Quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirish

Issiqlik quyosh energiyasi

Quyoshning issiqlik yoki termosolyar energiyasi - bu Quyoshning issiqligidan foydalanib, ichki iste'mol uchun (pishirish, isitish, sanitariya va hokazo) issiq suv ishlab chiqaradi.

Quyosh issiqlik energiyasini jamlash

Quyosh energiyasini kontsentratsiya qilish - bu quyosh nurlarini kichik maydonda konsentratsiya qilish uchun nometall ishlatadigan quyosh issiqlik energiyasining bir turi. Konsentrlangan quyosh nuri issiqlikka aylanadi, undan elektr energiyasi ishlab chiqariladi.

Gibrid quyosh energiyasi

Gibrid quyosh energiyasi gibridlanish natijasida elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ikkita energiya manbasini birlashtirgan deb ataladi. Masalan, fotoalbom yoqilg'isi bo'lgan quyosh energiyasi.

Quyosh shamol energiyasi

Quyoshdan shamol energiyasi ma'lumki, Quyosh tomonidan isitiladigan havodan foydalanib, elektr energiyasini ishlab chiqaradi.

Quyosh energiyasi: afzalliklari va kamchiliklari

Quyosh energiyasining bugungi kunda ko'plab ijobiy tomonlari bor, bu erda elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun qayta tiklanmaydigan qazilma yoqilg'idan foydalanishni almashtirish tobora zarurat tug'dirmoqda.
Uning orasida afzallik, quyosh energiyasi qayta tiklanadigan va shuning uchun uni ifloslantirmaydi.
Uning orasida kamchiliklar, bu havo manbai yoki yiliga Quyosh soatlari soni kabi omillarga bog'liq bo'lgan energiya manbai ekanligi.
Shuningdek qarang: Energiya.
Qayta tiklanuvchi energiya manbaalaridan energiya olish jahon talabiga aylandi. Insoniyat kelajagi qayta tiklanuvchi energiya manbaalariga bog’liq, chunki qayta tiklanmaydigan energiya manbaalari agar insoniyat shu tarzda foydalanishda davom etsa yer yuzida 2081-yilga kelib butkul tugaydi. Qayta tiklanuvchi energiya manbaalari orasidan eng keng foydalanilayotgani — quyosh elementidir. Ya’ni quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirish biz uchun arzon hamda qulay. Bugungi kunga kelib juda ko’p turdagi quyosh elementlari ixtro qilindi. Kremniy asosli, perovskite, organik va hokazo. Bularning orasidan keng miqyosda ishlab chiqarilayotgani –kremniy asosli quyosh elementi. Chunki, kremniy elementi yer yuzida eng keng tarqalgan hamda arzon hom ashyodir. Bundan tashqari, ishlab chiqarish texnologiyasi ham arzon. Lekin foydali ish koeffitsienti ishlab chiqarishda 19.6 % ni tashkil etmoqda. Boshqa turdagi quyosh elementlarining laboratoriya sharoitida foydali ish koeffitsienti 20–40 %atrofida ammo tannarx jihatidan juda ham qimmat. Bu esa keng miqyosda ishlab chiqarish uchun tadbiq qilishga to’sqinlik qilmoqda. Shuni takidlashimiz joizki, qilinayotgan ixtirolar eng avvalo jamiyat uchun foydali bo’lmog’i zarur. Demak biz asosan tannarxi arzon va keng tarqalgan moddalardan tarkib topgan quyosh elementlarini loyihalashimiz kerak. Quyosh elementlarini foydali ish koeffitsientini oshirish uchun eng keng tarqalgan uslubi optik xususiyatlarini yaxshilash ya’ni yutilish koeffitsientini oshirishdir. Biz bilamiz yarimo’tkazgichlarning optik xususiyatlari yorug’lik to’lqin uzunligiga kuchli bog’liq. Kremniyni kompleks nur sindirish ko’rsatkichining to’lqin uzunligiga bog’liqligi 1-grafikda tasvirlangan. Bunga ko’ra biz kremniy asosli quyosh elementining qaytarish koeffitsientini nur normal tushayotgandagi holati uchun frenel formulasidan foydalanib to’lqin uzunligiga bog’liqligini topa olamiz. Buni 2-grafikda kremniy asosli quyosh elementining qaytish, yutilish va o’tish koeffitsientlarini to’lqin uzunligiga bog’liqligi tasvirlangan va bundan uning qaytarish koeffitsienti o’rtacha 29 % ekanligini ko’rishimiz mumkin. Grafik-1: Kremniyning kompleks nur sindirish koeffitsientini to’lqin uzunligiga bog’liqligi. Grafik -2: Oddiy kremniy asosli quyosh elementining qaytarish, yutilish va o’tish koeffitsientlarini yorug’lik to’lqin uzunligiga bog’liqligi. Qaytib ketayotgan nur miqdorini kamaytirish uchun quyosh elementlarining ustiga antireflektiv qalam qoplanadi. Antireflektiv qatlam sifatida MgF2, TiO2 va SiO2 keng qo’llaniladi [3]. Masalan, 75 nm qalinlikdagi AlSi bilan qoplangan kremniy asosli quyosh elementining qaytarish, yutilish va o’tish koeffitsientlarini yorug’likning to’lqin uzunligiga bog’liqligi 2-grafikda tasvirlangan. Bunga ko’ra, o’rtacha yutulish koeffitsienti 10 % ga ortib, o’rtacha qaytish koeffitsienti 10 % ga kamayganini ko’rishimiz mumkin. Bu oddiy kremniy asosli quyosh elementining foydali ish koeffitsientini 1.1 barobar oshishini anglatadi. Bunga sabab, antireflektiv qatlamning nur sindirish ko’rsatkichini qiymati havo bilan kremniyning nur sindirish ko’rsatkichlari qiymatlari orasidaligida, hamda uning kompleks nur sindirish ko’rsatkichining mavhum qismi taqriban nol ekanligidir. Agar bir dona emas bir nechta antireflektiv qatlam bilan qoplamoqchi bo’lsak, u holda m — o’rinda turgan antireflektiv qatlamning nur sindirish ko’rsatkichi 1-formuladagi kabi topiladi [1]. (1) Bu yerda: nm — m-antireflektiv qatlamning nur sindirish ko’rsatkichi nsup — eng yuqoridagi qatlamning nur sindirish ko’rsatkichi nsub — asosning nur sindirish ko’rsatkichi. M — qatlamlar soni m — biz izlayotgan qatlam tartib raqami. Grafik-3: 75 nm qalinlikdagi MgF2 bilan qoplangan kremniy asosli quyosh elementining yutilish, qaytish va o’tish koeffitsientlarini to’lqin uzunligiga bog’liqligi Qaytib ketayotgan nurlar miqdorini kamaytirishning yana bir uslubi, quyosh elementining yuzasida piramidalarni hosil qilishdir. Tekis yuzaga tushgan nur faqat bir marotaba sinadi. Bu esa nurni kamroq yutilishiga sabab bo’ladi. Agar yuzani tekstura ya’ni piramidalar bilan qoplasak yuzada nurni ko’proq marotaba sinishiga erishamiz. Buni 1-rasmdan ko’rishimiz mumkin. Hosil qilinayotgan piramidalarning asosidagi burchagiga qarab tushayotgan nurning necha marotaba sinishini aniqlay olamiz. Va bu orqali quyosh elementini aynan qanday piramidalar bilan qoplanish kerakligini bila olamiz. Agar piramidalar orasida nur to’rt marotaba sinyapti deb tasavvur qilsak har bir sinish burchaklari va piramida asosidagi burcha orasidagi bog’lanish 2-formulada keltirilgan. Bunga ko’ra piramida asosidagi burchak qanday oraliqda bo’lishi kerakligini aniqlay olamiz. Demak piramidalarning asosidagi burchak 64.3<α<80 oralig’ida bo’lishi kerak. Rasm-1: Ikki piramida orasida nurlarning qaytishi (2) Bu yerda α — piramida asosidagi burchak. (3) Bu yerda h — piramida balandligi, d — piramida asosining kengligi. Agar har bir sinishda qaytarish koeffitsientlarini piramida asosidagi burchakka bog’liq funksiya desak, u holda umumiy qaytarish koeffitsienti 4-formulada keltirilganidek har bir sinishdagi qaytish koeffitsientlari ko’paytmasiga teng. (4) Bu yerda: r1(α), r2(α), r3(α), r4(α) — piramida asosidagi burchakka bog’liq bo’lgan qaytarish koeffitsientlari. Ularni frenel formulalaridan topa olamiz [2]. (5) Umumiy qaytish koeffitsienti piramida asosidagi burchagining funksiyasi ekanligini hisobga olsak, u holda bu funksiyani piramida asosidagi burchak bo’yicha hosila olib nolga tenglasak u holda, funksiyaning ekstremum nuqtasini topa olamiz. (6) Yuqoridagi 6-tenglamani analitik hisoblashni imkoni bo’lmagani uchun, sonli uslubda hisoblash uchun C# 6.0 dasturlash tilida dastur tuzdik va u yordamida piramida asosidagi burchak α=73.120 bo’lishi kerakligi ma’lum bo’ldi. Yuqorida xisoblangan natijalarning barchasi perpendikulyar qutblangan yorug’lik uchundir. Agar biz parallel qutblangan nurdan foydalanmoqchi bo’lsak, u holda ham olingan piramida asosidagi burchakning qiymati o’zgarmas bo’lib qolaveradi. Demak, quyosh elementlarini optik xususiyatlarini yaxshilash uchun qilinayotgan ishlar barchasini klassik fizika nazariyalari bilan tushuntura olamiz. Bu esa bizga yangi texnik yechimlarni o’ylab topishimizga yordam beradi.