name
Қазақстанда күн энергетикасы

Күн батареясы көмегімен өндіру

Қазіргі кезде электр энергиясын өндіруге арналған күн батареяларының (КБ) бірнеше түрлері бар. Қолданылатын материалдың түрі мен өндіріс технологиясы бойынша ерекшеленеді. КБ екі негізгі түрі бар: кремний және үлдірлі. Кремнийлі батареялар келесі түрлерде шығарылады: поликристалды, монокристалды және аморфты. Үлдірлі - кадмий теллурид, мыс-индий селениді негізінде және полимерлі.

Ең көп тараған және өнеркәсіптік ауқымда өндірілетін кремний негізінде батарея болып табылады, өйткені кремний – қазба ретінде ең кең таралған минерал. Монокристаллды күн батареялары бір-бірімен үйлескен силикон ұяшықтар болып табылады. Оларды жасауға Чохральский әдісімен алынған ең таза кремний пайдаланылады. Қатқаннан кейін дайын монокристалл металл электродтар торы (кесу сур.) кіргізіліп, қалыңдығы 250-300 мкм жұқа тілімдерге кесіледі. Пайдаланылатын технология біршама қымбат болып табылады, сондықтан монокристалды батарея, поликристалды немесе аморфтыққа қарағанда қымбатырақ болып табылады. Батареялардың осы түрін ПӘК-тің жоғары тиімділік үшін таңдайды (шамамен 17-22%).

       

1-сурет. Монокристалды ұяшық           2-сурет. Поликристалдық ұяшық

Поликристалдарды алу үшін кремний балқытпасы баяу салқындатуға ұшырайды. Бұл технология аз қуат тұтынуды қажет етеді, демек, оның көмегімен алынған кремний құнын төмендетеді. Жалғыз кемшілік: поликристалды күн батареяларының моно «бәсекелесіне» қарағанда ПӘК тиімділігі төмен (12-18%). Себебі поликристалдың ішінде элементтердің тиімділігінің төмендеуіне әкелетін түйіршікті шекаралары бар аймақтар құралады.

Қолданылатын материалға байланысты бөлу жүргізсек, аморфты батареялар кремнийліге жатады, ал өндірістік технологияларға байланысты - үлдірліге. Аморфты панельдер өндірілген жағдайда, кристалдық кремний емес, төсем материалына жұқа қабаты болып жағылатын силан немесе кремний сутегісі қолданылады. Мұндай батареяларды ПӘК тиімділігі тек 5-6% құрайды, олардың тиімділік көрсеткіші өте төмен, бірақ осы кемшіліктерге қарамастан, олар бірқатар артықшылықтарға ие:

  • оптикалық сіңіру көрсеткіші поли- және монокристалдарға қарағанда 20 есе жоғары.
  • элементтердің қалыңдығы 1 мкм-нен аз.
  • поли- және монокристалдармен салыстырғанда ол бұлтты ауа райында жоғары көрсеткіштерге ие.
  • жоғарыланған икемділік.

    

Сур 3. Аморфты күн батареясы      Cур 4. Кадмий теллуридіне негізделген
                                                           күн батареясы

Кадмий теллурид негізіндегі үлдірлі батареялар.

Күннің батареяларына арналған жарық сіңіргіш материал ретінде кадмийдік теллуридті зерттеу 70-шы жылдардан басталды. Сол кезде ғарышта пайдаланудың ең жақсы нұсқаларының бірі ретінде қарастырылды, бүгінгі күні CdTe негізіндегі батареялар жер бетіндегі күн энергиясындағы келешегі барының бірі болып табылады. Кадмий кумулятивтік у болғандықтан, тек қана бір мәселе бойынша пікірталас туындайды: ол улы ма жоқ па? Бірақ зерттеулер атмосфераға шығарылған кадмийдің деңгейі өте аз екенін көрсетеді және зияннан қорқатын ешқандай себеп жоқ. ПӘК көрсеткіші шамамен 11% құрайды. Цифр кішкентай, бірақ мұндай батареялардың қуатының ватт құны кремнийден 20-30% -ға аз.

Мыс селениді -индий негізіндегі батареяларда мыс, индий және селен өнімі жартылай өткізгіштер ретінде пайдаланылады, кейде индийдің кейбір элементтері галиймен ауыстырылады. Бұл тәжірибе бүгінгі күнге дейін өндірілген индийдің көпшілігінің жалпақ мониторларды өндіру үшін қажет екенімен түсіндіріледі. Сондықтан үнемдеу мақсаттарында индий ұқсас қасиеттері бар галиймен алмастырылады. Мыс селениді -индий негізіндегі үлдірлі күн батареялары 15-20% тең ПӘК-не ие. Ескеру қажет, галлийді қолданбаған жағдайда, күн батареяларының өнімділігі шамамен 14% -ға артады.

5-сурет. Мыс селениді-индий негізіндегі күн батареясы

Полимерлер негізінде жасалған батареялардың дамуы салыстырмалы түрде жақында басталды. Жарық сіңіргіш материалдар ретінде полифенилен, көміртегі фуллерендері, мыс фталоцианині және басқалары сияқты органикалық жартылай өткізгіштер қолданылады. Пленкалардың қалыңдығы 100 нм құрайды. Полимерлі күн батареялары бүгінгі күні тек 5-6% ПӘК-ке ие. Бірақ олардың негізгі артықшылықтары:

  • Өндірістің төмен құны.
  • Жеңіл және қол жетімділік.
  • Қоршаған ортаға зиянды әсердің жоқтығы.

Полимерлі батареялар механикалық икемділік пен қайта өңдеудің экологиялылығы әсіресе маңызды жерлерде пайдаланылады.

6-сурет. Полимерлі күн батареялары