Күн батареялары қалай жұмыс істейді

Кезінде фотоэлементтер спутниктердің негізгі энергия көзі ретінде тек ғарышта ғана қолданылған. Содан бері күн батареялары біздің өмірімізге жиі еніп келеді. Онымен үйлер мен автокөліктердің шатырларын жабады және қол сағаттар мен тіпті қараңғы көзілдірікке де қолданады.

Күн батареялары қалай жұмыс істейді

Бірақ, күн батареяларының қалай жұмыс істейтінін көбісі біле бермейді. Соған орай Stan.kz ақпараттық агенттігі күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына қалай айналдыруға болатыны және күн батареяларының қалай жұмыс істейтіні жайлы пайдалы мәлімет ұсынады.

Күн панельдері жалпы жиектемеге оралған фотоэлектрлі ұяшықтан тұрады. Олардың әрқайсысы күн батареяларында жиі қолданылатын кремний сияқты жартылай өткізгіш материалдан жасалған.

Күн сәулесі жартылай өткізгішке түскен кезде ол ішінара оның энергиясын сіңіру арқылы қызады. Осылайша, энергия ағымы жартылай өткізгіштегі электрондарды босатады. Сөйтіп, электр өрісі бос электрондарды жіберетін фотоэлементке қосылып, оларды белгілі бір бағытта қозғалуға мәжбүр етеді. Дәл осы электрон ағындары электр тоғын қалыптастырады.

Егер металл контактілерді фотоэлементтің жоғарғы және төменгі жағына бекітетін болсаңыз, алынған тоқты сымдар арқылы жіберіп, әртүрлі құрылғыларды басқару үшін пайдалануға болады. Ал тоқтың күші ұяшықтың кернеуімен бірге фотоэлемент өндіретін электр қуатының күшін анықтайды.

Кремнийлі жартылай өткізгіштер

Электрондарды босату процесін кремнийді мысалға алып қарастырайық. Кремний атомының үш қабықшасында 14 электрон бар. Алғашқы екі қабықша толығымен екі және сегіз электронмен толтырылған. Ал үшінші қабықшаның жартысы бос, онда тек 4 электрон болады.

Осының арқасында кремний кристалдық формаға ие. Өйткені, кремний атомдары үшінші қабықшадағы бос орындарды толтыруға тырыса отырып, электрондарды көршілерімен «бөлісуге» тырысады. Дегенмен, кремний кристалы таза түрінде болса электрондарды нашар өткізеді. Себебі, оның барлық дерлік электрондары кристалды торда қозғалмай отырады.

Сондықтан күн батареяларында таза кремнийді пайдаланбайды. Оның орнына азғантай қоспалары бар кристалдарды, яғни басқа заттардың атомдары енгізілген кремний қолданылады. Кремнийдің миллион атомында бір атом бар, мысалы, фосфор атомы.

Фосфордың сыртқы қабығында бес электрон болады. Олардың төртеуі жақын тұрған кремний атомдарымен кристалдық байланыс қалыптастырады, бірақ бесінші электрон көрші атомдармен байланыссыз, кеңістікте қалады.

Ал кремнийге күн сәулесі түскенде, оның электрондары оларды тиісті атомдардан үзіп алуға жететіндей қосымша энергия алады. Нәтижесінде, олардың орнында «тесіктер» қалады. Сөйтіп, босатылған электрондар электр тоғын тасымалдаушылар ретінде кристалды тормен жүреді. Осылайша, кезекті «тесікті» кездестірген сайын оны толтырып отырады.

Алайда, таза кремнийде мұндай еркін электрондар кристалдық тордағы атомдардың күшті байланысы себебінен өте аз. Ал фосформен араласқан кремний бұл бөлек мәселе. Мұнда фосфор атомдарындағы байланыспаған электрондарды босату үшін энергияны әлдеқайда аз мөлшерде қолдану керек.

Осы электрондардың басым бөлігі электр энергиясын өндіру үшін оны тиімді түрде жіберіп және пайдалануға болатын еркін тасымалдаушыларға айналады. Сонымен қатар, заттың химиялық және физикалық қасиеттерін жақсарту үшін жасалған қоспаларды қосу процесі қоспалау деп аталады.

Фосфор атомдарымен қосылған кремний n типтегі (негатив) электронды жартылай өткізгіш болып табылады. Сонымен қатар кремний сыртқы қабығында тек үш электроны бар бормен қосылады. Нәтижесінде еркін оң зарядталған «тесіктер» пайда болатын p-типті (позитивв) жартылай өткізгіш шығады.

Күн батареясының құрылғысы

N типті жартылай өткізгішті p-типті жартылай өткізгішпен жалғасаңыз не болады? Алғашқысында көптеген еркін электрондар қалыптасса, екіншісінде – көп тесіктер пайда болды. Электрондар тесіктерді мүмкіндігінше тез толтыруға тырысады, бірақ егер бұл орын алса, екі жартылай өткізгіш те электрлі түрде бейтарап болады.

Оның орнына, еркін электрондар p-типті жартылай өткізгішке енген кезде, осы екі заттың қосылысқан аймағы қызып, өтуге қиын болатын кедергі қалыптастырады. Осылайша, p – n жартылай өткіштерінің өтетін шекарасында электр өрісі пайда болады.

Күн сәулесінің әрбір фотонының энергиясы әдетте бір электронды босатуға жеткілікті. Яғни, ол тағы тір қосымша тесіктің қалыптасуына да жетеді. Егер бұл pn жартылай өтгізгіштері түйіскен жерде орын алса, онда электр өрісі n-жағына еркін электронды, ал p-жағына тесік жібереді.

Осылайша, тепе-теңдік одан әрі бұзылады, ал егер сыртқы электр өрісі жүйесіне қолданса, еркін электрондар тесіктерді толтыру үшін электр тоғын қалыптастырып, p жартылай өткізгіш жаққа шығып кетеді.

Өкінішке орай, кремний жарыққа өте жақсы тойтарыс береді, демек бұл фотонның маңызды бөлігі босқа кетеді деген сөз. Сондықтан, шығынды азайту үшін фотоэлементтер антибликативті жабынмен жабылады. Бірақ, соңында күн батареясын жаңбыр мен желден қорғау үшін, оны әйнекпен жабу керек.

Бірақ, заманауи күн батареяларынан келетін пайдалы әсер коэффициенті жоғары емес. Олардың көпшілігі өзіне түскен күн сәулесін 12-ден 18 пайызға дейін тиімді өңдейді. Ал үздік үлгілер 40 пайызды пайдалы әсер коэффициентіне өтті.

Stan.kz сайтын Telegram арқылы оқыңыз. Арнамызға жазылыңыз.

Источник: Stan.kz

Если вы нашли ошибку в тексте, выделите ее мышью и нажмите Ctrl+Enter © stan.kz

Источник: Stan.kz

Загрузка...
Орташа айырбас бағамы
16.12.18
Сатып алу
Сату үшін
USD
327
329.5
EUR
370
374
RUB
5.05
5.12
Соңғы жаңалықтар