Күн батареялары - фотоэлектрлік әсер арқылы күн сәулесін тікелей электр энергиясына айналдыру үшін жартылай өткізгіштерді пайдаланатын механикалық емес құрылғылар. Интуитивті түрде, адамдар күн батареялары қарқынды күн сәулесінде жақсы жұмыс істейді деп ойлауы мүмкін, бірақ бұл шынымен солай ма?
Адамзат күн энергиясын ұзақ уақыт бойы пайдаланып келеді, оны түрлендірудің үш негізгі жолы бар: фотоэлектрлік түрлендіру, фототермиялық түрлендіру және фотохимиялық түрлендіру. Күн сәулесін электр энергиясына айналдыратын фотоэлектрлік (ФЭ) энергия өндіру күн энергиясын пайдаланудың ең тиімді түрлерінің бірі болып табылады.
Фотоэлектрлік эффектіні алғаш рет 1839 жылы француз ғалымы Эдмон Беккерель байқаған және ол жарық жартылай өткізгішке түскен кезде электрлік потенциалдың пайда болуын білдіреді. Кейінірек Эйнштейн бұл эффектіні жарықтың кванттық теориясын қолдана отырып түсіндірді, бұл оған 1921 жылы физика бойынша Нобель сыйлығын әкелді.
Жарық бір өткізгішке түскенде пайда болатын фотоэлектрлік эффекттен айырмашылығы, фотоэлектрлік эффект екі жартылай өткізгіш пластиналар арасындағы шекарада пайда болады. Сым арқылы қосылған кезде, бұл шекара электр өрісін тудырады, бұл токтың өтуіне мүмкіндік береді.
Сонымен, күн батареялары күн сәулесін электр энергиясына қалай айналдырады? Күн сәулесі - электромагниттік сәулеленудің кең спектрі. Ол күн батареясына түскен кезде, сәуле шағылысуы, сіңірілуі немесе өтуі мүмкін. Тек сіңірілген сәулелену электр энергиясына айналады.
Кремний негізіндегі жартылай өткізгіштер үшін электронды атомынан ажырату үшін 1,11 электронвольт (эВ) энергия қажет. Тек осы шекті мәннен жоғары энергиясы бар фотондар ғана электр энергиясын өндіре алады. Дегенмен, жоғары энергиялы фотондардан шығатын артық энергия жылу ретінде жоғалады, бұл күн батареясының қызуына ықпал етеді, бұл оның температурасын қоршаған ауадан жоғары көтеруі мүмкін.
Кең таралған пікірге қайшы, кремний негізіндегі күн батареялары күн сәулесін қажет етсе де, салқын ортаны жақсы көреді. Температура көтерілген сайын күн батареялары бірдей мөлшерде күн сәулесін алғанына қарамастан, аз энергия өндіреді.
Жоғары температура негізінен ашық тізбек кернеуін (ток болмаған кездегі кернеу) төмендетеді, дегенмен қысқа тұйықталу тогы (элемент қысқа тұйықталған кездегі ток) салыстырмалы түрде тұрақты болып қалады. Бұл жоғары температура тиімділіктің төмендеуіне және шығыс қуатының төмендеуіне әкеледі дегенді білдіреді.
Күн батареялары әдетте 25°C (77°F) стандартты температурада тексеріледі. Панельдің температурасы 60°C (140°F) немесе одан жоғарыға жеткенде, оның қуат шығысы айтарлықтай төмендейді. Температураның әрбір градусқа жоғарылауымен қысқа тұйықталу тогы тек 0,04%-ға артады, ал ашық тізбек кернеуі 0,4%-ға төмендейді.
Жазда тиімділік төмендегенімен, осы маусымда күн сәулесінің молдығы басқа маусымдармен салыстырғанда жалпы энергия өндірісінің жоғарылауына әкеледі.
Күн панельдерін қалай салқындатуға болады
Басқа электрондық құрылғылар сияқты, күн батареялары да салқын температурада жақсы жұмыс істейді. Олар қуат алу үшін жылуға емес, күн сәулесіне сүйенетіндіктен, олар жарқын, бірақ салқын жағдайларда жақсы жұмыс істейді.
Жаз мезгілінде күн батареяларын салқындату үшін көлеңке қою керек пе? Әрине, жоқ! Күн сәулесін бөгеу күн батареясының мақсатын жоққа шығарады. Ал күннен қорғайтын крем жағу туралы не деуге болады? Жоқ, физикалық кедергілерді қолдану жарықтың сіңуін азайтады, ал химиялық әдістер температураны төмендетуге көмектеспейді.
Шатырдағы күн батареялары үшін табиғи желдету оларды салқындатудың тиімді және үнемді тәсілі болып табылады. Панельдерді шатыр мен олардың арасында саңылау қалдырып орнату ауа айналымына және панельдерді салқындатуға мүмкіндік береді. Дегенмен, ауа ағынын сақтау және қызып кетудің алдын алу үшін жапырақтар мен қоқыстарды саңылауға тигізбеу маңызды.
Зерттеушілер күн батареяларының тиімділігін арттыру үшін әртүрлі салқындату әдістерін де зерттеді. Табиғи желдетуден басқа, мәжбүрлі ауамен салқындату және фотоэлектрлік-термиялық салқындату (ФТС) зерттелді, бұл панель температурасын төмендету және энергия шығынын арттыру бойынша құнды түсініктер береді.
Таза энергияның эмиссарлары болып табылатын күн батареялары біздің өмірімізге енуді жалғастыра отырып, олар өздерімен бірге төмен көміртекті, экологиялық таза шешімдердің жаңа толқынын әкеледі.
