Պերմի պոլիտեխնիկական համալսարանի գիտնականները խոսել են արևային մարտկոցների արդյունավետության մասին

23 Մայիս, 2024 17:07

Արևի օրը՝ մայիսի 3-ին, Պերմի պոլիտեխնիկական համալսարանի գիտնականները պատմել են, թե ինչպե՞ս կարելի է էլեկտրաէներգիա ստանալ արևի ճառագայթներից, ի՞նչ է թաքնված արևային մարտկոցների ներսում, ինչո՞ւ են դրանք ավելի արդյունավետ ձմռանը, քան ամռանը, ինչպես է էլեկտրական մեքենայի մարտկոցը և ո՞ւմ է ձեռնտու արևային մարտկոցների տեղադրումը, քան ՋԷԿ-ից էլեկտրալար քաշելը, գրում է naked-science.ru-ն:

Սիլիցիումն է օգտագործվում որպես արևային մարտկոցների հիմնական շինանյութ, դրա պաշարներն ավազի տեսքով բավականին շատ են: Կիսահաղորդչային արևային բջիջներ արտադրելու համար, որոնցից այնուհետև հավաքվում են արևային մարտկոցները, այդ բնական էլեմենտն անցնում է մաքրման և մշակման որոշակի փուլեր, որից հետո այն վերածվում է բարակ բյուրեղային թիթեղների:

«Արևային մարտկոցի ֆոտոբջիջը երկու սիլիկոնային վաֆլիի «շերտային թխվածք» է: Նրանցից յուրաքանչյուրի մակերեսն ունի պղնձե հաղորդիչներ, որոնք հավաքում են լիցքավորված մասնիկները։ Ֆոսֆորի ատոմներ են ավելացվում դեպի արևի կողմն ուղղված վերին շերտին: Նրանք բյուրեղային շերտի մեջ փոխարինում են սիլիցիումի ատոմների մի մասին և ավելացնում բացասական էլեկտրոնների քանակը։ Ստորին շերտը պարունակում է բորի ատոմներ, որոնք մեծացնում են դրական քվազիմասնիկների քանակը։ Երբ կիսահաղորդիչները շփվում են դրական և բացասական լիցքերի հետ, ձևավորվում է բարակ շերտ, որը կոչվում է p-n (դրական-բացասական) անցում: Այդ բարակ շերտում հայտնվում է էլեկտրական դաշտ, որի շնորհիվ առաջանում է էլեկտրական հոսանք,- ասել է ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր, ընդհանուր ֆիզիկայի ամբիոնի վարիչ Անատոլի Պերմինովը,- Ֆոտոբջջի վերին շերտը սովորաբար ավելի բարակ է լինում, քան ստորինը: Լույսի ճառագայթները (պարտադիր չէ, որ արևային) պետք է ազատ և նվազագույն կորուստներով անցնեն վերին շերտով և հասնեն p-n անցմանը։ Բյուրեղի որոշ էլեկտրոններ կլանում են արեգակնային էներգիան և անջատվում ատոմներից դառնալով ազատ։ Առանձնացված էլեկտրոնի տեղում հայտնվում է դրական լիցքի շրջան («անցք»), որը կարելի է համարել ազատ քվազիմասնիկ։ Բջջում լույսի ազդեցության տակ մեծ թվով ազատ էլեկտրոնների և անցքերի ստեղծման գործընթացը կոչվում է ռեկոմբինացիա։ Էլեկտրական դաշտի պայմաններում անցումում էլեկտրոնները և դրական լիցք ունեցող տարածքները սկսում են կանոնավոր կերպով շարժվել դեպի ֆոտոբջիջի վերին և ստորին սահմանները, որտեղ էլ նրանք ընկնում են պղնձի հաղորդիչների վրա։ Արդյունքում ֆոտոբջիջը վերածվում է էլեկտրական հոսանքի աղբյուրի՝ վերևում բացասական բևեռով, իսկ ներքևում՝ դրական բևեռով։ Նման հոսանքի աղբյուրը կարող է միացված լինել արտաքին էլեկտրական միացմանը և սնուցել տարբեր էլեկտրական սարքեր և գործիքներ»:

Իսկ ո՞ր վահանակներն են ավելի արդյունավետ և ինչո՞ւ:

«Արևային մարտկոցները հավաքվում են ֆոտովոլտային բջիջներից՝ միացնելով դրանք այնպես, որ արտադրեն անհրաժեշտ լարումը և հզորությունը։ Հաճախ արևային մարտկոցի կողմից մատակարարվող լարումը 12 վոլտի բազմապատիկն է, իսկ մեկ արևային մարտկոցի հզորությունը կարող է տատանվել 30-ից մինչև 350 Վտ: Արդյունավետության գործակիցը տատանվում է 17-ից 24 տոկոսի սահմաններում, այսինքն բավականին փոքր է։ Այդ արժեքը մեծապես կախված է նրանից, թե ինչ հիմքով են պատրաստվում արևային մարտկոցները: Եթե ֆոտոգալվանային բջիջները պատրաստված են սիլիցիումի միաբյուրեղներից (մեկ բջիջը մեկ բյուրեղ է), ապա նման վահանակների արդյունավետությունն ավելի քան 20 տոկոս է։ Եթե պանելների նախագծման մեջ օգտագործվում են պոլիբյուրեղներից պատրաստված արևային մարտկոցներ, ապա արդյունավետությունը զգալիորեն նվազում է»,- բացատրել է Անատոլի Պերմինովը։

Մոնոբյուրեղային վահանակները շատ ավելի թանկ են, քան պոլիբյուրեղային անալոգները: Սիլիցիումի վրա հիմնված ժամանակակից արևային մարտկոցների նորմալ ծառայության ժամկետն ավելի քան 30 տարի է, սակայն պետք է հաշվի առնել այն, որ սիլիցիումային ֆոտոգալվանային բջիջները ժամանակի ընթացքում քայքայվում են, նման սարքերի արտադրած էլեկտրական հզորությունը նվազում է մոտ 10 տոկոսով յուրաքանչյուր 10 տարվա ակտիվ աշխատանքի ընթացքում:

Ինչպե՞ս ավելացնել էներգիայի արտադրությունը:

Արեգակնային մարտկոցի չափերը և դրանում գտնվող ֆոտոբջիջների միացման տեսակը որոշվում են հզորությամբ և լարմամբ: Սովորաբար արևային մարտկոցները համեմատաբար փոքր չափսեր ունեն, բայց դրանք կարող են փոխկապակցվել դրանով իսկ ավելացնելով արտադրվող լարումն ու հզորությունը: Որքան մեծ է արևային մարտկոցի ընդհանուր մակերեսը, այնքան շատ էներգիա է արտդրվում:

«Մի քանի միացված արևային մարտկոցներով ստեղծվում է արևային էլեկտրակայան։ Պետք է հիշել, որ արևային մարտկոցը կայուն լարում է արտադրում, և հոսանքը, որը մենք ուղղակիորեն մատակարարում ենք սպառողին, նույնպես կայուն կլինի։ Ուղղակի լարումը փոխվում է փոփոխականի հատուկ սարքերի՝ ինվերտերների, օգնությամբ, քանի որ կենցաղային և արդյունաբերական տեխնիկայի մեծ մասին պետք է փոփոխական հոսանք»,- ասում է Անատոլի Պերմինովը։

Եթե արև չլինի, արևային մարտկոցները որևէ օգուտ կտա՞ն:

Արևային մարտկոցներն աշխատում են ցանկացած լույսի և ցանկացած եղանակի դեպքում։ Բնականաբար, պարզ արևոտ եղանակին դրանց արդյունավետությունը զգալիորեն ավելի բարձր է, քան երբ ամպամած է, անձրև է գալիս կամ ձյուն է գալիս: Գիշերն արևային մարտկոցներից էլեկտրաէներգիայի արտադրությունը գործնականում դադարում է։ Ուստի ցանկացած արևային էլեկտրակայանի սարքավորումները, բացի արևային մարտկոցների և ինվերտորների հավաքածուից, պետք է ներառեն նաև մեծ հզորությամբ հոսանքի կուտակման մարտկոցներ: Նրանք կկուտակեն ավելորդ էլեկտրական էներգիան, որն առաջանում է արևային մարտկոցների կողմից օրվա ընթացքում պարզ եղանակին կամ սպառողների բացակայության դեպքում, ապա կուտակված էներգիան գիշերը, կամ էլեկտրաէներգիայի առավելագույն սպառման ժամերին կարող է օգտագործվել:

«Կարևոր է նաև նշել, որ արևային էներգիայի ստացման ծախսերի մոտ 30-35 տոկոսը գնում է այդ մարտկոցներին: Բացի այդ, եթե արևային մարտկոցը կարող է աշխատել 25-30 տարի, ապա կուտակման մարտկոցները միայն 7-8 տարի են աշխատում, ապա դրանք պետք է փոխվեն և նորից կլինի արևային էներգիայի տեղադրման ընդհանուր արժեքի մինչև 30 տոկոսով ծախս»,-ավելացրել է տեխնիկական գիտությունների թեկնածու, դոցենտ Շրջակա միջավայրի պահպանության բաժնի վարիչ Ալեքսանդր Սուրկովը:

Որո՞նք են արևային մարտկոցների առավելություններն ու թերությունները:

Նախ, էլեկտրական էներգիայի արտադրության ժամանակ մթնոլորտ արտանետումներ չկան, ինչը պայմանավորված է հենց վահանակների տեխնոլոգիայով: Նրանք նաև ապահովում են ցանցից ինքնավարություն: Դա կարող է օգտակար լինել, օրինակ, բնական աղետների դեպքում, երբ ուժեղ քամիները խախտում են էլեկտրահաղորդման գծերը: Սեփական էլեկտրակայանի սեփականատերերը ստիպված չեն լինի սպասել վերանորոգման ծառայություններին, որպեսզի տունը էլեկտրաէներգիա ունենա։

Թերությունների թվում հարկ է նշել, որ նախկինում արևային մարտկոցները արտադրության և վերամշակման առումով այնքան էլ էկոլոգիապես մաքուր չէին: Միայն վերջերս են գիտնականները ներկայացրել դրանց վերամշակման տեխնոլոգիան։ Կա վերամշակման միայն երկու եղանակ՝ «լավ», երբ գրեթե բոլոր տարրերը հանվում են հին պանելներից և «կոպիտ», որի դեպքում հանվում են միայն ապակին, ալյումինն ու պլաստմասսան։ Եվրոպական ստանդարտների համաձայն՝ արևային վահանակների նյութերի 70 տոկոսը պետք է նորից օգտագործվի։

Ի՞նչ պետք է հաշվի առնել արևային մարտկոցներ ընտրելիս:

«Արևային էլեկտրակայանի արդյունավետությունը որոշվում է արևային օրերի քանակով և պահանջվող էներգիայի սպառմամբ։ Ցանկացած կենցաղային էլեկտրական սարքի անձնագրում (հեռուստացույց, սառնարան, միկրոալիքային վառարան և այլն) նշվում է աշխատանքային լարումը (220 Վ) և էներգիայի սպառումը: Օգտագործելով այդ տվյալները կարելի է հաշվարկել պահանջվող էներգիայի քանակը, որը պետք է արտադրի ձեր մասնավոր էլեկտրակայանը: Այս հաշվարկից որոշվում են արևային մարտկոցների, կուտակման մարտկոցների և ինվերտերի բնութագրերը»,- նշել է Անատոլի Պերմինովը։

Ո՞ր տարածաշրջաններում արևային մարտկոցները կլինեն առավել արդյունավետ և էժան:

«Կիսահաղորդչային նյութերը կորցնում են իրենց կատարողական հատկությունները շատ բարձր կամ շատ ցածր ջերմաստիճաններում: Վահանակին դիպչող արևային էներգիայի մեծ մասը վերածվում է ոչ թե էլեկտրականության, այլ ջերմության։ Դրա շնորհիվ արևային մարտկոցը տաքանում է։ Պարզ ամառային օրը դրա մակերեսը կարող է տաքանալ մինչև 50° C-ից բարձր ջերմաստիճան, նման գերտաքացումը զգալիորեն նվազեցնում է արդյունավետությունը: Հետևաբար, ձմռան արևոտ օրը մարտկոցի արդյունավետությունը զգալիորեն ավելի բարձր է: Բացի այդ, պանելների մակերեսի տաքացումը հանգեցնում է ձյան հալման և անձրևի կաթիլների չորացմանը, ինչը միանշանակ առավելություն է բարեխառն և հյուսիսային լայնություններում դրանք օգտագործելիս»,- ասել է Անատոլի Պերմինովը։

Որոշ շրջաններում արևային մարտկոցները խոստումնալից կլինեն, օրինակ բնակեցված տարածքների հեռավորության պատճառով։

Հայաստանում արևային պանելներ արտադրող առաջին և միակ ընկերությունը Սոլարոնն է։ Տեղադրե՛ք SolarOn արևային կայան և զրոյացրեք էլեկտրաէներգիայի ծախսը:

Գրե՛ք կամ զանգահարեք և ստացեք անվճար հաշվարկ Ձեզ անհրաժեշտ արևային կայանի հզորությանն ու արժեքի վերաբերյալ։