Quyosh elementlari asosidagi elektr ta’minoti manbalari

Quyosh elementlari asosidagi elektr ta’minoti manbalari
Qayta tiklanuvchi energiya manbalari bu atrof-muhitda doimo bo‘ladigan va davriy ravishda vujudga keladigan energiya oqimlari asosidagi manbalardir. Qayta tiklanuvchi energiya quyosh energiyasi, er qobig‘idan keladigan issiqlik geotermal energiyasi, oqim quyilishdan foydalaniladigan gidravlik energiya va Yer, Oy va Quyoshning o‘zaro gravitatsion ta’sirlanishi natijasida vujudga keladigan shamol energiyasi hisoblanadi.
Erga tushadigan quyosh nurlanishi oqimining eng katta zichligi 0,3-2,5 mkm to‘lqin uzunliklari diapazonida taxminan 1 kVt/m2 ni tashkil qiladi. Bu nurlanish qisqa to‘lqinli hisoblanadi va ko‘rinadigan spektrni o‘z ichiga oladi. Aholi yashaydigan joylar uchun joyga, kunning vaqtiga va ob-havoga bog‘liq ravishda erga tushadigan quyosh energiyasi oqimlari kun davomida 3 dan 10 mJ/m2 gacha o‘zgaradi.
Quyosh nurlanishi quyosh sirtida 6000 °K harorat bo‘lganida aniqlanadigan tarqalish maksimumida fotonlar energiyasi (taxminan 2 eV) orqali xarakterlanadi. Yer sirtini atmosfera bilan bog‘lovchi nurlanish energiyasi oqimlari ham taxminan 1 kVt/m2 ga teng, lekin ular 10 mkm atrofidagi maksimumli, uzun to‘lqinli deyiladigan 5-25 mkmli boshqa spektral diapazonni yopib qo‘yadi. Spektr bo‘yicha qisqa to‘lqinli va uzun to‘lqinli nurlanishlar bir-biridan etarlicha uzoqda joylashgan va ularni oson ajratish mumkin.
Maqbul sharoitlarda, ya’ni ekvatorga yaqin joylarda quyosh tikkada bo‘lib, havo esa ochiq bo‘lganida 1 m2 sirtga 1 kVt gacha nurlanish energiyasi tushishi mumkin.
Quyosh energiyasini o‘zgartirishning ikki usuli mavjud:
quyosh energiyasini elektr energiyasiga to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘zgartirish (fotoo‘zgartirgichlar yordamida);
quyosh nurlanishini issiqlik energiyasiga o‘zgartirish (quyosh kollektorlari yordamida).
Quyosh nurlanishini to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘zgartirish uchun yarim o‘tkazgichli materiallardan foydalaniladi.
Quyosh batareyalari barcha radioelektron apparaturalarda keng qo‘llaniladi. Atrof-muhit ta’siriga barqarorligi uchun ular ochiq koinotda harorat +80 *C dan – 150 *C gacha bo‘lgan sharoitlarda ishlashi mumkin. Yarim o‘tkazgichli quyosh elementlarining tashqi sirti radiatsiya ta’siridan va issiqlikdan himoyalovchi optik qatlam bilan qoplanadi.
Quyosh nurlanishini to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘zgartirish uchun yarim o‘tkazgichli materiallardan foydalaniladi. Quyosh elementlari tayyorlanadigan yarim o‘tkazgichli elementlar 10-2….102 Om/sm solishtirma qarshilikka ega. Yarim o‘tkazgichlar r-turli va n-turli bo‘ladi. Quyosh enegiyasini elektr energiyasiga o‘zgartirish jarayoni fotoelektrik effekt orqali amalga oshriladi. U yarim o‘tkazgich sirt qatlamlarida 2-3 mkm qalinlikdagi erkin elektronlar ko‘rinishida vujudga keladi. Yarim o‘tkazgich sirtida erkin elektronlarning paydo bo‘lishi va elektr potensiallar farqi yuzaga kelganida unda elektr toki vujudga keladi. Potensiallar farqi yarim o‘tkazgichning nurlanadigan sirti va soya tomoni orasida uning sirt qatlamlariga maxsus qo‘shimchalarni kiritish hisobiga yuzaga keladi
Qo‘shimchalardan biri (n-turli) qo‘shimcha elektronlarni va sirtning manfiy zaryadini hosil qiladi, ikkinchisi esa (r-turli) elektronlarning etishmasligini, ya’ni musbat zaryadni hosil qiladi. Chegarada elektronlarning diffuziyasi tufayli kontakt potensiallar farqi vujudga keladi. Agar teshikli o‘tishli (r-turli) yarim o‘tkazgich yoritilsa, u holda uning elektronlari yorug‘lik kvantlarini yutib elektron o‘tishli (nturli) yarim o‘tkazgichga o‘tadi. Bunda yopiq zanjirda elektr toki hosil bo‘ladi.
Ko‘pincha kremniyli quyosh elementlaridan foydalaniladi. Kremniy erda eng ko‘p tarqalgan elementdir. Elementlar kremniyni eritish va keyin 5-10 sm diametrli sterjen shaklidagi kristalli kremniyni o‘stirish yo‘li bilan olinadi. Bevosita yarim o‘tkazgichlarni olish uchun bu sterjenlar 300 mkm atrofidagi qalinlikdagi yupqa plastinkalarga bo‘linadi. Ular fotoelektrik elementlarning asosiy qismi hisoblanadi.
Fotoelement yoritilganda 0,5 V qiymatli kuchlanishni hosil qiladi. Chiqish toki esa yorug‘lik intensivliligiga va elementning ishchi sirtiga bog‘liq. Shuningdek tok kuchi yorug‘likning to‘lqin uzunligiga va uning intensivliligiga bog‘liq bo‘lib, yorug‘likning nurlanish intensivliligiga to‘g‘ri proporsionaldir. Yorug‘lik qanchalik yorqin bo‘lsa, shunchalik katta tok hosil bo‘ladi. Yorug‘lik intensivligi 1 kVt/m2 li er sharoitlarida bu elementlarning foydali ish koeffitsienti 22-26 foizga, ishlab chiqarish namunalarida esa 10-14 foizga etishi mumkin.
Ko‘pgina rivojlangan davlatlarda, xususan O‘zbekistonda ham noan’anaviy energiya resurslarini o‘zlashtirishni maqsadli dasturlari qabul qilingan va tatbiq qilinmoqda. Shamol Quyosh va Yer aylanishi ta’siri natijasida kelib chiqadigan tasodifiy boshqarilmaydigan tabiat jarayoni hisoblanadi. Energiya manbai sifatida, shamolning xususiyati, avvalambor, asosan tezlikning katta o‘zgaruvchanligi orqali uning doimiy emasligidir, bunda u asosan tezlikning katta o‘zgaruvchanligi orqali aniqlanadi. Bu shamol oqimi kinetik energiyasining vaqtning nisbatan kichik oraliqlarida ham katta chegaralarda o‘zgarishga olib keladi.
Turli hududlarda shamolning yo‘nalishi va kuchi Yer sirtidan balandlikka bog‘liq ravishda turlicha o‘zgaradi. Masalan, shimoliy yarim sharda Yer sirtiga yaqin (10....50 m) joylarda o‘rtacha tezlik 7-9 m/s ni tashkil qiladi. 25-30 m/s tezlikdan ortiq shamol tezligi xalq xo‘jaligiga jiddiy zarar etkazishi mumkin, shuning uchun shamol energiyasini mexanik yoki elektr energiyasiga o‘zgartirish uchun shamol tezligi 3-25 m/s bo‘lganda samarali hisoblanadi.
Xulosa
Ma’lumki, hozirgi vaqtda elektron apparaturani miniatyurizatsiyalash uning taraqqiyotining asosiy yo‘nalishi hisoblanadi. Lekin bu elektr ta’minot manbalariga kam ta’sir etmoqda. So‘nggi yillarda shunday holat yuzaga keldiki, elektr ta’minot manbalarining hajmi va og‘irligi boshqa funksional qismlarga (bloklarga) qaraganda ancha katta bo‘ldi va 20...30 foizni tashkil qildi, ayrim hollarda esa, elektron apparaturani butun hajmi va og‘irligidan katta bo‘ldi. Buning asosiy sabablari quyidagilar hisoblanadi:
1.Ta’minot manbalari quvvatli yarim o‘tkazgichli asboblarda, katta hajmli transformatorlarda, kondensatorlarda, drossellarda va boshqa elementlardan yig‘ilgan kuch qurilmasi hisoblanadi. Bunday elementlar bazasi elektr ta’minot manbalarini miniatyurizatsiyalashni amalga oshirishga imkon bermaydi.
2.Elektr ta’minot manbalaridagi quvvat isrofi sababli uncha yuqori bo‘lmagan foydali ish koeffitsiyenti tranzistorlar, tiristorlar va diodlardan issiqlikni yo‘qotish uchun katta o‘lchamlardagi sovutkichlarni (radiatorlarni) qo‘llanilishini talab qiladi. Bunda elektr ta’minot manbalarini miniatyurizatsiyalash elementlarning hajmi kamaytirilganda ulardan ajralib chiqadigan issiqlikning ruxsat etilmaydigan qiymatlarga ortishiga sabab bo‘ladi.
3.Elektr ta’minot manbalarining hajmi va og‘irligini transformatorsiz to‘g‘rilash sxemalariga o‘tish, silliqlovchi filtrlarni esa tranzistorlarda yig‘ish orqali oson kamaytirish mumkin. Biroq, bu muammoning yarim yechimi hisoblanadi.
Bunday muammoning asosiy echimi butun elektr ta’minot manbaini miniatyurizatsiyalashdan iborat. Mutaxassislarning fikricha elektr ta’minot manbalari tarkibiga kiradigan barcha elementlarning hajmi va og‘irligini kamaytirish kerak. Buni quyidagicha amalga oshirish mumkin:
to‘g‘rilanadigan o‘zgaruvchan kuchlanish chastotasini sezilarli oshirish kerak, bu transformatorlar, drossellar va kondensatorlar hajmi va og‘irligini keskin kamaytirishga olib keladi;
qobiqsiz (korpussiz) quvvatli yarim o‘tkazgichli asboblar, kuch integral mikrosxemalari, to‘plamlarini va boshqalarni ishlab chiqish va keng qo‘llash orqali kichik hajmli kuch qismlariga birlashtirish imkonini yaratish;
issiqlikni uzatuvchi katta o‘lchamlardagi sovutkichlardan voz kechib, issiqlikni uzatishning yangi samarador usullarini yaratish va joriy etish;
uzluksiz rostlovchi chiziqli ikkilami elektr ta’minot manbalarini impulsli ikkilamchi elektr ta’minot manbalariga almashtirish (bir vaqtda impulslar chastotasini orttirgan holda).
Elektr ta’minot manbalarini miniatyurizatsiyalash muammosini echish elektron qurilmalar chiqish parametrlari ko‘rsatkichlarini keskin yaxshilashga va ularning ishonchliligini oshirishga imkon beradi.
Adabiyotlar
https://google.com
https://wikipedia.org
ELEKTR TA’MINOT QURILMALARI (F.M. Qodirov)
https://ziyonet.uz
https://arxiv.uz
|