Жылу коллекторының конструкциясы

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 45 бет
Таңдаулыға:

РЕФЕРАТ

Дипломдық жұмыстың көлемі 52 беттен тұрады, соның ішінде 30 сурет, 54 формула. Қолданылған әдебиеттер саны 24.
Дипломдық жұмысының тақырыбы: жылу коллектормен кристалдық гидраттар қоспасы мен жылу алмасу жүйесі бар ЖСМ негізіндегі радиаторлық батареяны жобалау
Түйінді сөздер: гелиоэнергетика, күн панельдер, жылу коллектор, шаң жинаушы, жылу техникасы, электрмен жабдықтау, жылумен жабдықтау,
Жұмыстың өзектілігі: фотоэлектрлік модульдерді пайдалану тиімділігін арттыру үшін бірнеше құрылығылардан электр энергиясын өндіру, жылу және салқындату секілді бір құрылғыда біріктіру қажет. Бір құрылғындығы бірнеше функцияларды біріктіру жобаның ыңғайлығын қамтамасыз етеді, кез келген уақытта бөлмеде жайлылықты қамтамасыз етедіб экологиялық және әлеуметтік мәселелерді шешуге көмектеседі.
Жұмыстың ғылыми жаңалығы: күн сәулесін қолдана отырып, бірнеше қызметтерді біріктіретін құрал жасау, мысалға уй кондеционері, электр энергиясын өндіру және шаннан тазарту деген қызметтерді жасау.
Практикалық маңызы: күн батареяларын қолданатын құрылғымен ғимаратын сыртын жабдықтау, ғимараттардын эстетикалық көрінісін жақсартады және қаладағы экологиялық жағдайды жақсартуға мүмкіндік береді. Резервтік электр осындай жүктемеге жиі пайда болу ретінде проблемалары мен төтенше электр желілерін шешеді, жазғы уақытта бөлмені суытады.
Жұмыстың мақсаты: тұздың сулы ерітінділерінің кристалдануы бар ЖЖМ негізіндегі жинақтауыш-радиатордың суықты жинақтауы мен жобалау үрдісін зерттеу, суықтың аккумуляторда сақталу уақытын және бөлмені суыту уақытын есептеу.
Зерттеу нысаны: жаңартылатын энергия көздері және энергия үнемдеу үшін құрылғылар.
Алынған нәтижелер: дайындалған макетті үлгісі сыртқы модуль фотоэлектрлік генератор энергиясын. Жүргізілді, энергетикалық, механикалық, динамикалық есептеулер құрылғылар қамтитын әр түрлі бөліктері (механикалық, кинематикалық, жылу қуаттық, электрлық). Сыналуы және зерттелген бөлігінде сыртқы модуль анықталды, пайдалану сипаттамалары.

РЕФЕРАТ

Дипломная работа содержит 52 страниц, в том числе 30 рисунков, 54 формулы. Список литературы состоит из 24 источников.
Тема дипломной работы: проектирование аккумулятора-радиатора на основе ТАМ с раствором смеси кристаллогидратов и системы теплообмена с подвижными панелями.
Ключевые слова: солнечная энергетика, фотоэлементы, гелиотермальные электростанции, фотоэлектрический генератор.
Актуальность: для повышения рентабельности использования фотоэлектрических модулей необходимо совместить несколько потребительских функции в одном устройстве, такие как выработка электроэнергии, отопление и охлаждение помещения. Совмещение нескольких функций в одном устройстве обеспечит практичность конструкции, комфорт в помещении в любое время года, поможет решить экологические и социальные проблемы.
Научная новизна работы: устройство способно поглощать и использовать тепловую энергию солнца для отопления или охлаждения помещения, а также очищать воздушное пространство окружающей среды.
Практическая значимость: солнечные батареи, установленные на фасадах зданий позволят улучшить их эстетический вид, а также благодаря очистки воздушного бассейна, будет улучшаться экологическая обстановка в городе. Накопленная электроэнергия позволит избежать проблем с аварийными ситуациями в электросетях.
Цель работы: смоделировать процесс аккумулирования тепла, сконструировать теплоаккумулятор на основе ТАМ, рассчитать быстроту нагрева помещения, а также эффективность работы данного устройства
Объект исследования: типы устройств солнечной энергетики и механизм их работы.
Полученные результаты: сконструирована и изготовлена модель устройства. Произведены расчеты различных частей устройства, а также в ходе испытаний выявлены эксплуатационные характеристики устройства.

РЕФЕРАТ

The work consists of 52 pages, 30 figures and 54 formulas. List of literature consist 24 sources.
Subject of this work: design of the radiator-accumulator based HAM with the crystallization of aqueous solutions of salts and a heat exchange system with movable panels.
Keywords: solar power, solar panel, thermal collector, dust collector, heat, electricity, cold storage.
The actuality of work: to increase the profitability, it is necessary to combine several functions in one device, such as power generation, heating and cooling of the room. Combining several functions in one device will ensure the practicality of design, comfort in the room at any time of the year, will help to solve environmental and social problems.
Scientific novelty: the creation of a device that uses solar energy, not only to generate electricity, but also combines the function of the air conditioner and the cleaner of the room and the environment.
Practical significance: equipment building facades devices with solar panels will improve the aesthetic appearance of buildings and improve the ecological situation in the city. Accumulation power will solve the problems such as the frequent occurrence of peak load and emergency situations of electrical networks, room heating in the off-season, cooling in the summer.
Purpose of work: to investigate the process of accumulation of cold, to design a battery-radiator based on HAM with the crystallization of aqueous solutions of salts, to calculate the storage time of the cold in the accumulator and the time during which the room is cooled.
The object of research: devices of renewable energy and energy conservation.
Obtained results: made model sample of outdoor module of the photovoltaic power generator. Conducted energy, mechanical, dynamic calculations of device, including the different parts (mechanical, kinematical, heat power, electrical). Testing and Research of the outdoor unit, defined performance characteristics.

Мазмұны

Анықтамалар, белгілер және қысқартулар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
7
1 КҮН ЭНЕРГИЯСЫНЫҢ МАҢЫЗЫ ЖӘНЕ КҮН ЭНЕРГИЯСЫН ТҮРЛЕНДІРУ ӘДІСТЕРІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

8
1.1 Фотоэлементтерге негізделген күн электр станцияларының жіктелуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

8
1.2 Гелиотермиялық электр станциялары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
10
1.3 Пассивті күн энергиясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
12
1.4 Қазақстанда күн энергетикасын дамыту ... ... ... ... ...
14
2 ФОТОЭЛЕКТР ЭНЕРГИЯ ГЕНЕРАТОРЫ ЖӘНЕ ОНЫҢ ЖҰМЫС МЕХАНИЗМІНІҢ СИПАТТАМАСЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

15
2.1 Фотоэлектрлік генератордың жұмыс істеу принциптері және құрылымдық схемасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .

15
2.2 Фотоэлектрлік генератордың жеке құрамдас бөліктерінің және әртүрлі жұмыс істеу уақыттарының сиппатамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..

19
2.3 Жылу оқшаулағыш қабықшаның сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ...
20
3 ЖЫЛУ АЛМАСТЫРУШЫ ЖӘНЕ ЖЫЛУ ОҚШАУЛАҒЫШ МӨЛДІР ҚАБЫҚШАСЫ БАР ФОТОЭЛЕКТРЛІК ҚҰРЫЛҒЫДАҒЫ ЖЫЛУ АЛМАСУ ПРОЦЕСТЕРІ ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

22
3.1 Фазалық ауысулар негізіндегі термиялық сақтауға арналған зат ретінде мирабилиттің құрамы (глаубер тұзы) ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ..

24
3.2 Жылу коллекторының конструкциясы ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ...
26
3.3 Күн панелінен жылу ағындарын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
28
3.4 Күн панелінің артқы жағына бағытталған жылу ағындарының есептеулері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

33
3.5 Қысқы мезгілде және маусымаралық уақытта бөлмені жылыту процесі ...
35
3.6 Жылу және ыстық аккумулятор блоктарын жобалау ... ... ... ... ... ... ... .
40
3.7 Батареяларда жылу мен суықтың сақталу уақытын есептеу ... ... ... ... ...
42
3.8 Жылу беру кезіндегі жылу шығынын анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ...
44
3.9 Бөлменің қызатын уақытын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
46
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
49
Пайдалынылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ...
51

Анықтамалар, белгілер және қысқартулар

Осы дипломдық жұмыста тиісті анықтамалары, белгілері мен қысқартулары бар келесі терминдер қолданылады:
ДЕЖЭК - дәстүрлі емес жаңартылатын энергия көздері
ЖСМ - жылу сақтайтын материал
ФЭГ - фотоэлектрлік генератор
КП - күн панелі
КБ - күн батареясы
ПЭТ, ПЭТФ - полиэтилентерефталат - термопластика, полиэфирлер класының ең көп таралған өкілдерінің бірі
КЭҚ - күн энергетикалық қондырғылары
ПӘК - пайдалы әсер ету коэффициенті-энергияны түрлендіруге немесе беруге қатысты жүйенің тиімділігінің сипаттамасы
СК - күн коллекторы
ЖЭО - жылу электр орталығы - тек электр энергиясын өндіретін, сонымен қатар орталықтандырылған жылумен жабдықтау жүйелеріндегі жылу энергиясының көзі болып табылатын жылу электр станциясының бір түрі (бу және ыстық су түрінде, оның ішінде тұрғын және өнеркәсіптік объектілерді ыстық сумен жабдықтау және жылытуды қамтамасыз ету үшін)

Кіріспе

Жыл сайын электр энергиясына деген әлемдік қажеттілік бірнеше есе артады. Дәстүрлі энергия көздерін пайдаланудың өсіп келе жатқан қарқынында көптеген мәселелер пайда бола бастады: термиялық, химиялық, радиоактивті ластану, отынның, әсіресе мұнайдың, газдың, көмірдің оңай қол жетімді қорларының тез төмендеуі. Осыған байланысты әлемдік экономиканың энергия үнемдейтін даму жолына көшуі өзекті міндетке айналды. Экологиялық мәселелерді шешу және дәстүрлі отын қорының шектеулі болуы дәстүрлі емес жаңартылатын энергия көздерін (ДЕЖЭК) пайдалану ауқымын ұлғайту қажеттілігін тудырады. Күн энергиясы - бұл көптеген артықшылықтары бар жаңартылатын энергияның ең қуатты түрі: "отын" уақыт өте келе шектеусіз және шексіз, оны пайдалану технологиясы экологиялық тазалыққа ие, күн энергиясы биосфераның бөлігі болып табылады және оны пайдалану жердің жылу балансының бұзылуына әкелмейді, жердің кез-келген нүктесінде пайдалану мүмкіндігі бар. Басты мәселелердің бірі күн батареяларын қалалық ортада пайдалану тиімсіз, өйткені олардың өзін-өзі қамтамасыз етуіне он бес жылдан астам уақыт кетеді. Осыған қарамастан, экология мәселелері жаңартылатын энергия көздерін энергия айналымына тартуды талап етеді. Күн панельдерін ғимараттардың алдынғы бетіне орналастыру арқылы біз экологиялық, жылу, энергетикалық және әлеуметтік мәселелерді шешуге мүмкіндік аламыз.
Жұмыстың өзектілігі мен практикалық маңыздылығы: бірнеше функцияларды бір құрылғыда біріктіру дизайнның практикалық болуын, жылдың кез келген уақытында бөлмедегі жайлылықты қамтамасыз етеді, экологиялық және әлеуметтік мәселелерді шешуге көмектеседі. Сонымен қатар, ғимараттардың алдыңғы бетін күн батареялары бар құрылғылармен жабдықтау ғимараттардың әсемдік көрінісін жақсартады. Энергияны үнемдеу электр желілерінің ең жоғары жүктемелер мен апаттық жағдайлардың жиі туындауы сияқты мәселелерді шешуге мүмкіндік береді.
Жұмыстың мақсаты: жылу жинақтау процесін модельдеу, ЖСМ негізіндегі жылу аккумуляторын құру, бөлмені жылыту жылдамдығын, сондай-ақ осы құрылғының тиімділігін есептеу
Тапсырмалар:
- құрылғының жылу құрылымын әзірлеу және сынау;
- тәжірибелік үлгінің нәтижелерін зерттеу және оның негізгі пайдалану сипаттамаларын анықтау.

1 КҮН ЭНЕРГИЯСЫНЫҢ МАҢЫЗЫ ЖӘНЕ КҮН ЭНЕРГИЯСЫН ТҮРЛЕНДІРУ ӘДІСТЕРІ
1.1 Фотоэлементтерге негізделген күн электр станцияларының жіктелуі
Күн энергиясын өндіру - бұл қазба отынынан алынатын электр энергиясына таза, ауа мен судың ластануы жоқ, жаһандық ластанудың болмауы және біздің қоғамдық денсаулығымызға ешқандай қауіп төндірмейді. Жерде бар болғаны 18 күнде планетадағы көмір, мұнай және табиғи газдың барлық қорларында жинақталған энергия мөлшерімен бірдей энергия бар. Атмосферадан тыс күн энергиясы бір шаршы метрге шамамен 1300 ватт құрайды. Ол атмосфераға жеткеннен кейін бұл жарықтың шамамен үштен бірі ғарышқа қайта шағылады, ал қалған бөлігі Жер бетіне қарай жалғасады.
Планетаның бүкіл беті бойынша орташа есеппен алғанда, бір шаршы метр күн сайын 4,2 киловатт-сағат энергия жинайды немесе жылына шамамен бір баррель мұнайды құрайды [1].Ауасы өте құрғақ және бұлттылығы аз шөлді жерлер жыл бойы орташа есеппен бір шаршы метрге тәулігіне 6 киловатт сағаттан аса алады.
Күн энергиясы жақын болашақта энергиямен қамтамасыз етудің сенімді көздері ретінде қарастырылады. Соған қарамастан, күн электр станцияларын шағын тұтынушыларды сумен қамтамасыз ету, суды тұщыландыру, қуаттылығы аз нысандарды электрмен жабдықтау мақсатында пайдалану қазірдің өзінде экономикалық тиімді болып келеді. Сонымен қатар, күн энергиясы әртүрлі салаларда белсенді қолданылады. 1-суретте күн энергиясының мақсаты бойынша жіктелуі көрсетілген.
Жарық немесе күн энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыруға арналған құрылғылар фотоэлектрлік деп аталады (ағылшынша Photovoltaics, грекше photos - жарық, volt - электр қозғаушы күш бірлігінің атауы - вольт). Күн сәулесінің электр энергиясына айналуы кремний сияқты жартылай өткізгіш материалдан жасалған фотоэлектрлік элементтерде орын алады, олар күн сәулесінің әсерінен электр тогын тудырады. Фотоэлектрлік элементтерді модульдерге, ал оларды өз кезегінде бір-бірімен қосу арқылы үлкен фотоэлектр станцияларын салуға болады. Бүгінгі таңдағы ең үлкен осындай станция АҚШ-тың Калифорния штатындағы 5 мегаватт Каррис Плейн қондырғысы болып табылады. Фотоэлектрлік қондырғылардың тиімділігі қазіргі уақытта шамамен 10% құрайды, алайда жеке фотоэлектрлік элементтер 20% немесе одан да көп тиімділікке қол жеткізе алады [2].

1-сурет. Күн энергиясының мақсаты бойынша жіктелуі

Күн фотоэлектрлік жүйелерін өңдеу оңай және оның қозғалмалы механизмдері жоқ, бірақ фотоэлементтердің өзінде күрделі жартылай өткізгіш құрылғылар бар. Фотоэлементтердің әрекеті физикалық принципке негізделген, онда электр тогы бір-бірімен байланыста болатын әртүрлі электрлік қасиеттері бар екі жартылай өткізгіш арасындағы жарықтың әсерінен пайда болады. Мұндай элементтердің жиынтығы фотоэлектрлік панельді немесе модульді құрайды. Фотоэлектрлік модульдер электрлік қасиеттеріне байланысты айнымалы ток емес, тұрақты ток шығарады. Ол батареямен жұмыс істейтін көптеген қарапайым құрылғыларда қолданылады. Айнымалы ток, керісінше, белгілі бір уақыт аралығында бағытын өзгертеді [3,4]. Бұл энергия өндірушілермен қамтамасыз етілген электр энергиясының бұл түрі, ол көптеген заманауи құрылғылар мен электронды құрылғылар үшін қолданылады. Қарапайым жүйелерде фотоэлектрлік модульдердің тұрақты тогы тікелей қолданылады. Айнымалы ток қажет жерде жүйеге тұрақты токты айнымалы токқа түрлендіретін инвертор қосу керек.
Фотоэлектрлің жүйелердің арқасында үлкен, қымбат электр станциялары мен тарату жүйелерін салудың дәстүрлі қажеттілігі жойылады. Фотоэлементтердің құны төмендеп, технология жақсарған сайын фотоэлементтердің бірнеше ықтимал үлкен нарықтары ашылады. Мысалы, құрылыс материалдарына салынған фотоэлементтер үйлерді желдетуді және жарықтандыруды жүзеге асырады. Тұтыну тауарлары - қол құралынан бастап автомобильдерге дейін - фотоэлектрлік компоненттері бар компоненттерді пайдаланудан пайда көреді. Коммуналдық қызметтер сонымен қатар халықтың қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін фотоэлементтерді қолданудың барлық жаңа тәсілдерін таба алады.

1.1.2 Гелиотермиялық электр станциялары
Гелиотермалдық энергетика - күн радиациясын судың жылуына немесе жеңіл қайнайтын сұйық салқындатқышқа айналдыру үшін қолданылатын жаңартылатын энергия көзі, күн энергиясын практикалық қолдану әдістерінің бірі. Гелиотермиялық энергетика өнеркәсіптік электр энергиясын алу үшін де, тұрмыстық пайдалану үшін суды жылыту үшін де қолданылады.
Гелиотермиялық электр станцияларының жұмысы күн сәулесін сіңіретін бетті жылыту, кейіннен жылуды бөлу және пайдалану (күн радиациясын су ыдысына фокустау, содан кейін қыздырылған суды жылыту кезінде немесе бу электр генераторларында пайдалану) негізделген.
Күн энергиясын электр энергиясына түрлендіру жылу машиналары арқылы жүзеге асырылады:
суды пайдаланатын бу машиналары (поршеньді немесе турбиналы), бу,
көмірқышқыл газы, пропан-бутан, фреондар;
термиялық ауа электр станциялары (күн энергиясын түрлендіру
турбогенераторға жіберілетін ауа ағынының энергиясы);
күн аэростат электр станциялары (ішіндегі су буының пайда болуы
таңдамалы-сіңіргіш жабынмен жабылған шардың бетін күн сәулесімен қыздыру есебінен аэростат баллонын). Артықшылығы - цилиндрдегі бу қоры электр станциясының тәуліктің қараңғы уақытында және қолайсыз ауа-райында жұмыс істеуі үшін жеткілікті.
Орталықтандырылған күн электр станцияларында ұзын қатарларға орналастырылған үлкен параболалық пішінді айналар күн сәулелерін түсіреді және 80 есе концентрацияға дейін күшейтеді. Айнаның ортасындағы салқындатқыш қызады және жылу алмастырғыш арқылы бу шығарады, бұл өз кезегінде кәдімгі электр турбиналарын қозғалысқа келтіреді. Сонымен қатар, энергияны жылу батареяларында сақтауға және түнде ток шығару үшін пайдалануға болады [5].

2-сурет. Концентрациялық мұнаралық станциясы [5]
3-суретте ойыс параболалық коллекторлар (немесе цилиндрлік параболалық коллекторлар) технологиясын қолдана отырып салынған жүйелер параболалық бөлімі бар толқынды беті бар көптеген жарықты шағылдырушы айнадан тұрады. Олардың орталық бөлігінде күн сәулесінің жылу энергиясын сіңіретін сұйықтық (синтетикалық термомай) ағатын түтік сіңіргіш орналасқан. Содан кейін ыстық маймен тасымалданатын бұл жылу энергиясы суды буландыру және турбинаны айналдыратын бу шығару үшін пайдаланылады, нәтижесінде электр энергиясы өндіріледі.

3-сурет. Ойысты параболалық коллекторлар [5]

Табақ тәрізді күн қондырғылары (4 - сурет) - спутниктік плиталарға , параболалық айналарға ұқсас, олардың көмегімен күн сәулелері әр осындай табақтың фокусында орналасқан қабылдағышқа бағытталған. Сонымен қатар, осы қыздыру технологиясымен салқындатқыштың температурасы 1000 градусқа жетеді. Сұйық салқындатқыш бірден генераторға немесе қабылдағышпен біріктірілген қозғалтқышқа беріледі.

4-сурет. Пластиналық түрдегі күн қондырғылары [5]

Геотермалдық технология неғұрлым үнемді болып табылады, бұл ретте қол жеткізілетін тиімділік күн электр станцияларының мұндай түрі күн энергиясының үлкен көлемімен сипатталатын экваторлық аймақта ғана белгіленетінін ескере отырып, кемінде 50% құрайды. Шөлді жерлерде орнатылған геотермалдық электр станциялары өндіретін энергия мөлшері фотовольтаикалық күн электр станцияларының қуатынан әлдеқайда жоғары болып келеді.

1.3 Пассивті күн энергиясы
Пассивті күн жылыту жүйесі - бұл ғимараттың сәулет және құрылыс элементтерінде күн энергиясын қабылдау, жинақтау және пайдалану процестері табиғи түрде жүзеге асырылатын энергетикалық жүйе болып табылады. Бұл элементтер ғимараттың органикалық компоненттері болып табылады. Пассивті жүйелер аздап қосымша жабдықты қажет етеді, сондықтан өнімділігі жеткіліксіз болса да, үнемді болады. Пассивті күн жүйесі мен оның тартымдылығы туралы түсінік оның қарапайымдылығымен, технологияның төмен деңгейімен және табиғатқа жақындығымен байланысты. Күн шуақты күндері пассивті жылыту жүйелерін қолдану дәстүрлі үйді жылытуға жұмсалатын жалпы жылу шығындарының шамамен 30-40% үнемдеуге мүмкіндік береді [6]. Дегенмен, олар ауа-райына байланысты. Пассивті жүйелер тікелей күн радиациясынан келетін жылу арқылы құрылыс элементтерін тікелей қыздыруды пайдаланады, ал күн жылуын жинақтау табиғи түрде ғимараттардың жаппай құрылымдарында - оңтүстікке қарайтын терезелер арқылы жүреді.
Пассивті режимде жұмыс істейтін құрылғының қарапайым мысал ретінде жазық коллекторды алуымызға болады. Жазық коллектор - тұрмыстық суды жылыту және жылыту жүйелерінде қолданылатын күн коллекторларының ең көп таралған түрі болып есептеледі. Жазық коллектордың жұмыс істеу принципі қарапайым. Коллекторға түсетін күн радиациясының көп бөлігі күн радиациясына қатысты "қара" бетке сіңеді. Сіңірілген энергияның бір бөлігі коллектор арқылы айналатын сұйықтыққа беріледі, ал қалғаны қоршаған ортамен жылу алмасу нәтижесінде жоғалады. Сұйықтықпен тасымалданатын жылу - бұл жинақталған немесе жылу жүктемесін жабу үшін қолданылатын пайдалы жылу. Жазық күн коллекторлары (5-сурет) шыны немесе пластик қаптамадан (бірлік, екілік, үштік), күнге қараған жағы қара түске боялған жылу сіңіретін панельден, артқы жағындағы оқшаудан және корпустан (металл, пластика, шыны, ағаш) тұрады [7].

1-күн сәулелері; 2-шыны; 3-корпус; 4-жылуқабылдағыш бет; 5-жылу оқшаулағыш; 6-жылу қабылдағыш пластинаның меншікті ұзын толқынды сәулеленуі

5-сурет. Жазық күн коллекторы [7]

Күн коллекторының пайдалы коэффициенті шамамен алғанда 70% құрайды және қоршаған ортаның температурасына, күн энергиясының ағынының тығыздығына және коллектордағы суды қыздыру қажет температураға байланысты болып табылады. Сәйкесінше, коллектор арқылы айналатын салқындатқышты қыздыру қажет температураның төмендеуімен коллектордың тиімділігі артады.

1.4 Қазақстанда күн энергетикасын дамыту перспективалары
Қазақстан Орталық Азиядағы парниктік газдар шығарындыларының ең ірі көзі. Қоршаған ортаға зиянды азайтудың логикалық шешімі зиянсыз, жаңартылатын энергия көздерін пайдалан болып табылады.
Аумақтық орналасуы мен үлкен аумағының арқасында Қазақстан Күн энергиясының орасан зор ресурстарына ие. Алдын ала есептеулер бойынша Қазақстан аумағында жылына 2,5 млрд кВтсағатқа дейін өндіруге болады. Қазақстан аумағының басым бөлігінде, шамамен 70%, шуақты күндер басым. Жылына 2800-ден 3000 сағатқа дейін күн сәулесі түседі, күн радиациясының ағыны 19*1017 ккал құрайды.
Жоғарыда айтылғандардан мынадай қорытынды жасауға болады: күн энергиясын дамыту әлеуеті өте жоғары және оны пайдалану қажет. Бүгінгі таңда Қазақстан үшін кремний негізіндегі өз күн батареяларын өндіру тартымды болып табылады, өйткені біздің мемлекетіміз осы ресурсқа бай.
Қазіргі уақытта Қазақстан Күн энергиясын пайдалану бойынша өз мүмкіндіктерінің аз бөлігін пайдаланады (елдің энергетикалық нарығындағы күн панелі КП үлесінің 1% құрайды), Сол кезде бағаланатын қуаты жылына 1 м²-ге 1300-1800 кВт құрайды [8].

2 ФОТОЭЛЕКТРЛІК ЭНЕРГИЯ ГЕНЕРАТОРЫ ЖӘНЕ ОНЫҢ ЖҰМЫС МЕХАНИЗМІНІҢ СИПАТТАМАСЫ

Бұл жұмыс "қабылдау алаңын өзін-өзі тазарту, қоршаған ауадан ылғалдандыру және шаң жинау функциялары бар қалалық жағдайларға арналған резервтік фотоэлектрлік энергия генераторын әзірлеу және зерттеу" ғылыми-зерттеу жұмысының бөлігі болып табылады. Сондықтан құрылғының жұмысын толық түсіну үшін осы құрылғының және оның кейбір бөліктерінің жұмыс істеу принципін ішінара сипаттау қажет. Сондай-ақ, құрылғы үнемі өзгеріске ұшырағанын, жеке түйіндердің және бүкіл құрылғының жұмысын жақсарту үшін және кейбір шешімдердің өзектілігін түсіну үшін жоба бойынша жұмыс кезінде кездесетін мәселелер төменде сипатталатынын атап өткен жөн.
Бұл тарауда фотоэлектрлік құрылғының негізгі механизмдері сипатталған. Жыл мезгіліне байланысты әртүрлі жұмыс режимдері де сипатталған. Сонымен қатар, құрылғының жеке түйіндерінің оңтайлы жұмыс істеуі үшін мәселелерді шешу жолдары қарастырылады.
Айта кету керек, құрылғының барлық механизмдері AutoCAD графикалық бағдарламасының виртуалды ортасында жасалған. Жекелеген тарауларда жұмыс тораптары, бекіткіштер, құрылғының жекелеген механизмдерінің жұмысына арналған әртүрлі бөлшектер, батареялардың жылу және суық конструкциялары, шаң жинағыш пленка және т. б. көрнекі түрде ұсынылады және сипатталады.
Белгілі бір материалды таңдау және оны қолданудың орындылығы сипатталады.

2.1 Фотоэлектрлік генераторының жұмыс істеу принциптері және құрылымдық схемасы
Жоғарыда айтылғандай, фотоэлектрлік генераторды тек электр энергиясын өндіру үшін пайдалану өте тиімсіз, сондықтан соңғы тұтынушыны тартпайды. Осыны ескере отырып, бұл құрылғыда тұрмыстық сипаттағы қосымша функциялар
.
6-суретте фотоэлектрлік құрылғының схемасы көрсетілген, онда осы құрылғының жеке механизмдерін қарастыру мүмкіндігі бар құрылымдық және функционалды дизайн көрсетілген. Схема жеке ФЭГ түйіндерін бірнеше рет сынағаннан кейін осы түрге ие болды.
Ғимараттың алдыңғы бетінде орналасқан 1 күн батареясының жұмысына сүйене отырып, құрылғының барлық басқа бөліктерінің жұмыс принципі құрылды, сонымен қатар осы бөліктердің оқшаулауы осыған негізделген. Алынған электр энергиясын ғана емес, сонымен қатар күннің жылу энергиясын да пайдалану мүмкіндігіне байланысты қалған ФЭГ тораптарының жұмыс істеу принциптері негізделді.
Фэг-ті 3 жылжымалы пленканы қарастырудан бастайық, оның негізгі функциясы шаң мен кірден тазарту болып табылады. Бұл қабықшаның негізгі қолданылуы күн панелінің бетін таза ұстау болып табылады, сондықтан ол күн сәулесінің сіңу тиімділігін жақсартады. Автокөліктер ірі мегаполистердегі ауа бассейнінің ластануының негізгі көзі болып табылады, сонымен қатар автомобиль шығарындылары электростатикалық күштің арқасында күн панеліне өте кішкентай және тығыз орналасқан. Автокөліктің жануы мен шаңының ұсақ бөлшектері КП бетінде жұқа қабат түзеді. Бұл күн сәулесінің осы қабат арқылы нашар өтуіне байланысты күн батареясының тиімділігін төмендетеді. Сондықтан шаң мен кірден қорғайтын пленка қызметін атқаратын пластикалық пленканы қолдану туралы шешім қабылданды. Сонымен қатар, күн панеліне механикалық зақым келтіретін үлкен бөлшектер де бар. Бұл жағдайда пленка амортизациялық ауа жастығы ретінде әрекет етеді, тіпті пленка зақымдалған немесе жыртылған болса да, оның арзандығына байланысты оны ауыстыру қиын болмайды.
Күн панелінің бетін тазарту процесін автоматтандыру үшін 1 және қорғаныс пленкасы 3, құрғақ және суланған қолдануға болады сүрткіштер, бетті дымқыл және құрғақ тазалау үшін. 1-панельдің және 3-пленканың беткі беттерін кір мен шаңнан автоматты түрде тазарту екі мыс кесілген 5 түтікшемен, 6-редуктормен, 14А циркуляциялық сорғымен және 14 жуғыш сұйықтығы бар ваннамен жүзеге асырылады. Қорғаныс, шаң ұстағыш және жылу оқшаулағыш пленка 3 қысқа мерзімде екі мыс кесілген түтіктер арқылы көтеріледі және сүйреледі 5, ол арқылы 14А айналым сорғысымен су, тұздың сулы ерітіндісі немесе басқа жуғыш зат өткізіледі және пленка жабысқан шаңнан босатылады. Тазалағыш 16 күн панелінің бетін тікелей сүртеді. Пленка түскен сайын (күніне 3-4 рет) тазалағыш беткі қабатты құрғатып сүртеді, өйткені жуғыш зат 5 түтікке берілмейді және олар осы уақытта пленканы жеткілікті жоғары потенциалмен зарядтайды. Тазалағыш механикалық түрде бұзған кір мен шаң қырылып, ішінара электрлендірілген пленкаға жабысады. Сонымен қатар, айына бірнеше рет панельдің алдыңғы жағын жуғыш сұйықтықпен жууға болады, оны пленканы түсіру кезінде 5 түтікке жібереді. Сіз панельді жарты жылда бір рет көлденең орналастырып, оны қолмен жууға болады.
Шаң түйіршіктерін теріс потенциалмен зарядтайтын 22 кернеу мультипликаторынан металл электродқа жеткілікті жоғары теріс потенциалды беру арқылы ауадан шаңды және тіпті радиусы 10 нанометрге дейінгі көміртегі нанобөлшектерін тиімді алуға болады. Пленкаға тұндырылған шаң пленканы көтеру кезінде 5-түтіктердегі 14А сорғысынан пленканы электрлік бейтараптандыру кезінде айналымдағы су ағынының есебінен алынады.

1-күн панелі, 2-жылу тасымалдағышы бар жылу таратқыш, 3-жылжымалы шаң жинағыш пленка, 4-аккумулятор, 5-электр заряды және пленканы жуу блогы, 6-редуктор моторы, 7,8-жылу алмастырғыштары бар жылу және суық батареялар, 9,10-жылу алмастырғыштардың айналым сорғылары, 11-жылу сорғысының компрессоры, 12-көзі 13-сыртқы жылу желісіне циркуляциялық сорғы, 14,14 а-жуу сұйықтығы бар сыйымдылық және циркуляциялық сорғы, 15-кабелегон, құбыр, күш кронштейні, 16-жүк-тазалағыш пленка ұстағыш, 17-кристаллогидратты механикалық шайқау вибраторы, 18-коммутацияны басқарудың логикалық модулі, 19-батареяларды зарядтауды басқару контроллері, 20-жарықдиодты бөлме жарықтандырғышы, 21-коммутатор, 22-кернеу көбейткіші,-E-шаңды электрлендіруге арналған электрод

Сурет 6. Қалалық жағдайларға арналған резервтік фотоэлектрлік энергия генераторының реттелген функционалды-құрылымдық схемасы

Ерекше тартымды ерекшеліктердің бірі- күн мен атмосфералық жылуды ұстау. Функцияның мәні келесідей, қыста панельдер сіңірген күн энергиясы электр энергиясынан басқа төмен потенциалды жылуға айналады [9]. Сондай-ақ, панель бірдей атмосфералық жылуды сіңіреді және барлығы панельдің артқы жағында орналасқан арнайы 2 жылу қабылдағышқа айналады, содан кейін 11 жылу сорғысы жоғары потенциалды жылуға айналады. Алынған жылу орталықтандырылған жылыту кезінде ЖЭО-дан жоғары потенциалды жылумен жинақталады [10]. Ол жоғары потенциалды жылу батареясында жиналады 8. Жинақталған жылуды жылу жолындағы апаттар кезінде қыста бөлмені қысқа мерзімді тәуліктік жылыту үшін пайдалануға болады. 8- аккумулятордың жылу жинақтаушы материалындағы (ЖСМ) түйіршіктеу құбылысы кристалдануға және жасырын жылудың бөлінуіне кедергі келтірмеуі үшін жүйеге 17-кристаллогидраттың механикалық шайқау дірілдеткіш енгізілді. Шын мәнінде, бұл дірілді энергиямен қамтамасыз ететін компрессормен механикалық сым байланысы.
Тағы бір маңызды функциялар - бөлмеден жылуды сорып алу, бөлменің жылу батареяларында жылу мен суықтың жиналуы, бөлменің жылу шығынын азайту. Күн панельдерінің үлкен аудандары оларды қоршаған ауамен басқарылатын жылу алмастырғыш ретінде пайдалануға мүмкіндік береді [11]. Бұл оларды қыс-жаз кондиционерінің бөлігі ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Жазда түнде 1,2 радиатор панелі бөлмеден жылуды "шығарады". Жылу 8 батарея жинағынан "сорылады", оған 11 сорғы 7 суық батарея мен бөлмеден жылуды сорып алады. Қыста атмосферадан төмен потенциалды жылу 7 суық аккумуляторға түседі, содан кейін 8 жылу аккумуляторына және бөлмеге "сорылады". Атмосферадан панельдердегі будың конденсациясы нәтижесінде пайда болатын су конденсаты мезгіл тазалағышпен бірге 16 салмақтың есебінен алынады.
Маңызды функциялардың бірі - энергияны үнемдеу функциясы айтарлықтай реттелген. Аккумуляторда жинақталған электр энергиясын алдағы онжылдықта Қазақстанда электр энергиясының ұжымдық резервтік көзі радиореле арқылы байланыс арналары арқылы басқарылатын бөлігі ретінде пайдалануға болмайды. Ұйымдастырушылық, экономикалық және техникалық тұрғыдан мұндай құрылғыны желіге ең жоғары уақытта қосу үлкен қиындықтармен бірге жүреді. Электр энергиясын желіге төгу үшін бір шығару нүктесінен 10 кВт*сағаттан астам энергия қажет, яғни ондаған жеке құрылғы тұтынушыларын бір шығару нүктесіне біріктіру қажет. Энергетикалық компаниялар желіге лақтыратын инверторларға арналған сертификаттарға қарамастан, шағын генераторлар желісіне қосылуға өте мұқият. Негізгі себеп генераторды қадағалау жоқ. Синус инверторларының орнына арзан меандр генераторларын өздігінен қосу әбден мүмкін. Фотоэлектрлік генераторды жеке сатып алушыға сату мүмкін болмайды. Қосылымның сенімділігі төмен, өйткені ауа-райының қолайсыздығында бір күнде шығарылатын энергия жинақталмайды. Функционалды схеманы түзету процесінде күн батареялары мен батареяларды контроллерге инвертор емес, UPS 12 үздіксіз қуат көзі қосу ұсынылады. Ішкі аккумулятордың рөлін 19 контроллеріне қосылған 4 күн батареясы орындайды. 19 контроллерінің жүктеме шығысы 12 үздіксіз қуат көзіне қосылады және төтенше жағдайларда желідегі кернеуді қамтамасыз етеді. UPS зарядтау шығысы (Зарядтағыш) 1 күн батареяларына параллель қосылады және ауа-райының қолайсыздығында 4 батареяны төмен токпен зарядтауға мүмкіндік береді. 4-аккумуляторда жинақталған күн энергиясы 20-бөлменің жарықдиодты жарықтандырғыштарын қуаттандыру үшін ешқандай түрлендірусіз қолданылады. Бұл жағдайда фотоэлектрлік генератордың тағы бір қосымша тұтынушылық қасиеті-бөлмені жарықтандырғыш және энергияны үнемдейтін жарықдиодты шығарушы жүзеге асырылады. Сонымен қатар, қалалық электр желілеріндегі шамадан тыс жүктемелер ішінара таңертең және кешке шамдарды бір уақытта қосумен байланысты болғандықтан, жарықдиодты эмитенттерді желіден тәуелсіз генераторға қосу ішінара Қалалық электр желісін шамадан тыс жүктемелерден босату мәселесін шешеді.

2.2 Фотоэлектрлік энергия генераторының жеке тораптары мен әртүрлі жұмыс режимдерінің сипаттамасы
Егер тұтынушы электр энергиясын өндіру функциясымен маңызды болса, сіз пленканы көтеріп, фотосурет энергиясын максималды тиімділікпен ала аласыз. 7-суретте энергияны түрлендіру жолдары көрсетілген [12]. 4-аккумуляторды энергияны түрлендірудің аралық құралы ретінде пайдалану күн энергиясын түрлендірудің жалпы коэффициентін 10-20 пайызға азайтады. Егер тұтынушыға генератордың басқа функцияларының орнына электр энергиясын пайдалану маңыздырақ болса, фотоэлектрлік энергияны өндірудің тиімділігін арттыра отырып, күндізгі уақытта пленканы түсірмеуге болады. Бұл жағдайда тиімділік артады, өйткені панель конвективті түрде салқындатылады және оның температурасы төмендейді [13]. Тамыз айында күн сәулесінде пленка астындағы тігінен орналасқан панель 100 градусқа дейін қызады, ал пленкасыз тек 70 градусқа дейін қызады. Күн радиациясының электр энергиясына айналу тиімділігі сәйкесінше 8-ден 12 пайызға дейін өзгереді. Желтоқсан айында қоршаған ортаның 0 градусында 12-ден 16 пайызға дейін.

Сурет 7. Тұрмыстық желі энергиясының фотоэлектрлік энергиясын пайдалану схемасы

Ауа-райының қолайсыздығы жағдайында аккумулятордағы энергия оны қайта зарядтау арқылы немесе 2-3 ампер заряд тогын немесе сол токқа зарядтағышты құрайтын 12 үздіксіз қуат көзі арқылы жинақталады. Жүйенің сенімді жұмыс істеуі үшін екі күн панелінің батарея сыйымдылығы 200 ампер*сағат болуы керек. Электр желісіндегі апат болған жағдайда, бұл сыйымдылық бөлмені 150 Вт 13 сағат үздіксіз екі жарықдиодты жарықтандырғышпен немесе қолайсыз ауа-райында қуаттың жартысымен 26 сағат толық қуатта жарықтандыру үшін жеткілікті. Желтоқсан айында, бұлтсыз ауа-райында, төтенше жағдайда, күн энергиясы есебінен ғана бөлмені күн сайын 4 сағат бойы толық қуатпен жарықтандыруға болады. Батареяларды кондиционерлеу режимінде құрылғы 5 сағат бойы өздігінен жұмыс істейді.

2.3 Жылу оқшаулағыш пленканың сипаттамасы
Полиимидті қабықша арзан, берік, ультракүлгінге төзімді, суланған және аязға төзімді (-50℃). Оның сыну коэффициенті жоғары, сондықтан ол сәулеленуді 13% әлсіретеді. Арзан полипропилен қабықшасы суланбайды және аязға төзімділігі нашар (сынғыштық температурасы -5 градус), бірақ мөлдірлікті тек 7% төмендетеді. Варианталы нұсқа, тұтынушыға қол жетімді және пеште пісіру үшін қолданылатын жұқа лавсан қабықшасын пайдалану. Құрылғы лавсан қабықшасын жақсы жууға болатын, берік, ыстыққа төзімді және аязға төзімді деп ұсынады. Осы себепті панельдердің фотоэлектрлік түрлендіру тиімділігі 8% - ға төмендейді және тек 15% құрайды. Алайда, күн сәулесінің инфрақызыл спектрін түсіру тиімділігі парниктік әсерге байланысты артады. Фотосезімтал диапазонда (450 нм-ден жоғары) сәулеленудің 9% - дан азы пленкадан шағылысады. Инфрақызыл сәулеленудің жоғалуын өтеу және конвективті жоғалтуды азайту кезінде инфрақызыл парниктік әсерді қарастырған кезде бұл үлкен шығындар емес [14]. Егер тұтынушыға генератордың басқа функцияларының орнына электр энергиясын пайдалану маңыздырақ болса, фотоэлектрлік энергияны өндірудің тиімділігін арттыра отырып, күндізгі уақытта пленканы түсірмеуге болады. Сонымен қатар, материалдың керемет механикалық сипаттамалары оның құрылғыда қолданылуын анықтайды. Берік, тозуға төзімді, жақсы диэлектрик
Лавсан немесе полиэтилентерефталат жоғары механикалық беріктікке және соққыға төзімділікке, созылу және иілу кезінде тозуға және бірнеше деформацияға төзімділікке ие және -40°С-тан +60°С-қа дейінгі температураның жұмыс диапазонында жоғары соққыға төзімді және беріктік сипаттамаларын сақтайды. ПЭТ қышқылдарға, сілтілерге, тұздарға, спирттерге, парафиндерге, бензиндерге, майларға, эфирлер жоғары химиялық төзімділікке ие. Су буының әсеріне төзімділігі жоғары. Полиэтилентерефталатқа термиялық, жарық пен отқа төзімділікті арттыру, түсін, үйкеліс және басқа қасиеттерін өзгерту үшін әртүрлі қоспалар енгізіледі [15].
].
Сурет 8. Жылу оқшаулағыш пленкасы бар күн панелі

3 ЖЫЛУ АЛМАСТЫРУШЫ ЖӘНЕ ЖЫЛУ ОҚШАУЛАҒЫШ МӨЛДІР ПЛЕНКАСЫ БАР ФОТОЭЛЕКТРЛІК ҚҰРЫЛҒЫДАҒЫ ЖЫЛУ АЛМАСУ ПРОЦЕСТЕРІ
Құрылғының жекелеген бөліктеріне сынақтар макет үлгілерінде жүргізілді. Макеттік үлгілер зертханада және олардың негізгі міндеті құрылғының жобаланған бөлігінің ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.