაა, რაც იწვევს სილიკონის ელემენტების ეროზიას. მაგრამ, რადგან დედამიწაზე ეს ფაქტორები არ ახდენს მათზე უარყოფით გავლენას, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ელემენტების მომსახურების ვადა კიდევ უფრო გრძელი იქნება.

მზის პანელები უკვე ადამიანთა მომსახურეობაშია და ემსახურება როგორც ენერგიის წყაროს სხვადასხვა მოწყობილობები, ვიწყებთ აქედან მობილური ტელეფონებიდა დამთავრებული ელექტრო მანქანებით.

და ეს უკვე მეორე მცდელობაა ადამიანის მიერ, გამოიყენოს უსაზღვრო მზის ენერგია, აიძულებს მას იმუშაოს საკუთარი სარგებლისთვის. პირველი მცდელობა იყო მზის კოლექტორების შექმნა, რომლებშიც ელექტროენერგია წარმოიქმნებოდა წყლის გაცხელებით დუღილის წერტილამდე მზის კონცენტრირებული სხივებით.

მზის პანელების უპირატესობა ის არის, რომ ისინი პირდაპირ აწარმოებენ ელექტროენერგიას, კარგავენ ენერგიას გაცილებით ნაკლებს, ვიდრე მზის მრავალსაფეხურიანი კოლექტორები, რომლებშიც მისი მიღების პროცესი დაკავშირებულია მზის სხივების კონცენტრაციასთან, წყლის გათბობასთან, ორთქლის გამოყოფასთან, ბრუნვასთან. ორთქლის ტურბინადა მხოლოდ ამის შემდეგ გენერატორი გამოიმუშავებს ელექტროენერგიას. მზის პანელების ძირითადი პარამეტრები, პირველ რიგში, სიმძლავრეა. მაშინ მნიშვნელოვანია, რამდენი ენერგია აქვთ.

ეს პარამეტრი დამოკიდებულია ბატარეების სიმძლავრეზე და მათ რაოდენობაზე. მესამე პარამეტრი არის პიკური ენერგიის მოხმარება, რაც ნიშნავს ერთდროულად რაოდენობას შესაძლო კავშირებიმოწყობილობები. კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი პარამეტრია ნომინალური ძაბვა, რომელზედაც დამოკიდებულია დამატებითი აღჭურვილობის არჩევანი: ინვერტორი, მზის პანელი, კონტროლერი, ბატარეა.

მზის პანელების სახეები

ყველა მზის პანელი ერთი შეხედვით ერთნაირი ჩანს - მუქი შუშით დაფარული ელემენტები ლითონის ზოლებით, რომლებიც ატარებენ დენს, მოთავსებულია ალუმინის ჩარჩოში.

მაგრამ, მზის პანელები კლასიფიცირდება მათ მიერ გამომუშავებული ელექტროენერგიის სიმძლავრის მიხედვით, რაც დამოკიდებულია პანელის დიზაინსა და ფართობზე (ისინი შეიძლება იყოს მინიატურული ფირფიტები ათ ვატამდე სიმძლავრით და ფართო "ფურცლები" სიმძლავრით. ორასი ან მეტი ვატი).

გარდა ამისა, ისინი განსხვავდებიან მათ მიერ წარმოქმნილი ფოტოუჯრედების ტიპით: ფოტოქიმიური, ამორფული, ორგანული და ასევე სილიციუმის ნახევარგამტარების საფუძველზე შექმნილი, რომელთა ფოტოელექტრული კონვერტაციის კოეფიციენტი რამდენჯერმე მაღალია. შესაბამისად, სიმძლავრე უფრო დიდია (განსაკუთრებით მზიან ამინდში). ამ უკანასკნელის კონკურენტი შეიძლება იყოს მზის ბატარეა, რომელიც დაფუძნებულია გალიუმის არსენიდზე. ანუ დღეს ბაზარზე ხუთი ტიპის მზის პანელია.

ისინი განსხვავდებიან მათი წარმოებისთვის გამოყენებული მასალებით:

1. პოლიკრისტალური ფოტოელექტრული უჯრედებისგან დამზადებული პანელები, მზის პანელის დამახასიათებელი ლურჯი შეფერილობით, კრისტალური სტრუქტურით და ეფექტურობით 12-14%.

პოლიკრისტალური პანელი

2. მონოკრისტალური ელემენტებისგან დამზადებული პანელები უფრო ძვირია, მაგრამ ასევე უფრო ეფექტური (ეფექტურობა - 16%-მდე).

3. ამორფული სილიკონისგან დამზადებული მზის პანელები, რომლებსაც აქვთ ყველაზე დაბალი ეფექტურობა - 6-8%, მაგრამ ისინი გამოიმუშავებენ ყველაზე იაფ ენერგიას.

4. კადმიუმის ტელურიდისგან დამზადებული პანელები, შექმნილი ფირის ტექნოლოგიების გამოყენებით (ეფექტურობა - 11%).

კადმიუმის ტელურიდზე დაფუძნებული პანელი

5. და ბოლოს, მზის პანელები CIGS ნახევარგამტარზე დაფუძნებული, რომელიც შედგება სელენი, ინდიუმი, სპილენძი, გალიუმი. მათი წარმოების ტექნოლოგიებიც კინოა, მაგრამ ეფექტურობა თხუთმეტ პროცენტს აღწევს.

გარდა ამისა, მზის პანელები შეიძლება იყოს მოქნილი და პორტატული.

ძალიან მოსახერხებელია მოქნილი პანელები, რომლებიც ადვილად იშლება, როგორც ჩვეულებრივი ქაღალდი. მიუხედავად იმისა, რომ მათი ღირებულება უფრო მაღალია, ვიდრე მათი მყარი მდგომარეობის კოლეგები, მათ დაიკავეს თავიანთი ნიშა ბაზარზე. ისინი ძირითადად მოთხოვნადია ტურისტებსა და მოგზაურებში, რომლებსაც ელექტრიფიკაციის არარსებობის შემთხვევაში მობილური გაჯეტების დამუხტვა სჭირდებათ. მზის ენერგიით მოძრავი მოქნილი ბატარეების მთავარი მწარმოებელია Sun Charger, რომელმაც, სხვათა შორის, ცოტა ხნის წინ განაახლა თავისი შემადგენლობამოდელები 34 W და 9 W.

პირველი მოდელი შესაფერისია ტაბლეტების გასაძლიერებლად, მობილური ტელეფონები, ვიდეო კამერები, ციფრული კამერები, GPS, გელის აკუმულატორები 6 და 12 ვოლტი, ე.ი. მას შეუძლია დააკმაყოფილოს რამდენიმე ადამიანის საჭიროება ლაშქრობის დროს.

SunCharger SC-9/14 - დაკეცილი ბატარეა

ის ღია ფორმაშია

ბატარეის მახასიათებლები: კომპაქტური დასაკეცი დიზაინი, ფუნქციონირებს ტემპერატურის დიაპაზონში -50-დან +70 გრადუსამდე, წონა მხოლოდ 420 გრამი, აღჭურვილია ანტირეფლექსური საფარით, ჩაშენებული LED, დასამაგრებელი ქუდები. გამომავალი ჯეკი მრგვალია (5,5 მმ / 2,1 მმ).

ელექტრო მახასიათებლები: მოქმედი გამომავალი ძაბვა 13,5 ვ (სტანდარტული 12 ვ), დატვირთვის გარეშე - 19 ვ; ოპერაციული გამომავალი დენი - 0,65 A; ზომები დაკეცვისას და გაშლისას - 20,5x15x3 სმ და 50x41,5x0,4 სმ; გამომავალი სიმძლავრე - 8,6 ვტ.

მეორე მოდელი SunCharger SC-34/18 ყველაზე ძლიერია მოქნილი მზის პანელების ხაზში. იგი შეიქმნა სპეციალურად უნივერსალური დისკებისთვის (ლეპტოპები), რომლებსაც აქვთ დამტენი, როგორც წესი, 17-19 ვოლტი. მაქსიმალური სიმძლავრე - 18 ვ. ის პირდაპირ უერთდება დისკებს, რაც უზრუნველყოფს სრულყოფილ შესაბამისობას. ცხადია, რომ ის ასევე შესაფერისია ნაკლებად "გლუტუნური" დისკებისთვის, მათ შორის თორმეტ ვოლტიანი ტყვიის მჟავა ბატარეებისთვის, რომლებიც გამოიყენება მანქანებში.

მზის ბატარეა თავის წერტილში აწარმოებს 18 ვოლტს მაქსიმალური სიმძლავრედა პირდაპირ უკავშირდება ამ დისკებს. ამრიგად, ის "იდეალურად" შეესაბამება მათ.

ბუნებრივია, ეს ბატარეა ასევე შესაფერისია ნაკლებად მღელვარე მომხმარებლების დასატენად. მოგეხსენებათ, არასდროს არის საკმარისი ძალა. ის ასევე ჩუმად იტენება 12 ვოლტიანი ტყვიის ბატარეები, მათ შორის მანქანის ბატარეები (რამდენიმე საათის დატენვის შემდეგ უკვე შეგიძლიათ მანქანის ჩართვა). მისი სისქე 4 სმ-ია (ანუ ცოტა უფრო დიდი გახდა), მაგრამ ბატარეა უფრო კომპაქტური აღმოჩნდა, ვიდრე ჩვეულებრივი 12 ვოლტიანი ბატარეები.

ეს მიღწეული იქნა მის წარმოებაში გამოყენებული თხელი ქსოვილისა და უფრო დიდი ფართობის ლამინირებული ფოტოცელების გამო.

იგივე ბატარეა გაიხსნა

წინა მოდელისთვის დამახასიათებელი მახასიათებლების გარდა, აქ, მრგვალი კონექტორის გარდა, გამოსასვლელში არის "დედა" და "მამა".

ელექტრული მახასიათებლები: გამომავალი სიმძლავრე, როგორც ნიშნებიდან ჩანს, 34 W; ოპერაციული გამომავალი დენი - 1,9 A; ზომები 40x18x4 სმ (დაკეცილი) და 40x18x4 სმ (გახსნილი). გამომავალი ძაბვა – 18 ვ და 26 ვ (დატვირთვის გარეშე). წონა, რა თქმა უნდა, გაცილებით მეტია - 1,7 კგ.

პორტატული მზის ბატარეა - განსაკუთრებით ტურისტებისთვის

დღეს ყველას აქვს ელექტრონული გაჯეტები. არ აქვს მნიშვნელობა ზოგს ნაკლები აქვს და ზოგს მეტი. ყველა მათგანს უნდა დააკისროს და ამისთვის გვჭირდება დამტენი მოწყობილობა. მაგრამ ეს საკითხი განსაკუთრებით მწვავეა მათთვის, ვინც აღმოჩნდება ისეთ ადგილებში, სადაც არ არის ელექტრომომარაგება. ერთადერთი გამოსავალი არის მზის პანელები. მაგრამ მათი ფასები რჩება მაღალი, არჩევანი კი მცირეა. საუკეთესო ვარიანტი, როგორც ზოგადად ითვლება, არის Goal Zero კომპანიის პროდუქტები (თუმცა არის რუსული და ჩინური პროდუქტები - რაც, როგორც ყოველთვის, ეჭვს იწვევს).

მაგრამ აღმოჩნდა, რომ ყველაფერი, რაც ჩინეთში ან კორეაში მზადდება, ცუდი არ არის. მზის ბატარეების კომპანია ჩიკაგოდან YOLK განსაკუთრებით კმაყოფილი დარჩა მზის ბატარეით, რომელმაც დაიწყო Solar Paper კომპაქტური მზის ბატარეის წარმოება - ყველაზე თხელი და მსუბუქი. მისი წონა მხოლოდ 120 გრამია. მაგრამ არსებობს სხვა უპირატესობები - მოდულური დიზაინი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ გაზარდოთ ძალა. მზის ბატარეა მსგავსია პლასტიკური ყუთიზომით iPad-ის მსგავსი, მხოლოდ ორჯერ თხელი. მის წინა მხარეს არის მზის პანელი. კეისზე არის ლეპტოპის გამომავალი და USB პორტებიდა სხვა მზის პანელების დასაკავშირებლად, ასევე ფანარი. ამ სასწაული ყუთის შიგნით არის ბატარეები და მართვის დაფა. თქვენ შეგიძლიათ დატენოთ მოწყობილობა განყოფილებიდან და ეს შეიძლება იყოს ტელეფონი და ორი ლეპტოპი ერთდროულად. რა თქმა უნდა, მოწყობილობა მზისგანაც იტენება. როგორც კი მასზე შუქი მოხვდება, ინდიკატორი ანათებს. კემპინგის პირობებში მზის პანელი უბრალოდ შეუცვლელია: ის წარმატებით იტვირთება ყველა საჭირო მოწყობილობას - ტელეფონებს უფრო სწრაფად, ლეპტოპებს.

პორტატული მზის პანელები კომპაქტური ზომისაა:ისინი ხელმისაწვდომია საკინძების სახითაც კი, რომელიც ნებისმიერზე შეიძლება მიმაგრდეს. ისინი შემუშავებულია ისე, რომ თქვენ შეგიძლიათ წაიყვანოთ ისინი თევზაობაზე, ლაშქრობაზე და ა.შ. მათ აუცილებლად აქვთ ფანარი, რათა ღამით გაანათოთ გზა, კარავი და ა. ძალიან მნიშვნელოვანია, რომ ასეთ მოწყობილობას ჰქონდეს ჩაშენებული ბატარეა, რომელიც საშუალებას გაძლევთ დატენოთ მოწყობილობები ღამით.

მეცნიერები მუშაობენ ეფექტურობის ამაღლებაზე, მაგრამ ჯერჯერობით მონოკრისტალური ელემენტებისგან დამზადებული მზის პანელები ლიდერობენ ამ მაჩვენებლით. რამდენიმე ფენისგან შემდგარი მონოკრისტალური პანელები ისეა შექმნილი, რომ ერთ-ერთი ფენა შთანთქავს მწვანე ენერგიას, მეორე - წითელს, ხოლო მესამე - ლურჯს. მაგრამ, ასეთი პანელების ღირებულება ძალიან მაღალია.

მზის ბატარეა, მოგეხსენებათ, რამდენიმე აუცილებელი ნაწილისგან შედგება. მისი საფუძველი, ისევე როგორც მანქანის ძრავა ან ადამიანის გული, არის მზის პანელი - გამჭვირვალე მართკუთხა ყუთი შიგნით წვრილად დაჭრილი სილიკონის მუქი კვადრატებით. წარმოებაში გამოყენებული სილიციუმი, უფრო სწორად მისი ოქსიდი (ჟანგბადის ნაერთი) არის მზის უჯრედების წარმოების მთავარი ელემენტი.

მზის პანელების წარმოების საფუძველი მუდმივად იხვეწება და რამდენიმე ეტაპისგან შედგება.

• პირველ ეტაპზე მზადდება ნედლეული:კვარცის ქვიშა იწმინდება კოქსით კალცინით. შედეგად, ის თავისუფლდება ჟანგბადისგან, იქცევა სუფთა სილიკონის ნაჭრებად, გარკვეულწილად ნახშირს წააგავს. შემდეგ მისგან იზრდებიან კრისტალები - მზის პანელების საფუძველი, სილიკონის სტრუქტურის შეკვეთა. ამისათვის სუფთა სილიკონს აყრიან ჭურჭელში, აცხელებენ მაღალ ტემპერატურაზე და თესლს უმატებენ გამდნარ ლავას. თქვენ შეგიძლიათ შეადაროთ ის მომავალი ბროლის ნიმუშს, რომლის ირგვლივ ფენა-ფენა იზრდება მოწესრიგებული სტრუქტურის სილიციუმი. რამდენიმე საათის ზრდის შემდეგ, მიიღება მონოსილიციუმის კრისტალი (ან პოლიკრისტალური სილიციუმი, რომლის წარმოების პროცესი უფრო ძვირია, რაც გავლენას ახდენს მისგან დამზადებული მზის პანელების ფასზე), რომელიც ჰგავს დიდ ყინულს. შემდეგ ცილინდრული სამუშაო ნაწილი გარდაიქმნება პარალელეპიპედში. ამის შემდეგ სამუშაო ნაწილს ჭრიან 100-200 მიკრონის სისქის ფირფიტებად (ადამიანის სამი თმის სისქე), ამოწმებენ, ახარისხებენ და იგზავნება დამუშავების შემდეგ ეტაპზე.
• მეორე ეტაპზე ფირფიტაშედუღებული სექციებად, საიდანაც მინაზე იქმნება ბლოკები, რათა აღმოიფხვრას მზა მზის უჯრედებზე მექანიკური ზემოქმედების შესაძლებლობა. სექციები ჩვეულებრივ შედგება 9-10 მზის ელემენტისგან, ბლოკები - 4-6 განყოფილებისგან.
• მესამე ეტაპიმოიცავს ბლოკებად შედუღებული ფირფიტების ლამინირებას ეთილენ ვინილის აცეტატის ფირით, შემდეგ კი დამცავი საფარით, რომელიც ხორციელდება კომპიუტერის გამოყენებით, რომელიც აკონტროლებს წნევას, ვაკუუმს და ტემპერატურას.
• მეოთხე ეტაპი დასკვნითია. ამ პროცესის დროს დამონტაჟებულია შემაერთებელი ყუთი და ალუმინის ჩარჩო. კვლავ ტარდება ტესტირება, რომლის დროსაც იზომება ინდიკატორები: ღია წრედის ძაბვა, დენი მოკლე ჩართვა, მაქსიმალური სიმძლავრის ძაბვის და დენის წერტილი.

მზის პანელების მწარმოებელ საწარმოებს შორის ლიდერები არიან შემდეგი ქვეყნები:ჩინეთი (Trina Solar, Yingli, Suntech კომპანიები), იაპონია (Sharp Solar) და აშშ (First Solar), რომელიც არა მხოლოდ აწარმოებს მათ, არამედ მონაწილეობს მზის სადგურების დიზაინში და მათ მშენებლობაში. მსოფლიოში ყველაზე ძლიერი მზის ელექტროსადგური, Agua Caliente არიზონაში, სწორედ ამ კომპანიის ნამუშევარია. უკრაინაში უდიდესი მზის ელექტროსადგურის „პეროვოს“ მშენებლობა ავსტრიულმა კომპანიამ (Activ Solar) განახორციელა.

რა ღირს მზის ბატარეა?

მზის პანელების გაყიდვა მომგებიანი და პერსპექტიული ბიზნესია. გაყიდვების მოცულობა ყოველწლიურად იზრდება. გაყიდვებში პირველ ადგილს ჩინელი მწარმოებლები იკავებს, რომელთა პროდუქცია დაბალი თვითღირებულებით ხასიათდება. ამ ვითარებამ გამოიწვია მსხვილი გერმანული ბრენდების გაკოტრება, რომლებიც ჩინურ მზის პანელებზე ორჯერ ძვირია.

მზის პანელების ღირებულება დამოკიდებულია მწარმოებელზე და ენერგიაზე და აქვს უზარმაზარი დიაპაზონი - 1800 UAH-დან 9000 UAH-მდე (უკრაინისთვის), 5 ათასი რუბლიდან 30 ათასამდე (რუსეთისთვის). ამ SunCharger SC-9/14 და SunCharger SC-34/18 ბატარეების ღირებულება ასევე მაღალია (თქვენ უნდა გადაიხადოთ შესანიშნავი მახასიათებლებისთვის). შესაბამისად შეადგენს 6100 და 20700 რუბლი. მაგრამ AcmePower 32 W მოქნილი ბატარეასთან შედარებით, რომლის ფასიც არის 27 ათასი რუბლი, ეს ბატარეა გაცილებით იაფია.

ვისაც ფულის დაზოგვა სურს, შეუძლია მზის კრისტალური დასაკეცი ბატარეების შეძენა 2,5-ჯერ ნაკლები ფასით.

დასკვნები

ფანტასტიკური იდეები თანდათან რეალობად იქცევა. გავიხსენოთ, მაგალითად, მიკროკალკულატორი, რომელიც დაფუძნებულია ფოტოელემენტებზე, რომელიც ოდესღაც ცნობისმოყვარეობად ჩანდა, რომელიც საშუალებას გაძლევთ წლების განმავლობაში არ შეცვალოთ ბატარეა. ბოლო წლების გამოგონება არის მობილური ტელეფონი ჩაშენებული მზის პანელით, მანქანები და თვითმფრინავები, რომლებიც იმავე მზის ენერგიის წყალობით მოძრაობენ. მომავალში, მზის პანელები, რა თქმა უნდა, გახდება ენერგიის მთავარი წყარო, რომელიც საბოლოოდ „განკურნება“ ყველა გაჯეტს „გასასვლელი დამოკიდებულებისგან“ და კაცობრიობას მისცემს იაფ ენერგიას.

შედარებით ცოტა ხნის წინ, კერძო სერვისების მიწოდების იდეა ფანტასტიურად ითვლებოდა, დღეს ეს ობიექტური რეალობაა. მათ ევროპაში დიდი ხანია იყენებენ, რადგან იაფი ენერგიის თითქმის ამოუწურავი წყაროა. ჩვენს ქვეყანაში, ასეთი მოწყობილობებიდან ელექტროენერგიის მიღება მხოლოდ პოპულარობას იძენს. ეს პროცესიეს არ ხდება ძალიან სწრაფად და ამის მიზეზი მათი მაღალი ღირებულებაა.

მოქმედების პრინციპი ემყარება იმ ფაქტს, რომ ორ სილიკონის ვაფლში, რომლებიც დაფარულია სხვადასხვა ნივთიერებებით (ბორი და ფოსფორი), მზის შუქის გავლენის ქვეშ წარმოიქმნება ელექტრული დენი. თავისუფალი ელექტრონები ჩნდება ფოსფორით დაფარულ ფირფიტაში.

დაკარგული ნაწილაკები წარმოიქმნება იმ ფირფიტებში, რომლებიც დაფარულია ბორით. ელექტრონები იწყებენ მოძრაობას მზის სინათლის გავლენის ქვეშ. ასე წარმოიქმნება ელექტრო დენი მზის პანელებში. თხელი სპილენძის ძაფები, რომლებიც ფარავს თითოეულ ბატარეას, შლის დენს მისგან და მიმართავს მას დანიშნულებისამებრ.

ერთი თეფშით შეგიძლიათ პატარა ნათურა აანთოთ. დასკვნა თავისთავად გვთავაზობს. იმისათვის, რომ მზის პანელებმა უზრუნველყოს სახლი საკმარისი სიმძლავრით, მათი ფართობი საკმაოდ დიდი უნდა იყოს.

სილიკონის მექანიზმები

ასე რომ, მზის ბატარეის მუშაობის პრინციპი ნათელია. დენი წარმოიქმნება, როდესაც სპეციალური ფირფიტები ექვემდებარება ულტრაიისფერ შუქს. თუ სილიციუმი გამოიყენება, როგორც მასალა ასეთი ფირფიტების შესაქმნელად, მაშინ ბატარეებს ეწოდება სილიციუმი (ან წყალბადის სილიციუმი).

ასეთი ფირფიტები მოითხოვს ძალიან რთული სისტემებიწარმოება. ეს, თავის მხრივ, დიდ გავლენას ახდენს პროდუქციის ღირებულებაზე.

არსებობს სხვადასხვა ტიპის სილიკონი.

მონოკრისტალური გადამყვანები

ეს არის პანელები დახრილი კუთხეებით. მათი ფერი ყოველთვის სუფთა შავია.

თუ ვსაუბრობთ მონოკრისტალურ გადამყვანებზე, მზის ბატარეის მუშაობის პრინციპი შეიძლება მოკლედ აღვწეროთ, როგორც ზომიერად ეფექტური. ასეთი ბატარეის ფოტომგრძნობიარე ელემენტების ყველა უჯრედი მიმართულია ერთი მიმართულებით.

ეს საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ უმაღლესი შედეგები მსგავს სისტემებს შორის. ამ ტიპის ბატარეების ეფექტურობა 25%-ს აღწევს.

მინუსი ის არის, რომ ასეთი პანელები ყოველთვის მზისკენ უნდა იყოს.

თუ მზე ღრუბლებს მიღმა იმალება, ჰორიზონტისკენ იძირება, ან ჯერ არ ამოსულა, მაშინ ბატარეები წარმოქმნიან საკმაოდ სუსტ დენს.

პოლიკრისტალური

ამ მექანიზმების ფირფიტები ყოველთვის კვადრატული და მუქი ლურჯია. მათი ზედაპირის შემადგენლობა მოიცავს არაერთგვაროვან სილიციუმის კრისტალებს.

პოლიკრისტალური ბატარეების ეფექტურობა არ არის ისეთი მაღალი, როგორც მონოკრისტალური მოდელების. მას შეუძლია მიაღწიოს 18% -ს. თუმცა, ეს მინუსი ანაზღაურდება უპირატესობებით, რომლებიც ქვემოთ იქნება განხილული.

ამ ტიპის მზის უჯრედების მუშაობის პრინციპი საშუალებას აძლევს მათ დამზადდეს არა მხოლოდ სუფთა სილიკონისგან, არამედ გადამუშავებული მასალებისგან. ეს ხსნის აღჭურვილობაში აღმოჩენილ ზოგიერთ დეფექტს. მექანიზმების გამორჩეული თვისება ამ ტიპისარის ის, რომ მოღრუბლულ ამინდშიც კი საკმაოდ ეფექტურად შეუძლიათ ელექტრო დენის გამომუშავება. ეს სასარგებლო თვისება მათ შეუცვლელს ხდის იმ ადგილებში, სადაც მზის დიფუზური შუქი ჩვეულებრივი ყოველდღიური მოვლენაა.

ამორფული სილიკონის პანელები

ამორფული პანელები სხვაზე იაფია, ეს განსაზღვრავს მზის ბატარეის მუშაობის პრინციპს და მის დიზაინს. თითოეული პანელი შედგება სილიკონის რამდენიმე ძალიან თხელი ფენისგან. ისინი მზადდება მასალის ნაწილაკების ფოლგაზე, მინაზე ან პლასტმასზე ვაკუუმში შესხურებით.

პანელების ეფექტურობა მნიშვნელოვნად ნაკლებია წინა მოდელების ეფექტურობაზე. ის 6%-ს აღწევს. სილიკონის ფენები საკმაოდ სწრაფად ქრება მზეზე. ამ ბატარეების გამოყენების მხოლოდ ექვსი თვის შემდეგ, მათი ეფექტურობა 15%-ით და ზოგჯერ 20%-ითაც შემცირდება.

ორწლიანი ექსპლუატაცია მთლიანად ამოწურავს აქტიური ნივთიერებების რესურსს და საჭიროებს პანელის შეცვლას.

მაგრამ არსებობს ორი უპირატესობა, რის გამოც ეს ბატარეები ჯერ კიდევ შეძენილია. პირველ რიგში, ისინი მუშაობენ მოღრუბლულ ამინდშიც კი. მეორეც, როგორც აღვნიშნეთ, ისინი არც ისე ძვირია, როგორც სხვა ვარიანტები.

ჰიბრიდული ფოტოკონვერტერები

ამორფული სილიციუმი არის მიკროკრისტალების განლაგების საფუძველი. მზის ელემენტის მუშაობის პრინციპი მას პოლიკრისტალური პანელის მსგავსი ხდის. ამ ტიპის ბატარეებს შორის განსხვავება ისაა, რომ მას შეუძლია გამოიმუშაოს უფრო მაღალი სიმძლავრის ელექტრო დენი მზის დიფუზური შუქის პირობებში, მაგალითად, მოღრუბლულ დღეს ან გამთენიისას.

გარდა ამისა, ბატარეები მუშაობს არა მხოლოდ მზის, არამედ ინფრაწითელი სპექტრის გავლენის ქვეშ.

პოლიმერული ფირის მზის გადამყვანები

სილიკონის პანელების ამ ალტერნატივას აქვს პოტენციალი დომინირებს მზის უჯრედების ბაზარზე. ისინი წააგავს ფილმს, რომელიც შედგება რამდენიმე ფენისგან. მათ შორისაა გამტარები, აქტიური ნივთიერების პოლიმერული ფენა, ორგანული ნივთიერებებისგან დამზადებული სუბსტრატი და დამცავი ფილმი.

ასეთი მზის უჯრედები, ერთმანეთთან შერწყმული, ქმნიან რულონის ტიპის ფირის მზის ბატარეას. ეს პანელები უფრო მსუბუქი და კომპაქტურია ვიდრე სილიკონის პანელები. მათ წარმოებაში ძვირადღირებული სილიციუმი არ გამოიყენება და თავად წარმოების პროცესი არც ისე ძვირია. ეს რულონის პანელს ყველა სხვაზე იაფს ხდის.

მზის ბატარეის მუშაობის პრინციპი ხდის მათ ეფექტურობას არც თუ ისე მაღალი.

ის 7%-ს აღწევს.

ამ ტიპის პანელების წარმოების პროცესი მოდის ფოტოცელის მრავალშრიანი ბეჭდვით ფილმზე. წარმოება დაარსებულია დანიაში.

კიდევ ერთი უპირატესობა არის რულონის ბატარეის მოჭრისა და მისი ნებისმიერი ზომისა და ფორმის მორგების შესაძლებლობა.

არის მხოლოდ ერთი მინუსი. ბატარეების წარმოება ახლახან დაიწყო, ამიტომ მათი შეძენა ჯერ კიდევ საკმაოდ რთულია.

მაგრამ არსებობს საფუძველი იმის დასაჯერებლად, რომ ეს ელემენტები სწრაფად შეიძენენ დამსახურებულ კარგ რეპუტაციას მომხმარებლებში, რაც მწარმოებლებს მისცემს შესაძლებლობას შექმნან წარმოება უფრო ფართო მასშტაბით.

სახლების მზის გათბობა

მოქმედების პრინციპი ძირეულად განასხვავებს მათ ზემოთ აღწერილი ყველა მოწყობილობისგან. ეს არის სრულიად განსხვავებული მოწყობილობა. აღწერა ქვემოთ მოცემულია.

მზის ენერგიით მომუშავე გათბობის სისტემის ძირითადი ნაწილი არის კოლექტორი, რომელიც იღებს მის სინათლეს და გარდაქმნის მას კინეტიკურ ენერგიად. ამ ელემენტის ფართობი შეიძლება განსხვავდებოდეს 30-დან 70 კვადრატულ მეტრამდე.

კოლექტორის დასამონტაჟებლად გამოიყენება სპეციალური აღჭურვილობა. ფირფიტები ერთმანეთთან დაკავშირებულია ლითონის კონტაქტებით.

სისტემის შემდეგი კომპონენტია შესანახი ქვაბი. ის გარდაქმნის კინეტიკურ ენერგიას თერმულ ენერგიად. ჩართულია წყლის გაცხელებაში, რომლის გადაადგილებამ შეიძლება მიაღწიოს 300 ლიტრს. ზოგჯერ ასეთი სისტემები მხარდაჭერილია დამატებითი მშრალი საწვავის ქვაბებით.

მზის გათბობის სისტემა სრულდება კედლისა და იატაკის ელემენტებით, რომლებშიც გაცხელებული სითხე ცირკულირებს თხელი სპილენძის მილებით, რომლებიც ნაწილდება მათ მთელ ტერიტორიაზე. პანელების დაბალი გაშვების ტემპერატურისა და სითბოს გადაცემის ერთგვაროვნების გამო ოთახი საკმაოდ სწრაფად თბება.

როგორ მუშაობს მზის გათბობა?

მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ, თუ როგორ მუშაობს მზის პანელები ულტრაიისფერი შუქის გამოყენებით.

ჩნდება განსხვავება კოლექტორისა და შენახვის ელემენტს შორის. გამაგრილებელი, რომელიც ყველაზე ხშირად არის წყალი, რომელსაც ანტიფრიზი დაემატა, იწყებს ცირკულაციას სისტემის გარშემო. სითხის მიერ შესრულებული სამუშაო სწორედ კინეტიკური ენერგიაა.

როდესაც სითხე გადის სისტემის ფენებში, კინეტიკური ენერგია გარდაიქმნება სითბოდ, რომელიც გამოიყენება სახლის გასათბობად. მედიის მიმოქცევის ეს პროცესი უზრუნველყოფს ოთახს სითბოს და საშუალებას აძლევს მას შეინახოს დღის ან წლის ნებისმიერ დროს.

ასე რომ, ჩვენ გავარკვიეთ მზის პანელების მუშაობის პრინციპი.