Нарны зай хураагуур нь хагас дамжуулагч ашиглан нарны гэрлийг фотоволтайк эффектээр дамжуулан цахилгаан болгон шууд хувиргадаг механик бус төхөөрөмж юм. Хүмүүс зөн совингоороо нарны зай хураагуурууд хүчтэй нарны гэрэлд сайн ургадаг гэж бодож магадгүй, гэхдээ энэ үнэхээр тийм үү?
Хүн төрөлхтөн нарны эрчим хүчийг удаан хугацаанд ашиглаж ирсэн бөгөөд үүнийг хувиргах гурван үндсэн аргыг ашигладаг: фотоволтайк хувиргалт, фототермаль хувиргалт, фотохимийн хувиргалт. Нарны гэрлийг цахилгаан болгон хувиргадаг фотоволтайк (PV) цахилгаан үйлдвэрлэл нь нарны эрчим хүчний хамгийн үр ашигтай хэрэглээний нэг юм.
Фотоэлектрик эффектийг анх 1839 онд Францын эрдэмтэн Эдмонд Беккерел ажигласан бөгөөд энэ нь хагас дамжуулагч дээр гэрэл тусах үед цахилгаан потенциал үүсэхийг хэлдэг. Хожим нь Эйнштейн энэ эффектийг гэрлийн квант онолыг ашиглан тайлбарласан бөгөөд энэ нь түүнд 1921 онд Физикийн Нобелийн шагнал хүртсэн юм.
Гэрэл ганц дамжуулагч дээр тусахад үүсдэг фотоэлектрик эффектээс ялгаатай нь фотоэлектрик эффект нь хоёр хагас дамжуулагч хавтангийн хил дээр үүсдэг. Утсаар холбогдсон үед энэ хил нь цахилгаан орон үүсгэж, гүйдэл урсдаг.
Тэгэхээр нарны зай хураагуурууд нарны гэрлийг хэрхэн цахилгаан болгон хувиргадаг вэ? Нарны гэрэл нь цахилгаан соронзон цацрагийн өргөн хүрээ юм. Нарны зай хураагуурт тусах үед цацраг тусах, шингээх эсвэл дамжин өнгөрөх боломжтой. Зөвхөн шингэсэн цацрагийг цахилгаан энерги болгон хувиргадаг.
Цахиур дээр суурилсан хагас дамжуулагчийн хувьд электроныг атомаас нь салгахад 1.11 электрон вольт (эВ) энерги шаардлагатай. Зөвхөн энэ босгоос их энергитэй фотонууд л цахилгаан үүсгэж чадна. Гэсэн хэдий ч өндөр энергитэй фотонуудаас үүссэн илүүдэл энерги нь дулаан хэлбэрээр алдагдаж, нарны хавтанг халаахад хувь нэмэр оруулж, улмаар түүний температурыг орчны агаараас дээш өсгөж болно.
Алдартай итгэл үнэмшлээс ялгаатай нь цахиур дээр суурилсан нарны зай хураагуурууд нь нарны гэрэл хэрэгтэй хэвээр байгаа ч гэсэн сэрүүн орчныг илүүд үздэг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр нарны хавтан нь ижил хэмжээний нарны гэрлийг авдаг ч бага эрчим хүч үйлдвэрлэдэг.
Өндөр температур нь голчлон задгай хэлхээний хүчдэлийг (гүйдэлгүй үеийн хүчдэл) бууруулдаг боловч богино залгааны гүйдэл (элемент богино залгааны үеийн гүйдэл) харьцангуй тогтвортой хэвээр байна. Энэ нь өндөр температур нь үр ашгийг бууруулж, гаралтын чадал буурахад хүргэдэг гэсэн үг юм.
Нарны зайг ихэвчлэн 25°C (77°F) стандарт температурт туршдаг. Хавтангийн температур 60°C (140°F) буюу түүнээс дээш болоход түүний гаралтын чадал мэдэгдэхүйц буурдаг. Температурын нэг градусаар нэмэгдэхэд богино залгааны гүйдэл ердөө 0.04%-иар нэмэгддэг бол задгай хэлхээний хүчдэл 0.4%-иар буурдаг.
Зуны улиралд үр ашиг буурдаг ч энэ улиралд нарны гэрлийн элбэг дэлбэг байдал нь бусад улиралтай харьцуулахад нийт эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.
Нарны хавтанг хэрхэн хөргөх вэ
Бусад электрон төхөөрөмжүүдийн нэгэн адил нарны хавтан нь сэрүүн температурт илүү сайн ажилладаг. Тэд эрчим хүчээ дулаанаас илүү нарны гэрлээс авдаг тул гэрэл гэгээтэй хэрнээ сэрүүн нөхцөлд хамгийн сайн ажилладаг.
Зуны улиралд нарны хавтанг хөргөхийн тулд бид сүүдрэвч тавих ёстой юу? Мэдээж үгүй! Нарны гэрлийг хаах нь нарны хавтангийн зорилгыг үгүйсгэх болно. Нарны тос түрхэх талаар юу хэлэх вэ? Үгүй ээ, физик хаалт тавих нь гэрлийн шингээлтийг бууруулж, химийн аргууд температурыг бууруулахад туслахгүй.
Дээврийн нарны хавтангийн хувьд байгалийн агааржуулалт нь тэдгээрийг хөргөх үр дүнтэй бөгөөд хэмнэлттэй арга юм. Хавтанг дээвэр болон дээврийн хооронд зайтай байрлуулснаар агаар эргэлдэж, хавтанг хөргөх боломжтой болно. Гэсэн хэдий ч агаарын урсгалыг хадгалах, хэт халалтаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд навч, хог хаягдлыг зайнаас хол байлгах нь чухал юм.
Судлаачид нарны хавтангийн үр ашгийг дээшлүүлэхийн тулд янз бүрийн хөргөлтийн аргуудыг судалсан. Байгалийн агааржуулалтаас гадна албадан агаарын хөргөлт болон фотоволтайк-дулааны хөргөлт (PVT)-ийг судалсан бөгөөд энэ нь хавтангийн температурыг бууруулж, эрчим хүчний гаралтыг нэмэгдүүлэх талаар үнэ цэнэтэй ойлголтуудыг өгсөн.
Цэвэр эрчим хүчний элч нарны зай хураагуурууд бидний амьдралд улам бүр нэгдэж байгаа тул нүүрстөрөгчийн ялгаруулалт багатай, байгаль орчинд ээлтэй шийдлүүдийн шинэ давлагааг авчирч байна.
