Kutofichua kwa vyombo vya anga za juu paneli za jua. Ecowatt: Betri na paneli za jua angani. Miradi ya kisasa ya NPP "Kvant" katika uwanja wa photoenergy nafasi

Betri ya jua kwenye ISS

Betri ya jua - vibadilishaji kadhaa vya umeme vya pamoja (photocells) - vifaa vya semiconductor ambavyo hubadilisha moja kwa moja nishati ya jua kuwa nishati ya moja kwa moja. mkondo wa umeme, tofauti watoza jua, huzalisha inapokanzwa kwa nyenzo za baridi.

Vifaa mbalimbali vinavyowezesha kubadilisha mionzi ya jua kuwa nishati ya joto na umeme ni kitu cha utafiti katika nishati ya jua (kutoka kwa Kigiriki helios Ήλιος, Helios -). Uzalishaji wa seli za photovoltaic na watozaji wa jua unaendelea katika maelekezo tofauti. Paneli za jua zinakuja kwa ukubwa tofauti, kutoka kwa zile zilizojengwa ndani ya microcalculator hadi zile zinazochukua paa za magari na majengo.

Hadithi

Mfano wa kwanza wa seli za jua ziliundwa na mpiga picha wa Kiitaliano wa asili ya Kiarmenia, Giacomo Luigi Ciamician.

Mnamo Aprili 25, 1954, Maabara ya Bell ilitangaza uundaji wa seli za jua za kwanza zenye msingi wa silicon ili kutoa mkondo wa umeme. Ugunduzi huu ulifanywa na wafanyakazi watatu wa kampuni - Calvin Souther Fuller, Daryl Chapin na Gerald Pearson. Miaka 4 tu baadaye, mnamo Machi 17, 1958, kompyuta ya kwanza ilizinduliwa huko USA. paneli za jua- Vanguard 1. Miezi michache tu baadaye, Mei 15, 1958, USSR ilizindua Sputnik 3, pia kwa kutumia paneli za jua.

Tumia katika nafasi

Paneli za jua ni moja ya njia kuu za kupata nishati ya umeme juu ya: wanafanya kazi kwa muda mrefu bila kutumia nyenzo yoyote, na wakati huo huo ni rafiki wa mazingira, tofauti na nyuklia na.

Walakini, wakati wa kuruka kwa umbali mkubwa kutoka kwa Jua (zaidi ya obiti), matumizi yao huwa shida, kwani mtiririko wa nishati ya jua ni sawa na mraba wa umbali kutoka kwa Jua. Wakati wa kuruka na, kinyume chake, nguvu za paneli za jua huongezeka kwa kiasi kikubwa (katika eneo la Venus kwa mara 2, katika eneo la Mercury kwa mara 6).

Ufanisi wa seli za picha na moduli

Nguvu ya mtiririko wa mionzi ya jua kwenye mlango wa angahewa (AM0) ni takriban wati 1366 kwa kila mtu. mita ya mraba(tazama pia AM1, AM1.5, AM1.5G, AM1.5D). Wakati huo huo, nguvu mahususi ya mionzi ya jua huko Uropa katika hali ya hewa ya mawingu sana, hata wakati wa mchana, inaweza kuwa chini ya 100 W/m². Kwa kutumia paneli za jua za kawaida zinazozalishwa viwandani, nishati hii inaweza kubadilishwa kuwa umeme kwa ufanisi wa 9-24%. Katika kesi hii, bei ya betri itakuwa karibu dola 1-3 za Amerika kwa watt ya nguvu iliyokadiriwa. Kwa uzalishaji wa umeme wa viwandani kwa kutumia seli za jua, bei kwa kila kWh itakuwa $0.25 Kulingana na Jumuiya ya Uropa ya Photovoltais (EPIA), ifikapo 2020 gharama ya umeme inayozalishwa na mifumo ya jua itashuka hadi chini ya € 0.10 kwa kila kW mitambo na chini ya 0.15 € kwa kWh kwa ajili ya mitambo katika majengo ya makazi.

Mnamo 2009, Spectrolab (kampuni tanzu ya Boeing) ilionyesha seli ya jua yenye ufanisi wa 41.6%. Mnamo Januari 2011, seli za jua kutoka kwa kampuni hii zenye ufanisi wa 39% zilitarajiwa kuingia sokoni. Mnamo 2011, kampuni ya California ya Solar Junction ilipata ufanisi wa 43.5% kwa seli ya jua ya 5.5x5.5 mm, ambayo ilikuwa 1.2% ya juu kuliko rekodi ya awali.

Mnamo mwaka wa 2012, Morgan Solar aliunda mfumo wa Sun Simba kutoka kwa polymethylmethacrylate (plexiglass), germanium na gallium arsenide, akichanganya kontakta na paneli ambayo seli ya jua imewekwa. Ufanisi wa mfumo wakati jopo lilisimama lilikuwa 26-30% (kulingana na wakati wa mwaka na angle ambayo Jua iko), mara mbili ya ufanisi wa vitendo wa seli za jua kulingana na silicon ya fuwele.

Mnamo mwaka wa 2013, Sharp iliunda seli ya jua yenye safu tatu ya kupima 4x4 mm kwenye msingi wa indium gallium arsenide yenye ufanisi wa 44.4%, na kikundi cha wataalamu kutoka Taasisi ya Fraunhofer ya Mifumo ya Nishati ya Jua, Soitec, CEA-Leti na Kituo cha Helmholtz. Berlin aliunda seli ya picha kwa kutumia lenzi za Fresnel zenye ufanisi wa 44.7%, na kupita mafanikio yake mwenyewe ya 43.6%. Mnamo 2014, Taasisi ya Fraunhofer ya Mifumo ya Nishati ya Jua iliunda seli za jua ambazo, shukrani kwa lenzi inayoangazia mwangaza kwenye seli ndogo sana ya picha, zilikuwa na ufanisi wa 46%.

Mnamo mwaka wa 2014, wanasayansi wa Uhispania walitengeneza seli ya silicon photovoltaic inayoweza kubadilisha mionzi ya infrared Jua.

Mwelekeo wa kuahidi ni uundaji wa seli za picha kulingana na nanoantena zinazofanya kazi kwa kurekebisha moja kwa moja mikondo inayoingizwa kwenye antena ndogo (takriban 200-300 nm) kwa mwanga (i.e. mionzi ya sumakuumeme masafa ya utaratibu wa 500 THz). Nanoantennas hazihitaji malighafi ya gharama kubwa kwa uzalishaji na zina ufanisi wa hadi 85%.

Mambo yanayoathiri ufanisi wa seli za picha

Vipengele vya kimuundo vya seli za picha husababisha kupungua kwa utendaji wa paneli na joto linaloongezeka.

Kutoka kwa sifa za utendaji wa jopo la photovoltaic ni wazi kwamba kufikia ufanisi mkubwa, uteuzi sahihi wa upinzani wa mzigo unahitajika. Kwa kufanya hivyo, paneli za photovoltaic haziunganishwa moja kwa moja na mzigo, lakini tumia mtawala wa udhibiti wa mifumo ya photovoltaic, ambayo inahakikisha uendeshaji bora wa paneli.

Uzalishaji

Mara nyingi sana seli moja za picha hazitoi nguvu ya kutosha. Kwa hiyo, idadi fulani ya seli za picha zinajumuishwa katika kinachojulikana kama moduli za jua za photovoltaic na uimarishaji umewekwa kati ya sahani za kioo. Mkutano huu unaweza kuwa automatiska kikamilifu.

Vifaa hivi vya semiconductor hubadilisha nishati ya jua kuwa mkondo wa umeme wa moja kwa moja. Kwa ufupi, hivi ndivyo vitu vya msingi vya kifaa tunachokiita "paneli za jua." Kwa msaada wa betri kama hizo, hufanya kazi katika obiti za nafasi. satelaiti za bandia Dunia. Betri kama hizo zinafanywa hapa Krasnodar - kwenye mmea wa Saturn. Twende huko kwa matembezi.

Picha na maandishi na Rustem Adagamov

Biashara huko Krasnodar ni sehemu ya Shirika la Shirikisho la Nafasi, lakini Saturn inamilikiwa na kampuni ya Ochakovo, ambayo kihalisi iliokoa uzalishaji huu katika miaka ya 90. Wamiliki wa Ochakovo walinunua hisa ya kudhibiti, ambayo karibu ilikwenda kwa Wamarekani.

Kiasi kikubwa cha pesa kiliwekezwa hapa na vifaa vya kisasa vilinunuliwa, na sasa Zohali ni mmoja wa viongozi wawili katika Soko la Urusi uzalishaji wa betri za jua na rechargeable kwa mahitaji ya sekta ya nafasi - kiraia na kijeshi. Faida zote ambazo Saturn inapata zinabaki hapa Krasnodar na kwenda kwenye maendeleo ya msingi wa uzalishaji.

Kwa hiyo, yote huanza hapa - kwenye kinachojulikana tovuti. awamu ya gesi epitaxy. Katika chumba hiki kuna reactor ya gesi, ambayo safu ya fuwele hupandwa kwenye substrate ya germanium kwa saa 3, ambayo itakuwa msingi wa kiini cha jua cha baadaye. Gharama ya ufungaji kama huo ni karibu euro milioni 3:

Baada ya hayo, substrate bado inapaswa kupitia mwendo mrefu: mawasiliano ya umeme yatatumika kwa pande zote mbili za photocell (zaidi ya hayo, kwa upande wa kufanya kazi mawasiliano yatakuwa na "muundo wa kuchana", vipimo ambavyo vinahesabiwa kwa uangalifu ili kuhakikisha maambukizi ya juu. mwanga wa jua), mipako ya antireflective itaonekana kwenye substrate, nk. - jumla ya zaidi ya dazeni mbili za shughuli za kiteknolojia katika mitambo mbalimbali kabla ya photocell kuwa msingi wa betri ya jua.

Hapa, kwa mfano, ufungaji wa photolithography. Hapa, "mifumo" ya mawasiliano ya umeme huundwa kwenye seli za picha. Mashine hufanya shughuli zote moja kwa moja, kulingana na programu fulani. Hapa taa inafaa, ambayo haidhuru safu ya picha ya picha - kama hapo awali, katika enzi ya upigaji picha wa analog, tulitumia taa "nyekundu" ^

Katika utupu wa ufungaji wa sputtering, mawasiliano ya umeme na dielectri huwekwa kwa kutumia boriti ya elektroni, na mipako ya antireflective pia inatumiwa (huongeza sasa inayotokana na photocell kwa 30%):

Naam, photocell iko tayari na unaweza kuanza kuunganisha betri ya jua. Mabasi yanauzwa kwa uso wa photocell ili kisha kuwaunganisha kwa kila mmoja, na kioo cha kinga kinawekwa juu yao, bila ambayo katika nafasi, chini ya hali ya mionzi, photocell haiwezi kuhimili mizigo. Na, ingawa unene wa glasi ni 0.12 mm tu, betri iliyo na seli kama hizo itafanya kazi kwa muda mrefu kwenye obiti (katika njia za juu kwa zaidi ya miaka 15).

Uunganisho wa umeme wa photocells kwa kila mmoja unafanywa na mawasiliano ya fedha (wanaitwa baa) na unene wa 0.02 mm tu.

Ili kupata voltage ya mtandao inayohitajika inayozalishwa na betri ya jua, seli za picha zimeunganishwa kwa mfululizo. Hivi ndivyo sehemu ya seli za picha zilizounganishwa kwa mfululizo (vigeuzi vya umeme - hiyo ni sawa) inaonekana kama:

Hatimaye, paneli ya jua imekusanyika. Sehemu tu ya betri imeonyeshwa hapa - paneli katika muundo wa mockup. Kunaweza kuwa na paneli nane kama hizo kwenye satelaiti, kulingana na nguvu ngapi inahitajika. Kwenye satelaiti za kisasa za mawasiliano hufikia 10 kW. Paneli zitawekwa kwenye satelaiti, kwenye nafasi zitafungua kama mbawa na kwa msaada wao tutaangalia. televisheni ya satelaiti, tumia mtandao wa setilaiti, mifumo ya urambazaji (setilaiti za GLONASS hutumia paneli za jua za Krasnodar):

Chombo hicho kinapoangaziwa na Jua, umeme unaozalishwa na betri ya jua huimarisha mifumo ya chombo hicho, na nishati ya ziada huhifadhiwa kwenye betri. Chombo kinapokuwa kwenye kivuli cha Dunia, kifaa hicho hutumia umeme uliohifadhiwa kwenye betri. Betri ya nikeli-hidrojeni, yenye nguvu ya juu ya nishati (60 W h/kg) na rasilimali isiyoweza kuisha, hutumiwa sana kwenye vyombo vya anga. Uzalishaji wa betri hizo ni sehemu nyingine ya kazi ya mmea wa Saturn.

Katika picha hii, mkusanyiko wa betri ya nickel-hidrojeni unafanywa na Anatoly Dmitrievich Panin, mmiliki wa medali ya Agizo la Kustahili kwa Nchi ya Baba, shahada ya II:

Eneo la mkusanyiko wa betri ya nikeli-hidrojeni. Yaliyomo ya betri yanatayarishwa kwa kuwekwa kwenye nyumba. Kujaza ni elektroni chanya na hasi kutengwa na karatasi ya kitenganishi - ni ndani yao kwamba mabadiliko na mkusanyiko wa nishati hufanyika:

Ufungaji wa kulehemu boriti ya elektroni katika utupu, kwa msaada ambao kesi ya betri imetengenezwa kwa chuma nyembamba:

Eneo la semina ambapo nyumba za betri na sehemu zinajaribiwa kwa shinikizo la juu. Kwa sababu ya ukweli kwamba mkusanyiko wa nishati kwenye betri unaambatana na malezi ya hidrojeni, na shinikizo ndani ya betri huongezeka, upimaji wa uvujaji ni sehemu muhimu ya mchakato wa utengenezaji wa betri:

Nyumba ya betri ya nickel-hidrojeni ni sehemu muhimu sana ya kifaa kizima kinachofanya kazi katika nafasi. Nyumba imeundwa kwa shinikizo la kilo 60 s/cm 2 wakati wa kupima, kupasuka kulitokea kwa shinikizo la 148 kg s/cm 2;

Betri zilizojaribiwa kwa nguvu huchajiwa na elektroliti na hidrojeni, baada ya hapo ziko tayari kutumika:

Mwili wa betri ya nickel-hidrojeni hutengenezwa kwa aloi maalum ya chuma na lazima iwe na nguvu ya mitambo, nyepesi na kuwa na conductivity ya juu ya mafuta. Betri zimewekwa kwenye seli na hazigusani:

Betri zinazoweza kurejeshwa na betri zilizokusanywa kutoka kwao zinakabiliwa na vipimo vya umeme kwenye vituo vyetu vya uzalishaji. Katika nafasi haitawezekana tena kusahihisha au kubadilisha kitu chochote, hivyo kila bidhaa inajaribiwa kwa makini hapa.

Wote teknolojia ya anga inajaribiwa kwa mkazo wa kimitambo kwa kutumia stendi za mtetemo ambazo huiga mizigo wakati wa kurusha chombo kwenye obiti.

Kwa ujumla, mmea wa Saturn ulifanya hisia nzuri zaidi. Uzalishaji umepangwa vizuri, warsha ni safi na mkali, watu wanaofanya kazi wana sifa, kuwasiliana na wataalamu kama hao ni raha na ya kuvutia sana kwa mtu ambaye angalau kwa kiasi fulani anapendezwa na nafasi yetu. Aliiacha Zohali ndani katika hali nzuri- Ni vizuri kila wakati kuangalia mahali hapa ambapo hawajishughulishi na mazungumzo ya bure na hawapitishi karatasi, lakini fanya kazi halisi na nzito, kushindana kwa mafanikio na watengenezaji sawa katika nchi zingine. Kutakuwa na zaidi ya hii nchini Urusi.

Hizi ni vibadilishaji vya photovoltaic - vifaa vya semiconductor ambavyo hubadilisha nishati ya jua kwenye mkondo wa umeme wa moja kwa moja. Kwa ufupi, hivi ndivyo vitu vya msingi vya kifaa tunachokiita "paneli za jua." Kwa msaada wa betri kama hizo, satelaiti za Dunia za bandia hufanya kazi katika obiti za anga. Betri kama hizo zinafanywa hapa Krasnodar - kwenye mmea wa Saturn. Uongozi wa kiwanda ulimwalika mwandishi wa blogu hii kuangalia mchakato wa uzalishaji na kuandika kuuhusu katika shajara yake.

1. Biashara huko Krasnodar ni sehemu ya Shirika la Shirikisho la Nafasi, lakini Saturn inamilikiwa na kampuni ya Ochakovo, ambayo iliokoa uzalishaji huu katika miaka ya 90. Wamiliki wa Ochakovo walinunua hisa ya kudhibiti, ambayo karibu ilikwenda kwa Wamarekani. Ochakovo aliwekeza sana hapa, alinunua vifaa vya kisasa, aliweza kuhifadhi wataalamu, na sasa Saturn ni mmoja wa viongozi wawili katika soko la Kirusi kwa ajili ya uzalishaji wa betri za jua na rechargeable kwa mahitaji ya sekta ya anga - kiraia na kijeshi. Faida zote ambazo Saturn inapata zinabaki hapa Krasnodar na kwenda kwenye maendeleo ya msingi wa uzalishaji.

2. Kwa hiyo, yote huanza hapa - kwenye tovuti inayoitwa. awamu ya gesi epitaxy. Katika chumba hiki kuna reactor ya gesi, ambayo safu ya fuwele hupandwa kwenye substrate ya germanium kwa saa tatu, ambayo itakuwa msingi wa kiini cha jua cha baadaye. Gharama ya ufungaji kama huo ni karibu euro milioni tatu.

3. Baada ya hayo, substrate bado ina njia ndefu ya kwenda: mawasiliano ya umeme yatatumika kwa pande zote mbili za photocell (zaidi ya hayo, kwa upande wa kazi mawasiliano yatakuwa na "mfano wa kuchana", vipimo ambavyo vinahesabiwa kwa uangalifu. ili kuhakikisha kifungu cha juu cha jua), mipako ya kupambana na kutafakari itaonekana kwenye mipako ya substrate, nk. - jumla ya zaidi ya dazeni mbili za shughuli za kiteknolojia katika mitambo mbalimbali kabla ya photocell kuwa msingi wa betri ya jua.

4. Hapa, kwa mfano, ni ufungaji wa photolithography. Hapa, "mifumo" ya mawasiliano ya umeme huundwa kwenye seli za picha. Mashine hufanya shughuli zote moja kwa moja, kulingana na programu fulani. Hapa nuru inafaa, ambayo haidhuru safu ya picha ya picha - kama hapo awali, katika enzi ya upigaji picha wa analog, tulitumia taa "nyekundu".

5. Katika utupu wa ufungaji wa sputtering, mawasiliano ya umeme na dielectrics huwekwa kwa kutumia boriti ya elektroni, na mipako ya antireflective pia hutumiwa (huongeza sasa inayozalishwa na photocell kwa 30%).

6. Naam, photocell iko tayari na unaweza kuanza kukusanya betri ya jua. Mabasi yanauzwa kwa uso wa photocell ili kisha kuwaunganisha kwa kila mmoja, na kioo cha kinga kinawekwa juu yao, bila ambayo katika nafasi, chini ya hali ya mionzi, photocell haiwezi kuhimili mizigo. Na, ingawa unene wa glasi ni 0.12 mm tu, betri iliyo na seli kama hizo itafanya kazi kwa muda mrefu kwenye obiti (katika njia za juu kwa zaidi ya miaka kumi na tano).

6a

6b

7. Uunganisho wa umeme wa photocells kwa kila mmoja unafanywa na mawasiliano ya fedha (wanaitwa baa) na unene wa 0.02 mm tu.

8. Ili kupata voltage ya mtandao inayohitajika inayozalishwa na betri ya jua, seli za picha zimeunganishwa kwa mfululizo. Hivi ndivyo sehemu ya seli za picha zilizounganishwa mfululizo (vigeuzi vya umeme - hiyo ni sawa) inaonekana.

9. Hatimaye, betri ya jua imekusanyika. Sehemu pekee ya betri imeonyeshwa hapa - paneli katika muundo wa mockup. Kunaweza kuwa na paneli nane kama hizo kwenye satelaiti, kulingana na nguvu ngapi inahitajika. Kwenye satelaiti za kisasa za mawasiliano hufikia 10 kW. Paneli kama hizo zitawekwa kwenye satelaiti, kwenye nafasi zitafungua kama mbawa na kwa msaada wao tutatazama televisheni ya satelaiti, kutumia mtandao wa satelaiti, mifumo ya urambazaji (satelaiti za GLONASS hutumia paneli za jua za Krasnodar).

9a

10. Chombo cha anga kinapoangaziwa na Jua, umeme unaozalishwa na betri ya jua huimarisha mifumo ya chombo hicho, na nishati ya ziada huhifadhiwa kwenye betri. Chombo kinapokuwa kwenye kivuli cha Dunia, kifaa hicho hutumia umeme uliohifadhiwa kwenye betri. Betri ya nikeli-hidrojeni, yenye uwezo wa juu wa nishati (60 W h/kg) na rasilimali karibu isiyoisha, hutumiwa sana kwenye vyombo vya anga. Uzalishaji wa betri hizo ni sehemu nyingine ya kazi ya mmea wa Saturn.

Katika picha hii, mkusanyiko wa betri ya nickel-hidrojeni unafanywa na Anatoly Dmitrievich Panin, mmiliki wa medali ya Agizo la Kustahili kwa Nchi ya Baba, shahada ya II.

10a

11. Eneo la mkutano kwa betri za nickel-hidrojeni. Yaliyomo ya betri yanatayarishwa kwa kuwekwa kwenye nyumba. Kujaza ni electrodes chanya na hasi kutengwa na karatasi separator - ni ndani yao kwamba mabadiliko na mkusanyiko wa nishati hutokea.

12. Ufungaji wa kulehemu kwa boriti ya elektroni katika utupu, ambayo hutumiwa kufanya kesi ya betri kutoka kwa chuma nyembamba.

13. Sehemu ya warsha ambapo nyumba za betri na sehemu zinajaribiwa kwa shinikizo la juu.
Kutokana na ukweli kwamba mkusanyiko wa nishati katika betri unaambatana na malezi ya hidrojeni, na shinikizo ndani ya betri huongezeka, kupima uvujaji ni sehemu muhimu ya mchakato wa utengenezaji wa betri.

14. Nyumba ya betri ya nickel-hidrojeni ni sehemu muhimu sana ya kifaa kizima kinachofanya kazi katika nafasi. Nyumba imeundwa kwa shinikizo la kilo 60 s/cm 2 wakati wa kupima, kupasuka kulitokea kwa shinikizo la 148 kg s/cm 2.

15. Betri zilizojaribiwa kwa nguvu zinashtakiwa kwa electrolyte na hidrojeni, baada ya hapo ziko tayari kutumika.

16. Mwili wa betri ya nickel-hidrojeni hutengenezwa kwa aloi maalum ya chuma na lazima iwe na nguvu ya mitambo, nyepesi na kuwa na conductivity ya juu ya mafuta. Betri zimewekwa kwenye seli na hazigusana.

17. Betri zinazoweza kurejeshwa na betri zilizokusanywa kutoka kwao zinakabiliwa na vipimo vya umeme kwenye mitambo ya uzalishaji wetu wenyewe. Katika nafasi haitawezekana tena kusahihisha au kubadilisha kitu chochote, hivyo kila bidhaa inajaribiwa kwa makini hapa.

17a

17b

18. Teknolojia zote za angani hufanyiwa majaribio ya kimitambo kwa kutumia stendi za mtetemo ambazo huiga mizigo wakati wa kurusha chombo kwenye obiti.

18a

19. Kwa ujumla, mmea wa Saturn ulifanya hisia nzuri zaidi. Uzalishaji umepangwa vizuri, warsha ni safi na mkali, watu wanaofanya kazi wana sifa, kuwasiliana na wataalamu kama hao ni raha na ya kuvutia sana kwa mtu ambaye angalau kwa kiasi fulani anapendezwa na nafasi yetu. Niliacha Saturn katika hali nzuri - kila wakati ni nzuri kuona mahali hapa ambapo hawajishughulishi na mazungumzo ya bure na kuchanganyika karatasi, lakini wanafanya kazi ya kweli na nzito, kushindana kwa mafanikio na watengenezaji sawa katika nchi zingine. Kutakuwa na zaidi ya hii nchini Urusi.

Picha: © drugoi

P.S. Blogu ya Makamu wa Rais wa Masoko huko Ochakovo

Betri na paneli za jua, paneli za jua, nishati mbadala, nishati ya jua

Kwenye satelaiti za kwanza za Dunia, vifaa vilitumia nguvu kidogo ya sasa na wakati wake wa kufanya kazi ulikuwa mfupi sana. Kwa hivyo, vyanzo vya kawaida vya nishati vya anga vilitumiwa kwa mafanikio kama vyanzo vya nishati vya nafasi ya kwanza. betri.

Kama unavyojua, kwenye ndege au gari, betri ni chanzo cha sasa cha msaidizi na inafanya kazi kwa kushirikiana na jenereta ya mashine ya umeme, ambayo hutolewa mara kwa mara.

Faida kuu za betri ni kuegemea kwao juu na utendaji bora. Hasara kubwa ya betri zinazoweza kuchajiwa ni uzito mkubwa na matumizi ya chini ya nishati. Kwa mfano, betri ya fedha-zinki yenye uwezo wa 300 Ah ina uzito wa kilo 100. Hii ina maana kwamba kwa nguvu ya sasa ya 260 W (matumizi ya kawaida kwenye satelaiti ya Mercury iliyopangwa), betri kama hiyo itafanya kazi kwa chini ya siku mbili. Mvuto maalum wa betri, ambayo ina sifa ya ukamilifu wa uzito wa chanzo cha sasa, itakuwa karibu 450 kg / kW.

Kwa hivyo, betri kama chanzo cha sasa cha uhuru hadi sasa imetumika katika nafasi tu na matumizi ya chini ya nguvu (hadi watts 100) na maisha ya huduma ya makumi kadhaa ya masaa.

Kwa satelaiti kubwa za moja kwa moja za Dunia, zilizojaa vifaa mbalimbali, vyanzo vya sasa vya nguvu zaidi na nyepesi na maisha marefu ya huduma vilihitajika - hadi wiki kadhaa na hata miezi.

Vyanzo vile vya sasa vilikuwa jenereta za nafasi tu - vipengele vya semiconductor photovoltaic vinavyofanya kazi kwa kanuni ya kubadilisha nishati ya mwanga ya mionzi ya jua moja kwa moja kwenye umeme. Jenereta hizi zinaitwa paneli za jua .

Tayari tulizungumza juu ya nguvu mionzi ya joto Jua. Hebu tuwakumbushe hayo nje angahewa ya dunia ukali mionzi ya jua ni muhimu sana: mtiririko wa tukio la nishati kwenye uso wa perpendicular kwa mionzi ya jua ni 1340 watts kwa 1 m2 Nishati hii, au tuseme, uwezo wa mionzi ya jua kuunda athari za picha, hutumiwa katika betri za jua. Kanuni ya uendeshaji wa seli ya jua ya silicon imeonyeshwa kwenye Mtini. 30.

Kaki nyembamba ina tabaka mbili za silicon na tofauti mali za kimwili. Safu ya ndani ni silicon safi ya monocrystalline. Kwa nje, imefunikwa na safu nyembamba sana ya silicon "iliyochafuliwa", kwa mfano iliyochanganywa na fosforasi. Baada ya kuwasha "kaki" kama hiyo na mwanga wa jua, mtiririko wa elektroni huonekana kati ya tabaka na tofauti inayowezekana huundwa, na mkondo wa umeme unaonekana kwenye mzunguko wa nje unaounganisha tabaka.

Unene wa safu ya silicon inayohitajika sio muhimu, lakini kwa sababu ya teknolojia isiyo kamili ni kawaida kutoka 0.5 hadi 1 mm, ingawa karibu 2% tu ya unene wa safu hii inashiriki katika kuunda sasa. Kwa sababu za kiteknolojia, uso wa kipengele kimoja cha betri ya jua ni ndogo sana, ambayo inahitaji uunganisho wa mfululizo wa idadi kubwa ya vipengele katika mzunguko.

Betri ya jua ya silicon hutoa sasa wakati tu miale ya jua inaanguka juu ya uso wake, na kiwango cha juu cha sasa kitatolewa wakati ndege ya betri iko karibu na miale ya jua. Hii ina maana kwamba wakati wa kusonga chombo cha anga au OKS katika obiti, mwelekeo wa mara kwa mara wa betri kuelekea Jua unahitajika. Betri hazitatoa mkondo kwenye kivuli, kwa hivyo lazima zitumike pamoja na chanzo kingine cha sasa, kama vile betri. Mwisho hautatumika tu kama kifaa cha kuhifadhi, lakini pia kama damper kwa mabadiliko yanayowezekana ya kiasi cha nishati inayohitajika.

Ufanisi paneli za jua ni ndogo, bado hazizidi 11-13%. Hii ina maana kwamba kutoka 1 m 2 ya paneli za kisasa za jua, nguvu ni kuhusu watts 100-130. Kweli, kuna uwezekano wa kuongeza ufanisi. betri za jua (kinadharia hadi 25%) kwa kuboresha muundo wao na kuboresha ubora wa safu ya semiconductor. Inapendekezwa, kwa mfano, kuweka betri mbili au zaidi juu ya nyingine ili uso wa chini utumie sehemu hiyo ya wigo wa nishati ya jua ambayo safu ya juu hupitisha bila kunyonya.

Ufanisi betri inategemea joto la uso wa safu ya semiconductor. Ufanisi wa juu unapatikana kwa 25 ° C, na wakati joto linaongezeka hadi 300C ufanisi ni inapungua kwa karibu nusu. Betri za jua ni nzuri kutumia, kama vile betri, kwa matumizi ya chini ya sasa kutokana na eneo kubwa uso wao na mvuto maalum wa juu. Ili kupata, kwa mfano, nguvu ya 3 kW, betri yenye seli 100,000 yenye uzito wa jumla wa kilo 300 inahitajika, i.e. saa mvuto maalum 100 kg/kw. Betri kama hizo zitachukua eneo la zaidi ya 30 m2.

Walakini, paneli za jua zimejidhihirisha vizuri katika nafasi kama chanzo cha nishati cha kuaminika na thabiti, chenye uwezo wa kufanya kazi kwa muda mrefu sana.

Hatari kuu kwa seli za jua katika nafasi ni mionzi ya cosmic na vumbi vya meteor, ambayo husababisha mmomonyoko wa uso wa seli za silicon na kupunguza maisha ya betri.

Kwa vituo vidogo vinavyokaliwa, chanzo hiki cha sasa kitabaki kuwa pekee kinachokubalika na chenye ufanisi kabisa, lakini NCS kubwa itahitaji vyanzo vingine vya nishati, vyenye nguvu zaidi na mvuto wa chini maalum. Wakati huo huo, ni muhimu kuzingatia matatizo ya kupata sasa mbadala kwa kutumia paneli za jua, ambazo zitahitajika kwa maabara kubwa ya nafasi ya kisayansi.

Mnamo 2016 (mgawanyiko muhimu wa IPPT - ) paneli ya jua yenye matundu yenye uzani mwepesi zaidi iliundwa kwa ajili ya vyombo vya anga. Muundo wa usaidizi mwepesi, uliotengenezwa ndani ya mfumo wa dhana ya SPbPU IPPT, unakusudiwa kuchukua nafasi ya paneli za safu tatu na msingi wa asali. Bidhaa hiyo ilitengenezwa katika biashara ya mshirika wa IPPT - kampuni ya Baltico (Ujerumani).

Maendeleo hayo yalionyeshwa mara kwa mara kwenye maonyesho ya viwandani, pamoja na kwenye kongamano, ambapo, haswa, ilivutia umakini wa Naibu Waziri wa Kwanza wa Viwanda na Biashara wa Urusi G.S. Nikitin na viongozi wengine wa serikali, pamoja na wakuu wa idadi ya makampuni ya kuongoza viwanda.

Innoprom-2016. Msimamizi wa kisayansi IPPT SPbPU, Mkuu wa Kituo cha Uhandisi SPbPU A.I. Borovkov (kulia) akionyesha paneli yenye mchanganyiko wa paneli za jua za anga za juu, iliyotengenezwa na IPPT SPbPU na Baltico GmbH, kwa Naibu Waziri wa Kwanza wa Viwanda na Biashara wa Urusi G.S. Nikitin (katikati) na Mkurugenzi wa Idara ya Zana za Mashine na Uhandisi wa Uwekezaji wa Wizara ya Viwanda na Biashara ya Urusi M.I. Ivanov

Jopo la mchanganyiko pia lilionyeshwa kwa Waziri wa Viwanda na Biashara D.V. Manturov, ambaye alitembelea St chuo kikuu cha polytechnic Peter Mkuu Novemba 7, 2016.

A.I. Borovkov anamwambia mkuu wa Wizara ya Viwanda na Biashara D.V. Manturov kuhusu maendeleo katika IPPT
paneli ya jua yenye uzani wa juu zaidi

Nyenzo: Composite - kaboni fiber / epoxy tumbo

Teknolojia: Utengenezaji wa nyongeza wa dijiti. Uwekaji wa roboti wa nyuzi zinazoendelea kwenye sura.

Mzunguko wa uzalishaji: Dakika 15

Gharama kwa uzalishaji wa serial: kutoka 6000 rub./sq. m.

Faida za teknolojia:

• sifa za nyenzo za unidirectional composite pamoja na nyuzi za kuimarisha hutumiwa kwa kiwango cha juu;
• mchakato wa moja kwa moja, matumizi ya vifaa vya msingi (roving na binder);
• utangamano na miundo ya chuma;
• matumizi ya chini ya nyenzo na gharama ya miundo;
• uzalishaji usio na taka;
• uwezo wa kutengeneza maumbo tata ya kijiometri, modularity;
• kupunguza uzito wa miundo yenye kubeba mzigo kwa mara 20-30;
• teknolojia ya kiotomatiki kikamilifu;
• usahihi wa utengenezaji 0.1-1.0 mm;
• matumizi ya vifaa vya ndani.