Лекция №4 Арзан және эффективті күн батареяларын алудың мүмкіндіктері және оларды қолданудың тиімділігі

Лекция №4 
Арзан және эффективті күн батареяларын алудың мүмкіндіктері және 
оларды қолданудың тиімділігі 
 
Лекцияны оқыту нәтижелері: 
3 - күн жылу коллекторының жұмыс принципін біледі; 
4 – күн батареяларының тиімділігін арттыру үшін материалдардың 
физикалық, химиялық, механикалық және оптикалық қасиеттерін талдай 
алады; 
 
Лекция мақсаты мен міндеттері: Күн сәулесінің электр энергиясына 
түрленуін қарастыру және оның фотоэлектрлік шамасын анықтау. 
Лекция 
мазмұны: 
Фотоэлектрлік генератор — Күн сәулесінің 
энергиясын 
электр 
энергиясына 
айналдыратын 
шала 
өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштен (ФЭТ) тұратын ток көзі. Көптеген 
тізбектей-параллель қосылған ФЭТ-тер Күн батареясын қажетті кернеу және 
ток күшімен қамтамасыз етеді. Жеке ФЭТ-тің электр қозғаушы күші 0.5 — 
0.55 В және ол оның ауданына тәуелді емес; 1 см2 ауданға келетін қысқа 
тұйықталу тогының шамасы 35 — 40 мА. Күн батареясындағы ток шамасы 
оның жарықтану жағдайына байланысты, күн сәулелері Күн батареясы бетіне 
перпендикуляр түскенде ол ең үлкен мәніне (максимумына) жетеді. Қазіргі 
Күн батареясының ПӘК 8-10%, олай болса 1 м2 ауданға (ғарыш 
аппаратының Күннен қашықтығы 150 млн. болған кезде) келетін қуат ~130 
Вт-қа тең. Температура жоғарылаған сайын (25oС-ден жоғары) ФЭТ-тегі 
кернеудің төмендеуіне байланысты Күн батареясының ПӘК кемиді. Күн 
батареясының жиынтық қуаты ондаған тіпті жүздеген кВт-қа жетеді. Күн 
батареясы ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау 
жүйесіндегі негізгі электр энергиясының көзі ретінде қолданылады. Күн 
батареясы сондай-ақ, тұрмыс пен техникада қолданылатын көптеген 
бұйымдарды (калькулятор, қол сағаты, т.б.) токпен қоректендіру көзі болып 
табылады. 
Күн батареясы, фотоэлектрлік генератор — Күн сәулесінің энергиясын 
электр энергиясына айналдыратын шала өткізгішті фотоэлектрлік 
түрлендіргіштен (ФЭТ) тұратын ток көзі. Көптеген тізбектей-параллель 
қосылған ФЭТ-тер Күн батареясын қажетті кернеу және ток күшімен 
қамтамасыз етеді. Жеке ФЭТ-тің электр қозғаушы күші 0.5 — 0.55 В және ол 
оның ауданына тәуелді емес; 1 см2 ауданға келетін қысқа түйықталу 
тогының шамасы 35 — 40 мА. Күн батареясындағы ток шамасы оның 
жарықтану жағдайына байланысты, күн сәулелері Күн батареясы бетіне 
перпендикуляр түскенде ол ең үлкен мәніне (максимумына) жетеді. Қазіргі 
Күн батареясының ПӘК 8-10%, олай болса 1 м2 ауданға (ғарыш 
аппаратының Күннен қашықтығы 150 млн. болған кезде) келетін қуат ~130 
Вт-қа тең. Температура жоғарылаған сайын (25oС-ден жоғары) ФЭТ-тегі 
кернеудің төмендеуіне байланысты Күн батареясының ПӘК кемиді. Күн 
батареясының жиынтық қуаты ондаған тіпті жүздеген кВт-қа жетеді. Күн 

батареясы ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау 
жүйесіндегі негізгі электр энергиясының көзі ретінде қолданылады. Күн 
батареясы сондай-ақ, тұрмыс пен техникада қолданылатын көптеген 
бұйымдарды (калькулятор, қол сағаты, т.б.) токпен қоректендіру көзі болып 
табылады. 
Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғылардың 
бірі – Күн батареялары. Күн батареясы немесе фотоэлектрлік генератор –
Күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына айналдыратын шала 
өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштен (ФЭТ) тұратын ток көзі. Көптеген 
тізбектей-параллель қосылған ФЭТ-тер Күн батареясын қажетті кернеу және 
ток күшімен қамтамасыз етеді. Жеке ФЭТ-тің электр қозғаушы күші 0,5-0,55 
В-қа тең және ол оның ауданына тәуелсіз (1 см² ауданға келетін қысқа 
тұйықталу тогының шамасы – 35-40 мА). Күн батареясындағы ток шамасы 
оның жарықтану жағдайына байланысты. Яғни күн сәулелері Күн батареясы 
бетіне перпендикуляр түскенде, ол ең үлкен мәніне жетеді. Қазіргі Күн 
батареяларының пайдалы әсер коэффициенті – 8-10%, олай болса 1 м² 
ауданға тең келетін қуат шамамен 130 Вт-қа тең. Температура жоғарылаған 
сайын (25ºС-тан жоғары) ФЭТ-тегі кернеудің төмендеуіне байланысты Күн 
батареясының пайдалы әсер коэффициенті кеміп, Күн батареяларының 
жиынтық қуаты ондаған, тіпті жүздеген кВт-қа жетеді. Күн батареяларының 
өлшемдері 
әр 
түрлі 
болады. 
Мысалы: 
микрокалькуляторда 
орнатылғандарынан бастап, ғимараттар шатырлары мен автокөліктер 
төбелеріне орнатылатындарына дейінгі өлшемдерде. Сондай-ақ Күн 
батареялары ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау 
жүйесіндегі негізгі электр энергиясының көзі ретінде қолданылады. Ал 
тұрмыс пен техникада қолданылатын көптеген бұйымдарды – калькулятор, 
қол сағаты, плеер, фонарь, т.б. токпен қоректендіру көзі де Күн батареялары 
болып табылатындығы бәрімізге белгілі. 
Фотоэлемент — электрондар ағыны немесе электр тогы жарық арқылы 
басқарылатын 
электрондық прибор. 
Оның жұмыс принципі металдан (калий, барий) немесе жартылай өткізгіштен 
жасалған электродтың (фотокатод) 
бетіне 
электрмагниттік 
сәуле 
түсіргенде фотоэффект құбылысының 
пайда 
болуына 
негізделген. 
Фотоэлементтің сыртқы фотоэффект және ішкі фотоэффект құбылыстарына 
негізделіп жасалған түрлері бар. Сыртқы фотоэффектіге негізделген 
фотоэлементте (электрвакуумды фотоэлемент) жарық әсерінен электрондар 
шығаратын фотокатод пен электрондарды жинағыш анод вакуум немесе газ 
толтырылған баллонға орнатылады. 
Фотосезгіш қабат шыны баллонның ішкі бетіне (а) немесе баллон ішіне 
орнатылған металл пластинканың бетіне (ә) жалатылады. Түсетін жарық 
ағынының 
(фотондардың) 
әсерінен катодта фотоэлектрондық 
эмиссия (электрондардың ұшып шығу құбылысы) пайда болады. Сөйтіп, 
электрондар ток көзінің оң полюсіне жалғанған анодқа қарай қозғалады да, 
тізбек 
тұйықталады. 
Газбен 
толтырылған 
баллонда 
орнатылған 
фотоэлементтегі фототок шамасы вакуум баллондағы фотоэлементтегімен 

салыстырғанда 10 еседей артық болады. Мұндай фотоэлементтер 
пайдаланылған фотокатодтың түріне, колбаның оптикалық қасиетіне, газдың 
бар-жоқтығына және оның тегіне (аргон, неон т.б.), сондай-ақ жасалу 
ерекшеліктеріне 
қарай 
бөлінеді. 
Ішкі фотоэффектіге негізделген 
Фотоэлементке (вентильді фотоэлемент, жартылай өткізгішті фотоэлемент, 
жаппалы қабатты фотоэлемент) сырттан түсірілген жарық энергиясы 
жартылай өткізгіш приборда тікелей электр энергиясына түрленеді. Мұндай 
фотоэлемент алу үшіп жартылай өткізгіш материалдар – п ауысу қабаты 
жасалады. Бұл қабаттың екі жағындағы электродтарға (кемтіктік және 
электрондық) контактілік сымдар жалғанады. Сөйтіп, ол жарық түсетін 
саңылауы бар қорапқа салынады. Түсетін жарықтың әсерінен жартылай 
өткізгіш материалда қозғалмалы заряд тасығыштар (электрондар мен 
кемтіктер) пайда болады да материалдың электр өткізгіштігі артады. 
Фотоэлементті жүктемемен қосқанда, фототок шамасы сыртқы кедергіге 
(Rж) тәуелді болады. Жартылай өткізгішті кремний кристалынан жасалған 
фотоэлементтер (п. ә. коэфф. 15%-ға жуық) ғарыштық ұшу аппараттарының 
қоректендіру 
көзі 
(қ. Күн 
батареясы) Фотоэлектрлік 
генератор) 
ретінде, радиация құбылыстарды зерттеуде, т.б. пайдаланылады. 
Күн электр станциясы – күн радиациясын электр энергиясына түрлендіруге 
мүмкіндік беретін инженерлік қондырғы. Дәл осы түрлендірулердің бірнеше 
түрлері бар және олар станция құрылымына байланысты. 
Күн 
электростанциялары 
күн 
сәулесінің 
энергиясын 
электр 
энергиясына түрлендіреді. Оның келесідей әдістері бар: 
Фотоэлектрлік әдіс – фотоэлектрлік генератор көмегімен күн 
энергиясын электр энергиясына тікелей айландыратын әдіс. 
Термодинамикалық әдіс – күн энергиясын алдымен жылу энергиясына, 
одан кейін электр энергиясына түрлендіретін әдіс. 
Негізінде фотоэлектрлік әдіске қарағанда термодинамикалық әдіс 
арқылы жұмыс істейтін электрстанциялардың қуаты айтарлықтай жоғары. 
Енді күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына түрлендіретін 
электр станциялардың түрлерін қарастырайық. Барлық күн электр 
станциялары шартты түрде келесі топтарға бөлінеді.
• o Мұнара типті күн электр станциясы; 
• o Доға типті күн электр станциясы; 
• o Фотобатареялар қолданылатын күн электр станциясы; 
• o Параболалық концентраторлар қолданылатын күн электр станциясы; 
• o Біріккен немесе гибритті электр станциясы; 
• o Аэростатты күн электр станциясы.