Күн энергиясның даму перспективасы
Қазақстан аумағы континентішілік Азия орталығында орналасып, әр түрлі физика . георгафиялық және топырақ . климаттық шарттарға ие.
Қазақстан климатының негізгі қасиеті қоңыржай континенталдық пен шеткі қуаңшылық. Климат тегіс бөлігінде аумақтың георгафиялық орналасуына , ал таулы аудандарда . тік аймақтылық заңына негізделген.
Жалпы Қазақстанның топырақты . климаттық ( негізгі өсімдік қауымдастықтармен ) табиғи аймақтардың және жазық ішкі зоналарының мінездеме ¬3.ші кестеде көрсетілген, осыдан меридиан бағытымен Қазақстан аумақтарында жылу мен ылғал балансы түрлі болып келеді
Қазақстан климатының негізгі қасиеті қоңыржай континенталдық пен шеткі қуаңшылық. Климат тегіс бөлігінде аумақтың георгафиялық орналасуына , ал таулы аудандарда . тік аймақтылық заңына негізделген.
Жалпы Қазақстанның топырақты . климаттық ( негізгі өсімдік қауымдастықтармен ) табиғи аймақтардың және жазық ішкі зоналарының мінездеме ¬3.ші кестеде көрсетілген, осыдан меридиан бағытымен Қазақстан аумақтарында жылу мен ылғал балансы түрлі болып келеді
КІРІСПЕ
Күн –Жер бетінің көзі: жарықтың, жылудың, өмірдің. Тек қана күннің көзі адамдарға олар отты пайдалануды үйренбей тұрып, жылуды берген. Күн энергиясы адам қоғамының бірінші игеруі болған. Дүниеде табиғи шектеудің бірнеше түрлері бар. Егер жанармай санының бағасын үш категориялар бойынша алсақ: қарастырылған, мүмкін, ықтималды, онда көмір 600 жылға, мұнай- 90, табиғи газ - 50, уран – 27 жылға жетеді. Басқаша айтқанда барлық категориялар бойынша жанармайлардың барлық түрлері 800 жылда жанып бітеді. Қазіргі күнмен салыстырғанда 2010 жылға минералды шикізаттарға сұраныс 3 есе артуы мүмкін. Қазір бай орналасуы бар мемлекеттер соңына дейін өңделген. Әрине жағдайды басқа да пайдалы қазбалар арқылы қарастырады. Егер энергияны өңдеу бүгінгі қарқынмен өсетін болса, онда қазіргі пайдаланатын жанармайдың барлық түрлері 130 жылда қолданылып бітеді, демек ХХII ғасырдың басында. Энергетика саласының негізгі тұтынушылар өндірісінің дамуымен, адамзат дәстүрлі емес энергия көздерінің, ресурстардың барлық жаңа түрлерін пайдалана бастады. Ғылымдық және басқа да күрделі технологиялармен байланысты жаңа пайда болуы орындарына кеткен финанстық шығындармен энергия көздерін қолдану қарастырылады.
Сонымен қатар энергетикалық ресурстарды алу мәселелерімен. Энергияның альтернативті көздерін қарастыру үшін глобальді жылу мәселесі маңызды рөл атқарады. Жылуды, электр энергиясын алу және транспортты құралдар жұмысын қамтамасыздандыратын кезеңде көмірді, мұнайды және жанармайды жаққанда пайда болатын көміртегі оксиді (СО2), Күнмен жылыған, біздің планетамыздың бетіндегі жылу сәулеленуін жұтады және бу эффектін құрады.Күн энергетикасы дүниежүзіндегі альтернативті энергияларының қолайлы түрі болып саналады. Альтернативті энергия көздерімен толық жабдықталатын үйлер немесе салынған ғимараттарда осындай станцияларды орнату келешекте үлкен мағынаға ие болады. Қазақстан күн энергиясының барлық негізгі бағыттарымен жұмыс жасайды, сонымен қатар әлемдік деңгейден қалып келеді. Жартылай өткізгіштерді алу мен тазалауға, фотоэлементтерді, аккумуляторларды өңдеуге, күн станцияларын соғуға, тұзды суды тығыздауға, тұрғын үйде гелиоэнергияны пайдалануға 300 ғана ғылыми жобалар жинақталды. Қазақстан аймағы «күн белбеуінде» орналасқандықтан, мемлекетте күн энергиясын пайдалануда және осы көрсеткіштерімен әлемдік лидері болуға мүмкіндіктері көп. Альтернативті энергетика – Қазақстан үшін маңызды және әртүрлі жоспарлы мәселе болып табылады.
Күн –Жер бетінің көзі: жарықтың, жылудың, өмірдің. Тек қана күннің көзі адамдарға олар отты пайдалануды үйренбей тұрып, жылуды берген. Күн энергиясы адам қоғамының бірінші игеруі болған. Дүниеде табиғи шектеудің бірнеше түрлері бар. Егер жанармай санының бағасын үш категориялар бойынша алсақ: қарастырылған, мүмкін, ықтималды, онда көмір 600 жылға, мұнай- 90, табиғи газ - 50, уран – 27 жылға жетеді. Басқаша айтқанда барлық категориялар бойынша жанармайлардың барлық түрлері 800 жылда жанып бітеді. Қазіргі күнмен салыстырғанда 2010 жылға минералды шикізаттарға сұраныс 3 есе артуы мүмкін. Қазір бай орналасуы бар мемлекеттер соңына дейін өңделген. Әрине жағдайды басқа да пайдалы қазбалар арқылы қарастырады. Егер энергияны өңдеу бүгінгі қарқынмен өсетін болса, онда қазіргі пайдаланатын жанармайдың барлық түрлері 130 жылда қолданылып бітеді, демек ХХII ғасырдың басында. Энергетика саласының негізгі тұтынушылар өндірісінің дамуымен, адамзат дәстүрлі емес энергия көздерінің, ресурстардың барлық жаңа түрлерін пайдалана бастады. Ғылымдық және басқа да күрделі технологиялармен байланысты жаңа пайда болуы орындарына кеткен финанстық шығындармен энергия көздерін қолдану қарастырылады.
Сонымен қатар энергетикалық ресурстарды алу мәселелерімен. Энергияның альтернативті көздерін қарастыру үшін глобальді жылу мәселесі маңызды рөл атқарады. Жылуды, электр энергиясын алу және транспортты құралдар жұмысын қамтамасыздандыратын кезеңде көмірді, мұнайды және жанармайды жаққанда пайда болатын көміртегі оксиді (СО2), Күнмен жылыған, біздің планетамыздың бетіндегі жылу сәулеленуін жұтады және бу эффектін құрады.Күн энергетикасы дүниежүзіндегі альтернативті энергияларының қолайлы түрі болып саналады. Альтернативті энергия көздерімен толық жабдықталатын үйлер немесе салынған ғимараттарда осындай станцияларды орнату келешекте үлкен мағынаға ие болады. Қазақстан күн энергиясының барлық негізгі бағыттарымен жұмыс жасайды, сонымен қатар әлемдік деңгейден қалып келеді. Жартылай өткізгіштерді алу мен тазалауға, фотоэлементтерді, аккумуляторларды өңдеуге, күн станцияларын соғуға, тұзды суды тығыздауға, тұрғын үйде гелиоэнергияны пайдалануға 300 ғана ғылыми жобалар жинақталды. Қазақстан аймағы «күн белбеуінде» орналасқандықтан, мемлекетте күн энергиясын пайдалануда және осы көрсеткіштерімен әлемдік лидері болуға мүмкіндіктері көп. Альтернативті энергетика – Қазақстан үшін маңызды және әртүрлі жоспарлы мәселе болып табылады.
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
1. Алияров Б.Қ., Балабатыров С.Б., Қазиев А., Құсайынов А.Қ., Мұхити И.М., Шотан Ж.Ж., Ысқақов К.Б. Қазақша-орысшы, орысшы-қазақша терминологиялық сөздік: Энергетика. – Алматы: Республикалық мемлекеттік Рауан баспасы, 2000. – 320 б.
2. Хожин Г.Х. Электр станциялары мен қосалқы станциялары (Оқулық) – Алматы: «Ғылым» ғылыми баспа орталығы, 2002 ж., 312 – бет.
3. Барыбина Ю.Г., Федорова Л.Е., Зименкова М.Г., Смирнова А.Г. Справочник по проектированию электроснабжения. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.
4. Васильев А.А., Крючков И.П., Наяшкова Е.Ф. и др.; Под ред. Васильева А.А. Электрическая часть станций и подстанций. Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.
5. Гарин В.М., Кленова И.А., Колесников В.И. Экология для технических вузов. Под ред. В.М. Гарина. Ростов н/Д: Феникс, 2003г. – 384с.
6. Хожин Г.Х. Электроэнергетика («Электр станциялар бөлімі»): Оқулық. Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір» 2011 – 416 бет.
7. Дүйсенбаев К.Ш., Төлегенов Э.Т., Жұмағұлова Ж.Г. Кәсіпорынның қаржылық жағдайын талдау. Алматы. – Экономика, 2001, 328 бет.
8. Дүкенбаев К.Ш. Қазақстан энергетикасы. Нарықтық қатынастар. Алматы: Ғылым, 1998. -350 б.
9. Гук Ю.Б. и др. Проектирование электрические части станций и подстанций. Л.: Энергоатомиздат, 1985 г.
10. Курбангалиев У.К. Самозапуск двигателей собственных нужд электростанций. – М.: Энергоиздат, 1982. – 56 с. – (Б-ка электромонтера; Вып. 536)
11. Лезнов С.И., Тайц А.А, Приклонский Е.Н. Обслуживание электрооборудования электростанций и подстанций. Учебник для сред. проф.-тех. училищ. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа., 1985. – 288 с.
12. Мандрыкин С.А., Филатов А.А. Эксплуатация и ремонт электрооборудования станций и сетей: Учебник для техникумов. – 2-е изд.,перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 344 с.
13. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебник для вузов. – М.: Энергия, 1973. – 584 с.
14. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электрстанций и подстанций: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 640 с.
15. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электрстанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.
16. Глюза А.Т., Золотарева А.Д., Тепловые и атомные электрические станций: учебное пособие для вузов МН. Высш.шк., 1990. – 336 с.: Ил.
17. Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К., Чиркова Т.В. Электрооборудование электрических станций и подстанций: Учебник для сред. проф. образования – М.: Издательский центр “Академия”, 2004. – 448 с.
18. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.: ил.
19. Соколов С.Е., Кузембаева Р.М. Тепловые электрические станции (Пособие для курсового и дипломного проектирования по электрической части тепловых станций) – Алма-Ата: “Мектеп”, 1980. – 216 с.
20. Хожин Г.Х. Электрическая часть электростанций. Учебное пособие. АЭИ Алматы, 1996 г.,75 с.
21. Хожин г.Х., Леньков Ю.А. “Электроэнергетикасы” мамандығы бойынша орысша-қазақша сөздік. Оқу құралы. - “Алматы энергетика және байланыс институты”, 2009 ж – 100 бет.
22. Чернобровов Н.В. Релейная защита. Учебное пособие для техникумов. – изд. 5-е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1974. – 746 с.
23. Электротехнический справочник. Т. 2./ Под общ. ред. П.Г. Грудинского и др. – изд. 5-е, испр. – М.: Энергия, 1975. – 752 с.
1. Алияров Б.Қ., Балабатыров С.Б., Қазиев А., Құсайынов А.Қ., Мұхити И.М., Шотан Ж.Ж., Ысқақов К.Б. Қазақша-орысшы, орысшы-қазақша терминологиялық сөздік: Энергетика. – Алматы: Республикалық мемлекеттік Рауан баспасы, 2000. – 320 б.
2. Хожин Г.Х. Электр станциялары мен қосалқы станциялары (Оқулық) – Алматы: «Ғылым» ғылыми баспа орталығы, 2002 ж., 312 – бет.
3. Барыбина Ю.Г., Федорова Л.Е., Зименкова М.Г., Смирнова А.Г. Справочник по проектированию электроснабжения. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.
4. Васильев А.А., Крючков И.П., Наяшкова Е.Ф. и др.; Под ред. Васильева А.А. Электрическая часть станций и подстанций. Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.
5. Гарин В.М., Кленова И.А., Колесников В.И. Экология для технических вузов. Под ред. В.М. Гарина. Ростов н/Д: Феникс, 2003г. – 384с.
6. Хожин Г.Х. Электроэнергетика («Электр станциялар бөлімі»): Оқулық. Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір» 2011 – 416 бет.
7. Дүйсенбаев К.Ш., Төлегенов Э.Т., Жұмағұлова Ж.Г. Кәсіпорынның қаржылық жағдайын талдау. Алматы. – Экономика, 2001, 328 бет.
8. Дүкенбаев К.Ш. Қазақстан энергетикасы. Нарықтық қатынастар. Алматы: Ғылым, 1998. -350 б.
9. Гук Ю.Б. и др. Проектирование электрические части станций и подстанций. Л.: Энергоатомиздат, 1985 г.
10. Курбангалиев У.К. Самозапуск двигателей собственных нужд электростанций. – М.: Энергоиздат, 1982. – 56 с. – (Б-ка электромонтера; Вып. 536)
11. Лезнов С.И., Тайц А.А, Приклонский Е.Н. Обслуживание электрооборудования электростанций и подстанций. Учебник для сред. проф.-тех. училищ. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа., 1985. – 288 с.
12. Мандрыкин С.А., Филатов А.А. Эксплуатация и ремонт электрооборудования станций и сетей: Учебник для техникумов. – 2-е изд.,перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 344 с.
13. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебник для вузов. – М.: Энергия, 1973. – 584 с.
14. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электрстанций и подстанций: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 640 с.
15. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электрстанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.
16. Глюза А.Т., Золотарева А.Д., Тепловые и атомные электрические станций: учебное пособие для вузов МН. Высш.шк., 1990. – 336 с.: Ил.
17. Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К., Чиркова Т.В. Электрооборудование электрических станций и подстанций: Учебник для сред. проф. образования – М.: Издательский центр “Академия”, 2004. – 448 с.
18. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.: ил.
19. Соколов С.Е., Кузембаева Р.М. Тепловые электрические станции (Пособие для курсового и дипломного проектирования по электрической части тепловых станций) – Алма-Ата: “Мектеп”, 1980. – 216 с.
20. Хожин Г.Х. Электрическая часть электростанций. Учебное пособие. АЭИ Алматы, 1996 г.,75 с.
21. Хожин г.Х., Леньков Ю.А. “Электроэнергетикасы” мамандығы бойынша орысша-қазақша сөздік. Оқу құралы. - “Алматы энергетика және байланыс институты”, 2009 ж – 100 бет.
22. Чернобровов Н.В. Релейная защита. Учебное пособие для техникумов. – изд. 5-е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1974. – 746 с.
23. Электротехнический справочник. Т. 2./ Под общ. ред. П.Г. Грудинского и др. – изд. 5-е, испр. – М.: Энергия, 1975. – 752 с.
КІРІСПЕ
Күн –Жер бетінің көзі: жарықтың, жылудың, өмірдің. Тек қана күннің
көзі адамдарға олар отты пайдалануды үйренбей тұрып, жылуды берген. Күн
энергиясы адам қоғамының бірінші игеруі болған. Дүниеде табиғи шектеудің
бірнеше түрлері бар. Егер жанармай санының бағасын үш категориялар
бойынша алсақ: қарастырылған, мүмкін, ықтималды, онда көмір 600 жылға,
мұнай- 90, табиғи газ - 50, уран – 27 жылға жетеді. Басқаша айтқанда
барлық категориялар бойынша жанармайлардың барлық түрлері 800 жылда жанып
бітеді. Қазіргі күнмен салыстырғанда 2010 жылға минералды шикізаттарға
сұраныс 3 есе артуы мүмкін. Қазір бай орналасуы бар мемлекеттер соңына
дейін өңделген. Әрине жағдайды басқа да пайдалы қазбалар арқылы
қарастырады. Егер энергияны өңдеу бүгінгі қарқынмен өсетін болса, онда
қазіргі пайдаланатын жанармайдың барлық түрлері 130 жылда қолданылып
бітеді, демек ХХII ғасырдың басында. Энергетика саласының негізгі
тұтынушылар өндірісінің дамуымен, адамзат дәстүрлі емес энергия
көздерінің, ресурстардың барлық жаңа түрлерін пайдалана бастады. Ғылымдық
және басқа да күрделі технологиялармен байланысты жаңа пайда болуы
орындарына кеткен финанстық шығындармен энергия көздерін қолдану
қарастырылады.
Сонымен қатар энергетикалық ресурстарды алу мәселелерімен.
Энергияның альтернативті көздерін қарастыру үшін глобальді жылу мәселесі
маңызды рөл атқарады. Жылуды, электр энергиясын алу және транспортты
құралдар жұмысын қамтамасыздандыратын кезеңде көмірді, мұнайды және
жанармайды жаққанда пайда болатын көміртегі оксиді (СО2), Күнмен
жылыған, біздің планетамыздың бетіндегі жылу сәулеленуін жұтады және бу
эффектін құрады.Күн энергетикасы дүниежүзіндегі альтернативті
энергияларының қолайлы түрі болып саналады. Альтернативті энергия
көздерімен толық жабдықталатын үйлер немесе салынған ғимараттарда осындай
станцияларды орнату келешекте үлкен мағынаға ие болады. Қазақстан күн
энергиясының барлық негізгі бағыттарымен жұмыс жасайды, сонымен қатар
әлемдік деңгейден қалып келеді. Жартылай өткізгіштерді алу мен тазалауға,
фотоэлементтерді, аккумуляторларды өңдеуге, күн станцияларын соғуға,
тұзды суды тығыздауға, тұрғын үйде гелиоэнергияны пайдалануға 300 ғана
ғылыми жобалар жинақталды. Қазақстан аймағы күн белбеуінде
орналасқандықтан, мемлекетте күн энергиясын пайдалануда және осы
көрсеткіштерімен әлемдік лидері болуға мүмкіндіктері көп. Альтернативті
энергетика – Қазақстан үшін маңызды және әртүрлі жоспарлы мәселе болып
табылады.
1 Электрлік бөлім
1.1 Күн энергиясның даму перспективасы
Әр секунд сайын күн 88·1024 кал. сәулелендіреді немесе 370·1012 ГДж
жылулық. Осыдан жердегі жылу мөлшері энергетикалық эквивалентке тек
1,2·1012 Вт түседі, демек жылына 1018 квт·сағ немесе дүниежүзінде
пайдаланылатын энергияның он мың рет көбірек. Онымен салыстырғанда
энергияның басқа көздері жылуды азырақ береді. Егер, мысалы, Күн
потенциалын өңделмеген бос жерлерге түсетін күн энергиясы бойынша
анықтайтын болса, онда орташа жылдық қуат 10000 Гвт құрайды, ол
дүниежүзінің бүкіл стационарлық энергетикалық орнатуларының қуатынан
5000- ға көп. Күн энергиясын қолданудың практикалық мақсатын күн
энергиясының максималды1квт\м2 тең сәулеленуі бойынша орнатады. Бұл
Жерге келетін күн шағылысу ағынының ең үлкен тығыздығы. Осы 0,3 -2,5 мкм
толқын ұзындығының диапазонындағы сәулелену қысқа толқынды деп аталады
және көру спектрін қосады. Бірақ ол 1-2 сағатқа, жаз күндері экваторға
жақын енге созылады. Аудан тұрғындарына орнына, тәулік уақытына және ауа
райына байланысты орташа күн сәулеленуі 200-250 вт\м2 құрайды. Бұл
өндіріс кәсібінің көзқарасы бойынша өте көп. Мысалы, шаруашылық қызметпен
шарттандырылған жасанды энергияның орташа тығыздығы 0,02 вт\м2 тең,
демек күн энергиясының орташа тығыздығынан 10000 рет кіші. Жер шарының
жеке орындарында бұл көрініс айтарлықтай жоғары(Жапонияда - 2 вт\м2 ,
Германияда - 20 вт\м2 ). Есептеулер көрсетімі бойынша қазіргі энергия
пайдалануын қанағаттандыру үшін 0,0025% Жер бетіне түсетін күн
энергиясын электр энергиясына айналдыру жеткілікті. Тек қана күн
энергиясын пайдалану адамның электр энергиясына деген бүкіл
қажеттіліктерін жабады. Осы қысқаша талдау қорытынды жасауға алып келеді.
Германия әлдеқайда нашар күйде (күн активтілігінің төменгі активтілігі),
бірақ 2015 жылы күн энергиясының 30% пайдалануына өтеді. Қазақстанда күн
радиациясының потенциалы 1300-1800 кВт.чм2.жыл. Континенттік климатпен
байланысты жылына күн сағаттарының 2200-3000 құрады. Климат анық
күндердің (әсіресе жаз мезгілінде) үлкен сандарымен, ауаның жоғары
температурасымен және жыл ішіндегі атмосфералық жауын шашындардың санымен
сипатталады. Ресей территориясының маңызды бөлігінде күн энергиясын
падаланудың қолайлы климаттық шарттары бар. Оңтүстік аудандарында күн
сәулеленуі жылына 2000 нан 3000 дейін жалғастырылады, ал жылу
энергиясының горизонтальді бетіне жылдық кіріс- 1280 ден 1870 кВт·сағ
1 кв. м- не. Ең Күнді айларында- шілдеде- горизонтальды беттің 1 кв.м.
келетін энергия мөлшері орташа есеппен күніне 6,4 дан 7,5 квт·сағ дейін
құрайды. Күн энергиясының кең қолдану мұнда маңызды шаруашылық мағынаға
ие болады. Энергияның жаңартылған және экологиялық таза көздерді
пайдаланудың ізденіс жолдарымен байланысты мемлекеттің гелиоресурстарының
және күн радиостанциясының потенциалы бойынша аумақты аудандастыру бағасы
болып табылады. Осылайша жаңартылу мен күн энергиясы ресурстарының
үлкен масштабтарын, тегіндігін көрсетуге болады. Бірақ Жер бетіндегі
күн радиациясының төменгі тығыздығы (орташа 250 вт\м2, жақсырақ
аудандарда - 1 квт\м2) және Жер бетіне келудің реттелмейтін тәртібі
(Жердің айналуы, бұлттылық) оны пайдалануда техникалық қиыншылықтар
туғызады (үлкен шағылыстыру және жұтылу беттерінің, бағыттау жүйелері,
аккумуляторлар және т.б. қажеттіліктер).Жер бетіне келетін күн сәулесі
ағынының ең үлкен тығыздығы 0,3-2,5 мкм толқын ұзындығы диапазонында
1кВт\м2 құрайды. Бұл сәулелену қысқа толқынды деп аталады және көру
спектрін қосады. Күн сәулеленуі – жоғарырақ температуралы қолжетімді
көздің энергетикалық ағыны (Т күн беті= 6000° К.).Жылу энергиясы
стандартты техникалық құралдар көмегімен (мысалы, бу турбиналары) және
фотохимиялық, фотофизикалық қарым- қатынастар негізінде өңделген
әдістермен қолданылуы мүмкін. Күн сәулелендірудің энергиясын
пайдаланатын күн құралдары Жер бетінде, сонымен қатар Жер атмосферасынан
бөлек орналаса алады. Қысқа толқынды күн сәулеленуінің атмосфера арқылы
өту кезеңі келесі қарым- қатынастарды ажыратады:
1.жұтылу- сәулелену энергиясының жылуға өтуі, жарықтың тізбекті
сәулеленуі, малекулалардың қозуы.
2.шашырату- бұрышына байланысты жарықтың таралу бағытының өзгерісі.
3. шағылысу бұрышқа байланысты емес, орташа есеппен 30% ғарыштық күн
сәулеленуі қайтадан ғарыштық кеңістікке шағылысады.Сәулеленудің көп
бөлігі бұлттармен, аз бөлігі- жер бетіндегі қар мен мұзбен шағылысады.
Осылайша күн энергиясын қабылдағышты орнатуына энергияның қажетті
мөлшерін жинау мен жиналған энергияны қалайша пайдалануды анықтау керек.
Онда қабылдағыштың өлшеуге болады. Күн энергиясының ең анық аймағы суды,
ауаны жылыту. Суық климатты аудандарда тұрғын мекемелерін жылыту және
ыстық су жабдықтауы қажет. Күн энергиясы су, ауа жылытқыштарында, күн
дистилляторларында, астық кептіргіштерде, күн мұнарасында қолданылады
(мұнаралық типтің күндік энергетикалық орнатуы). Электр энергиясын табуға
арналған күн жүйелері КЭС деп аталады (күн энергетикалық станциялары).Күн
энергиясының концентрациясы 100 ден 700°С дейін температураны алуға
мүмкіндік береді. Диаметрі 30 м параболалық концентраторларды жасау
қиынға соғады, сонымен қатар 200 кВт.сағ электр энергиясын алуға үлес
қосатын, осындай бір құралдың қуаты 700 квт құрайды. Бұл үлкен емес
энергия жүйелері үшін жеткілікті, бірақ стационарлы коммуналдық желілер
үшін жеткіліксіз.
Техникалық мәселелер
Күн электрстанциясы түнде жұмыс жасамайды, таңғы және кешкі
уақыттарда жеткілікті тиімді жұмыс істемейді. Сонда да электр тұтынудың
көп мөлшері кешкі уақытта пайдаланылады. Сонымен қатар ауа райының
өзгеруіне байланысты электр станциясының қуаты тез және күтпеген уақыттта
тербелуі мүмкін. Осы кемшіліктерді жою үшін тиімді электрлік
аккумуляторларды пайдалану (қазіргі кезде бұл шешілмеген мәселе) немесе
үлкен аймақты алатын гидроаккумулирлейтін станцияларды құру керек немесе
әлі экономикалық тиімділіктен алшақтау сутекті энергетиканың концепциясын
қолдану керек. Күн электр станциясының қуатының тәулік уақытына және ауа
райы шарттарына тәуелділік мәселесі күн аэростатты электр станциялары
кезінде шешіледі.
1.Күн фотоэлементтерінің қымбаттығы. Технологияның дамуымен бұл
кемшілікті жою мүмкін. 1990—2005 жылдары фотоэлементтерге бағалар орташа
есеппен жылына 4 % төмендеп тұрды.
2.Күн элементтерінің жеткіліксіз ПӘК-і.
3.Фотопанельдердің бетін шаңнан және ластанудан тазартып тұру қажет.
Олардың аймағында бірнеше квадрат километрда қиыншылық туғызуы мүмкін.
4.Фотоэлектрлік элементтердің тиімділігі оларды қыздырған кезде
байқалады, сондықтан әдетте сулы салқындату жүйесін орнату қажеттігі
туындайды.
5.30 жылдан соң фотоэлектрлік элементтердің тиімділігінің
эксплуатациясы төмендей бастайды.
Кесте 1 - Жылулық күн электрстанцияларының сипаттамалары
Параболалық Тарелка Мұнаралы типті
концентратор электростанция
Қуаты 30-320 МВт 5-25 МВт 10-200 МВт
Жұмыс 390734 7501382 5651049
температурасы
(CF)
Дайындық 23-50 % 25 % 20-77 %
коэффициенті
Шектік ПӘК-і 20%(d) 29.4%(d) 23%(p)
Практикалық 11(d)-16% 12-25%(p) 7(d)-20%
жылдық ПӘК-і
Өндірісте Прототипі Демонстрацияда Демонстрациялық
қолдануы өнідрістік қаралуда жобалары іске
қондырғыларда асырылуда
қаралуда
Технологияның Төмен Жоғары Орташа
дамуына
байланысты қаупі
Жылуды Шектеулі Аккумулятор Йя
аккумулиярлау
Гибридті жүйе Йя Йя Йя
Құны, долларВт 2,7-4,0 1,3-12,6 2,5-4,4
(p) = болжам; (d) = факт;
1.2 Күн электр станцияларының экономикалық және құрылымдық
мәселелері
Жылу электр станцияларымен өңделген электр бағасы көптеген
факторларға байланысты. Солардың ішінде капиталды шығындар,
эксплуатациялық шығындар және техникалық қызмет көрсету шығындары,
жүйенің өнімділігі. Бірақ технологияның бағасы және электр энергиясының
соңғы әсерінен шығарылған бағасы берілген технологияға қатысы жоқ сыртқы
факторларға байланысты. Мысалы, параболалық концентраторлар мен епті
автономды орнатулар күйіндегі мұнаралар қымбат болуы мүмкін. Олардың
бағасын төмендетіп органикалық отынмен жұмыс жасайтын қазіргі электр
станцияларымен салыстырғанда бәсекеге төзімді етіп, олардың қуатын
жоғарылатып, бір ауданда бірнеше энергетикалық объектілер орналасқан күн
энергия орталарын құру керек. Сонымен қатар, бұл технологиялар отынның
дәстүрлі түрлерін ығыстырады, налогты реттеу олардың бәсекеге
төзімділігіне маңызды әсерін тигізеді.
Жылуды аккумулирлеу арқасында төзімді және электр энергиясының жұқа
көзі болады. Ол сенімділікті және электр энергиясын қажет кезде өңдеу
мүмкіндігіне ие. Нәтижесінде басқармалы электр энергиясы коммуналды
кәсіпорын үшін жоғары бағаланған, өйткені құру мен жаңа электр
станцияларын пайдалану қажеттіліктерінің орнын толтырады. Күн жылу электр
станциялары дәстүрліге қарағанда қымбатырақ тұрады, құндылығы жоғарырақ
болуы мүмкін.
Жылулық күн электр станциялары квалификациялы, дәстүрлі электр
станцияларына қарағанда екі жарым есе жоғары төлемді жұмыс орындарын
құрады. Калифорния штатының энергетикалық коммисиясы зерттеу жүргізді.
Күн жылу электр станциясы үшін федералды және жергілікті бюджетке
эквивалентті қуатты бу газының станциясына қарағанда 1,7 ге көбірек салық
төленеді. Егер осы электр станцияларына бірдей салық төленсе, олардың
өңделген электр бағасы шамамен бірдей болатын еді. Егер 1% ғана жердің
шөлдері экологиялық таза күннің жылу энергиясының өңделуінде қолданылса,
дүние жүзіндегі қазбалы отынды жағу арқылы алынуына қарағанда көбірек
болар еді. 2003 жылы АҚШ және басқа мемлекеттерде орташа қуаты 700
мегаватт жоғары жылу күн электрінің өңделуі ашылған. Бқл жүйелерді
пайдалану 2010 ж. 5000 мегаватт жоғарлауы тиіс, ал ол 7 миллион адамның
тұрмыстық қажеттіліктерін қамтамасыздандыруға жеткілікті. Сонымен қатар
энергия санын тиімдей алады.
Күн орнатудың негізгі конструктивті элементі - коллектор, онда күн
энергиясын алу және оны жылуға айналдыру, және ауаның, судың, тағы басқа
жылу тасымалдаушыларды түрлендіруі. Күн коллекторларының екі түрін
ажыратады:
1.жазық,
2. шоғырланған.
Жазық коллекторларда күн энергиясы концентрациясыз жұтылады, ал
шоғырланушыларда- концентрациямен, демек алынатын радиация ағынының
тығыздығын арттырумен түседі.
Концентраторлар – күн энергиясы ағынының тығыздығы жоғарылайтын айна
немесе линзалар күйіндегі оптикалық құрылғылар. Жазық, параболалық
немесе параболалы цилиндрлік айналар жұқа металлдық беттен немесе
фольгадан, жоғары шағылысу материалдарынан жасалады.
Әр түрлі коллекторлардың салыстырмалы сипаттамалары, күн станциялары
негізінен екі типпен құрылады:
1 – мұнаралық типтің КЭС-і,
2 – модульді типті КЭС.
Бірнеше шоғырландыру элементтерінен тұратын жүйе- модульді КЭС.
Концентраторлар параболойд күйінде міндетті түрде болу керек емес. Әрбір
концентратор жылутасымалдағыш сұйықтығының күн энергиясын жібереді.
Барлық коллекторлардың ыстық сұйықтығы ортаңғы электржүйеде жиналады.
Сұйықтық таситын жылу-су буы болуы мүмкін, егер ол тікелей бу
турбинасында немесе кез келген термохимиялық ортада- мысалы,
диссоциирленген аммиак. Жинақталған коллекторлық жүйелердің негізгі
кемшіліктері:
1–әрбір шағылыстырушыға конструкциясы бойынша күрделі қабылдағыш
қажет.
2 –100 МВт генератор қуатты 20000 параболойдты шағыстыруларды алу
үшін жинақталмаған концентраторларды байланыстыратын қымбат, жоғары
температуралы контур қажет.
Жоғарыда көрсетілген қиыншылықтар шешіледі, егер осы 10-20 мың
қабылдағыштардың орнына қарапайым типті бу қазанына өлшемдері мен
параметрлері бойынша сәйкес бір қабылдағышты жасап, оны Жер бетіне көтеру
керек.Осылай мұнаралық типтің гелиостанциялық концепциясы пайда болады,.
Бұл жағдайда барлық параболойдтар өндірісі кәдімгідей арзанырақ, жұқа
шағылыстырушылармен алмастырылады.
Күн электрстанциясы
Күн электростанциясы – күн радиациясын электр энергиясына
түрлендіруге арналған инженерлік құрылыс. Күн энергиясын түрлендіру
әдістері әртүрлі және электр станцияларының құрылымына байланысты. Электр
энергиясының күннен алынуы бүкіл дүниежүзінде қолданылады. Ғалымдардың
қазіргі басты қойған шарттары бар технологияларды дамытып, олардың ПӘК–н
жоғарлату. Күн электр станциялары күн радиациясының энергиясын
түрлендіреді. Олар екі түрлі болады:
1. фотоэлектрлік – фотоэлектрлік генератор көмегімен күн энергиясын
түрлендіреді.
2. термодинамикалық – күн энергиясын жылу энергиясына, содан кейін
электр энергиясын түрлендіреді; термодинамикалық күн электр
станцияларының қуаты фотоэлектрлік станцияларға қарағанда жоғары.
1.3 Фотоэлектрлік күн электрстанциялары
Фотоэлектрлік станциялардың басты элементі күн батареялары. Олар
кремнидің жұқа қабықтарынан немесе басқа жартылайөткізгішті
материалдардан тұрады және тұрақты электр тогына күн энергиясын
түрлендіре алады.Фотоэлектрлік түрлендіргіштер сенімділігімен,
тұрақтылығымен ерекшеленеді, ал олардың қызмет мерзімдері шексіз десек те
болады. Олар тік күн жарығымен қатар шашыраған жарықты да түрлендіре
алады. Күн батареяларының кемшіліктеріне жоғары бағасын және төменгі ПӘК
жатқызуға болады. Күн батареяларын аз қуатты,радионавигациялы қоректі
және аз қуатты радиоэлектрлік құрылғыны, эксперименттік электрмобильдері
мен ұшақтардың келуі автономды тұтынушыларды электр жабдықтау үшін
қолданады. Келешекте оларға тұрғын үйлерді электр жабдықтау мен жылытуға
пайдаланады деген үміт бар. Электрлік элементтерінің типтері :
1. Монокристаллды кремнилік;
2. Поликристаллды кремнилік;
3. Жұқа қабыршақты.
1- n-қабаты, 2 - np өтуі, 3 - p-қабаты, 4 - контактылы қабаты, 5 -
коллекторлы сызық, 6 - металды тор
1 сурет – кремнилік фотоэлемент
Поликристалдық кремний негізіндегі фотоэлемент
Энергетикалық көзқараспен қарағанда, күн сәулесінің энергиясын
электр энергиясына айналдырудың тиімдірек тәсілі жартылай өткізгішті
фотоэлектрлік түрлендіргіштер (ЖФТ) болып табылады. Өйткені ол
энергияның бірсатылы өтуі. Фотоэлементтің өңдеу масштабтарында ПӘК
жүргізушілері орташа 16% құрайды, жақсы үлгілерінде 25% дейін.
Зертханалық шарттарда ПӘК 40,7 % құрайды.ЖФТ- ға энергияны
түрлендірушілер оларға күн сәулесінің әсер етуінде біртекті емес жартылай
өткізгішті құрылымдарда пайда болатын фотоэлектрлік әсерге негізделген.
ЖФТ құрылымының бір текті еместігі бір жартылай өткізгішті әртүрлі
қоспалармен қосып (p-n өткізгіштердің пайда болуы ) немесе тыйым салынған
аймақтың- атомнан электронның алыну энергиясы (гетероөткізгіштерді құру)
немесе жартылай өткізгіштің химиялық құрамының өзгеруіне байланысты ені
бірдей емес әртүрлі жартылай өткізгіштердің бірігу арқылы алынады.
Сонымен қатар аталған әдістердің әртүрлі комбинациялары мүмкін.
Түрлендірудің тиімділігі біртекті емес жартылай өткізгішті құрылымның
электрофизикалық сипаттамаларына, сонымен қатар фотоөткізгіштіктің
негізгі рөлін атқарушы ЖФТ оптикалық қасиеттеріне тәуелді. Ол күн
жарығымен сәулелендіру кезінде жартылай өткізгіштердегі ішкі фотоэффект
құбылыстарымен шартталған.
ЖФТ- дағы энергияның негізгі қайтарылмас шығындары байланысты:
• түрлендіргіштің бетіндегі күн сәулесінің шағылысуымен,
• жұтылусыз ЖФТ арқылы шағылысу бөлігінің өтуімен,
• жылу тербелістеріндегі фотондардың энергия шығындарының шашырауымен,
• ЖФТ беті мен көлемінде фото-булардың пайда болған рекомбинациясымен,
• түрлендіргіштің ішкі кедергісімен,
• және кейбір басқа да физикалық кезеңдермен.
ЖФТ-да энергия шығындарының барлық түрлерін азайту үшін әртүрлі
шаралар өңделіп, қолданылады. Оларға жатады:
• тыйым салынған аймақтың енімен күн шағылысуына тиімді жартылай
өткізгішті қолдану;
• жартылай өткізгішті құрылымдардың қасиеттерінің оны қоспалау және
электрлік өрістерді құру арқылы жақсарту;
• гомогендіден гетерогендікке және варизонды жартылай өткізгішті
құрылымдарға өту;
• ЖФТ конструктивтік параметрлерінің ықшамдалуы (p-n өткізгіштің
орналасу тереңдіктері, негізгі қабаттар қалыңдығы , түйіскен тордың
жиіліктері және т.б.)
• айқындықты, термореттеулерді және ғарыштық радиациядан ЖФТ- ны
қорғауды қамтамасыздандыратын көпфункционалды оптикалық жамылғыларды
қолдану;
• жұтылудың негізгі жолағының шетіндегі күн спектрінің ұзын толқынды
аймағында мөлдір ЖФТ өңдеу;
• әрбір каскадта алдынғы каскадтан өтетін сәуле шығаруды түрлендіруге
мүмкіндік беретін жартылай өткізгіштердің тыйым салынған аймағының
ені бойынша таңдалынған каскадты ЖФТ құру;
Сонда да күн энергетикасының келешегі- жартылай өткізгіштік
фотоэлементтер - күн батареяларының көмегімен электр тогына күн
сәулеленуін тікелей түрлендіруде. Өткен ғасырдың 30-жылдарында алғашқы
фотоэлементтердің ПӘК 1% әрең жеткенде, бұл жайында Физико-техникалық
институтының (ФТИ) академигі А. Ф. Иоффе айтқан. Ғалымның болжауы 1950-
жылдардың соңында күн батареяларының панельдері басты энергетикалық көзі
болған жасанды Жер серігінің жіберілуімен жүзеге асырылды.
Күн энергиясының фотоэлектрлік түрлендіруінде р-n- өткізгішің
құратын басқа элементтердің қосылысымен кремний пайдалынады. Жартылай
өткізгішті кремнилі фотоэлементтің жұмыс сұлбасы қарапайым: жартылай
өткізгіштің р- қабытында ойықты (оң) өткізгіштік, ал n-қабатында
электронды (теріс) пайда болады. Жартылай өткізгіштерде электр қозғаушы
(ЭҚК) күш пайда болады, ол электр тогының көзі болып табылады. Фото
биіктігі – жарық ағыны көп болған сайын, ЭҚК көп болады. Қазіргі кремнилі
(галлий арсениді негізінде) фотоэлементтердің тиімділігі барынша жоғары
(олардың ПӘК- і 10-20% жетеді), ал ПӘК жоғары болған сайын, кіші
энергетикаларда да ондаған квадрат метрге жететін, күн батареясының
ауданы аз. Жартылайөткізгішті өндірістің жетістігі, ПӘК- і 40% кремнилі
фотоэлементті өңдеу болды. Кұн энергиясын өңдеудің соңғы маңызды бағыты-
арзанырақ және қолайлырақ фототүрлендіргіштерді: сызықты поликристалдық
кремнилі панельдерді, амморфты кремнидің жұқа қабаттарын, сонымен қатар
басқа жартылай өткізгішті материалдарды құру. Олардың ішіндегі ең жоғары
тиімділікті галий-алюминиі- мышьяк, оның өндірістік өңделуі енді
басталады. Үлкен перспективаны гетероқұрылымды жартылай өткізгіштер
ашады, тиімділіктері қарапайы кремний күйінен екі есе жоғары.
Гетероқұрылымдарды ашу және олардың жабдықталуымен жұмысын жалғастырған
ФТИ директоры А. Ф. Иоффе, академик Ж. И. Алферов 2000 жылы Нобелдік
сыйлыққа ие болды ("Наука и жизнь" № 4, 2001 ж.). Осылайша бүкіл дүние
жүзіндегі танымал жартылай өткізгіштер – бұл соның негізінде күн
энергиясын дамытуға болатын база.
Сонымен бірге екі жақты сезгіштігімен түрлендіргіштерді жасау арқылы
(бір жағындағы ПӘК +80 % дейін), люминесценттік қайта сәуле шығару
құрылымдарын қодану.Күн электростанцияларында (КЭС) ЖФТ- ның әртүрлі
типтерін қолдануға болады, бірақ олардың барлығы осы жүйелердің
талаптарын қанағаттандырмайды:
• ұзақ жұмыс істеу(25-30 жыл) ресурсындағы жоғары сенімділік;
• шикізаттың жоғары қол жетімділігі және жаппай өндірістік ұйымның
мүмкіндігі;
• түрлендіру жүйесін құрудағы шығындардың өтелімділігінің уақыты
бойынша қолайлы;
• түрлендіру жүйесін басқару мен энергияның берілісіне (ғарыш)
байланысты станцияның бағыты мен тұрақтылығын толық алғанда энергия
мен салмақтың минималды шығындары;
• техникалық қызмет көрсетудің қолайлылығы.
Кейбір перспективалық материалдарды қажетті КЭС құру кезінде,
алынған өнімнің табиғи қорының шектелуіне немесе оны өңдеудің
күрделілігіне байланысты алу қиын. ЖФТ-ның энергетикалық және
эксплуатациялық әдістерін жақсарту үшін , мысалы күрделі құрылымдарды
құруына байланысты, төменгі бағадағы жаппай өндіріс ұйымының
мүмкіндіктерімен нашар байланысады және т.б.
2 сурет – Фотоэлектрлік күн қондырғысының схемасы
Жоғарғы өнімділікке ЖФТ-ның өндірісінің толық автоматтандырылған
ұйымында ғана жете аламыз, мысалы таспа технологиясының негізінде, және
тиісті профильдің мамандандырылған кәсіпорындарының дамыған желілерін
жасау, демек қазіргі радиоэлектронды өнеркәсіп масштабы бойынша мөлшерлес
өнеркәсіп саласы. Автоматтандырылған таспалардағы фотоэлементтерді жасау
мен күн батареяларының жиыны батареяның өздік құнының қайта қайта
төмендеуін қамтамасыздандырады. КЭС фотоэлементтері үшін кремний ықтимал
материал болып саналады, Cu(In,Ga)Se2 және галлий арсениді (GaAs), соңғы
жағдайда AlGaAs-GaAs құрылымды гетерофото түрлендіргіштер (ГФТ)жайында
айтылады.Қазіргі кезде ЖФТ қолдану аймағы- Жердің жасанды серігі,
орбиталдық ғарыштық станциялар, планета аралық зондтар және т.б. ЖФТ
жетістіктері: қызметтің үлкен мерзімі; жеткілікті жабдықтың сенімділігі;
активті заттар мен отын шығынының жоқтығы. ЖФТ кемшіліктері: Күнге бағыт
үшiн құрылымдардың қажеттiлiгi; КЛА-ның орбитаға шығуынан кейінгі ЖФТ
панелін айналдыратын механизмдердің күрделілігі; жарықсыз жұмысқа
жарамсыздығы; сәулелендіру беттерінің үлкен аймақтары. ЖФТ бұрылыс
механизмі мен бағыттау конструкциясы бар панельдерде құрастырылады. ПӘК-
ТІ шамамен 0,3 көтерген кезде, жоғары қабаттары мөлдір ФЭ- і ЖФТ- ның
екі- үш қабатты орындалулары қолданылады. ЖФТ-ның ПӘК- і ФЭ-ң оптикалық
материалдарына және олардың термореттейтін қорғаныс беттеріне тәуелді.
Шағылысу коэффициенті жарықтандырылатын беттiң жарықтануларын
технологиялық әдіпен төмендетеді (спектрдің жұмыс бөліміне). Жабынның
жұту коэффициенті маңызды мәні бар Стефан-Больцман заңына сәйкес қажетті
жылу режимін орнатады: мысалы, Т-ны 300 ден 380 К жоғарылатқанда, ЖФТ-
ның ПӘК 13-ге төмендейді
а)
б)
а)Көп таралған фотоэлемент типтері
б) Екібетті фотоэлектрлік модуль
3 Сурет – фотоэлектрлі түрлендіргіштер
Винтельді фотоэлементтер басқа элементтерден өзгешелігі , олар күн
сәулелену әсерінен өзінің э.қ.к- сын жасайды. Осыған байланысты сәулелік
энергияны электр энергиясына түрлендіреді.
Электр көзі болып қолданылатын фотоэлементтерді фотоэлектрлік
түрдендіргіш немесе тек фототүрлендіргіш деп атайды. Кремний кәзіргі
кезде фотоэлектрлік түрлендіргіш болып саналады.
Болашақта кремнилі фотоэлементтерге сұраныс кеңейе түседі, себебі:
-біріншіден, кремний жер бетінде оттегіден кейін көп тарған
элемент болып табылады және өнеркәсіпте алатын орны бөлек.
-екіншіден, теорияның көрсетуі бойынша, күн спектрі үшін
шығатын электр қуатының үлкен бөлігі жартылайөтгізгіштерден жасалған
фототүрлендіргіште пайда болады, олардың ені тиым салынған зонаның 1
—1,5 эв шегінде жатады.
-үшіншіден , кремниден жасалынған фототүрлендіргіштер
барлығына қолдануға келеді, өзінің сезімтал спектрлері арқылы күн
сәулесін қолдануға жұмсалады.
- төртіншіден, салыстырмалы түрде , мысалы, германиден
жасалынған приборларға қарағанда,кремниден жасалынған приборлар
температура тербелісіне біршама сезімтал, кремний шағылысу шығынының
минималын жетуге көмектеседі
Екі бетті модульдер жарық энергиясын фронталь және артқы бетінен
түрлендіреді. Бұл шағылған жарықтың энергиясын қолдануға мүмкіндік
береді. Артқы беттің модулі су және жер бетінен жарық шағылғанда
энергияны алады (мысалы ақ құм немесе қар ).
Жинақтаушы
Күн модулінің өнделуінен энергия жиналады. Үйлерде күннің
энергетикалық құрылымы ретінде, жинақтауыш үш міндет атқарады:
фотоэлектрлік модульдер( резервті қор) котере алмайтын ең жоғары
дәрежедегі қуат міндетін; түнгі уақытта энергия қуатын береді (қысқа
мерзімді сақталу); нашар ауа – райы кезіндегі немесе көп шығын болғанда
энергия шығынын толтырады. Көп жағдайда автомобильдің жинақтауышы
қолданылады, ол бағасы бойынша қол жетерлік және барлық жер жүзінде бар.
Бірақ олар үлкен токты қысқа уақыт ішінде жеткізуге арналған. Олар ұзақ
ұақыт зарядталу мен бәсеңдеудің қайталануына нашар төзеді. Сол себепті
өнеркәсіптер берілген талаптарға сай жинақтауыштар шығаруға міндетті.
Олардың негізгі ерекшелігі – циклдік тәртіпте жұмыс істегенде төменгі
сезімталдығы. Өкінішке орай, аз ғана дамыған мемлекеттерде мұндай
батареялар өндіріледі, ал импорттары жеткізілуі мен кедендік алым
үшін қымбатқа түседі. Бұл жағдайда жүк көліктерінің қуатты жинақтауышы
қолданылады, бұл - өте бір қол жетерлік нұскасы, бірақ оларды қайта-
қайта ауыстырып тұруға тура келеді. Үлкен фотоэлектрлік жүйелерге бір
жинақтауыштың сыйымдылығы жеткіліксіз болады. Онда оған параллельді
бірнеше жинақтауыш қосуға болады, олар ішінара оң және теріс полюстерін
қосу арқылы жалғанады. Ол үшін ұзындығы 30 см болатындай жуан мыс
сымтемірін пайдалануға болады.
4 сурет – Күн батареялары
Зарядталу кезінде жинақтауыш потенциалды жарылысқа қауіпті газ
бөледі. Сондықтан ашық от көзінен сақтану керек. Егер зарядты регулятор
қолданса, онда газдың бөлінуі аз мөлшерде болады. Сонда да жинақтауыш
жақсы ауа айдалымда болу керек, сол себепті оларды жабулы ұстап
немесе жәшіктерге тығуға болмайды. Жинақтауыштың сыйымдылығы ампер -
сағатпен көрсетіледі. Мысалы, 100А*сағ және 12 В жинақтауыш 1200 Вт*сағ
сақтай алады. Дегенмен, оның сыйымдылығы зарядталу мен бәсеңдеу барысында
сыйымдылық индексмен көрсетіледі, мысалы, С100 - 100 сағат үшін.
Өндірушілер жинақтауышты әр түрлі негізгі кезеңдерге арнап жасайтынын
атап өтуге болады. Энергияны жинақтауышта сақтағанда біраз бөлігі сақтау
барысында жоғалады. Автомобильді батареялардың тиімділігі 75 %-тей
болады, ал күн жинақтауышы бұл көрсеткіштерден жоғары. Әрбір зарядталу
мен бәсендеу барысында жинақтауыш сыйымдылығының біраз бөлігі жоғалады,
осылай оны ауыстырғанша ол төмендей береді. Күн жинақтауышы қуатты
автомобильдегіден қарағанда ұзақ қызмет атқарады.
Жинақтаушының мөлшерін анықтау
Батареяның мөлшерінің басты міндеті энергияны кем дегенде 4 күн
сақтау. Күніне 2480 Вт*сағ қолданатын жүйені елестетейік. Бұл санды 12 В-
қа бөліп, күндік 206А*сағ қолданылуды аламыз. Яғни, 4 күн сақтау: 4 күн *
206А сағ күніне, тең болады 824 А сағ. Егер батарея қорғасыннан болса,
бұл санға 20 % қосамыз, сонда жинақтауыштың толығымен бәсендеуіне
әкеледі. Яғни, біздің идеалды қорғасын жинақтауышымыздың сыйымдылығы 989
А сағ болады. Егер де кадмии - никельді немесе темір - никельді батарея
қолдансақ, қосымша 20 % сыйымдылық қажет емес, бұл сілтілі жинақтауыштың
үнемі толық зарядталуына кедергі тигізбейді.
Заряд реттеуші
Егер жинақтауыш сапалы заряд реттеушімен бірге пайдаланса, онда ол
бірнеше жыл қызмет атқарады, бұл батареяның артық мөлшерде зарядталуы мен
терең бәсендеуінен қорғайды. Батарея толығымен зарядталса, реттеуші ток
мөлшерін төмендетеді. Яғни күн модулімен өздігінен өнделген заряд
шығынының толтырылуын қадағалайды және керісінше, реттеуші қондырғыларға
пайдаланатын энергияның жеткізілуін тоқтатады, бұл кезде жинақтауыш
критикалық деңгейге дейін бәсендейді. Сол себепті аяқ асты энергиянын
жеткізілуінің тоқтауы жүйенің сынуынан емес, сақтандырғыш механизмінің
жұмыс істеуінен болады.
Заряд реттеуші – электронды қондырғы, ол жүйемен дөрекі жұмыс
істегеннен бұзылуы мүмкін. Қазіргі модельге сай істелген қондырғылар
реттеушінің және жүйенің басқа да бөліктерінің бұзылып қалуынан сақтайтын
сақтандырғышпен жабдықталған. Оның ішінде қысқа тұйықталудан сақтайтын
сақтандырғыш және полюстік өзгерткіш, блоктік диод орнатылған, бұлар
заряд жинақтауышының бәсендеуіне кедергі жасайды. Көптеген модельдері
жарық диодпен жабдықталған, олар қондырғының жағдайы мен жүйенің ақауын
белгілеп отырады. Ал кейбіреуі
батареяның зарядталу дәрежесін белгілейді, дегенмен оны нақты
анықтау қиынға түседі.
Инвертор
Инвертор төменгі кернеудегі тұрақты токты стандартты ауыспалы токка
айналдырады. Инвертор 250 Вт-тан 8000Вт-тан жоғары болады. Қазіргі
синусойдалы инвертормен өнделген электр энергиясы біздің үйлерге
жеткізілетін жергілікті электр желісіне қарағанда жақсы қасиеттерімен
ерекшеленеді.
5 сурет – инвертор
Сонымен қатар модифицирленген синусоидалы инверторлар бар – олар
сондай да қымбат емес, және үйлердегі жағдайларға пайдалануға болады.
Бірақ олар электрлік қондырғылар мен телефондарда шу тудырып, біраз
кедергі жасайды. Инвертор үй мен коммуналдық энергожелісінің арасында
буфер ретінде қызмет атқара алады, бұл оның артық электр энергиясын
ортақ электр желіге сатуына мүмкіндік береді.
Күнгей потенциал
Қазақстан аумағы континентішілік Азия орталығында орналасып, әр
түрлі физика - георгафиялық және топырақ - климаттық шарттарға ие.
Қазақстан климатының негізгі қасиеті қоңыржай континенталдық пен
шеткі қуаңшылық. Климат тегіс бөлігінде аумақтың георгафиялық орналасуына
, ал таулы аудандарда - тік аймақтылық заңына негізделген.
Жалпы Қазақстанның топырақты - климаттық ( негізгі өсімдік
қауымдастықтармен ) табиғи аймақтардың және жазық ішкі зоналарының
мінездеме 3-ші кестеде көрсетілген, осыдан меридиан бағытымен Қазақстан
аумақтарында жылу мен ылғал балансы түрлі болып келеді
Егер 55 с.е. ( Петрапавл қ. ауданында және одан солтүстікте
жатқан біркелкі ылғал даласы) ылғалдау коэффициенті ( жылдық жауын
түсуіне тәуелді есептелген) 0.77-0.63 болса, Қызылқұмдарда ( оңтүстік шөл
дала ) бұл көрсеткіштер 7-8 есе аз болып келеді. Бұл заңдылық ландшафтта
топырақ-географиялық зоналар мен ішкі зоналар ( таулы облыстарда -
биіктік белдіктер ) болып пайда болады.
бұл ерекшеліктердің Негізі ең алдымен солтүстіктен оңтүстікке қарай
өсетін күн радиациясы мен келетін жылу мен азаятын атмосфералық жауынның
мөлшерімен анықталады.
Қазақстан аумағындағы күннің жарқырау ұзақтығы (3100 сағатқа дейін)
өте үлкен. Және де, күн жарқырауы 2800-3100 сағатқа жететін аумақтардың
аудаңы 1900,5 мың шаршы км, яғни Қазақстан аудаңының 70% -н құрайды.
Анық күндердің саны жалпы бұлттылықтың 81-160 күнің , төменгі
бұлттылықтың бұл сан 181-220 және көбірек 240 күндерге дейін құрайды, ал
бұл республиканың 23 аумақтың ауданын құрайды.
6 сурет – Күн сәулесінің тік сәулеленуі
7 сурет – Жазық беттегі күн сәулесінің таралуы.
Бұлыңғыр күндерінің саны екі бағытта өседі ( кері тәуелділікте күн
жарқырау ұзақтығы болады ) – солтүстікке, таулар мен тау беткейі. Бұл (
жалпы себептерден басқа ) циклондар мен антициклондардың әсерімен және
олар мен бірге жүретін бұлттылық пен жауынның үлкен мөлшерімен
түсіндіріледі.
Циклділік барысымен және азиялық барынша қосу жағдайы арқасында
Қазақстан аумағында тығыз бұлттылықтың пайда болуы мүмкін емес, ал егер
конвективті бұлт құрылса да, ол өте үлкен биіктікте жұқа бұлыңғыр бұлт
түрінде пайда болады да, күн жарқырауына қатты әсер етпейді.
Қазақстан аумағындағы күннің жарқырау ұзақтығы (3100 сағатқа дейін)
өте үлкен. Және де, күн жарқырауы 2800-3100 сағатқа жететін аумақтардың
аудаңы 1900,5 мың шаршы км, яғни Қазақстан аудаңының 70% -н құрайды. Анық
күндердің саны жалпы бұлттылықтың 81-160 күнің , төменгі бұлттылықтың бұл
сан 181-220 және көбірек 240 күндерге дейін құрайды, ал бұл республиканың
23 аумақтың ауданын құрайды.
сәйкесті 90 және 40 күндерден аспайды, бұл солтүстік және тау
етектерінде орналасқан аумақтың 13 -н сәйкесті құрастырады. Бұлыңғыр
күндердің саны жыл мезгілдерінде өзгермелі болады- жазда жалпы айлық
бұлттылық 3 күн, қыста 9 немесе 13 күн.
Бұлыңғыр күндерінің саны екі бағытта өседі ( кері тәуелділікте күн
жарқырау ұзақтығы болады ) – солтүстікке, таулар мен тау беткейі. Бұл (
жалпы себептерден басқа ) циклондар мен антициклондардың әсерімен және
олар мен бірге жүретін бұлттылық пен жауынның үлкен мөлшерімен
түсіндіріледі.
Циклділік барысымен және азиялық барынша қосу жағдайы арқасында
Қазақстан аумағында тығыз бұлттылықтың пайда болуы мүмкін емес, ал егер
конвективті бұлт құрылса да, ол өте үлкен биіктікте жұқа бұлыңғыр бұлт
түрінде пайда болады да, күн жарқырауына қатты әсер етпейді.
6 балдан асатын жалпы орташа жылдық бұлттылық мөлшер аумақтың 7-
10%, ал орташа жылдық төменгі бұлттылық 95% үшін 3 баллдан аспайды.
Бұлттылық қайталанғыштығы карта - схемаларының талдауының
(бұлттардың ар жағындағы бақылаулардың16% санына) көрсетуі бойынша ,
Қазақстанның аумағындағы жоғарғы қабат бұлттылығының 20-30%-н
Қазақстанның жазықтықтары, ал Балхаш-Алакөл тау беткейі аймағының 21-
35% -н, және таулы облыстар үшін 36-40%-н құрайды.
Орта қабат бұлттылығы 16-25%-н құрайды және төменгі қабат бұлттылық
қайталанғыштығы жазықҚазақстан үшін 5-10% құрап, тауларда 14-16%-ға
үлкейеді, бұл жылдық көрсеткіштер .
Олардың айқын трансформациясы жыл мезгілдерінде болады , үлкейеді ,
мысалы, төменгі қабат бұлттылығының қайталанғыштығы үшін жазда 2 есе (
таулы облыстарда 30%, ал жазықтықтарда -16-20%), ал қаңтарда 0.1-0.7%-н
ғана құрайды .
Тұмандардың жылдық қайталанғыштығы, қарлы борандардың " аспан
көрініп тұрған жоқ " 0.1-3.0%, аралығында, осымен 0.1-1.0% аралығына
республика аумағының жартысынан көп келеді. Қыста " аспан көрініп тұрған
жоқ " көрсеткішінің қайталанғыштығы жазық Қазақстан үшін 2-3%, бірақ
жазда і 0.0-0.2% -ға дейін түседі. " Аспан көрініп тұрған жоқ "
көрсеткішіне қатысты ашық аспанның жалпы қайталанғыштық көрсеткіштері
жалпы және төменгі бұлттылықпен орналасады. (0-2 Б ). Егер қысқы айларда
анық аспан күй-жағдай қайталанғыштығы жалпыға сияқты , дәл осылай
төменгі бұлттылық георгафиялық шартта меридианды аспектіде көз алдына
елестейді , ал жазғы айларда , керісінше , ендікте . Осында , мысалы,
шілдеде анық аспан (0-2 б) күй-жағдайының қайталағыштығы төменгі
бұлттылықпен шелейт және жартылай шөл далалы аумақтарда 80-90%-ға, ал
бұлтты күндердің қайталануы (8-10 б) 5-10%-ға дейін жетеді ( бұл жылдық
көрсеткіштер ).
Демек, Қазақстан аумағының 23 күн жарқырауының үлкен ұзақтығы
және тап түстегі күннің биіктігі тән ( әсіресе жылдың жылы мезгілінде
).
Көрсетілген ерекшеліктермен, практикалық мағынасы бар, екі басқа
климаттық компонент байланысты. Жүріп жатқан Іс аумақтың жоғары
жарықталғандығы мен маңызды гелиоэнергетикалық қорлары жайлы.
Жылдық жиынтық радиация шөлейт және жартылай шөл далалы аумақтар
үшін 131-150 ккал см2 немесе одан көбірек , Қазақстанның қалған
аумақтары үшін бұл көрсеткіш 100 ккал см2-ге азаяды. Және де, жиынтық
радиацияның жылдық мөлшері анық аспанда солтүстік Қазақстан үшін140-160
ккал см2-ге өседі, , Орталық үшін -160-170 ккал см2 және Оңтүстік-
Шығыс үшін -170-190 ккал см2. Осыдан байқалатыны, айқын ажыратылған
ендік аймақтылық жиынтық радиация солтүстіктен оңтүстікке қарай бірте-
бірте өседі. Осы заңдылықта жалпы жұтылған радиация өзгереді. Бірақ ,
альбедоның арқасында , біз сондай айқын көрсетілген ендік аймақтылықтың
жиынтық радиациядағыдай, көрмейміз.
1.4 Термодинамикалық күн электр станциялары
КЭС-тің (күн энергиясының түрлендіруін қолданатын) ғимаратының екі
негізгі әдісі бар.Күн энергиясынан термодинамикалық түрлендіру әдісімен
басқа да энергия көздерінен сияқты электр энергиясын алуға болады, бірақ
жерге түсетін күн сәулеленуі сипаттамалы ерекшеліктерді қамтиды:
1. Энергия ағынының төменгі тығыздығы ;
2. тәуліктік және маусымдық циклдену
3. ауа-райы шарттарына байланысты.
Сондықтан осы энергияны электр энергиясына термодинамикалық
түрлендіргенде жылулық тәртіптердің қолданылуы жұмыс жүйесіне шектеу
жүргізбеуіне және оны пайдалануда ұмтылу керек, демек мұндай жүйе
эксплуатация тәртіптерінің кездейсоқ тербелісін жоятын немесе уақыт
бойынша энергия өндірісінің қажетті өзгерісінің қамтамасыздандыруын
аккумулирлейтін құрылғыларға ие болуы тиіс.
Күн энергиясының термодинамикалық түрлендіргіші келесі
компоненттерді қамтуы тиіс:
1.Түсу радиациясын басқару жүйесін,
2.Күн сәулелендіру энергиясын жылу тасымалдағышқа берілетін жылуға
түрлендіретін қабылдау жүйесін,
3.Қабылдағыштан аккумуляторға немесе жұмыс денесі жылытылатын бір
немесе бірнеше жылу алмастырғыштарға жылу тасымалдағыштың тасымалдану
жүйесін.
4.Жылу аккумуляторы,
5.Жылуалмастырғыш.
Термодинамикалық цикл бойынша жұмыс жасайтын күн станцияларын
құрудың екі түрі бар.
1.Алыстаған аудандарға үлкен емес (орталандырылған) станцияларды
пайдалану.
2.Үлкен күн энергетикалық орнатуларды энергоэүйелердің жұмыс
жасауына арналған бірнеше ондаған мегаватт қуатты құру
Күн энергиясы суды жылытуда, сонымен бірге электр энергиясы
өндірісінде кеңінен қолданылады. Күн коллекторлары қолжетімді
материалдардан өңделеді: болат, мыс, алюминий және т.б., демек дефицитті
және қымбат кремниді қолданбай- ақ. Ол жабдықтың бағасын және өңделген
энергияны мүмкіндігінше төмендетеді. 2001 жылы күн коллекторларынан
алынған электр энергиясының бағасы $0,09-$0 құраған, кВт·сағатына 12.
АҚШ Энергетикасының Департаменті күн концентраторларымен өңделген электр
энергиясының бағасы $0,04-$0,03 дейін төмендейді.
Термодинамикалық күн электр станциялары құрылғыларында талғаулы
жарық жұтушы жабылған жылуалмасу элементтері қолданылады.Олар түскен
жарықтың 97% жұта алады. Бұл элементтер қарапайым күн жарықтандыруында
200°С және одан да көп қыздырыла алады. Олардың көмегімен бу
турбинасында тиімді термодинамикалық цикл алатын бу қазандарында суды
буға айналдырады. Күн бу турбинасы орнатуының ПӘК 20% құрайды. Күннен
энергияны алудың басқа да әдістері бар, егер барлық мәселелерді шешуге
мүмкін болса, онда мұндай өнімге сұранныс шектеулі болуы мүмкін. Жаңа
өндірістер көмегімен басқа қиын жететін аудандардағы электр жабдықтау,
үлкен мегаполистерде жанармай ресурстарының пайдалануын төмендетіп,
қоршаған ортаны зиянды заттардың шығарылуынан қорғау мәселелерін шешуге
болады. Берілген электр станциялары күн радиациясын қолдану арқылы су
буын алуға негізделген. Станция ортасында ұзындығы 18 ден 24 дейін мұнара
тұр (қуатқа және басқа параметрлеріне байланысты ұзындығы аз немесе көп
болуы мүмкін). Мұнараның басында сумен резервуары тұр. Бұл резервуар
жылу сәулеленуін жұту үшін қара түспен жабылған. Сонымен қатар бұл
мұнарада турбогенераторға бу жіберетін сорғы тобы бар. Мұнараны айнала,
бірнеше ара қашықтықта гелиостаттар орналасқан. Гелиостаттар – тірекке
тіркелген және жалпы позициалау жүйесіне қосылған, бірнеше квадрат метр
ауданды алатын айна. Демек, күн орналасуына байланысты айна кеңістіктегі
өзінің жағдайына ауыстырады. Негізгі және еңбекті қажет ететін тапсырма –
ол уақыттың кез келген сәтінде барлық шағылысқан сәулелер резервуарға
түсетін станцияның барлық айналарын позициалау. Ашық ауа райында
резервуардағы температура 700 градуске дейін жете алады. Мұндай
температуралы параметрлер көбінесе дәстүрлі жылу электр станцияларында
қолданылады, сондықтан энергияны алуда стандартты турбиналар қолданылады.
Факт түрінде мұндай типті станцияларда салыстырмалы жоғары ПӘК (20 %
шамасында) және жоғары қуат алуға болады.
8 сурет – Мұнаралы типті күн электр станциялары
Бұл жүйелерде шағыстыру - гелиостаттардың айналу өрісі қолданылады.
Олар жылу энергиясын жұтатын және турбогенераторды қимылға келтіретін,
мұнараның төбесінде орналасқан, орташа қабылдағышқа күн жарығын бекітеді.
Компьютермен басқарылатын бақылаушы екі осьті жүйе күн сәулесінің
шағылысуы қимылсыз және қабылдағышқа түсетіндей етіп гелиостатты
орналастырады. Қабылдағыштағы айналмалы сұйықтық бу күйінде жылуды жылу
аккумуляторына өткізеді. Бу турбинаны электр энергиясын алу үшін
айналдырады, немесе өндіріс кезеңдерінде пайдаланады. Қабылдағыштағы
температура 5380 ден 14820 C дейн жетеді.
Бірінші мұнаралы "Solar One" электр станциясы близ Барстоу (Оңтүстік
Калифорния) электр энергетика өндірісі үшін осы технологияны табысты
көрсетті. Кәсіпорын 1980-жылдың ортасында жұмыс жасап, қуаты 10 МВтэ
сулы-бу жүйесі қолданылды. 1992 ж. АҚШ энергетикалық компаниясының
консорциумы еріген тұздар мен жылуды жинақтайтын жүйелерде қабылдағышты.
Жылуды аккумирлеудің арқасында мұнаралы электр станциялары 65% жүктеме
коэффициентінде электр энергиясының диспетчерлендіруі сирек кездесетін
гелиотехника болды. Мұндай жүйеде ерітілген тұз суық бактан 288 оC
температурада алынады да, қабылдағыш арқылы өтеді де, 565 оC қыздырылады,
содан кейін ыстық бакқа қайта оралады. Енді ыстық тұзды қажеттігі
бойынша электр энергиясын алуға қолдануға болады. Осындай орнатулардың
қазіргі модельдерінде жылу 3 - 13 сағат шамасында сақталады.
Бастапқыда еске түсірейік, мұнаралы типтің күн энергиясы қалай жұмыс
жасайды. Мұнда күн энергиясының электр энергиясына конвертациясы
фотоэлементтерді (күн батареялары) қолданбай жүзеге асырылады- мұндай
орнатулардың жұмысында қыздырғыштардың орнына көмір, газ, мазут немесе
басқа жылутасымалдағыш, көбінесе бу турбинасы бар қарапайым электр
станциясының жұмысына ұқсас. Мұнаралы типті күн электр станциясында
қыздырғыштың орнын күн басады. Осылай аталатын, үш квадрат километр
аймақта орналасқан, күн сәулесін бір анықталған нүктеге шағылыстыратын,
жерден бірнеше ббиіктікте орналасқан жүздеген гелиостаттарды (айналарды)-
бір мезгілде бірнеше күн қояндарын ұстап, бу қазаны жоғары қысыммен
генератор турбинасына түсетін су буын реттеп, өте жоғары температураға
дейін қыздырылады. Генератор электр энергиясын, ал будан өңделіп,
конденсирленген су қайтадан буға айналатын ортанғы қабылдағышқа
жіберіледі.
9 сурет – Мұнаралы типті күн электр станциялары
.
Жаңа Калифорниялық жобада сұлба өзгеше – мұнда жұмыс контурларының
саны екі есеге көбейтілген. Бірінші түйінде жылуды нысанадан бу қазанына
өткізетін жылу тасымалдағыш (оның орнына тұз ерітінделері қатысатын).
Электр генераторының турбинасын қозғалтатын буды реттейтін бу қазаны.
Жұмыс жылуын тасымалдаушы ретінде тұз ерітіндісін бекер алған жоқпыз –
энергия (күн) көзі жоқ болған кезде де, берілген материал электр
станцияларға түнде де жұмыс жасауына мүмкіндік береді. Құпия мұнараның
шегінде жатыр- жерде жылуды ұзаққа сақтайтын тұз ерітіндісімен,
материалдармен сыйымды сыйымдылықтарды (жылу аккумуляторларын) орнату
жоспарлануда. Тұз ерітіндісі 550 градус Цельсияға дейін қыздыратын
болғандықтан, жылуды күн бойы жинауға болады, тек қана түнде босату
арқылы(демек электр станциясы күн батқаннан кейін де ұзақ жұмыс жасайды).
SolarReserve өздерінің жасайтын технологияны тиімді, әрі
салыстырмалы түрде қымбат емес деп тұжырымдайды. Мұндай орнатудың шығыны
мен электр энергиясын серпуі дәстүрлі көмір және газ электр станцияларына
қарағанда жақсырақ десек болады. Жылу аккумуляторысыз мұнаралы типтік күн
электр станцияларымен салыстырғанда да артықшылықтары бар. Күн сәулесінен
электр алынатын жаңа жүйе электр энергиясын тәулігіне 24 сағат бойы
шығарады. Сонымен қатар фактілі құрылымға дейін Pacific Gas & Electric
компаниясымен келісім жүргізілген және осы компаниядан шығарылатын электр
энергиясын 25 жыл бойы сатып алуға міндеттенеді. Жобамен 500 қызметкер
жұмыс жасайды, құрылыс 2011 жылдың соңына таман басталады.
Қазанға қоректендіру сорғыш арқылы жоғары қысыммен қоректендіру суы
алынады. Қазан оттығында жану кезеңі жүреді- отынның химиялық энергиясы
жылу және сәулелі энергияға айналады. Қоректендіру суы қазан ішінде
орналасқан трубалық жүйемен ағады. Жанған отын қайнау температурасына
және буға айналуға дейін қыздырылып жылудың қуатты көзі болады. Алынған
бу осы қазанда қайнау температурасынан жоғары қыздырылады, шамамен 540°C
дейін 13-24 МПа қысыммен және бір немесе бірнеше құбыр бойынша бу
турбинасына жіберіледі.
Бу турбинасы, электр генераторы және қоздырғыш толығымен
турбогенераторды құрайды. Бу турбинасында бу өте төмен қысымға дейін
кеңейеді (атмосфералықтан шамамен 20 рет төмен) және қысылған немесе
будың жоғары температурасына дейін қыздырылған потенциалдық энергия
турбина роторының электрлік тогына айналудың кинетикалық энергиясына
ауысады. Электр генераторы электрлік орамдарында ток шығарылатын статор
мен қоздырушыдан алынатын қоректі айналмалы электр магнитті көрсететін
ротордан тұрады. Конденсатор турбинадан келетін бу конденсациясына қызмет
етеді. Ол турбинадан шығарда вакуум құрады, сондықтан турбинаға жоғары
қысыммен келген бу конденсаторға ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Күн –Жер бетінің көзі: жарықтың, жылудың, өмірдің. Тек қана күннің
көзі адамдарға олар отты пайдалануды үйренбей тұрып, жылуды берген. Күн
энергиясы адам қоғамының бірінші игеруі болған. Дүниеде табиғи шектеудің
бірнеше түрлері бар. Егер жанармай санының бағасын үш категориялар
бойынша алсақ: қарастырылған, мүмкін, ықтималды, онда көмір 600 жылға,
мұнай- 90, табиғи газ - 50, уран – 27 жылға жетеді. Басқаша айтқанда
барлық категориялар бойынша жанармайлардың барлық түрлері 800 жылда жанып
бітеді. Қазіргі күнмен салыстырғанда 2010 жылға минералды шикізаттарға
сұраныс 3 есе артуы мүмкін. Қазір бай орналасуы бар мемлекеттер соңына
дейін өңделген. Әрине жағдайды басқа да пайдалы қазбалар арқылы
қарастырады. Егер энергияны өңдеу бүгінгі қарқынмен өсетін болса, онда
қазіргі пайдаланатын жанармайдың барлық түрлері 130 жылда қолданылып
бітеді, демек ХХII ғасырдың басында. Энергетика саласының негізгі
тұтынушылар өндірісінің дамуымен, адамзат дәстүрлі емес энергия
көздерінің, ресурстардың барлық жаңа түрлерін пайдалана бастады. Ғылымдық
және басқа да күрделі технологиялармен байланысты жаңа пайда болуы
орындарына кеткен финанстық шығындармен энергия көздерін қолдану
қарастырылады.
Сонымен қатар энергетикалық ресурстарды алу мәселелерімен.
Энергияның альтернативті көздерін қарастыру үшін глобальді жылу мәселесі
маңызды рөл атқарады. Жылуды, электр энергиясын алу және транспортты
құралдар жұмысын қамтамасыздандыратын кезеңде көмірді, мұнайды және
жанармайды жаққанда пайда болатын көміртегі оксиді (СО2), Күнмен
жылыған, біздің планетамыздың бетіндегі жылу сәулеленуін жұтады және бу
эффектін құрады.Күн энергетикасы дүниежүзіндегі альтернативті
энергияларының қолайлы түрі болып саналады. Альтернативті энергия
көздерімен толық жабдықталатын үйлер немесе салынған ғимараттарда осындай
станцияларды орнату келешекте үлкен мағынаға ие болады. Қазақстан күн
энергиясының барлық негізгі бағыттарымен жұмыс жасайды, сонымен қатар
әлемдік деңгейден қалып келеді. Жартылай өткізгіштерді алу мен тазалауға,
фотоэлементтерді, аккумуляторларды өңдеуге, күн станцияларын соғуға,
тұзды суды тығыздауға, тұрғын үйде гелиоэнергияны пайдалануға 300 ғана
ғылыми жобалар жинақталды. Қазақстан аймағы күн белбеуінде
орналасқандықтан, мемлекетте күн энергиясын пайдалануда және осы
көрсеткіштерімен әлемдік лидері болуға мүмкіндіктері көп. Альтернативті
энергетика – Қазақстан үшін маңызды және әртүрлі жоспарлы мәселе болып
табылады.
1 Электрлік бөлім
1.1 Күн энергиясның даму перспективасы
Әр секунд сайын күн 88·1024 кал. сәулелендіреді немесе 370·1012 ГДж
жылулық. Осыдан жердегі жылу мөлшері энергетикалық эквивалентке тек
1,2·1012 Вт түседі, демек жылына 1018 квт·сағ немесе дүниежүзінде
пайдаланылатын энергияның он мың рет көбірек. Онымен салыстырғанда
энергияның басқа көздері жылуды азырақ береді. Егер, мысалы, Күн
потенциалын өңделмеген бос жерлерге түсетін күн энергиясы бойынша
анықтайтын болса, онда орташа жылдық қуат 10000 Гвт құрайды, ол
дүниежүзінің бүкіл стационарлық энергетикалық орнатуларының қуатынан
5000- ға көп. Күн энергиясын қолданудың практикалық мақсатын күн
энергиясының максималды1квт\м2 тең сәулеленуі бойынша орнатады. Бұл
Жерге келетін күн шағылысу ағынының ең үлкен тығыздығы. Осы 0,3 -2,5 мкм
толқын ұзындығының диапазонындағы сәулелену қысқа толқынды деп аталады
және көру спектрін қосады. Бірақ ол 1-2 сағатқа, жаз күндері экваторға
жақын енге созылады. Аудан тұрғындарына орнына, тәулік уақытына және ауа
райына байланысты орташа күн сәулеленуі 200-250 вт\м2 құрайды. Бұл
өндіріс кәсібінің көзқарасы бойынша өте көп. Мысалы, шаруашылық қызметпен
шарттандырылған жасанды энергияның орташа тығыздығы 0,02 вт\м2 тең,
демек күн энергиясының орташа тығыздығынан 10000 рет кіші. Жер шарының
жеке орындарында бұл көрініс айтарлықтай жоғары(Жапонияда - 2 вт\м2 ,
Германияда - 20 вт\м2 ). Есептеулер көрсетімі бойынша қазіргі энергия
пайдалануын қанағаттандыру үшін 0,0025% Жер бетіне түсетін күн
энергиясын электр энергиясына айналдыру жеткілікті. Тек қана күн
энергиясын пайдалану адамның электр энергиясына деген бүкіл
қажеттіліктерін жабады. Осы қысқаша талдау қорытынды жасауға алып келеді.
Германия әлдеқайда нашар күйде (күн активтілігінің төменгі активтілігі),
бірақ 2015 жылы күн энергиясының 30% пайдалануына өтеді. Қазақстанда күн
радиациясының потенциалы 1300-1800 кВт.чм2.жыл. Континенттік климатпен
байланысты жылына күн сағаттарының 2200-3000 құрады. Климат анық
күндердің (әсіресе жаз мезгілінде) үлкен сандарымен, ауаның жоғары
температурасымен және жыл ішіндегі атмосфералық жауын шашындардың санымен
сипатталады. Ресей территориясының маңызды бөлігінде күн энергиясын
падаланудың қолайлы климаттық шарттары бар. Оңтүстік аудандарында күн
сәулеленуі жылына 2000 нан 3000 дейін жалғастырылады, ал жылу
энергиясының горизонтальді бетіне жылдық кіріс- 1280 ден 1870 кВт·сағ
1 кв. м- не. Ең Күнді айларында- шілдеде- горизонтальды беттің 1 кв.м.
келетін энергия мөлшері орташа есеппен күніне 6,4 дан 7,5 квт·сағ дейін
құрайды. Күн энергиясының кең қолдану мұнда маңызды шаруашылық мағынаға
ие болады. Энергияның жаңартылған және экологиялық таза көздерді
пайдаланудың ізденіс жолдарымен байланысты мемлекеттің гелиоресурстарының
және күн радиостанциясының потенциалы бойынша аумақты аудандастыру бағасы
болып табылады. Осылайша жаңартылу мен күн энергиясы ресурстарының
үлкен масштабтарын, тегіндігін көрсетуге болады. Бірақ Жер бетіндегі
күн радиациясының төменгі тығыздығы (орташа 250 вт\м2, жақсырақ
аудандарда - 1 квт\м2) және Жер бетіне келудің реттелмейтін тәртібі
(Жердің айналуы, бұлттылық) оны пайдалануда техникалық қиыншылықтар
туғызады (үлкен шағылыстыру және жұтылу беттерінің, бағыттау жүйелері,
аккумуляторлар және т.б. қажеттіліктер).Жер бетіне келетін күн сәулесі
ағынының ең үлкен тығыздығы 0,3-2,5 мкм толқын ұзындығы диапазонында
1кВт\м2 құрайды. Бұл сәулелену қысқа толқынды деп аталады және көру
спектрін қосады. Күн сәулеленуі – жоғарырақ температуралы қолжетімді
көздің энергетикалық ағыны (Т күн беті= 6000° К.).Жылу энергиясы
стандартты техникалық құралдар көмегімен (мысалы, бу турбиналары) және
фотохимиялық, фотофизикалық қарым- қатынастар негізінде өңделген
әдістермен қолданылуы мүмкін. Күн сәулелендірудің энергиясын
пайдаланатын күн құралдары Жер бетінде, сонымен қатар Жер атмосферасынан
бөлек орналаса алады. Қысқа толқынды күн сәулеленуінің атмосфера арқылы
өту кезеңі келесі қарым- қатынастарды ажыратады:
1.жұтылу- сәулелену энергиясының жылуға өтуі, жарықтың тізбекті
сәулеленуі, малекулалардың қозуы.
2.шашырату- бұрышына байланысты жарықтың таралу бағытының өзгерісі.
3. шағылысу бұрышқа байланысты емес, орташа есеппен 30% ғарыштық күн
сәулеленуі қайтадан ғарыштық кеңістікке шағылысады.Сәулеленудің көп
бөлігі бұлттармен, аз бөлігі- жер бетіндегі қар мен мұзбен шағылысады.
Осылайша күн энергиясын қабылдағышты орнатуына энергияның қажетті
мөлшерін жинау мен жиналған энергияны қалайша пайдалануды анықтау керек.
Онда қабылдағыштың өлшеуге болады. Күн энергиясының ең анық аймағы суды,
ауаны жылыту. Суық климатты аудандарда тұрғын мекемелерін жылыту және
ыстық су жабдықтауы қажет. Күн энергиясы су, ауа жылытқыштарында, күн
дистилляторларында, астық кептіргіштерде, күн мұнарасында қолданылады
(мұнаралық типтің күндік энергетикалық орнатуы). Электр энергиясын табуға
арналған күн жүйелері КЭС деп аталады (күн энергетикалық станциялары).Күн
энергиясының концентрациясы 100 ден 700°С дейін температураны алуға
мүмкіндік береді. Диаметрі 30 м параболалық концентраторларды жасау
қиынға соғады, сонымен қатар 200 кВт.сағ электр энергиясын алуға үлес
қосатын, осындай бір құралдың қуаты 700 квт құрайды. Бұл үлкен емес
энергия жүйелері үшін жеткілікті, бірақ стационарлы коммуналдық желілер
үшін жеткіліксіз.
Техникалық мәселелер
Күн электрстанциясы түнде жұмыс жасамайды, таңғы және кешкі
уақыттарда жеткілікті тиімді жұмыс істемейді. Сонда да электр тұтынудың
көп мөлшері кешкі уақытта пайдаланылады. Сонымен қатар ауа райының
өзгеруіне байланысты электр станциясының қуаты тез және күтпеген уақыттта
тербелуі мүмкін. Осы кемшіліктерді жою үшін тиімді электрлік
аккумуляторларды пайдалану (қазіргі кезде бұл шешілмеген мәселе) немесе
үлкен аймақты алатын гидроаккумулирлейтін станцияларды құру керек немесе
әлі экономикалық тиімділіктен алшақтау сутекті энергетиканың концепциясын
қолдану керек. Күн электр станциясының қуатының тәулік уақытына және ауа
райы шарттарына тәуелділік мәселесі күн аэростатты электр станциялары
кезінде шешіледі.
1.Күн фотоэлементтерінің қымбаттығы. Технологияның дамуымен бұл
кемшілікті жою мүмкін. 1990—2005 жылдары фотоэлементтерге бағалар орташа
есеппен жылына 4 % төмендеп тұрды.
2.Күн элементтерінің жеткіліксіз ПӘК-і.
3.Фотопанельдердің бетін шаңнан және ластанудан тазартып тұру қажет.
Олардың аймағында бірнеше квадрат километрда қиыншылық туғызуы мүмкін.
4.Фотоэлектрлік элементтердің тиімділігі оларды қыздырған кезде
байқалады, сондықтан әдетте сулы салқындату жүйесін орнату қажеттігі
туындайды.
5.30 жылдан соң фотоэлектрлік элементтердің тиімділігінің
эксплуатациясы төмендей бастайды.
Кесте 1 - Жылулық күн электрстанцияларының сипаттамалары
Параболалық Тарелка Мұнаралы типті
концентратор электростанция
Қуаты 30-320 МВт 5-25 МВт 10-200 МВт
Жұмыс 390734 7501382 5651049
температурасы
(CF)
Дайындық 23-50 % 25 % 20-77 %
коэффициенті
Шектік ПӘК-і 20%(d) 29.4%(d) 23%(p)
Практикалық 11(d)-16% 12-25%(p) 7(d)-20%
жылдық ПӘК-і
Өндірісте Прототипі Демонстрацияда Демонстрациялық
қолдануы өнідрістік қаралуда жобалары іске
қондырғыларда асырылуда
қаралуда
Технологияның Төмен Жоғары Орташа
дамуына
байланысты қаупі
Жылуды Шектеулі Аккумулятор Йя
аккумулиярлау
Гибридті жүйе Йя Йя Йя
Құны, долларВт 2,7-4,0 1,3-12,6 2,5-4,4
(p) = болжам; (d) = факт;
1.2 Күн электр станцияларының экономикалық және құрылымдық
мәселелері
Жылу электр станцияларымен өңделген электр бағасы көптеген
факторларға байланысты. Солардың ішінде капиталды шығындар,
эксплуатациялық шығындар және техникалық қызмет көрсету шығындары,
жүйенің өнімділігі. Бірақ технологияның бағасы және электр энергиясының
соңғы әсерінен шығарылған бағасы берілген технологияға қатысы жоқ сыртқы
факторларға байланысты. Мысалы, параболалық концентраторлар мен епті
автономды орнатулар күйіндегі мұнаралар қымбат болуы мүмкін. Олардың
бағасын төмендетіп органикалық отынмен жұмыс жасайтын қазіргі электр
станцияларымен салыстырғанда бәсекеге төзімді етіп, олардың қуатын
жоғарылатып, бір ауданда бірнеше энергетикалық объектілер орналасқан күн
энергия орталарын құру керек. Сонымен қатар, бұл технологиялар отынның
дәстүрлі түрлерін ығыстырады, налогты реттеу олардың бәсекеге
төзімділігіне маңызды әсерін тигізеді.
Жылуды аккумулирлеу арқасында төзімді және электр энергиясының жұқа
көзі болады. Ол сенімділікті және электр энергиясын қажет кезде өңдеу
мүмкіндігіне ие. Нәтижесінде басқармалы электр энергиясы коммуналды
кәсіпорын үшін жоғары бағаланған, өйткені құру мен жаңа электр
станцияларын пайдалану қажеттіліктерінің орнын толтырады. Күн жылу электр
станциялары дәстүрліге қарағанда қымбатырақ тұрады, құндылығы жоғарырақ
болуы мүмкін.
Жылулық күн электр станциялары квалификациялы, дәстүрлі электр
станцияларына қарағанда екі жарым есе жоғары төлемді жұмыс орындарын
құрады. Калифорния штатының энергетикалық коммисиясы зерттеу жүргізді.
Күн жылу электр станциясы үшін федералды және жергілікті бюджетке
эквивалентті қуатты бу газының станциясына қарағанда 1,7 ге көбірек салық
төленеді. Егер осы электр станцияларына бірдей салық төленсе, олардың
өңделген электр бағасы шамамен бірдей болатын еді. Егер 1% ғана жердің
шөлдері экологиялық таза күннің жылу энергиясының өңделуінде қолданылса,
дүние жүзіндегі қазбалы отынды жағу арқылы алынуына қарағанда көбірек
болар еді. 2003 жылы АҚШ және басқа мемлекеттерде орташа қуаты 700
мегаватт жоғары жылу күн электрінің өңделуі ашылған. Бқл жүйелерді
пайдалану 2010 ж. 5000 мегаватт жоғарлауы тиіс, ал ол 7 миллион адамның
тұрмыстық қажеттіліктерін қамтамасыздандыруға жеткілікті. Сонымен қатар
энергия санын тиімдей алады.
Күн орнатудың негізгі конструктивті элементі - коллектор, онда күн
энергиясын алу және оны жылуға айналдыру, және ауаның, судың, тағы басқа
жылу тасымалдаушыларды түрлендіруі. Күн коллекторларының екі түрін
ажыратады:
1.жазық,
2. шоғырланған.
Жазық коллекторларда күн энергиясы концентрациясыз жұтылады, ал
шоғырланушыларда- концентрациямен, демек алынатын радиация ағынының
тығыздығын арттырумен түседі.
Концентраторлар – күн энергиясы ағынының тығыздығы жоғарылайтын айна
немесе линзалар күйіндегі оптикалық құрылғылар. Жазық, параболалық
немесе параболалы цилиндрлік айналар жұқа металлдық беттен немесе
фольгадан, жоғары шағылысу материалдарынан жасалады.
Әр түрлі коллекторлардың салыстырмалы сипаттамалары, күн станциялары
негізінен екі типпен құрылады:
1 – мұнаралық типтің КЭС-і,
2 – модульді типті КЭС.
Бірнеше шоғырландыру элементтерінен тұратын жүйе- модульді КЭС.
Концентраторлар параболойд күйінде міндетті түрде болу керек емес. Әрбір
концентратор жылутасымалдағыш сұйықтығының күн энергиясын жібереді.
Барлық коллекторлардың ыстық сұйықтығы ортаңғы электржүйеде жиналады.
Сұйықтық таситын жылу-су буы болуы мүмкін, егер ол тікелей бу
турбинасында немесе кез келген термохимиялық ортада- мысалы,
диссоциирленген аммиак. Жинақталған коллекторлық жүйелердің негізгі
кемшіліктері:
1–әрбір шағылыстырушыға конструкциясы бойынша күрделі қабылдағыш
қажет.
2 –100 МВт генератор қуатты 20000 параболойдты шағыстыруларды алу
үшін жинақталмаған концентраторларды байланыстыратын қымбат, жоғары
температуралы контур қажет.
Жоғарыда көрсетілген қиыншылықтар шешіледі, егер осы 10-20 мың
қабылдағыштардың орнына қарапайым типті бу қазанына өлшемдері мен
параметрлері бойынша сәйкес бір қабылдағышты жасап, оны Жер бетіне көтеру
керек.Осылай мұнаралық типтің гелиостанциялық концепциясы пайда болады,.
Бұл жағдайда барлық параболойдтар өндірісі кәдімгідей арзанырақ, жұқа
шағылыстырушылармен алмастырылады.
Күн электрстанциясы
Күн электростанциясы – күн радиациясын электр энергиясына
түрлендіруге арналған инженерлік құрылыс. Күн энергиясын түрлендіру
әдістері әртүрлі және электр станцияларының құрылымына байланысты. Электр
энергиясының күннен алынуы бүкіл дүниежүзінде қолданылады. Ғалымдардың
қазіргі басты қойған шарттары бар технологияларды дамытып, олардың ПӘК–н
жоғарлату. Күн электр станциялары күн радиациясының энергиясын
түрлендіреді. Олар екі түрлі болады:
1. фотоэлектрлік – фотоэлектрлік генератор көмегімен күн энергиясын
түрлендіреді.
2. термодинамикалық – күн энергиясын жылу энергиясына, содан кейін
электр энергиясын түрлендіреді; термодинамикалық күн электр
станцияларының қуаты фотоэлектрлік станцияларға қарағанда жоғары.
1.3 Фотоэлектрлік күн электрстанциялары
Фотоэлектрлік станциялардың басты элементі күн батареялары. Олар
кремнидің жұқа қабықтарынан немесе басқа жартылайөткізгішті
материалдардан тұрады және тұрақты электр тогына күн энергиясын
түрлендіре алады.Фотоэлектрлік түрлендіргіштер сенімділігімен,
тұрақтылығымен ерекшеленеді, ал олардың қызмет мерзімдері шексіз десек те
болады. Олар тік күн жарығымен қатар шашыраған жарықты да түрлендіре
алады. Күн батареяларының кемшіліктеріне жоғары бағасын және төменгі ПӘК
жатқызуға болады. Күн батареяларын аз қуатты,радионавигациялы қоректі
және аз қуатты радиоэлектрлік құрылғыны, эксперименттік электрмобильдері
мен ұшақтардың келуі автономды тұтынушыларды электр жабдықтау үшін
қолданады. Келешекте оларға тұрғын үйлерді электр жабдықтау мен жылытуға
пайдаланады деген үміт бар. Электрлік элементтерінің типтері :
1. Монокристаллды кремнилік;
2. Поликристаллды кремнилік;
3. Жұқа қабыршақты.
1- n-қабаты, 2 - np өтуі, 3 - p-қабаты, 4 - контактылы қабаты, 5 -
коллекторлы сызық, 6 - металды тор
1 сурет – кремнилік фотоэлемент
Поликристалдық кремний негізіндегі фотоэлемент
Энергетикалық көзқараспен қарағанда, күн сәулесінің энергиясын
электр энергиясына айналдырудың тиімдірек тәсілі жартылай өткізгішті
фотоэлектрлік түрлендіргіштер (ЖФТ) болып табылады. Өйткені ол
энергияның бірсатылы өтуі. Фотоэлементтің өңдеу масштабтарында ПӘК
жүргізушілері орташа 16% құрайды, жақсы үлгілерінде 25% дейін.
Зертханалық шарттарда ПӘК 40,7 % құрайды.ЖФТ- ға энергияны
түрлендірушілер оларға күн сәулесінің әсер етуінде біртекті емес жартылай
өткізгішті құрылымдарда пайда болатын фотоэлектрлік әсерге негізделген.
ЖФТ құрылымының бір текті еместігі бір жартылай өткізгішті әртүрлі
қоспалармен қосып (p-n өткізгіштердің пайда болуы ) немесе тыйым салынған
аймақтың- атомнан электронның алыну энергиясы (гетероөткізгіштерді құру)
немесе жартылай өткізгіштің химиялық құрамының өзгеруіне байланысты ені
бірдей емес әртүрлі жартылай өткізгіштердің бірігу арқылы алынады.
Сонымен қатар аталған әдістердің әртүрлі комбинациялары мүмкін.
Түрлендірудің тиімділігі біртекті емес жартылай өткізгішті құрылымның
электрофизикалық сипаттамаларына, сонымен қатар фотоөткізгіштіктің
негізгі рөлін атқарушы ЖФТ оптикалық қасиеттеріне тәуелді. Ол күн
жарығымен сәулелендіру кезінде жартылай өткізгіштердегі ішкі фотоэффект
құбылыстарымен шартталған.
ЖФТ- дағы энергияның негізгі қайтарылмас шығындары байланысты:
• түрлендіргіштің бетіндегі күн сәулесінің шағылысуымен,
• жұтылусыз ЖФТ арқылы шағылысу бөлігінің өтуімен,
• жылу тербелістеріндегі фотондардың энергия шығындарының шашырауымен,
• ЖФТ беті мен көлемінде фото-булардың пайда болған рекомбинациясымен,
• түрлендіргіштің ішкі кедергісімен,
• және кейбір басқа да физикалық кезеңдермен.
ЖФТ-да энергия шығындарының барлық түрлерін азайту үшін әртүрлі
шаралар өңделіп, қолданылады. Оларға жатады:
• тыйым салынған аймақтың енімен күн шағылысуына тиімді жартылай
өткізгішті қолдану;
• жартылай өткізгішті құрылымдардың қасиеттерінің оны қоспалау және
электрлік өрістерді құру арқылы жақсарту;
• гомогендіден гетерогендікке және варизонды жартылай өткізгішті
құрылымдарға өту;
• ЖФТ конструктивтік параметрлерінің ықшамдалуы (p-n өткізгіштің
орналасу тереңдіктері, негізгі қабаттар қалыңдығы , түйіскен тордың
жиіліктері және т.б.)
• айқындықты, термореттеулерді және ғарыштық радиациядан ЖФТ- ны
қорғауды қамтамасыздандыратын көпфункционалды оптикалық жамылғыларды
қолдану;
• жұтылудың негізгі жолағының шетіндегі күн спектрінің ұзын толқынды
аймағында мөлдір ЖФТ өңдеу;
• әрбір каскадта алдынғы каскадтан өтетін сәуле шығаруды түрлендіруге
мүмкіндік беретін жартылай өткізгіштердің тыйым салынған аймағының
ені бойынша таңдалынған каскадты ЖФТ құру;
Сонда да күн энергетикасының келешегі- жартылай өткізгіштік
фотоэлементтер - күн батареяларының көмегімен электр тогына күн
сәулеленуін тікелей түрлендіруде. Өткен ғасырдың 30-жылдарында алғашқы
фотоэлементтердің ПӘК 1% әрең жеткенде, бұл жайында Физико-техникалық
институтының (ФТИ) академигі А. Ф. Иоффе айтқан. Ғалымның болжауы 1950-
жылдардың соңында күн батареяларының панельдері басты энергетикалық көзі
болған жасанды Жер серігінің жіберілуімен жүзеге асырылды.
Күн энергиясының фотоэлектрлік түрлендіруінде р-n- өткізгішің
құратын басқа элементтердің қосылысымен кремний пайдалынады. Жартылай
өткізгішті кремнилі фотоэлементтің жұмыс сұлбасы қарапайым: жартылай
өткізгіштің р- қабытында ойықты (оң) өткізгіштік, ал n-қабатында
электронды (теріс) пайда болады. Жартылай өткізгіштерде электр қозғаушы
(ЭҚК) күш пайда болады, ол электр тогының көзі болып табылады. Фото
биіктігі – жарық ағыны көп болған сайын, ЭҚК көп болады. Қазіргі кремнилі
(галлий арсениді негізінде) фотоэлементтердің тиімділігі барынша жоғары
(олардың ПӘК- і 10-20% жетеді), ал ПӘК жоғары болған сайын, кіші
энергетикаларда да ондаған квадрат метрге жететін, күн батареясының
ауданы аз. Жартылайөткізгішті өндірістің жетістігі, ПӘК- і 40% кремнилі
фотоэлементті өңдеу болды. Кұн энергиясын өңдеудің соңғы маңызды бағыты-
арзанырақ және қолайлырақ фототүрлендіргіштерді: сызықты поликристалдық
кремнилі панельдерді, амморфты кремнидің жұқа қабаттарын, сонымен қатар
басқа жартылай өткізгішті материалдарды құру. Олардың ішіндегі ең жоғары
тиімділікті галий-алюминиі- мышьяк, оның өндірістік өңделуі енді
басталады. Үлкен перспективаны гетероқұрылымды жартылай өткізгіштер
ашады, тиімділіктері қарапайы кремний күйінен екі есе жоғары.
Гетероқұрылымдарды ашу және олардың жабдықталуымен жұмысын жалғастырған
ФТИ директоры А. Ф. Иоффе, академик Ж. И. Алферов 2000 жылы Нобелдік
сыйлыққа ие болды ("Наука и жизнь" № 4, 2001 ж.). Осылайша бүкіл дүние
жүзіндегі танымал жартылай өткізгіштер – бұл соның негізінде күн
энергиясын дамытуға болатын база.
Сонымен бірге екі жақты сезгіштігімен түрлендіргіштерді жасау арқылы
(бір жағындағы ПӘК +80 % дейін), люминесценттік қайта сәуле шығару
құрылымдарын қодану.Күн электростанцияларында (КЭС) ЖФТ- ның әртүрлі
типтерін қолдануға болады, бірақ олардың барлығы осы жүйелердің
талаптарын қанағаттандырмайды:
• ұзақ жұмыс істеу(25-30 жыл) ресурсындағы жоғары сенімділік;
• шикізаттың жоғары қол жетімділігі және жаппай өндірістік ұйымның
мүмкіндігі;
• түрлендіру жүйесін құрудағы шығындардың өтелімділігінің уақыты
бойынша қолайлы;
• түрлендіру жүйесін басқару мен энергияның берілісіне (ғарыш)
байланысты станцияның бағыты мен тұрақтылығын толық алғанда энергия
мен салмақтың минималды шығындары;
• техникалық қызмет көрсетудің қолайлылығы.
Кейбір перспективалық материалдарды қажетті КЭС құру кезінде,
алынған өнімнің табиғи қорының шектелуіне немесе оны өңдеудің
күрделілігіне байланысты алу қиын. ЖФТ-ның энергетикалық және
эксплуатациялық әдістерін жақсарту үшін , мысалы күрделі құрылымдарды
құруына байланысты, төменгі бағадағы жаппай өндіріс ұйымының
мүмкіндіктерімен нашар байланысады және т.б.
2 сурет – Фотоэлектрлік күн қондырғысының схемасы
Жоғарғы өнімділікке ЖФТ-ның өндірісінің толық автоматтандырылған
ұйымында ғана жете аламыз, мысалы таспа технологиясының негізінде, және
тиісті профильдің мамандандырылған кәсіпорындарының дамыған желілерін
жасау, демек қазіргі радиоэлектронды өнеркәсіп масштабы бойынша мөлшерлес
өнеркәсіп саласы. Автоматтандырылған таспалардағы фотоэлементтерді жасау
мен күн батареяларының жиыны батареяның өздік құнының қайта қайта
төмендеуін қамтамасыздандырады. КЭС фотоэлементтері үшін кремний ықтимал
материал болып саналады, Cu(In,Ga)Se2 және галлий арсениді (GaAs), соңғы
жағдайда AlGaAs-GaAs құрылымды гетерофото түрлендіргіштер (ГФТ)жайында
айтылады.Қазіргі кезде ЖФТ қолдану аймағы- Жердің жасанды серігі,
орбиталдық ғарыштық станциялар, планета аралық зондтар және т.б. ЖФТ
жетістіктері: қызметтің үлкен мерзімі; жеткілікті жабдықтың сенімділігі;
активті заттар мен отын шығынының жоқтығы. ЖФТ кемшіліктері: Күнге бағыт
үшiн құрылымдардың қажеттiлiгi; КЛА-ның орбитаға шығуынан кейінгі ЖФТ
панелін айналдыратын механизмдердің күрделілігі; жарықсыз жұмысқа
жарамсыздығы; сәулелендіру беттерінің үлкен аймақтары. ЖФТ бұрылыс
механизмі мен бағыттау конструкциясы бар панельдерде құрастырылады. ПӘК-
ТІ шамамен 0,3 көтерген кезде, жоғары қабаттары мөлдір ФЭ- і ЖФТ- ның
екі- үш қабатты орындалулары қолданылады. ЖФТ-ның ПӘК- і ФЭ-ң оптикалық
материалдарына және олардың термореттейтін қорғаныс беттеріне тәуелді.
Шағылысу коэффициенті жарықтандырылатын беттiң жарықтануларын
технологиялық әдіпен төмендетеді (спектрдің жұмыс бөліміне). Жабынның
жұту коэффициенті маңызды мәні бар Стефан-Больцман заңына сәйкес қажетті
жылу режимін орнатады: мысалы, Т-ны 300 ден 380 К жоғарылатқанда, ЖФТ-
ның ПӘК 13-ге төмендейді
а)
б)
а)Көп таралған фотоэлемент типтері
б) Екібетті фотоэлектрлік модуль
3 Сурет – фотоэлектрлі түрлендіргіштер
Винтельді фотоэлементтер басқа элементтерден өзгешелігі , олар күн
сәулелену әсерінен өзінің э.қ.к- сын жасайды. Осыған байланысты сәулелік
энергияны электр энергиясына түрлендіреді.
Электр көзі болып қолданылатын фотоэлементтерді фотоэлектрлік
түрдендіргіш немесе тек фототүрлендіргіш деп атайды. Кремний кәзіргі
кезде фотоэлектрлік түрлендіргіш болып саналады.
Болашақта кремнилі фотоэлементтерге сұраныс кеңейе түседі, себебі:
-біріншіден, кремний жер бетінде оттегіден кейін көп тарған
элемент болып табылады және өнеркәсіпте алатын орны бөлек.
-екіншіден, теорияның көрсетуі бойынша, күн спектрі үшін
шығатын электр қуатының үлкен бөлігі жартылайөтгізгіштерден жасалған
фототүрлендіргіште пайда болады, олардың ені тиым салынған зонаның 1
—1,5 эв шегінде жатады.
-үшіншіден , кремниден жасалынған фототүрлендіргіштер
барлығына қолдануға келеді, өзінің сезімтал спектрлері арқылы күн
сәулесін қолдануға жұмсалады.
- төртіншіден, салыстырмалы түрде , мысалы, германиден
жасалынған приборларға қарағанда,кремниден жасалынған приборлар
температура тербелісіне біршама сезімтал, кремний шағылысу шығынының
минималын жетуге көмектеседі
Екі бетті модульдер жарық энергиясын фронталь және артқы бетінен
түрлендіреді. Бұл шағылған жарықтың энергиясын қолдануға мүмкіндік
береді. Артқы беттің модулі су және жер бетінен жарық шағылғанда
энергияны алады (мысалы ақ құм немесе қар ).
Жинақтаушы
Күн модулінің өнделуінен энергия жиналады. Үйлерде күннің
энергетикалық құрылымы ретінде, жинақтауыш үш міндет атқарады:
фотоэлектрлік модульдер( резервті қор) котере алмайтын ең жоғары
дәрежедегі қуат міндетін; түнгі уақытта энергия қуатын береді (қысқа
мерзімді сақталу); нашар ауа – райы кезіндегі немесе көп шығын болғанда
энергия шығынын толтырады. Көп жағдайда автомобильдің жинақтауышы
қолданылады, ол бағасы бойынша қол жетерлік және барлық жер жүзінде бар.
Бірақ олар үлкен токты қысқа уақыт ішінде жеткізуге арналған. Олар ұзақ
ұақыт зарядталу мен бәсеңдеудің қайталануына нашар төзеді. Сол себепті
өнеркәсіптер берілген талаптарға сай жинақтауыштар шығаруға міндетті.
Олардың негізгі ерекшелігі – циклдік тәртіпте жұмыс істегенде төменгі
сезімталдығы. Өкінішке орай, аз ғана дамыған мемлекеттерде мұндай
батареялар өндіріледі, ал импорттары жеткізілуі мен кедендік алым
үшін қымбатқа түседі. Бұл жағдайда жүк көліктерінің қуатты жинақтауышы
қолданылады, бұл - өте бір қол жетерлік нұскасы, бірақ оларды қайта-
қайта ауыстырып тұруға тура келеді. Үлкен фотоэлектрлік жүйелерге бір
жинақтауыштың сыйымдылығы жеткіліксіз болады. Онда оған параллельді
бірнеше жинақтауыш қосуға болады, олар ішінара оң және теріс полюстерін
қосу арқылы жалғанады. Ол үшін ұзындығы 30 см болатындай жуан мыс
сымтемірін пайдалануға болады.
4 сурет – Күн батареялары
Зарядталу кезінде жинақтауыш потенциалды жарылысқа қауіпті газ
бөледі. Сондықтан ашық от көзінен сақтану керек. Егер зарядты регулятор
қолданса, онда газдың бөлінуі аз мөлшерде болады. Сонда да жинақтауыш
жақсы ауа айдалымда болу керек, сол себепті оларды жабулы ұстап
немесе жәшіктерге тығуға болмайды. Жинақтауыштың сыйымдылығы ампер -
сағатпен көрсетіледі. Мысалы, 100А*сағ және 12 В жинақтауыш 1200 Вт*сағ
сақтай алады. Дегенмен, оның сыйымдылығы зарядталу мен бәсеңдеу барысында
сыйымдылық индексмен көрсетіледі, мысалы, С100 - 100 сағат үшін.
Өндірушілер жинақтауышты әр түрлі негізгі кезеңдерге арнап жасайтынын
атап өтуге болады. Энергияны жинақтауышта сақтағанда біраз бөлігі сақтау
барысында жоғалады. Автомобильді батареялардың тиімділігі 75 %-тей
болады, ал күн жинақтауышы бұл көрсеткіштерден жоғары. Әрбір зарядталу
мен бәсендеу барысында жинақтауыш сыйымдылығының біраз бөлігі жоғалады,
осылай оны ауыстырғанша ол төмендей береді. Күн жинақтауышы қуатты
автомобильдегіден қарағанда ұзақ қызмет атқарады.
Жинақтаушының мөлшерін анықтау
Батареяның мөлшерінің басты міндеті энергияны кем дегенде 4 күн
сақтау. Күніне 2480 Вт*сағ қолданатын жүйені елестетейік. Бұл санды 12 В-
қа бөліп, күндік 206А*сағ қолданылуды аламыз. Яғни, 4 күн сақтау: 4 күн *
206А сағ күніне, тең болады 824 А сағ. Егер батарея қорғасыннан болса,
бұл санға 20 % қосамыз, сонда жинақтауыштың толығымен бәсендеуіне
әкеледі. Яғни, біздің идеалды қорғасын жинақтауышымыздың сыйымдылығы 989
А сағ болады. Егер де кадмии - никельді немесе темір - никельді батарея
қолдансақ, қосымша 20 % сыйымдылық қажет емес, бұл сілтілі жинақтауыштың
үнемі толық зарядталуына кедергі тигізбейді.
Заряд реттеуші
Егер жинақтауыш сапалы заряд реттеушімен бірге пайдаланса, онда ол
бірнеше жыл қызмет атқарады, бұл батареяның артық мөлшерде зарядталуы мен
терең бәсендеуінен қорғайды. Батарея толығымен зарядталса, реттеуші ток
мөлшерін төмендетеді. Яғни күн модулімен өздігінен өнделген заряд
шығынының толтырылуын қадағалайды және керісінше, реттеуші қондырғыларға
пайдаланатын энергияның жеткізілуін тоқтатады, бұл кезде жинақтауыш
критикалық деңгейге дейін бәсендейді. Сол себепті аяқ асты энергиянын
жеткізілуінің тоқтауы жүйенің сынуынан емес, сақтандырғыш механизмінің
жұмыс істеуінен болады.
Заряд реттеуші – электронды қондырғы, ол жүйемен дөрекі жұмыс
істегеннен бұзылуы мүмкін. Қазіргі модельге сай істелген қондырғылар
реттеушінің және жүйенің басқа да бөліктерінің бұзылып қалуынан сақтайтын
сақтандырғышпен жабдықталған. Оның ішінде қысқа тұйықталудан сақтайтын
сақтандырғыш және полюстік өзгерткіш, блоктік диод орнатылған, бұлар
заряд жинақтауышының бәсендеуіне кедергі жасайды. Көптеген модельдері
жарық диодпен жабдықталған, олар қондырғының жағдайы мен жүйенің ақауын
белгілеп отырады. Ал кейбіреуі
батареяның зарядталу дәрежесін белгілейді, дегенмен оны нақты
анықтау қиынға түседі.
Инвертор
Инвертор төменгі кернеудегі тұрақты токты стандартты ауыспалы токка
айналдырады. Инвертор 250 Вт-тан 8000Вт-тан жоғары болады. Қазіргі
синусойдалы инвертормен өнделген электр энергиясы біздің үйлерге
жеткізілетін жергілікті электр желісіне қарағанда жақсы қасиеттерімен
ерекшеленеді.
5 сурет – инвертор
Сонымен қатар модифицирленген синусоидалы инверторлар бар – олар
сондай да қымбат емес, және үйлердегі жағдайларға пайдалануға болады.
Бірақ олар электрлік қондырғылар мен телефондарда шу тудырып, біраз
кедергі жасайды. Инвертор үй мен коммуналдық энергожелісінің арасында
буфер ретінде қызмет атқара алады, бұл оның артық электр энергиясын
ортақ электр желіге сатуына мүмкіндік береді.
Күнгей потенциал
Қазақстан аумағы континентішілік Азия орталығында орналасып, әр
түрлі физика - георгафиялық және топырақ - климаттық шарттарға ие.
Қазақстан климатының негізгі қасиеті қоңыржай континенталдық пен
шеткі қуаңшылық. Климат тегіс бөлігінде аумақтың георгафиялық орналасуына
, ал таулы аудандарда - тік аймақтылық заңына негізделген.
Жалпы Қазақстанның топырақты - климаттық ( негізгі өсімдік
қауымдастықтармен ) табиғи аймақтардың және жазық ішкі зоналарының
мінездеме 3-ші кестеде көрсетілген, осыдан меридиан бағытымен Қазақстан
аумақтарында жылу мен ылғал балансы түрлі болып келеді
Егер 55 с.е. ( Петрапавл қ. ауданында және одан солтүстікте
жатқан біркелкі ылғал даласы) ылғалдау коэффициенті ( жылдық жауын
түсуіне тәуелді есептелген) 0.77-0.63 болса, Қызылқұмдарда ( оңтүстік шөл
дала ) бұл көрсеткіштер 7-8 есе аз болып келеді. Бұл заңдылық ландшафтта
топырақ-географиялық зоналар мен ішкі зоналар ( таулы облыстарда -
биіктік белдіктер ) болып пайда болады.
бұл ерекшеліктердің Негізі ең алдымен солтүстіктен оңтүстікке қарай
өсетін күн радиациясы мен келетін жылу мен азаятын атмосфералық жауынның
мөлшерімен анықталады.
Қазақстан аумағындағы күннің жарқырау ұзақтығы (3100 сағатқа дейін)
өте үлкен. Және де, күн жарқырауы 2800-3100 сағатқа жететін аумақтардың
аудаңы 1900,5 мың шаршы км, яғни Қазақстан аудаңының 70% -н құрайды.
Анық күндердің саны жалпы бұлттылықтың 81-160 күнің , төменгі
бұлттылықтың бұл сан 181-220 және көбірек 240 күндерге дейін құрайды, ал
бұл республиканың 23 аумақтың ауданын құрайды.
6 сурет – Күн сәулесінің тік сәулеленуі
7 сурет – Жазық беттегі күн сәулесінің таралуы.
Бұлыңғыр күндерінің саны екі бағытта өседі ( кері тәуелділікте күн
жарқырау ұзақтығы болады ) – солтүстікке, таулар мен тау беткейі. Бұл (
жалпы себептерден басқа ) циклондар мен антициклондардың әсерімен және
олар мен бірге жүретін бұлттылық пен жауынның үлкен мөлшерімен
түсіндіріледі.
Циклділік барысымен және азиялық барынша қосу жағдайы арқасында
Қазақстан аумағында тығыз бұлттылықтың пайда болуы мүмкін емес, ал егер
конвективті бұлт құрылса да, ол өте үлкен биіктікте жұқа бұлыңғыр бұлт
түрінде пайда болады да, күн жарқырауына қатты әсер етпейді.
Қазақстан аумағындағы күннің жарқырау ұзақтығы (3100 сағатқа дейін)
өте үлкен. Және де, күн жарқырауы 2800-3100 сағатқа жететін аумақтардың
аудаңы 1900,5 мың шаршы км, яғни Қазақстан аудаңының 70% -н құрайды. Анық
күндердің саны жалпы бұлттылықтың 81-160 күнің , төменгі бұлттылықтың бұл
сан 181-220 және көбірек 240 күндерге дейін құрайды, ал бұл республиканың
23 аумақтың ауданын құрайды.
сәйкесті 90 және 40 күндерден аспайды, бұл солтүстік және тау
етектерінде орналасқан аумақтың 13 -н сәйкесті құрастырады. Бұлыңғыр
күндердің саны жыл мезгілдерінде өзгермелі болады- жазда жалпы айлық
бұлттылық 3 күн, қыста 9 немесе 13 күн.
Бұлыңғыр күндерінің саны екі бағытта өседі ( кері тәуелділікте күн
жарқырау ұзақтығы болады ) – солтүстікке, таулар мен тау беткейі. Бұл (
жалпы себептерден басқа ) циклондар мен антициклондардың әсерімен және
олар мен бірге жүретін бұлттылық пен жауынның үлкен мөлшерімен
түсіндіріледі.
Циклділік барысымен және азиялық барынша қосу жағдайы арқасында
Қазақстан аумағында тығыз бұлттылықтың пайда болуы мүмкін емес, ал егер
конвективті бұлт құрылса да, ол өте үлкен биіктікте жұқа бұлыңғыр бұлт
түрінде пайда болады да, күн жарқырауына қатты әсер етпейді.
6 балдан асатын жалпы орташа жылдық бұлттылық мөлшер аумақтың 7-
10%, ал орташа жылдық төменгі бұлттылық 95% үшін 3 баллдан аспайды.
Бұлттылық қайталанғыштығы карта - схемаларының талдауының
(бұлттардың ар жағындағы бақылаулардың16% санына) көрсетуі бойынша ,
Қазақстанның аумағындағы жоғарғы қабат бұлттылығының 20-30%-н
Қазақстанның жазықтықтары, ал Балхаш-Алакөл тау беткейі аймағының 21-
35% -н, және таулы облыстар үшін 36-40%-н құрайды.
Орта қабат бұлттылығы 16-25%-н құрайды және төменгі қабат бұлттылық
қайталанғыштығы жазықҚазақстан үшін 5-10% құрап, тауларда 14-16%-ға
үлкейеді, бұл жылдық көрсеткіштер .
Олардың айқын трансформациясы жыл мезгілдерінде болады , үлкейеді ,
мысалы, төменгі қабат бұлттылығының қайталанғыштығы үшін жазда 2 есе (
таулы облыстарда 30%, ал жазықтықтарда -16-20%), ал қаңтарда 0.1-0.7%-н
ғана құрайды .
Тұмандардың жылдық қайталанғыштығы, қарлы борандардың " аспан
көрініп тұрған жоқ " 0.1-3.0%, аралығында, осымен 0.1-1.0% аралығына
республика аумағының жартысынан көп келеді. Қыста " аспан көрініп тұрған
жоқ " көрсеткішінің қайталанғыштығы жазық Қазақстан үшін 2-3%, бірақ
жазда і 0.0-0.2% -ға дейін түседі. " Аспан көрініп тұрған жоқ "
көрсеткішіне қатысты ашық аспанның жалпы қайталанғыштық көрсеткіштері
жалпы және төменгі бұлттылықпен орналасады. (0-2 Б ). Егер қысқы айларда
анық аспан күй-жағдай қайталанғыштығы жалпыға сияқты , дәл осылай
төменгі бұлттылық георгафиялық шартта меридианды аспектіде көз алдына
елестейді , ал жазғы айларда , керісінше , ендікте . Осында , мысалы,
шілдеде анық аспан (0-2 б) күй-жағдайының қайталағыштығы төменгі
бұлттылықпен шелейт және жартылай шөл далалы аумақтарда 80-90%-ға, ал
бұлтты күндердің қайталануы (8-10 б) 5-10%-ға дейін жетеді ( бұл жылдық
көрсеткіштер ).
Демек, Қазақстан аумағының 23 күн жарқырауының үлкен ұзақтығы
және тап түстегі күннің биіктігі тән ( әсіресе жылдың жылы мезгілінде
).
Көрсетілген ерекшеліктермен, практикалық мағынасы бар, екі басқа
климаттық компонент байланысты. Жүріп жатқан Іс аумақтың жоғары
жарықталғандығы мен маңызды гелиоэнергетикалық қорлары жайлы.
Жылдық жиынтық радиация шөлейт және жартылай шөл далалы аумақтар
үшін 131-150 ккал см2 немесе одан көбірек , Қазақстанның қалған
аумақтары үшін бұл көрсеткіш 100 ккал см2-ге азаяды. Және де, жиынтық
радиацияның жылдық мөлшері анық аспанда солтүстік Қазақстан үшін140-160
ккал см2-ге өседі, , Орталық үшін -160-170 ккал см2 және Оңтүстік-
Шығыс үшін -170-190 ккал см2. Осыдан байқалатыны, айқын ажыратылған
ендік аймақтылық жиынтық радиация солтүстіктен оңтүстікке қарай бірте-
бірте өседі. Осы заңдылықта жалпы жұтылған радиация өзгереді. Бірақ ,
альбедоның арқасында , біз сондай айқын көрсетілген ендік аймақтылықтың
жиынтық радиациядағыдай, көрмейміз.
1.4 Термодинамикалық күн электр станциялары
КЭС-тің (күн энергиясының түрлендіруін қолданатын) ғимаратының екі
негізгі әдісі бар.Күн энергиясынан термодинамикалық түрлендіру әдісімен
басқа да энергия көздерінен сияқты электр энергиясын алуға болады, бірақ
жерге түсетін күн сәулеленуі сипаттамалы ерекшеліктерді қамтиды:
1. Энергия ағынының төменгі тығыздығы ;
2. тәуліктік және маусымдық циклдену
3. ауа-райы шарттарына байланысты.
Сондықтан осы энергияны электр энергиясына термодинамикалық
түрлендіргенде жылулық тәртіптердің қолданылуы жұмыс жүйесіне шектеу
жүргізбеуіне және оны пайдалануда ұмтылу керек, демек мұндай жүйе
эксплуатация тәртіптерінің кездейсоқ тербелісін жоятын немесе уақыт
бойынша энергия өндірісінің қажетті өзгерісінің қамтамасыздандыруын
аккумулирлейтін құрылғыларға ие болуы тиіс.
Күн энергиясының термодинамикалық түрлендіргіші келесі
компоненттерді қамтуы тиіс:
1.Түсу радиациясын басқару жүйесін,
2.Күн сәулелендіру энергиясын жылу тасымалдағышқа берілетін жылуға
түрлендіретін қабылдау жүйесін,
3.Қабылдағыштан аккумуляторға немесе жұмыс денесі жылытылатын бір
немесе бірнеше жылу алмастырғыштарға жылу тасымалдағыштың тасымалдану
жүйесін.
4.Жылу аккумуляторы,
5.Жылуалмастырғыш.
Термодинамикалық цикл бойынша жұмыс жасайтын күн станцияларын
құрудың екі түрі бар.
1.Алыстаған аудандарға үлкен емес (орталандырылған) станцияларды
пайдалану.
2.Үлкен күн энергетикалық орнатуларды энергоэүйелердің жұмыс
жасауына арналған бірнеше ондаған мегаватт қуатты құру
Күн энергиясы суды жылытуда, сонымен бірге электр энергиясы
өндірісінде кеңінен қолданылады. Күн коллекторлары қолжетімді
материалдардан өңделеді: болат, мыс, алюминий және т.б., демек дефицитті
және қымбат кремниді қолданбай- ақ. Ол жабдықтың бағасын және өңделген
энергияны мүмкіндігінше төмендетеді. 2001 жылы күн коллекторларынан
алынған электр энергиясының бағасы $0,09-$0 құраған, кВт·сағатына 12.
АҚШ Энергетикасының Департаменті күн концентраторларымен өңделген электр
энергиясының бағасы $0,04-$0,03 дейін төмендейді.
Термодинамикалық күн электр станциялары құрылғыларында талғаулы
жарық жұтушы жабылған жылуалмасу элементтері қолданылады.Олар түскен
жарықтың 97% жұта алады. Бұл элементтер қарапайым күн жарықтандыруында
200°С және одан да көп қыздырыла алады. Олардың көмегімен бу
турбинасында тиімді термодинамикалық цикл алатын бу қазандарында суды
буға айналдырады. Күн бу турбинасы орнатуының ПӘК 20% құрайды. Күннен
энергияны алудың басқа да әдістері бар, егер барлық мәселелерді шешуге
мүмкін болса, онда мұндай өнімге сұранныс шектеулі болуы мүмкін. Жаңа
өндірістер көмегімен басқа қиын жететін аудандардағы электр жабдықтау,
үлкен мегаполистерде жанармай ресурстарының пайдалануын төмендетіп,
қоршаған ортаны зиянды заттардың шығарылуынан қорғау мәселелерін шешуге
болады. Берілген электр станциялары күн радиациясын қолдану арқылы су
буын алуға негізделген. Станция ортасында ұзындығы 18 ден 24 дейін мұнара
тұр (қуатқа және басқа параметрлеріне байланысты ұзындығы аз немесе көп
болуы мүмкін). Мұнараның басында сумен резервуары тұр. Бұл резервуар
жылу сәулеленуін жұту үшін қара түспен жабылған. Сонымен қатар бұл
мұнарада турбогенераторға бу жіберетін сорғы тобы бар. Мұнараны айнала,
бірнеше ара қашықтықта гелиостаттар орналасқан. Гелиостаттар – тірекке
тіркелген және жалпы позициалау жүйесіне қосылған, бірнеше квадрат метр
ауданды алатын айна. Демек, күн орналасуына байланысты айна кеңістіктегі
өзінің жағдайына ауыстырады. Негізгі және еңбекті қажет ететін тапсырма –
ол уақыттың кез келген сәтінде барлық шағылысқан сәулелер резервуарға
түсетін станцияның барлық айналарын позициалау. Ашық ауа райында
резервуардағы температура 700 градуске дейін жете алады. Мұндай
температуралы параметрлер көбінесе дәстүрлі жылу электр станцияларында
қолданылады, сондықтан энергияны алуда стандартты турбиналар қолданылады.
Факт түрінде мұндай типті станцияларда салыстырмалы жоғары ПӘК (20 %
шамасында) және жоғары қуат алуға болады.
8 сурет – Мұнаралы типті күн электр станциялары
Бұл жүйелерде шағыстыру - гелиостаттардың айналу өрісі қолданылады.
Олар жылу энергиясын жұтатын және турбогенераторды қимылға келтіретін,
мұнараның төбесінде орналасқан, орташа қабылдағышқа күн жарығын бекітеді.
Компьютермен басқарылатын бақылаушы екі осьті жүйе күн сәулесінің
шағылысуы қимылсыз және қабылдағышқа түсетіндей етіп гелиостатты
орналастырады. Қабылдағыштағы айналмалы сұйықтық бу күйінде жылуды жылу
аккумуляторына өткізеді. Бу турбинаны электр энергиясын алу үшін
айналдырады, немесе өндіріс кезеңдерінде пайдаланады. Қабылдағыштағы
температура 5380 ден 14820 C дейн жетеді.
Бірінші мұнаралы "Solar One" электр станциясы близ Барстоу (Оңтүстік
Калифорния) электр энергетика өндірісі үшін осы технологияны табысты
көрсетті. Кәсіпорын 1980-жылдың ортасында жұмыс жасап, қуаты 10 МВтэ
сулы-бу жүйесі қолданылды. 1992 ж. АҚШ энергетикалық компаниясының
консорциумы еріген тұздар мен жылуды жинақтайтын жүйелерде қабылдағышты.
Жылуды аккумирлеудің арқасында мұнаралы электр станциялары 65% жүктеме
коэффициентінде электр энергиясының диспетчерлендіруі сирек кездесетін
гелиотехника болды. Мұндай жүйеде ерітілген тұз суық бактан 288 оC
температурада алынады да, қабылдағыш арқылы өтеді де, 565 оC қыздырылады,
содан кейін ыстық бакқа қайта оралады. Енді ыстық тұзды қажеттігі
бойынша электр энергиясын алуға қолдануға болады. Осындай орнатулардың
қазіргі модельдерінде жылу 3 - 13 сағат шамасында сақталады.
Бастапқыда еске түсірейік, мұнаралы типтің күн энергиясы қалай жұмыс
жасайды. Мұнда күн энергиясының электр энергиясына конвертациясы
фотоэлементтерді (күн батареялары) қолданбай жүзеге асырылады- мұндай
орнатулардың жұмысында қыздырғыштардың орнына көмір, газ, мазут немесе
басқа жылутасымалдағыш, көбінесе бу турбинасы бар қарапайым электр
станциясының жұмысына ұқсас. Мұнаралы типті күн электр станциясында
қыздырғыштың орнын күн басады. Осылай аталатын, үш квадрат километр
аймақта орналасқан, күн сәулесін бір анықталған нүктеге шағылыстыратын,
жерден бірнеше ббиіктікте орналасқан жүздеген гелиостаттарды (айналарды)-
бір мезгілде бірнеше күн қояндарын ұстап, бу қазаны жоғары қысыммен
генератор турбинасына түсетін су буын реттеп, өте жоғары температураға
дейін қыздырылады. Генератор электр энергиясын, ал будан өңделіп,
конденсирленген су қайтадан буға айналатын ортанғы қабылдағышқа
жіберіледі.
9 сурет – Мұнаралы типті күн электр станциялары
.
Жаңа Калифорниялық жобада сұлба өзгеше – мұнда жұмыс контурларының
саны екі есеге көбейтілген. Бірінші түйінде жылуды нысанадан бу қазанына
өткізетін жылу тасымалдағыш (оның орнына тұз ерітінделері қатысатын).
Электр генераторының турбинасын қозғалтатын буды реттейтін бу қазаны.
Жұмыс жылуын тасымалдаушы ретінде тұз ерітіндісін бекер алған жоқпыз –
энергия (күн) көзі жоқ болған кезде де, берілген материал электр
станцияларға түнде де жұмыс жасауына мүмкіндік береді. Құпия мұнараның
шегінде жатыр- жерде жылуды ұзаққа сақтайтын тұз ерітіндісімен,
материалдармен сыйымды сыйымдылықтарды (жылу аккумуляторларын) орнату
жоспарлануда. Тұз ерітіндісі 550 градус Цельсияға дейін қыздыратын
болғандықтан, жылуды күн бойы жинауға болады, тек қана түнде босату
арқылы(демек электр станциясы күн батқаннан кейін де ұзақ жұмыс жасайды).
SolarReserve өздерінің жасайтын технологияны тиімді, әрі
салыстырмалы түрде қымбат емес деп тұжырымдайды. Мұндай орнатудың шығыны
мен электр энергиясын серпуі дәстүрлі көмір және газ электр станцияларына
қарағанда жақсырақ десек болады. Жылу аккумуляторысыз мұнаралы типтік күн
электр станцияларымен салыстырғанда да артықшылықтары бар. Күн сәулесінен
электр алынатын жаңа жүйе электр энергиясын тәулігіне 24 сағат бойы
шығарады. Сонымен қатар фактілі құрылымға дейін Pacific Gas & Electric
компаниясымен келісім жүргізілген және осы компаниядан шығарылатын электр
энергиясын 25 жыл бойы сатып алуға міндеттенеді. Жобамен 500 қызметкер
жұмыс жасайды, құрылыс 2011 жылдың соңына таман басталады.
Қазанға қоректендіру сорғыш арқылы жоғары қысыммен қоректендіру суы
алынады. Қазан оттығында жану кезеңі жүреді- отынның химиялық энергиясы
жылу және сәулелі энергияға айналады. Қоректендіру суы қазан ішінде
орналасқан трубалық жүйемен ағады. Жанған отын қайнау температурасына
және буға айналуға дейін қыздырылып жылудың қуатты көзі болады. Алынған
бу осы қазанда қайнау температурасынан жоғары қыздырылады, шамамен 540°C
дейін 13-24 МПа қысыммен және бір немесе бірнеше құбыр бойынша бу
турбинасына жіберіледі.
Бу турбинасы, электр генераторы және қоздырғыш толығымен
турбогенераторды құрайды. Бу турбинасында бу өте төмен қысымға дейін
кеңейеді (атмосфералықтан шамамен 20 рет төмен) және қысылған немесе
будың жоғары температурасына дейін қыздырылған потенциалдық энергия
турбина роторының электрлік тогына айналудың кинетикалық энергиясына
ауысады. Электр генераторы электрлік орамдарында ток шығарылатын статор
мен қоздырушыдан алынатын қоректі айналмалы электр магнитті көрсететін
ротордан тұрады. Конденсатор турбинадан келетін бу конденсациясына қызмет
етеді. Ол турбинадан шығарда вакуум құрады, сондықтан турбинаға жоғары
қысыммен келген бу конденсаторға ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz