Күн батареялары – бул жарым өткөргүчтөрдү колдонуп, күн нурун фотоэлектрдик эффект аркылуу түздөн-түз электр энергиясына айландыруучу механикалык эмес түзүлүштөр. Интуитивдик түрдө, адамдар күн батареялары катуу күн нурунун астында жакшы өсөт деп ойлошу мүмкүн, бирок чындыгында ошондойбу?
Адамзат күн энергиясын көптөн бери колдонуп келет, аны айландыруунун үч негизги жолу бар: фотоэлектрдик айландыруу, фототермикалык айландыруу жана фотохимиялык айландыруу. Күн нурун электр энергиясына айландыруучу фотоэлектрдик (ФЭ) энергия өндүрүү күн энергиясын колдонуунун эң натыйжалуу жолдорунун бири болуп саналат.
Фотоэлектрдик эффект биринчи жолу 1839-жылы француз окумуштуусу Эдмон Беккерель тарабынан байкалган жана ал жарык жарым өткөргүчкө тийгенде электрдик потенциалдын пайда болушун билдирет. Кийинчерээк Эйнштейн бул эффектти жарыктын кванттык теориясын колдонуп түшүндүргөн, бул ага 1921-жылы физика боюнча Нобель сыйлыгын алып келген.
Жарык бир өткөргүчкө тийгенде пайда болгон фотоэлектрдик эффекттен айырмаланып, фотоэлектрдик эффект эки жарым өткөргүч пластинанын ортосундагы чек арада пайда болот. Зым аркылуу туташтырылганда, бул чек ара электр талаасын түзүп, токтун агышына мүмкүндүк берет.
Ошентип, күн батареялары күн нурун кантип электр энергиясына айландырат? Күн нуру - бул электромагниттик нурлануунун кеңири спектри. Ал күн батареясына тийгенде, нурлануу чагылышы, сиңирилиши же өтүп кетиши мүмкүн. Жутулган нурлануу гана электр энергиясына айланат.
Кремний негизиндеги жарым өткөргүчтөр үчүн электронду атомунан ажыратуу үчүн 1,11 электронвольт (эВ) энергия талап кылынат. Бул босогодон жогору энергиясы бар фотондор гана электр энергиясын өндүрө алат. Бирок, жогорку энергиялуу фотондордон чыккан ашыкча энергия жылуулук катары жоголот, бул күн панелинин ысышына өбөлгө түзөт, ал анын температурасын айланадагы абадан жогору көтөрүшү мүмкүн.
Кеңири тараган ишенимге карама-каршы, кремний негизиндеги күн батареялары күн нуруна муктаж болгонуна карабастан, чындыгында салкын чөйрөнү артык көрүшөт. Температура жогорулаган сайын, күн батареялары бирдей өлчөмдөгү күн нурун алганына карабастан, азыраак энергия өндүрөт.
Жогорку температуралар негизинен ачык чынжырдагы чыңалууну (ток жок кездеги чыңалуу) төмөндөтөт, бирок кыска туташуу тогу (элемент кыска туташкан кездеги ток) салыштырмалуу туруктуу бойдон калат. Бул жогорку температура натыйжалуулуктун төмөндөшүнө жана чыгуучу кубаттуулуктун төмөндөшүнө алып келет дегенди билдирет.
Күн батареялары, адатта, 25°C (77°F) стандарттуу температурада текшерилет. Панелдин температурасы 60°C (140°F) же андан жогору жеткенде, анын кубаттуулугу бир кыйла төмөндөйт. Температуранын ар бир градуска жогорулашы менен кыска туташуу тогу болгону 0,04% га көбөйөт, ал эми ачык чынжырдагы чыңалуу 0,4% га төмөндөйт.
Жай мезгилинде эффективдүүлүк төмөндөсө да, бул мезгилде күн нурунун көптүгү башка мезгилдерге салыштырмалуу жалпы энергия өндүрүшүнүн жогору болушуна алып келет.
Күн батареяларын кантип муздатуу керек
Башка электрондук түзүлүштөр сыяктуу эле, күн батареялары да салкын температурада жакшыраак иштейт. Алар электр энергиясын жылуулукка эмес, күн нуруна таянгандыктан, алар жарык, бирок салкын шарттарда эң жакшы иштейт.
Жай мезгилинде күн батареяларын муздатуу үчүн көлөкө коюшубуз керекпи? Албетте, жок! Күн нурун тосуу күн батареясынын максатын жокко чыгарат. Күндөн коргоочу кремди колдонуу жөнүндө эмне айтууга болот? Жок, физикалык тоскоолдуктарды колдонуу жарыктын сиңишин азайтат, ал эми химиялык ыкмалар температураны төмөндөтүүгө жардам бербейт.
Чатырдагы күн батареялары үчүн табигый желдетүү аларды муздатуунун натыйжалуу жана үнөмдүү жолу болуп саналат. Панелдерди чатыр менен ортосунда боштук калтырып орнотуу абанын айланышына жана панелдерди муздатууга мүмкүндүк берет. Бирок, аба агымын сактоо жана ысып кетүүнүн алдын алуу үчүн жалбырактарды жана таштандыларды боштукка киргизбөө маанилүү.
Изилдөөчүлөр ошондой эле күн батареяларынын натыйжалуулугун жогорулатуу үчүн ар кандай муздатуу ыкмаларын изилдешкен. Табигый желдетүүдөн тышкары, мажбурлап аба менен муздатуу жана фотоэлектрдик-термикалык муздатуу (PVT) изилденип, панелдин температурасын төмөндөтүү жана энергияны өндүрүүнү көбөйтүү боюнча баалуу түшүнүктөрдү сунушташкан.
Таза энергиянын эмиссарлары болгон күн батареялары жашообузга интеграциялана берген сайын, алар көмүртекти аз бөлүп чыгаруучу, экологиялык жактан таза чечимдердин жаңы толкунун алып келишет.
