Quyosh energiyasidan foydalanishning energetik tizimlari va qurilmalari

4.22-rasm. a- “Tarmoq” FES ning umumiy ko‘rinishi

4.25-rasm. Rezerv iste’mol funksiyasiga ega fotoelektrik elektrik ta’minot tizimining strukturaviy sxemasi
Sutkaning kunduz vaqtida elektr tarmog‘ida kuchlanish mavjudligida FES tarmoq invertor orqali iste’molchilarni (Sontrollable loads) elektr energiyasi bilan ta’minlaydi. Agar yuklanma fotoelektrik batareyalar ishlab chiqarayotgan energiyadan kamroq energiyani iste’mol qilsa ortiqcha elektr energiyasi akkumulyatorlarni zaryad qilish uchun yo‘naltiriladi, to‘liq zaryadlanib bo‘lingandan so‘ng lokal elektr tarmog‘iga uzatiladi. Agar yuklanma fotoelektrik batareyalar ishlab chiqarayotgan energiyadan ko‘p energiya iste’mol qilsa, kerakli energiya lokal elektr tarmog‘idan olinadi. Lokal elektr tarmog‘ida uzilishlar bo‘lganda (avariya holatlarida) akkumulyator invertorlari elektr energiya uzatishni akkumulyasiya tizimidan ola boshlaydi, bunda tarmoq invertori uchun tayanch kuchlanishni shakllantirib beradi. FESdan olinadigan energiyaning ortiqcha qismi akkumulyator zaryadlangan holatida akkumulyator invertori akkumulyatordagi kuchlanish ma’lum chegaraga tushmaguncha tarmoq invertorini o‘chirib quyadi.
Ushbu strukturadan avtonom energetik tizimlarini loyihalashda ham foydalanish mumkin, lekin bu holatda akkumulyator invertorining quvvati yuklamaning to‘liq quvvatigacha ko‘tarilishi zarur.


Yarimo‘tkazgichli Quyosh elementlarining fizikaviy asoslari. Fotoelektrik effektga asoslangan YAO‘ materiallarda p-n o‘tishli tuzilmalardan iborat QE da, ularga tushayotgan quyosh nuri bevosita elektr energiyasiga aylantiradi. Shuning uchun, QE fotoqabullagich va fotoqarshiliklardan farqli ravishda tashqi kuchlanish manbaiga muhtoj emas. Bu effekt yuz yildan ortiq vaqt davomida selen va mis oksidining fotoelektrik xususiyatlari sifatida o‘rganib kelingan, ammo ularning FIK 0,5 % dan oshmagan.
Bu muammoning nisbatan faol echilishi YAO‘ materiallar elektron tuzilishining soha nazariyasi yaratilganidan keyin, materiallarni kirishmalardan tozalash va nazoratli kirishmalar kiritish texnologiyasi, hamda r-p o‘tishning nazariyasi yaratilishi bilan bog’liqdir.
So‘nggi 35 yil davomida energiya manbai sifatida yuqori samarali Si, GaAs, InP, CdTe va ularning qattiq qotishmalari asosida FIK 20-24 % bo‘lgan QE yaratildi. Kaskadli QE larda esa FIK 30 % gacha etkazildi.
Quyosh elementlari konstruksiyalari. Keng tarkalgan kremniy asosidagi QE lari konstruksiyasi qarama-qarshi tipdagi p- va n-materialning bir-biriga yaqin tutashtirishdan hosil qilinadi. YAO‘ material ichidagi p- va n-tip materiallar orasidagi o‘tish sohasi (chegara xududi) elektron-teshik yoki p-n o‘tish deyiladi. Termodinamik muvozanat holida elektron va teshiklar muvozanat holatini belgilovchi Fermi sathi materialda bir xil holda bo‘lishi kerak. Bu shart p-n o‘tish hududida ikkilangan zaryadli qatlam hosil qiladi va uni hajmiy zaryad qatlami deyilib, unga taaluqli elektrostatik potensial paydo bo‘ladi.
p-n tizilma sirtiga tushgan optik nurlanish sirtdan material ichiga qarab p-n o‘tish yo‘nalishiga perpendikulyar ravishda konsentratsiyasi kamayib boruvchi elektron-teshik juftliklar hosil qiladi. Agar sirt yuzasidan p-n o‘tishgacha bo‘lgan masofa nurning kirish chuqurligidan (1/ά dan) kichik bo‘lsa, elektron-teshik juftliklar n-p o‘tishdan ichkarida ham hosil bo‘ladi. Agar p-n o‘tish juftlik hosil bo‘lgan joydan diffuzion uzunlikchalik masofa yoki undan kamroq masofada bo‘lsa, zaryadlar diffuziya jarayoni natijasida p-n o‘tishga etib kelib, elektr maydoni ta’sirida ajratilishi mumkin. Elektronlar p-n o‘tishning elektron bor bo‘lgan qismiga (p-qismiga), teshiklar p-qismiga o‘tadi. Tashqi p- va n -sohalarni birlashtiruvchi elektrodlarda (kontaktlarda) potensiallar ayirmasi hosil bo‘lib, natijada ulangan yuklanma qarshiligi orqali elektr toki oqa boshlaydi.
p-n o‘tishga diffuziyalangan asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilar, potensial to‘siq bo‘lganligi sababli, ikkiga ajratiladi. Ortiqcha hosil bo‘lgan (to‘siq yordamida ajratilgan) va to‘plangan, n-sohadagi elektronlar va n-sohadagi teshiklar p-n o‘tishdagi mavjud hajmiy zaryadni kompensatsiya qiladi, ya’ni mavjud bo‘lgan elektr maydoniga qarama-qarshi elektr maydonini hosil qiladi. Yoritilish tufayli tashqi elektrodlarda potensiallar ayirmasi hosil bo‘lishi bilan birga yoritilmagan p-n o‘tishdagi mavjud potensial to‘siqning o‘zgarishi ro‘y beradi. Hosil bo‘lgan foto-EYUK bor bo‘lgan potensial to‘siq qiymatini kamaytiradi. Bu esa o‘z navbatida qarama-qarshi oqimlarning paydo oqimini, p-qismdan teshiklar oqimini hosil qiladi. Bu oqimlar bo‘lishini ta’minlaydi, ya’ni elektron qismdan elektronlar p-n o‘tishga qo‘yilgan elektr kuchlanishi ta’siri natijasida to‘g‘ri yunalishdagi tok bilan deyarli teng bo‘ladi.