XX ғасырдың басындағы Ресейдегі революциялар және олардың Қазақстанға әсері

Жоғарыда айтылғандай , ФЭБ-ң  фотогенерациялық бөлімі атмосфералық әсер факторларынан, нәтижелі қорғанысқа мұқтаж болады . Әрбір КЭ бөлек емес, бүтін модульдер ( ФЭҚ ) қорғау орынды болады. Элементтер арасындағы қосылыстарды да  қорғайтын,  ФЭҚ ең нәтижелі қорғаныш тәсілі оны қабықта фронталь бет жағы оптикалық мөлдір контейнерде,  герметизациялау.

Фторсополимер және кремний - органикалық шайырлардың негізінде дайындалған  пластиктарды, қоршаған орта әсеріне берік материалдарға  жатқызады. Пластикалық материалдардың жоғары ылғалөтімділігін, әртүрлі материалдардан көп қабатты жүйені қолдана отырып, минимумға жеткізуге болады. Бұл әдіс сонымен қатар ФЭҚ-ң жоғары механикалық беріктігілігін қамсыздандыра алады[19].

Жоғарыда айтылғандар  құрамында фторы бар пленкалар  мен кремний - органикалық лактардан  және шайырлардан  басқа  ФЭҚ жабуларын  даярлауда   синтетикалық каучуктарды  қолданады, сонымен қатар  акрилаттар және органикалық шынылардың әртүрлі сорттары, мысалы метилметакрилата немесе полипропиленнің негізінде жасалған( ең алдымен тасымалданатын аз қуатты  ФЭБ  үшін).

Бұл материалдар ылғалға  және шаңға төзімді, бірақ күн  ультракүлгінінің ұзақ әсерінен жарықөткізулік қабілеттілігін жоғалтады. Сайып келгенде, қазіргі таңда  ФЭҚ-ң фронталь бетін қорғайтын ең тиімді жабу,  жоғары сапалы шыны болып  қалады.

Әйткенмен, біздің көзқарасымыз бойынша, зерттелінбеген сұрақтар әлі  көп,  ғалымдармен және технологтердің жұмыстары алда, ол тек шынылар арқылы ФЭМ қорғау емес, сонымен қатар шыныларды оптикалық сүзгілер – конвертор ретінде қолдану, осы сүзгілер күн сәулелену спектрінің қысқа толқынды бөлімін конверсиялау арқылы   ФП тиімділігін жоғарылатады ( мысалы, жақын ультракүлгіннің).

ФЭҚ –ң беріктілігі мен  термотұрақтылығын қамтамасыз ету  үшін, тылдағы подложка ретінде түрлі  түсті металдардан немесе қорытпалар  дюралюминийден немесе жезден жасалған панельді  қолдану. Модуль аралық коммутациялық қосулар, әдетте қатты климаттарды жағдайында қолдануға есептелген  көп қабатты қабықта орналасқан жуан кабельмен жасалады.  ФЭБ даярлаудағы   кабельдердің қолдану тәжірибесі мәліметтер әдебиетінде суреттелген ( барынша арзан құн, даярлау технологиялығы)|66|. Әрбір нақты жағдайда ФЭБ және ФЭҚ-ы құрастыруға  басқа талаптар да қосылуы мүмкін, сонымен қатар жалпы кешенде аталған талаптардың әрбірінің ара салмағы өзгертіледі.

Жерде қолданылатын аса  тиімді  ФЭБ-ы даярлау,  ғарыштық аппараттарға арналған қоректену одақтарының жасаудан оңай іс емес.

Атмосфералық жағдайлардың (ылғалдылық,шаңдығы, жарықтылығының өзгергіштігі) ФЭС-ның нәтижелі жұмыстарына әсерін, ғарыштық  факторлардың әсерімен (жоғары температуралы қыздыру, терең салқындау, иондайтын сәулеленулердің әсері) салыстырғанда кем емес, ал бір қатар жағдайларда мүлдем істен шығаруы мүмкін.

Бұл жағдай, ФЭБ құрастырғанда  КЭ атмосфералық әсерден   қорғау проблемасын бірінші кезекке  қояды. ФЭБ-тың коммутациялық қосылыстары  мен кейбір сервистік қондырғылары, сондай дәрежеде қорғанысты талап еткендіктен, барлығы бірігіп ФЭБ қорғанысының комплексті проблемасына айналады.Осы проблеманың белгілі шешу әдістерін кезеңдермен қарап шығамыз .

Күн батареясы ( ФЭБ ) механикалы біріктіру жолымен және бөлек  ФЭҚ-ң электрлік коммутациясы арқылы әзірленеді. ФЭҚ механикалы бірыңғай  конструктивте қосылуы әрбір модуль үшін бірдей жұмыс шарттарын және жүйенің бірыңғай механикалы тұрақтылығын қамтамасыз етеді. ФЭБ шығуында берілген кернеумен қамтамасыз ету үшін ФЭҚ қажет саны тізбектей  қосылады, сол сияқты ФЭҚ құрамында КЭ қосылады, содан соң ФЭБ қажетті қуаттылығын  алу үшін  тізбектей қосылған тізбектер параллель қосылады[17].

Әрбір нақтылы жағдай үшін, қолдану мақсатына және қуаттылығына байланысты  ФЭБ құрастырғанда  коммутациялық қосуларды  былай  есептеу қажет, ФЭБ-ң  тізбектелген  кедергісіне және қосулардың механикалық беріктігіне температуралық өзгерулердің әсері болмауы қажет.

Сонымен қатар барлық қосулардың дублированиясын және жеңіл, әрі ыңғайлы перекоммутациялануына  мүмкіншілігін ескеру керек.  ФЭБ-ң мұндай  схемалар  жоғары сенімді деп сипатталады, көп жолдардың болуы арқасында, жеке  ФП және  элемент аралық байланысының қирауын компенсациялай алады, ток зақымдалған элемент немесе модульді айналып өтіп  кетеді.

Басқа жағынан, мұндай схемалар ФЭҚ даярлаудың белгілі тәсілдеріне қарағанда, ыстық климат жағдайына  төзімді келеді.

Бірақ әйткенмен бұл  схемалардың сүлбелік  шығындары  жоғары, бұл КЭ және ФЭҚ –ның электр параметрлерінің шашыранқы болуына  байланысты, КЭ немесе ФЭҚ  тізбектеліп қосылғанда тізбектегі ток  олардың  ең нашар тоғымен анықталады, ал кернеу  параллель қосылғанда ФЭҚ ең аз кернеуімен анықталады. Соның салдарынан, жеке  КЭ –ң орташа тоғы мен және қуатымен салыстырғанда  ФЭБ –ң  ток мәнінің және шығыс қуатының  күткен мәндерге қарағанда  төмен болады.

Сонымен қатар  жеке  КЭ-ң деградациялау дәрежесінің  әртүрлі  болуы, ФЭБ  қолдану  процесіндегі  шығындардың  өсуіне әкеледі.

ФЭБ электрлік схемаларының өңдеу кезінде  жүйенің  жұмыс  кернеуін  дұрыс таңдау өте маңызды. ФЭБ  қуаттылығымен өлшемін артқанда, күштік токөткізгіштердің  жалпы ұзындығы да артады. Осыған сәйкес коммуникациялық қосуларда  кернеудің төмендеуінің және қуаттылық жоғалтуының  өсуі байқалады.

Осы шығындарды азайту үшін, ФЭБ-тың шығыстық шиналарында жұмыстық кернеуді жоғарлату қажет. Зерттеулердің  көрсетуі бойынша, кернеудің лайықты жоғарлату дәрежесі ФЭБ-тың шығыстық қуатына,  және коммутациондық қосылыс ретінде пайдаланылатын өткізгіштің  материалы мен парамтріне және де жүктемеге  тәуелді.

ФЭБ шығысындағы  қуаттылықты  артыру, ФЭҚ тізбектелген тізбектердің ұзындығының өсуіне әкеледі, ол өз кезегінде, схемалық шығындардың өсуіне және ФЭБ  жұмысының барлық  уақытында берілген қуатпен қамтамасыз етілуі үшін  ФЭБ –ті жобалау кезінде токтың қорын  үлкейтуіне себеп болды.

 

 

 

          3. ФОТОЭЛЕКТРЛІК МОДУЛЬДІҢ МАТЕМАТИКАЛЫҚ ҮЛГІСІ ОПТИКА-ЭНЕРГЕТИКАЛЫҚ КӨРСЕТКІШТЕРІН ЕСЕПТІК ЗЕРТТЕУ

 

1. Фотоэлектрлік модульдің бетіне түсетін күн радиациясын анықтау

 

Аспан сферасындағы Күн қозғалысы және қондырғының жұмыс тәртібі оптикалық жүйесінің геометриялық қозғалыс динамикасын анықтайды.

3.1 суретте Күн фотоэлектрлік стансаның (КФЭС) есептік үлгісі көрсетілген.

3.1 сурет Күн фотоэлектрлік стансаның есептік үлгісі

 

Сәуле жүрісінің есебі  КФЭС орналасу орнында тұрақтанған координат жүйесінде жүреді ( Жергілікті географиялық жүйесі) .

Координат басы  х,у жазықтағы х осі оңтүстікке бағытталған, ал у өсі шығысқа қарай бағытталған. Жер орбитаындағы күншуақтық радияция ағынының атмосферадан тыс тығыздыққа жатады, және ол cпектордың атмостферадан өткен кезде толық жұтылмайтын бөлігін сипаттайды.

Күн көрінісі S векторымен сипатталады, онда таңдалған жүйе координатында келесідей компоненттері мен анықталады:

 

S_x = sinδcosβ + cosδsinβcosΩ;

S_y = - cosδsinΩ;                                                                   (3.1)

S_z =  sinδsinβ + cosδcosβcosΩ,  

 

мұндағы β – КЭС орналасқан ауданның географиялық ендігі, δ – Күн иілу бұрышы.

 

Күннің иілу бұрышы:

 

Sin δ = sin δ_msun(360(n-81)/365),                                                         (3.2)

 

мұндағы δ_m = 27,45 – жер айналуының көлбеу осі, n – календарлық жыл басынан күн нөмірі.

 

Күннің сағаттық бұрышы:

 

Ω = t/12,                                                                                                (3.3)

 

мұндағы t-сағаттағы күн уақыты, астрономиялық талтүстен бері қарай саналады.

 

Берілген актинометрлік  бақылаулардың статикалық өңдеу  кезінде күн биіктігі Һ және ашық аспан кезіндегі J₀ тікелей радияция деңгейінің арасындағы таза байланысты қадағылайды. Бұл байланыс В.Г Кастрова кейіптемесімен жақсы сипатталады:

 

J₀= J_nsinh/(œ+sinh),                                                                             (3.4)

 

мұндағы J_n – метеорологиялық күншуақ тұрақтылығы; œ – атмосферамен тікелей күншуақтық радияцияны жұту коэффиценті.

 

Күншуақтық тұрақты J_n шамасы негізгі берілген шама болып табылады және ол тек күннің сәулеленуіне тәуелді емес, сонымен бірге күн мен жер арасындағы арақашықтыққа тәуелді.

Элиптикалық орбита бойынша  жер қозғалысы кезінде J_n шамасы бір жыл ішінде өзгереді:

 

J_n = [1.256 + 0.042cos(23.14n/365)] ,                                                 (3.5)

 

мұндағы n  - жыл баынан басталған күн нөмірі.

 

Радияцияның әлсіреуін сипаттайтын  коэффицент œ және жыл маусымдары бойынша өзгереді және ол су буларының құрамына СО₂ мен атмосфера тозаңдауына тәуелді.

Тікелей күн радияцияның шамасын жылдың әртүрлі айлары үшін В.Г Кастрова формуласы бойынша есептелінеді.

Бұлттану статикасы және күшуақтық жарқылаудың фактілік сағат санынынң таралуы күншуақтық үзіліссіз жарқылау интервалы бойынша негізгі қорытынды береді, ауыспалы бұлттану толық ашық аспаннан бырыңғай бұлттануға ауысы режимі болып табылады және оның үлкен статикалық салмағы жоқ. Сондықтан бұлттану әсерін орташа айдың мәні P(m) бұлттанудың болмау ықтималдылығымен сипаттауға болады және Nя барлық ашық күндердегі 1 айдағы фактілік күншуақтық жарқылау сағатының суммасын шартты түрде топтастыру.

Жазықтыққа перпендикуляр сәуледе радияцияның суммарлы келуі төменгі өрнекпен анықталады:

 

E₀(m) = Nя(m)J_n(m)А(m,t)                                                                    (3.6)

 

Айлар бойынша E₀(m) шамасының таратылуы КФЭС орналасқан  аймағы үшін анықталады.

 

 

 3.2 Күн фотоэлектрлік батареяларының  бетіне түсетін энергияны анықтайтын математикалық есептеу үлгісі

 

 

Күн және климат өзгерісінің  есептік модульін салу КФЭБ орналасқан аймақтың көп жылдығы орташа климаттық сипаттамасы жүйелік береді және жұмысының мүмкін режимін анықтайды. КФЭБ жұмыс күні бойы мен әртүрлі жыл мезгіліндегі географиялық ендіктегі күн радиациясының тікелей кірісі күн қозғалысы қадағаланып отырды.

Күн қозғалысы мен гелиоресурстар модулі қатаң тәртіппен гелиоқондырғыларының модуль жұмысымен қадағаланады. КФЭС жұмысшы және математикалық модуль жасау тапсырмасы ол өзі орналасқан аймақтың климаттық және күн қозғалысы заңдылықтарын толық және жеке ескерумен үлкен мәнге ие болады. Бұл мәнге жобалау кезінде ескерілген сияқты, КФЭС салу кезінде де ескерілді.

Берілген аймақ үшін гелиоресурстар мен күн қозғалысының үлгісін жасаймыз.

Декарттық координата жүйесін  енгіземіз Х_с, У_с, Z_c бас нүктесіне центрге күн, ал Х_с , У_с, жазықтығы жер орбитасында болады.

Біздің мақсатымыз үшін дәлдікпен  жер орбиталын шеңберлі және жер  қозғалысын осы орбитальмен бірқалыпты деп қарастыру жеткілікті. Орбиталға жердің бұрыштық координатасын жердің көкжиектің күнмен түн теңесуі ( 21 наурыз) күнімен есептемейміз. Егерде жылдық күн бойынша анықтасақ n=1,2,3,......365 мұнда 1 қаңтар (n=1) реттілік болса ал наурыздың 21 – і n₀=81 күнге яғни a бұрышты 365 күнге толық 2π периодына  толады.

Күн қозғалысының модулі детеришнделген тәуліктік тізбегімен тіркеледі. Ол күн қозғалысының көкжиектен кезін  суреттейді. Гелиоресуретар модуль жартылай эмпирикалық формамен көкжиектен күнің  биіктігі күн радиациясының интенсивтілігінің тәуелділігін анықтайды.

Бастапқы мәліметтер өңделді  және берілген аймақтың гелио энергетикалық  ресурстарын жалпы бағалау үшін қолайлы түрде келтірілген тіке күн радиациясының түсудегі бір  тегіс еместігі күннің аспандағы  қозғалысы және климаттық фактормен түсіндіріледі. Статистикалық өңдеу кезіндегі актинометриялық бақылаудан биіктік Т және ашық аспан кезіндегі тіке күн радиация деңгейі І_n бұл байланыс В.Т Кастров формаласымен жақсы өрнектеледі:

 

,                                                                                         (3.7)

 

мұнда І₀ – жер орбиталындағы күн радиациясы ағымының атмосфералық тысқа қатысты тығыздығы.

 

Ол атмосферадан өткендегі толық жұмсалу болмайтын спектр бөлігін сипаттайды және атмосферадағы сәуленің оптикалық ұзындығына тәуелді.

Жерден күнге дейінгі  арақашықтық өзгерісіне сәйкес элементтік орбиталь бойынша көлемнің жылдық өзгерісі келесі заңдылықтармен өзгереді:

 

  ,                                                                  (3.8)

 

мұнда n – жыл басында бері күнің номері күн сәулесінің бағытына перпендикулиярлы орналасқан жазықтықтағы атмосфера жоғары шек мәні J₀ тең 1,353 квт/м².

 

В.Г Кастров формаласының енген С_(м) көлем, әлсіз радиация коэффицентінің сипаттайды. Оның мәні су буының болуы мен атмосфера тозаңдарына тәуелді. Ол жыл мезгілінде бойынша өзгереді және өзінің орташа Симдық мәнімен С=C(m) сипатталады, m – ай номері.

С(м) көлемнің анықталу Оңтүстік Қазақстан географиялық ендігінен алынған тікелей күн радиациясының статистикалық бақылауы қолданылды.

Белгілі, тәуліктік  ауыспалылық сияқты күннің өз осінде аспанмен айналуы жердің айналумен  шақырылған . Күн көрінетін тәуліктік  қозғалыстары басқа көрінетін қозғалыс бір түрі тағы аспан сферамен бар болады , эллипстік траекториямен күнді айнала жер айналуымен шақырылады . Уақыт қажетті, жер өз орбитаммен бір айналымды іске асырған үшін , бір жылға тең келеді.