Quyosh elementlari, fotoelektrik batareyalar va ularning butlovshi qurilmalarini tayyorlash texnologiyasi

Ushbu o‘quv-uslubiy majmua «Quyosh elementlari, fotoelektrik batareyalar va ularning butlovshi qurilmalarini tayyorlash texnologiyasi» fani bo’yicha ma’ruza, tajriba, amaliy mashg’ulotlar asosida yaratilgan bo’lib, unda ma’ruza, amaliy mashg’ulotlarni o’rganish bo’yicha 5312400 – Muqobil energiya manbalari ta’lim yo’nalishi uchun fanning o’quv dasturi, ishchi o’quv dasturi, ma’ruzalar matni, tajriba va amaliy mashg’ulotlariga uslubiy ko’rsatmalar, ta’lim texnologiyasi, vizual va ko’rgazmali taqdimot slaydlari, savol-javoblar, test savollari jamlangan. Mazkur o’quv-uslubiy majmua oliy o’quv yurtlari talabalari uchun tavsiya etiladi. Shu bilan birga o’quv-uslubiy majmuadan professor-o’qituvchilar, ilmiy xodimlar, tadqiqotchilar va korxonalarning mutaxassislari foydalanishlari mumkin.

Asosiy mavzular

1-mavzu. Fotoelektrik batareyalar va qurulmalar texnologiyalari faniga kirish: Quyoshni gigant termoyadro reaktoriga qiyoslash mumkin. U mutlaq qora qattik jismga o’xshab 6000S haroratda energiyasini nurlantiradi. Bu nurlanishning manbai termoyadro reaksiyasidir. Har soniyada taqriban 6 10¹¹ kg vodorod quyosh qa’rida geliyga aylanadi. Natijada massalar defekti 4 10³ kg teng bulib, E=mc² tenglamaga asosan ajralib chiqayotgan energiya 4 10²º Joulьga tengdir. Ajralib chiqayotgan energiya asosan elektromagnit tul=inlar ko’rinishida bulib nurlanishning asosiy qismi 0,2-3 mkm oralikdadir. quyoshning to’liq massasi hozirgi kunda taqriban 2 10³º kg bo’lib, u uzluksiz 10 mlrd. yil davomida turishi mumkin. Er quyosh atrofida elliptik orbitada xarakatlanadi. quyoshning diametri taqriban 1,39 109 metrga teng. Bir astronomik birlikka teng masofadagi (1 a.b.=1496x108 m, taqriban 150 mln.km) quyosh nurlariga perpendikulyar joylashgan yuzadagi energetik yoritilganlik, quyosh doimiyligi (q.d.) deyiladi. q.d. kattaligi 1353 Vt/m² ga teng. Yil davomida Yer-quyosh orasidagi masofa o’zgarishi q.d.ni +0,34 gacha o’zgarishiga olib kelishi mumkin.
1-mavzu. Quyosh elementlarining tashqi tuzilmasi va ish jarayoni.: Yarim o’tkazgichli materiallar, ularning tuzilishi va xossalari. Yarim o’tkazgichli materiallar o’ziga xos xususiyatlari bilan ajralib turadi. Ularning elektr o’tkazuvchanligi, termoelektrik, fotoelektrik va boshqa ko’plab xossalari asosiy yarimo’tkazgich materiallar va ulardagi nuqsonlarga bog’liq. Quyosh elementlari, fotoelektrik batareyalar va ularning butlovchi qurilmalari, ulardan foydalanish, ularning tuzilishi va ish jarayonining asosiy qoidalari, quyosh energiyasidan foydalanishning samaradorligi, quyosh batareyalarini ishlab chiqarish va ulardan foydalanish, ularning konstruksiyalari, hamda ularning texnik xususiyatlari haqida ma’lumot berish. Quyosh batareyalarining turli xil vazifalarini o’rganish, ulardan foydalanish hamda ularning rentabelligini oshirish yo’llarini tahlil qilish.
2-mavzu. Quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirishning fizik asoslari. Fanning predmeti va uslublari.: Talabalarning “Muqobil energiya manbalar energiyasini yig’ish” fanini o’zlashtirishlari uchun o’qitishning ilg’or va zamonaviy usullaridan foydalanish, yangi axborot va pedagogik texnologiyalarni tadbiq qilish muhim ahamiyatga egadir. Fanni o’zlashtirishda darslik, o’quv va uslubiy qo’llanmalar, ma’ruza matnlari, tarqatma materiallar, elektron materiallar, plakatlardan foydalaniladi.
3-mavzu. “Kremniy” kristallini o’stirish yo’llari.: Quyosh elementlari uchun kremniy kristallarini o’stirish texnologiyasi o’rganiladi. Ushbu texnologiyada gidro, termik va kibernetik usullardan foydalaniladi. Kremniy materiallari hamda ularning xossalari, tozaligi va strukturasi haqida ma’lumot berish. Kremniyning xossalarini belgilovchi omillar, ularning foydaliligi va qanday texnologik jarayonlarda qo’llanilishi tahlil qilinadi.
4-mavzu. Yupqa qatlamli fotoelementlarni yaratish.: QE larini Yer sharoitida amaliy tatbiq qilish uchun maksimal F.I.K. olish bilan birga, ularni ishlab chiqarish rentabelligini oshirish asosida uning tannarxini kamaytirish lozim. Bu jarayon quyidagi faktorlarga bog’likdir. 1. Material sarf-xarajatlarini kamaytirish (QE lari tayyorlashda ishlatiladigan material kalinligini kamaytirish). 2. Quyosh elementlarini tayyorlash uchun nisbatan arzonrok materiallar ishlatish. 3. Quyosh elementlari tayyorlash jarayonini va ayrim texnologik operatsiyalarni mexanizatsiyalash va avtomatlashtirish. 4. Tayyorlashga oid texnologik jarayonlarini nisbatan soddalashtirish va optimal texnologik marshrut ishlab chiqarishga intilish.
10-mavzu. Kremniy plastinkalarida omik kontakt xosil qilish usullari.: Omik kontakt – bu chiziqli va nosimmetrik oqim kuchlanish xarakteristikasi (VAX) bilan tavsiflangan metall va yarimo’tkazgich yoki ikkita o’xshash bo’lmagan yarim o’tkazgichlar orasidagi kontakt.Agar I–V gurux elementlari xarakteristikasi assimetrik va chiziqli bo’lmagan bo’lsa, u holda kontakt u yoki bu darajada rektifikatsiyalanadi (masalan, bu SHottki to’sig’i bilan kontakt, shu asosda SHottki diodi hosil bo’ladi). SHottki to’siq modelida rektifikatsiya metallning ish funktsiyasi va yarimo’tkazgichning elektron yaqinligi o’rtasidagi farqga bog’liq.
11-mavzu. Kremniy plastinkalari elektrofizik parametrlarini aniqlash va germetiklash orqali fotoelement xosil qilish.: Elektrofizik va fotoelektrik parametrlarini aniqlash. Tadqiqot vazifalari: - Si1-xGex qotishmalarning o’sish sharoitlarini tadqiq qilish va suyuq fazali epitaksiya usulida chegaralangan hajmli qotishmalardan ularning. epitaksial qatlamlarini olish ... Qotishmalarini o’stirish rejimlari, ularning elektrofizik va. fotoelektrik xossalarini o’rganish.. ... Polikristall kremniy qatlamlaridagi p –n - o’tishli yuqoridagi GaAs qatlami bilan birgalikda hosil qilib, ma’lum bir xildagi kaskadli QE ni hosil qilish mumkin. Bu esa QE da yutilayotgan radiatsiya diapozonning kengayishiga binobarin, ustki Al GaAs va GaAs qatlamlardan o’tayotgan kvantlar hisobiga QE ning F.I.K oshishiga olib keladi.
12-mavzu. Etalon fotoelementlar va ularni graduirovka qilish usullari.: Fotoelementlar, ularni yaratish texnologiyasi va fotoelektrik o’zgartirishning fizik asoslari. Yarim o’tkazgichli materiallarda fotoelektrik hodisalar. p-n o’tishlarda fotoelektrik hodisalar. Fotoelementlarning yaratish texnologiyasi. Fotoelementlarning ishlash printsipi, elektr energiyasiga aylantirishning fizik asoslari va turlari.
13-mavzu. Fotoelementlar texnologiyasida fotolitografiya usulining qo’llanilishi.: Mikroelektronikaning yutuqlari ko’p jihatdan fotolitografiya usulini qo’llanilishiga bog’liqligi. Bu usul bilan YaO’ tuzilmalarda katta aniqlikda avvaldan berilgan topologiyaga ega bo’lgan shakltushirish, va keyinchalik unga texnologik ishlov berishni ishlab chiqish. Bu usul vositalari bilan har xil materialga, jumladan dielektriklarga, yarim o’tkazgichli materialga, metallarga proektsion rasmlar tushirishni tadqiq etish.
14-mavzu. Fotoelementlarni jamlash va maqbul konstruktsiyali fotoelektrik modulni aniqlash.: Tadqiqot uslubiyati va uslublari. “Kichik kam quvvatli yoritish fotoelektrik sistemasi uslubiy ko’rsatma va laboratoriya qurilmasini yaratish. Tadqiqot natijalarining ilmiy jixatdan yangilik darajasi. Maxsus kichik kam quvvatli yoritish fotoelektrik sistemasi yaratildi. Sistema fotoelektrik modullar, kontroller, akkumulyator batareyasi, kabelar, invertor, yuklanishdan iborat. Gibrid elektr ta’minot kabi tushunchalar o’rganiladi.
15-mavzu. Fotoelektrik modulnitayyorlashda optimal parametrli materiallarni tanlash.: Fotoelektrik qurilma konstruktsiyasini tanlash, parametrlarini rejalash, tayyorlash texnologiyasini aniqlash. Fotoeletrik qurilmani tayyorlash. Fotoelektrik qurilma qismlarini sinash. Qurilmani butunicha sinash. Fotoelektrik qurilmani sinash natijalarini hisobga olgan holda uni parametrlarini optimal holga keltirish. Qurilmani tajribaviy sinash, hisob va rejaviy natijalar bilan taqqoslash.
16-mavzu. Kremniy plastinkalarida omik kontakt xosil qilish usullari.: Omik kontakt - bu chiziqli va nosimmetrik oqim kuchlanish xarakteristikasi (VAX) bilan tavsiflangan metall va yarimo’tkazgich yoki ikkita o’xshash bo’lmagan yarim o’tkazgichlar orasidagi kontakt.Agar I–V gurux elementlari xarakteristikasi assimetrik va chiziqli bo’lmagan bo’lsa, u holda kontakt u yoki bu darajada rektifikatsiyalanadi (masalan, bu SHottki to’sig’i bilan kontakt, shu asosda SHottki diodi hosil bo’ladi). SHottki to’siq modelida rektifikatsiya metallning ish funktsiyasi va yarimo’tkazgichning elektron yaqinligi o’rtasidagi farqga bog’liq.
17-mavzu. Fotoelektrik modullar va ularning butlovchi qurilmalarini tanlash.: Fotoelektrik stantsiyalarning bo’tlovchi qurilmalarini tanlashda uning parametrlariga etibor berish.. Mana shu energiyadan foydalangan holda quyosh energiyasidan to’g’ridan-to’g’ri elektroenergiya olish mumkin va albatta butlovchi qurilmalar kerakligi. Fotoelektrik stantsiyalarning elektr ta’minot manbalarini tanlash. Quyosh va shamol gibrid energiyalarining. Katta va kichik quvvatli tiristorli kalitlarning biriktirish.
18-mavzu. Fotoelektrik batariyalarning tayanch konstruktsiyalarini tayyorlash.: Fotoelektrik batareyalarni tayanch kostrutsiyalarini metal yoki alyuminiy materiallardan foydalanish . Ularni o’rnatilish joyiga qarab materiallarni tanlash va o’rnatish. Stantsiyani bino yoki uy tomlarida undan tashqari katta quvvatli stantsiyalarni esa juda katta maydonlarda o’rnatilishi mumkin. Bunda o’z navbatida tabiiy sharoit ham inobatga olish. SHuning uchun ham tayanch konstruktsiyalar juda mustaxkam qilib o’rnatilishni etiborga olish.
19-mavzu. Fotoelektrik stantsiyalarning texnologik jarayonlarini loyixalash.: Fotoelektrik stantsiyalarni texnologik jarayonlarni loyihalash. Fotoelektrik stantsiyalarni texnologik jarayonlarni ishlab chiqish tartibi. Fotoelektrik stantsiyalarni texnologik jarayon variantlarining texnik-iqtisodiy tahlili. Fotoelektrik stantsiyalarni texnologik jarayonlarni namunalashtirish. Fotoelektrik stantsiyalarni texnologik jarayonni loyihalashni avtomatlashtirish.
20-mavzu. Fotoelektrik stantsiyalarning butlovchi qurilmalarini tanlash.: Fotoelektrik stantsiyalarning bo’tlovchi qurilmalarini tanlashda uning parametrlariga etibor berish.. Mana shu energiyadan foydalangan holda quyosh energiyasidan to’g’ridan-to’g’ri elektroenergiya olish mumkin va albatta butlovchi qurilmalar kerakligi.
21-mavzu. Katta va kichik quvvatli fotoelektrik stantsiyalar uchun invertor va kontrollerlarni tanlash hamda ish samaradorligini aniqlash.: Invertor kuch transformatorini hisoblash. Parametrik kuchlanish stabilizatorini a va b nuqtalar orasidagi potensiallar. ayirmasi Uab ni aniqlash uchun zanjirni adb qismini olib, unga zanjirning EYuK manbali. qismi uchun Om qonuni qo’llaniladi: fotoelektrik stantsiyalar alohida katta quvvatli istemolchilarni belgilash va ularining energiyasini ishlab turgan energiya tarmoqlariga ulash va asosiy tarmoq sifatida foydalanishdan iboratdir.
22-mavzu. Avtonom fotoelektrik stantsiyalar uchun akkumulyatorlarni tanlash.: Avtonom fotoelektrik sistemalar elektr tarmoq ta’minoti bo’lmagan joylarda qo’llashning istiqbollari. Bu fotoelektrik sistemalar arzon va ishochli,chunki qo’shimcha jihozlar ishlatilmaydi. Bu sistemalar quyosh energiyasi yetarlicha ko’p bo’lgan va bu sistemalarni qo’llash muammo bo’lmagan joylarda qo’llaniladi. Avtonom fotoelektrik sistemalarning turlari va qo’llanilishi o’rganildi. Avtonom fotoelektrik sistemalar ham bir necha turlarga bo’linadi: akkumulyatorli avtonom fotoelektrik sistemalar, invertorli avtonom fotoelektrik sistemalar kabi turlari mavjuddir. Ularning sxemalari va ishlash printsipi keltirildi.
23-mavzu. Tarmoq fotoelektrik stantsiyalar va ularning afzalliklari.: Tarmoq fotoelektrik stantsiyalar energiya ta’minlash tizimlari uchun akkumulyator batareyasi sig’imini va ishlash vaqtini hisoblash. Invertor kuch transformatorini. Mamlakatimizning Samarqand viloyatida, Osiyo taraqqiyot bankining yordamida, dunyoda eng yirik quyosh fotoelektrik stansiyasi qurilishi rejalashtirilgani. Quyosh elektrostansiyasi 400 ga maydonga joylashib, uning quvvati 100 MVt ni, yillik elektroenergiya ishlab chiqarish esa, 200 mln. kVt/soatni tashkil qiladi.
24-mavzu. Quvvati 5 kVt bo’lgan fotoelektrik stantsiya invertori uchun toroid shaklidagi transformatorni loyixalash.: Ular ETMlar uchun yuklama hisoblanadi, shuning uchun chiqishzanjiridagi qisqa tutashuvda ta’minot manbai chiqish tokini cheklashi kerak. Bunda ETM kuchlanishni stabillash rejimidan tokni stabillash rejimiga o’tib ish rejimini o’zgartirishi kerak. O’zgarmas tok elektr ta’minot tizimlari talab qilinadigan quvvat 5 kVtda oshmagan hollarda qo’llaniladi. Bunday tizimlarning afzalligi akkumulyatorlar yordamida rezervlashning oddiyligidir kuchlanishdan to’g’ri burchakli impulьslar shaklidagi o’zgaruvchan kuchlanish. olinadi, ya’ni invertorlash amalga oshiriladi. To’g’ri burchakli impulьslar.
25-mavzu. Quvvati 17 kVt bo’lgan fotoelektrik stantsiya impulsli kuchlanish stabilizatorini loyixalash.: Parametrik kuchlanish stabilizatorini hisoblash. IMS asosidagi chiziqli stabilizatorni quvvati 17 kVt/soat bo’lgan FES energoqurilmasini o’rnatish. Stantsiyaning zaruriy iste’mol quvvati P ni, chiqish quvvati 0.2 P bo’lgan IKO’lar yordamida tashkil qilish uchun, IKO’larning chiqish klemmalari parallel ravishda ulangan. IKO’lar, o’zgaruvchan ~220V kuchlanishli bir fazali elektr tarmog’iga ulanishga mo’ljallangan.
26-mavzu. Fotoelektrik stantsiyalardagi akkumulyatorlarning zaryadlash qurilmasi.: Avtonom fotoelektrik sistemalar elektr tarmoq ta’minoti bo’lmagan joylarda qo’llashning istiqbollari. Bu fotoelektrik sistemalar arzon va ishochli,chunki qo’shimcha jihozlar ishlatilmaydi. Bu sistemalar quyosh energiyasi yetarlicha ko’p bo’lgan va bu sistemalarni qo’llash muammo bo’lmagan joylarda qo’llaniladi. Avtonom fotoelektrik sistemalarning turlari va qo’llanilishi o’rganildi. Avtonom fotoelektrik sistemalar ham bir necha turlarga bo’linadi: akkumulyatorli avtonom fotoelektrik sistemalar, invertorli avtonom fotoelektrik sistemalar kabi turlari mavjuddir. Ularning sxemalari va ishlash printsipi keltirildi.
27-mavzu. Fotoelektrik stantsiyalarda ishlab chiqarilgan elektr energiyani uch fazali tizimga ulash.: Elektr quvvati olish uchun fotoelektrik. va termodinamik o’zgartkichlar, maxsus. materiallar. Uch fazali zanjirlar. Umumiy ma’lumotlar Elektr energiya asosan uch fazali manbalar, uzatish liniyalari va ist’emolchilar yordamida ishlab chiqariladi, uzatiladi va iste’mol. qilinadi. Bu holat uch fazali tizimlarni bir fazalilarga nisbatan qanday afzalliklarga ega. Uch fazali tok elektr energiyasi uch fazalisinxron generatorlar yordamida ishlashini batafsil yoritish.
28-mavzu. Fotoelektrik stantsiyalar binolarni yoritishini solishtirma quvvat usuli bo’yicha hisoblash.: Fotoelektrik stantsiyani ko’rsatkichlarini hisoblash. Avtonom energiya ta’minlash tizimlari. Fotoelektrik stantsiya uchun akkumulyator batareyasi sig’imini va. ishlash vaqtini hisoblash. Akkumulyator batareyasi uchun zaryadlash va razryadlash qurilmasini hisoblash. Invertor kuch transformatorini hisoblash. Parametrik kuchlanish stabilizatorini hisoblash. IMS asosidagi chiziqli stabilizatorni hisoblash.
29-mavzu. Fotoelektrik stantsiyalardagi yordamchi qurilmalarning texnik xavfsizligi.: Texnika xavfsizligi qoidasiga muvofiq ish jarayonida foydalaniladigan himoya vositalari Davlat yagona nusxasi talablariga va «Elektr uskunalarida foydalaniladigan himoya vositalarini qo’llash va sinash qoidasi» ga javob berishi shart. O’zaro joylashtirishni hisobga oluvchi yerga ulash qurilmalarning.
30-mavzu. Fotoelektrik stantsiyalarni loyixalashning iqtisodiy asoslari.: Fotoelektrik stantsiyalarning texnik-iqtisodiy xisoblar, sim va kabellarning kesim yuzasini tanlash. Tokning iqtisodiy zichligi bo’yicha simlarning kesim yuzasini tanlash. Simning kesim yuzasini kuchlanishining ruxsat etilgan yo’qotilishni bo’yicha tanlash. CHuqur kirib borgan tarmoqlar sxemalari. SHahar elektr tarmoqlarida quvvat va elektroenergiya isroflarini aniqlash. Energiya tejamkorligi asoslari fani bo’yicha: Energiya tejamkorligining umumiy asoslari. Yoqilg’i energetika resurslari. Energiya turlari, energiyani olish, o’zgartirish va undan foydalanish. Energiya va energiya resurslari narxining tuzilishi.
13-mavzu. Fotoelementlarni tashkil qiluvchi tuzilmalarning xususiyatlarini o’rganish.: Yuqorida keltirilgan qonuniyatlar shuni ko’rsatadiki, har bir jarayonning samaradorligi yarim o’tkazgich materialning optik va elektrofizik xususiyatlariga (tuzilma sirtida yorug’likning qaytishiga fotoionizatsiya hodisasining kvant chiqishiga, asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilarning diffuzion yo’lining uzunligi Ln ga, asosiy yutilish chegarasining spektral holatiga va hokazolarga), r-n o’tishning xarakteristikasiga (elektr tokining o’tkazish mexanizmiga, potentsial to’siqning kattaligiga, hajmiy zaryad sohasining kengligiga), geometrik faktoriga (ba’zi materialning diffuzion yo’li uzunligi va ba’zi qalinligi orasidagi munosabatga, ya’ni Ln va λ ga), hamda n- va r sohalardagi yarim o’tkazgich materialning legirlanish darajasiga bog’liqdir. Bundan tashqarii ketma-ketlik qarshiligi Rn ning VAX shakliga va quvvat R ga ta’sirini aniqlash zarurdir. O’z navbatida ketma-ketlik qarshiligining qiymati uni tashkil qiluvchi qismlar qarshiliklari va kontakt qatlamlarining geometrik joylashuvi bilan ham aniqlanadi. Bir-biriga qarama qarshi bo’lgan talablarni kompromiss texnik yechimlarga keltirish natijasida tushayotgan yorug’lik nurlanishiga perpendikulyar joylashgan p-n o’tishli quyosh elementlari konstruktsiyasi tanlab olingan. Hozirgi zamonda ayrim qo’shimchalar kiritilgan holda (tortuvchi elektr maydoni kiritilishi, orqa tomondagi kontaktga izotip to’siqlar olish, butun qoplamali kontaktni to’rsimon kontaktga almashtirish, sirtqi yuzani teksturalash, orqa tomonga akslantiruvchi qoplamalar hosil qilish) yuqoridagi konstruktsiya saqlab qolingan.
16-mavzu. Kremniy plastinkalarida omik kontakt xosil qilish usullari.: Omik kontakt – bu chiziqli va nosimmetrik oqim kuchlanish xarakteristikasi (VAX) bilan tavsiflangan metall va yarimo’tkazgich yoki ikkita o’xshash bo’lmagan yarim o’tkazgichlar orasidagi kontakt.Agar I–V gurux elementlari xarakteristikasi assimetrik va chiziqli bo’lmagan bo’lsa, u holda kontakt u yoki bu darajada rektifikatsiyalanadi (masalan, bu SHottki to’sig’i bilan kontakt, shu asosda SHottki diodi hosil bo’ladi). SHottki to’siq modelida rektifikatsiya metallning ish funktsiyasi va yarimo’tkazgichning elektron yaqinligi o’rtasidagi farqga bog’liq.