Бұл мақалада күн энергиясын пайдалану мәселелері қарастырылған, күн энергиясын электр энергиясына түрлендірудің әртүрлі тәсілдеріне салыстырмалы талдау жүргізілді.

Дәстүрлі емес және жаңартылатын энергия көздерін игеру мәселесі неғұрлым өзекті болып отыр. Дәстүрлі емес жаңартылатын энергия көздері күн, жел, геотермалды энергия, әлемдік мұхиттың биомассасы мен энергиясын қамтиды.

Соңғы онжылдықта жаңартылатын энергия көздеріне деген қызығушылық үнемі өсуде, өйткені олар іс жүзінде шектелмеген. Отын жеткізу неғұрлым сенімді және неғұрлым қымбат болуына қарай, бұл көздер неғұрлым тартымды және неғұрлым үнемді болады. Мұнай мен газ бағасының көтерілуі адамның суға, желге және күнге назар аударуының басты себебі болды. Күн энергиясын пайдалану мәселесіне қызығушылық күрт өсті. Тікелей күн сәулесін қолдануға негізделген энергетиканың әлеуетті мүмкіндіктері өте үлкен. Күн энергиясының тек 0,5% – ын пайдалану әлемдік энергетиканың перспективасына деген қажеттілікті толығымен жаба алар еді. Күн-қуат көзі өте үлкен. Жерге келетін жиынтық қуат бойынша күн сәулесінің 22 күні планетадағы органикалық отынның барлық қорларына тең. Орталық Азияда күн сәулесіне перпендикуляр орналасқан беттің әрбір шаршы метріне 1 сағатқа 1 кВт энергия түседі. Бұл жерде 10 тонна жүк көлігі 100 км/сағ жылдамдығына дейін қозғалуы қажет энергия мөлшері.

Күн энергиясы-күн қойнауындағы реакциялар нәтижесінде пайда болатын сәулеленудің кинетикалық энергиясы (негізінен жарық), оның қорлары іс жүзінде сарқылмайды. Табиғи экожүйелерде күн энергиясының шағын бөлігі ғана Органикалық заттардың әлеуетті энергиясы түрінде ұсталады және қорылады. Олардың ыдырауы есебінен экожүйенің барлық қалған компоненттерінің энергетикалық қажеттіліктері қанағаттандырылады. Біз күн энергиясын пайдаланамыз немесе пайдаланамыз, жердің энергетикалық теңгеріміне және биосфераның жағдайына еш әсер етпейді.

Күн энергиясын пайдалану бірнеше жағынан пайдалы болуы мүмкін. Біріншіден, ол қазбалы отынды ауыстырған кезде ауа мен судың ластануы азаяды. Екіншіден, қазбалы отынды ауыстыру отын импортын, әсіресе мұнайды қысқартуды білдіреді. Үшіншіден, Атом отынын ауыстыра отырып, біз атом қаруының таралу қаупін төмендетеміз. Ақырында, күн көздері біздің үздіксіз отынмен қамтамасыз ету тәуелділігімізді азайта отырып, бізге кейбір қорғауды қамтамасыз ете алады. Қоршаған ортаға айтарлықтай зиян кен өндіру, аккумулятор батареяларын дайындау және көптеген оның көздерінен электр энергиясын жинау үшін қажетті сымдар мен тарату желілерінің көп мөлшерде болуы мүмкін. Жалпы алғанда, Егер қоршаған ортаны қорғауға жұмсалатын барлық шығындарды ескеретін болсақ, олар өте аз болады.

Күн энергиясын салыстырмалы үлкен аумақта ұстау, шоғырландыру және өнеркәсіптік, тұрмыстық және көлік мұқтаждары үшін пайдалануға болатын нысанға айналдыру қажет. Сонымен қатар, түнде де, бұлтты күндері де энергиямен жабдықтауды қолдау үшін күн энергиясын сақтай білу керек. Аталған қиындықтар мен оларды еңсеру үшін қажетті шығындар, кем дегенде, бүгін осы энергоресурстың тиімсіздігі туралы пікірге алып келді. Алайда, көптеген жағдайларда проблема преувеличивается. Ең бастысы-күн энергиясын оның құны аз немесе мүлдем нөлге тең болатындай етіп пайдалану. Технологияларды жетілдіру және дәстүрлі энергия ресурстарының қымбаттауына қарай бұл энергия қолданудың барлық жаңа салаларын табатын болады.

Жарық сәулесін жерге жеткенде тікелей ұстауға болады. Бұл күн энергиясын тікелей пайдалану деп аталады. Күн энергиясын коммерциялық негізде пайдаланудың алғашқы әрекеттері ХХ ғасырдың 80-ші жылдарына жатады. Бұл саладағы ең үлкен табыстарға Loose industries (АҚШ) фирмасы қол жеткізді. 1989 жылы қуаты 80 МВт күн-газ станциясы пайдалануға берілді. Калифорнияда 1994 жылы. тағы 480 МВт электр қуаты енгізілді, оның ішінде 1 кВт/сағ энергия құны – 7-8 цент. Бұл дәстүрлі станцияларға қарағанда төмен. Калифорниядағы электр станциясы газ бен күн жақын болашақтағы негізгі көздер ретінде бір-бірін тиімді толықтыра алатынын көрсетті. Түнгі уақытта және қыста энергия газ, ал жазда және күндізгі уақытта – Күн береді. Бірінші тиімді күн су жылытқышы 1909 жылы ойлап тапты.

Іс жүзінде күн радиациясы электр энергиясына тікелей немесе жанама түрде түрлендірілуі мүмкін. Жанама түрлендіру суды буға айналдыру және электр энергиясын әдеттегі тәсілдермен генерациялау үшін кейіннен буды пайдалану үшін қадағалаушы айналардың көмегімен радиация концентрациясы жолымен жүзеге асырылуы мүмкін. Мұндай жүйе күн сәулесімен тікелей жарықтандырылған кезде ғана жұмыс істей алады. Күн энергиясын электр энергиясына тікелей түрлендіру фотоэлектрлік әсерді пайдалану арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Арнайы жартылай өткізгіш материалдан жасалған элементтер, мысалы силикон, тікелей күн сәулеленуі кезінде жер бетіндегі вольтаждағы айырмашылықты, яғни электр тогының болуын анықтайды. Күн энергиясын аккумуляторлар жүйесін пайдаланбай пайдалану әдісі ұсынылды, ол жер бетіндегі және Мұхит тереңдіктегі температуралардың айырмашылығын электр энергиясына түрлендіруге негізделген.

Америкалық сарапшылар жылу мен жарықты жинайтын және шоғырландыратын күн рефлекторлары пайдаланылатын, олардың көмегімен су қызатын күн жылуын көп үміт күттіретін күн жылуын санайды. Мысалы, Ресейде, Ковровск механикалық зауытында (Жуковск қ.) өнімділігі жылына 100 мың м3 дейін су жылытуға арналған күн жылу коллекторлары шығарылады.

Күн батареяларының құны тез азаяды. Мәселен, 1970 жылы 1кВт. оның көмегімен өндірілетін электр энергиясы 60 доллар, 1980 жылы-1 доллар, қазір – 20-30 цент болды). Осының арқасында күн батареяларына сұраныс жылына шамамен 25% – ға өсіп келеді, олардың жыл сайынғы сату көлемі (қуаты бойынша) 40 МВт-тан асады. Зертханалық жағдайда 18%-ға жеткен күн батареяларының ПӘК – і қазіргі уақытта кристалды кремний элементтері үшін 28,5% – ды және галлий арсенидінен және галлий антиподынан жасалған екі қабатты пластиналардан 35% – ды құрайды. Жұқа пленкалы (1-2 мкм) жартылай өткізгіш материалдардан жасалған перспективалы элементтер әзірленді. Олардың ҚНК зертханалық жағдайда да 16% аспайды. Алайда, олардың құнын қазіргі заманғы күн батареялары құнының 10% – нан артық төмендету қажет.

Бұл элементтер жылумен жабдықтау (ыстық сумен жабдықтау, жылыту), әртүрлі өнімдер мен материалдарды кептіру үшін, ауыл шаруашылығында, өнеркәсіптегі технологиялық процестерде пайдаланылуы мүмкін.

Күн жылумен жабдықтау қондырғыларының көпшілігі күн коллекторымен жабдықталған. Тек АҚШ-та көлемі 10 млн. м2 күн коллекторлары пайдаланылады, бұл жылдық отын 1,5 млн. т дейін үнемдеуді қамтамасыз етеді.

Күн энергиясын тікелей түрлендіру энергия жүйесінің іргетасы болады. Қазіргі уақытта фотогальваникалық күн жүйелері тиімділігі аз және оларға алынатын энергия гелиотермиялық 4 есе қымбат болса да, олар көптеген шалғай аудандарда қолданылады. Бұл тәсілмен алынатын электр энергиясының құны тез төмендейді. Жақын арада ҚНК жүйесі пайда болуы мүмкін, ал ағымдағы онжылдықтың соңына қарай ғалымдар 1 кВт құнын жеткізуге үміттенеді. 10 цент дейін.

Сарапшылардың пайымдауынша, күн энергиясы-энергетиканың квинтэссенциясы, өйткені фотоэлектрлік қондырғылар табиғи ортаға әсер етпейді, шусыз, қозғалатын бөліктері жоқ, ең аз қызмет көрсетуді талап етеді, суды қажет етпейді. Оларды алыс немесе қуаң аудандарда орнатуға болады, мұндай қондырғылардың қуаты бірнеше ваттан (байланыс құралдары мен өлшеу құралдары үшін портативті Модульдер) көптеген мегаваттқа (ауданы бірнеше миллион шаршы метр) дейін құрайды.

Күн сәулесінің техникалық концентрациясын әр түрлі оптикалық элементтер – айналар, линзалар, Жарық өткізгіштер және т. б. арқылы жүзеге асыруға болады.

Күн энергиясын пайдаланудың ең үнемді мүмкіндігі-оны жер шарының күн аудандарында энергияның қайталама түрлерін алуға бағыттау. Алынған сұйық немесе газ тәрізді отынды құбыр арқылы айдауға немесе танкерлермен басқа аудандарға тасымалдауға болады.

Әр түрлі баламалы энергия көздерін шолу кең ауқымды өнеркәсіптік енгізу қарсаңында күн батареялары бар екенін көрсетеді. Егер бұған энергия үнемдеуді қоссақ, жаңа Атомдық және жылу электр станцияларының құрылысын айтарлықтай қысқарту үшін, энергетикалық проблемаларды шешуге үміт бар. Ал алыс болашаққа келетін болсақ, бірінші кезекте күн және жел станциялары шығаратын энергия қоры жүйесін әзірлеу керек.

Күн энергиясын жинау және пайдалану үшін суды қыздыру үшін күн су жылытқыштарын – әр түрлі құрылымдағы коллекторларды пайдалануға болады. Сонымен қатар, электр энергиясының сапасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының бағасы, электр энергиясының құны, Күн су жылытқыш-коллектор жылан қорабынан, суық су багынан, аккумулятор багынан және құбырлардан тұрады. Коробты стационарлық 30-500 бұрышпен, оңтүстік жаққа бағдармен орнатылады. Суық, ауыр, су қораптың төменгі бөлігіне үнемі келіп тұрады, онда ол қызады және суық сумен ығыстырылған, бак-аккумуляторға түседі. Ол жылыту үшін, душ үшін немесе басқа да тұрмыстық қажеттіліктер үшін пайдаланылуы мүмкін.

100 литр суды қыздыру үшін күн қондырғысында 2-3 м2 күн коллекторлары болуы тиіс. Мұндай су жылыту қондырғысы күніндегі судың 90°с температурасына дейін қызуын қамтамасыз етеді.

Орталық Азияның климаттық жағдайларында күн су жылытқыштары-коллекторлар әсіресе тиімді.

1-2м2, 1-2м2, 1-2м2, онда сұйықтық арналары бар тегіс жылу қабылдайтын панель – абсорбер. Бұл панельдің беті күнге қараған, қара, жақсы қыздыру үшін. Жылу шығынын төмендету үшін ол жазық рама түрінде орындалған корпусқа орнатылады. Төменнен панель жылу оқшаулағышпен, ал жоғарыдан мөлдір оқшаулағышпен – арнайы шынымен, пластикпен немесе пленкамен қорғалған.

Жылу қабылдайтын панель ретінде жылу тасымалдағышқа арналары бар кез келген металл немесе пластмасса парақты пайдалануға болады. Металл абсорберлер алюминийден немесе екі типті болаттан дайындалады: табақ-құбыр және қалыпталған панельдер (табақтағы түтік). Пластмасса панельдер күн сәулесі мен аз жылу өткізгіштігінің әсерінен тез қартаюдан кеңінен қолданылмайды.

Жылу тасымалдағыштың неғұрлым жоғары температурасына қол жеткізу үшін панель беті күннің қысқа толқынды сәулеленуін белсенді жұтатын және спектрдің ұзын толқынды бөлігінде оның меншікті жылу сәулеленуін төмендететін спектралды-селективті қабаттармен жабылады. Қабаттар “қара никель”, “қара хром”, алюминийдегі мыс тотығы, мыс тотығы негізінде жасалады.

Жылу шығынын азайту үшін жылу қабылдайтын панель мен Мөлдір оқшаулама арасында вакуум құру (төртінші буынды вакуумдық күн коллекторлары) жазық коллекторлардың сипаттамаларын жақсартудың басқа тәсілі болып табылады.

Жылу өткізгіштігі және конвекция есебінен қоршаған ортаға жылу шығынын толығымен жоюға мүмкіндік беретін, қоршаған ортадан куумдалған кеңістікпен бөлінген. Сәулеленуге кететін шығындар едәуір дәрежеде селективті жабынды қолдану есебінен беріледі. Бұл жағдайда, жылу тасымалдағыштың температурасы 120 — 160°С-қа дейін қыздыруға болады.

Вакуумдық күн су жылытқыштар-коллекторлардың бірнеше түрі бар:

Термосифондық жүйесі бар төмен қысымды вакуумдық күн су жылытқышы-коллектор (ашық контур).

Термосифонды жүйелер табиғи конвекция құбылысы негізінде жұмыс істейді, жылы су жоғары ұмтылады. Термосифонды жүйелерде бак коллектордан жоғары орналасуы тиіс. Коллектор түтіктеріндегі су қыздырылғанда, ол жеңіл болады және табиғи түрде бактың жоғарғы бөлігіне көтеріледі. Сонымен қатар, бактағы салқын су түтікке төмен ағады, осылайша бүкіл жүйеде айналым басталады. Сондықтан, жылуфондық жүйелерді жоғарыда орналасқан сыйымдылықтан су беру арқылы немесе редуктор қысымын азайту арқылы пайдалану қажет.

Вакуумдық күн су жылытқышы-магистралды қысым коллекторы, жылу алмастырғышы бар термосифон

Кіріктірілген жылу алмастырғышы бар Термосифон магистральдық қысым кезінде жұмыс істеу мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Жылу жинағыш ішінде орналасқан спиральды мыс құбырынан жылу алмастырғыш арқылы жылу тасығыш қызады. Күн су жылытқыштың осы түрінің жұмыс принципі қарапайым төмен қысымды термосифон сияқты.

Бірақ суды тікелей жылу жинағышта пайдаланудың орнына, магистральды қысым коллекторы бактағы мыс спиральды жылу алмастырғышты пайдаланады. Басымдылық-бұл жүйені судың сапасы төмен болғанда пайдалануға болады, себебі вакуумдық түтіктер мен жылуаккумулятор ішінде тоттану және қақтың пайда болуы іс жүзінде жоқ. Температурасы төмен аудандар үшін жылуаккумуляторын антифризбен толтырады.

Ең тиімді және кең таралған күн су жылытқыштары. Қолданыстағы жылыту немесе ыстық сумен жабдықтау жүйелеріне оңай салынады. Климаттың барлық түрлері үшін қолайлы және төмен температура (-50°С дейін) және күн радиациясының төмен мәндері бар аудандар үшін ұсынылады. Контроллермен жабдықталған коллектор айналымның ең оңтайлы параметрлерін автоматты түрде қолдайды, қатуға қарсы режимі бар, берілген температураны қамтамасыз етеді. Күн белсенділігі жеткіліксіз болған жағдайда контроллер жылуаккумуляторында орнатылған қосымша электржылытқышты қамтуы мүмкін.

Әдебиет

  1. Мусский С. А. 100 великих чудес техника.- М.: Вече, 2002. – 432 б.
  2. Баланчевадзе В. И., Барановский А. И. және т. б./ Под ред. а. А. Дьякова. Энергетика бүгін және ертең. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 344 б.
  3. Жеткілікті астам. Әлем энергетикасының болашағына оптимистік көзқарас. ағылш. Под ред. Р. кларк бар.. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 215 б.
  4. Энергия көздері. Фактілер, мәселелер, шешімдер. – М.: Ғылым және техника, 1997. – 110 б.
  5. Кириллин В. А. Энергетика. Басты мәселелер: сұрақтар мен жауаптарда. – М.: Білім, 1990. – 128 с
Автордың тегі: А.Е. Карманов, , К.Н. Попик, А.И. Глазырин