Фотоэлектрлік күндік электростанциялар
8
9
10
11
Аңдатпа
Мен бұл дипломдық жұмысымда мұнара типтес күн электр
станциясының көмегімен күн энергиясын алуды жобаладым. Күн энергиясын
пайдалануды,күн энергетикасының даму тарихын, күн электр станциясы, күн
электр станциясының түрлері, күн коллекторлары мен су қыздырғыштар,
олардың түрлерімен және қолданулары және де мұнара типті күн электр
станциясын қарастырдым.
Күн энергетикасының басқа сарқылмайтын энергия түрлеріне қарағанда
экономикалық және экологиялық жағынан да тиімді екені көрінеді.
Аннотация
В своей дипломной работе ознакомилась с использованием солнечной
энергией, с историей развития солнечной энергией,с видами солнечных
электрических станций, солнечными коллекторами,также спроектировала
солнечную электрическую станцию башенного типа.
Солнечная энергия с сравнений с другими видами энергий ,считается
более выгодной с экономической и экологической стороны
Abstract
In the thesis I examined use by solar energy, history of development by solar
energy, with types of solar power plants, solar collectors, tower type of solar
energy from comparisons with other types of energy also designed solar power
plant, it is considered more faborable with economic and ecological party.
12
Мазмұны
Кіріспе
1 Күн энергиясын пайдалану
1.1 Күн энергетикасының даму тарихы
1.2 Күн энергетикасының даму тарихы
2 Күн электростанциясы
2.1 Күн электростанциясының түрлері
2.2 Фотоэлектрлік күндік электростанциялар
2.3 Термодинамикалық күндік электростанциялар
2.4 Күн батареясының фотоэлементтері мен олардың физикалық
жұмыс принциптері
2.5 Күн коллекторлары мен су қыздыртқыштары. Олардың
түрлерімен және қолданулары
3 Мұнара типті күн электростанциясы
3.1 Мұнара типтес күн электростанциясының болашағы
3.2 Жарықтың фототермикалық және фотоэлектрлік
түрлендіргіштерді
3.3 Энергияның газотурбинді түрлендіргіштерімен қамтылған
мұнара типті перспективті күнді энергоқондырғы
3.4 Орталық қабылдағышпен қамтылған мұнара типті күнді
электростанциялар
4 Экономикалық бөлім
4.1 Резюме
4.2 Электр станциясын салуға кететін қаржы салымдарын есептеу
4.3 Амортизация жұмысына кеткен шығынды анықтау
4.4 Инвестицияның таза құнын есептеу
5 Инвестицияның таза құнын есептеу
5.1 Күн электр станциясын пайдалануда қоршаған ортаға әсеріне
талдау жасау
5.2 Жобалап отырған күн станциясындағы мұнараның минималды
7
8
8
12
13
13
14
14
16
17
26
26
31
38
38
40
40
40
41
41
48
52
61
биіктігін (
) анықтау.
5.3 Жоғары вольтты лабораториядағы жасанды жарықтану жүйесіне
есеп жүргізу
Қорытынды
Пайдаланған әдебиеттер
13
66
Кіріспе
Энергетика- экономика саласының бір түрі, ол өңдірістің,ғылымның
және елдің біртұтас дамуының индикаторы болып табылады.Адамзат бүкіл
өмірлік тарихында энергияның барлық 950 трлн кВтсағ түрлерін жұмсаған,
оның 23 бөлігі 30 жылға сәйкес келіп тұр.Сондықтан, жаңартуға болатын
энергия көзін дәстүрлі түрде иемденбеу мәселесі қазіргі таңда өзекті мәселе
болып табылады.Дәстүрлі емес түрде жаңартуға келетін энергия көздеріне
күндік,желдік,геотермалді энергия,биомасса және Әлемдік мұхит энергиясы
жатады.Соңғы он жылда,осы энергия көздеріне адамдардың мүдделері артуда,
қанша дегенмен көптеген қатынастарда олар шектеусіз келеді.Күндік
сәулелерді тікелей қолдануға негізделген,энергетиканың потенциалды
мүмкіндіктері өте жоғары.
Күннің 0,0005% энергиясын қолдану қазіргі таңда барлық әлемдік
энергетиканы қамтамас ететін еді,ал 0,5%- перспективаның қажеттілігін
толығымен жабатын еді.
Күндік энергия-
күннің жер қойнауының реакциясы болғанда
нәтижесінде сәулелендірудің кинетикалық энергиясы (негізінді
жарықтың),пайда болады. Қанша дегенмен оның қорлары сарқылмайды (Күн
әліде 4 млрд жыл жаныптұрады), күнді қайта жаңартылатын
энергоресурстарға жатқызады.Табиғи экожүйелерде күндік энергияның
азғантай бөлігі,өсімдіктерде бар хлорофиллмен жұтылады,ол фотосинтез үшін
қолданылады, яғни көмірқышқыл газ және судан пайда болатын органикалық
заттың пайда болуы.Осылайша,ол органикалық заттардың потенциалды
энергия түрінде аңғарылады.
Олардың ыдырауы экожүйелердің қалған компоненттерінің
энергетикалық қажеттіліктерін қанағаттандырады.Күн энергиясының шамалы
пайызы болсада,біздің транспорттың қажеттілігін,өнеркәсіпті және біздің
тұрмыстық жағдайымыздың қазіргі кезі емес,болашақтада қамтамас ете
алады. Сонымен қатар,оны біз пайдаланамызба, жоқпа оған қарамастан
Жердің энергетикалық балансымен және биосфера жағдайына ешқандай әсер
тигізбейді. Күн-үлкен қуатты энергия көзі. Қосынды қуаты бойынша Жерге
түсіп тұратын күндік сәуле не бары 22 күнде,барлық ғаламшардағы
органикалық жаңармай қорларына тең.
Тәжірбиеде күндік радиация тікелей немесе жаңама түрде
электрэнергиясына айналады.Жаңама айналу радиацияның концентрация
жолы арқылы суды буға айналдыру үшін, аңдитын айналар көмегімен және
буды электрді генерлеу үшін пайдалану арқылы жүзеге асады.Мұндай жүйе
күндік сәулені тікелей жарықтандыру кезінде жұмыс жасайды. Күндік
энергияны электрлікке тікелей айналдыру фотоэлектрлік эффекті пайдалану
арқылы жүзеге асады.
14
Арнайы жартылай өткізгіштік материалдан дайындалған элементтері,
мысалы силикон, тіке күндік сәуле кезінде,үстінгі қабатта вольтаждың
алымдығын табады, яғни электрлік тоқтың болуын.
Күн энергиясы жылу жабдық үшін (ыстық су жабдықпен,жылытумен), ауыл
шаруашылықта, өнеркәсіптегі технологиялық процесстерде әртүрлі
азықтарды және материалдары кептіру үшін пайдаланылады. Альтернативті
энергетика талпыну қалпымен дамиды.
Фотоэлектрлік генераторда, оған СИ түсу кезінде фотоэлементте болып
жатқан процесстері болғанда,нәтижесінде электрлік тоқ пайда
болады.Олардың ішіндегі ең тиімділігі,ЭДС-тың өткізгіштер арасындағы
шекараларында және жарық сезімтал жартылай өткізгіштер (мысалы,кремний)
немесе әр келкі өткізгіштердің қозуымен негізінде болады. Күннен тікелей
электроэнергия алу,экономикалық қиындықтармен, сол энергияның ағынның
шамалы тығыздығымен, ауа райы жағдайларының әсері, мерзімнің және
жылдың әсері,күндік электростанциялардың географиялық орналасуымен
байланысты.
Энергияны тікелей жылу формасына аккумулдеу және оны
аккумулятордан сол формада алу,электроэнергияның өңдірісі үшін маңызды,
мысалы күндік электростанцияларда,бірақ энергия тұтынушы үшін,жиі
коммуналды-тұрмыстық секторда және қызмет ету саласында қолданылады.
15
1 Күн энергиясын пайдалану
1.1 Күндік энергетиканың даму тарихы
Күн энергиясының техникада алғаш рет тәжірбиеде пайдалануы 17
ғасырға жатады. Жиілігінде, 1600 жылы Францияда, жылынған ауада жұмыс
жасаған және суды қопару үшін пайдаланған бірінші күндік қозғалтқыш пайда
болған.17 ғасырдың соңында француз химигы А. Лаувазье бірінші күндік
пешті шығарған, оның температурасы 1650 ˚C жеткен және қорғалған
атмосферадағы зерттелген материалдардың үлгілері қыздырылған,сонымен
қатар көміртек пен платинаның қасиеттері зерттелген.
Француз А. Мушо Алжирде бірнеше ірі күндік концентраттар салған
және оларды су дистициялары үшін және сорғыш жетектері үшін
қолданылады. 1878 жылы Париждегі Әлемдік көрмеде 1866 ж. Мушо 0,5 кг
етті 20 минутте пісіруге болатын,күндік пешті тағам дайындау үшін
көрсеткен.1833 жылы АҚШ-та Дж.Эриксон параболцилиндірлік
концентратты күндік әуе қозғалтқышы пайда болды,оның көлемі 4,8
3,3м.Алғашқы күндік тегіс коллектор француз Ш.А Тельермен
салынған.Оның аумағы 20 және аммиакта жұмыс жасаған жылу
қозғалтқышында қолданылады.1855 ж. су беру үшін тегіс коллекторлы күндік
қондырғы схемасы ұсынылған, ол үйдің шатырын жөндеуге келтірілген.1871
ж. американдық инженер Ч.Уилсон Чилиде суды дистиляциялау үшін
алғашқы ірі масштабты қондырғы салған. Ол кен орынға ауыз суды жеткізу
үшін,30 жыл арасында эксплуатацияланған.
1890 ж. профессор К.Цераский Мәскеуде күн энергиясымен
металлдың балқыту процессін жүзеге асырған ол параболоидты айнамен
фокусирілінген, фокуста температура 3000 ˚C аспаған. Жоғары мұнарада күн
электр станциясы қондырылған, қазіргі таңда айналарда (гелиостаттар) жылу
қабылдағышта күндік сәулелер шағылысады. Бұл принципті Уильям Адаме
1878 жылы. Бомбее энергетикалық қондырғысы үшін қолданылаған.Қуатты
гелиостанцияларының параболоцилиндірлік шағылысудың прототипі,осыған
ұқсас, калифорниялық Мохаве шөл даласында, 19 ғасырдың соңында бүгінде
турбина үшін буларды өңдірген.Бірінші рет оларды американдық кәсіпкер
Фрэнк Шуман оны кең қолдана бастады. Оның қондырғылары Каир
төңіректерінде Нил өрістері үшін суды тербелтеді. Өкінішке орай,істе тұрған
қуаты 40 кВт тең күндік күштік қондырғы бірінші дүниежүзілік соғыста
қиратылған.Бәрімізге белгілі,күндік энергия, тікелей фототүрлендіргіштің екі
типті-фотоэлектрлік,фотовольттік эффектті жүзеге асыратын,және
фотоэмиссионды электрлікке айналады, олар күндік жарықпен
сәулелендірген, эмиттер жоғарысында орнатылған өткізгіштермен қамтылған
электрондарды шығарады.Оны тәжірбие түрде қолдану тек бірінші
фототүрлендіргіш әдіспен қолдануы орын алған. Осыған бағытталған оның
16
шешуші факторы болып, кремниенді фотоэлементтері,КПД 6 % тең p-n өтуін
жасады.
Алғаш рет энергетикалық мақсатқа арналған, кремниелік күндік
батареясы жер айналасындағы ғарыштық кеңістікте,Жерде қолданылған.1958
жылдары, Жердің жасанды спутниктері жіберілген,олар кеңес үкіметтік
Спутник -3 және американдық
Авангард-1 батареяларымен жабдықталған.1960 жж. басында
алғашқы күндік, галлий арсени негізінде p-n өтулері бар фотоэлементтер
жасалынған. Бұл фотоэлементтер тиімділіктері бойынша кремнийға жол
береді,бірақ шамалы қыздырылған кезінде жұмыс жасай алады.Алғашқы рет
арсений галийдан жасалған жетілдірілген күндік батареяларды тәжірбиелікте
энергетикалық мақсатқа қолдануы электрожабдықты кеңес үкіметтік
ғарыштық аппараттармен қамтамас етумен байланысты болды, олар Венера
төңіректерінде жұмыс жасайтын,сонымен қатар Айдың үстінгі қабатын
зерттеген (1970 және 1972 ж) өзжүргіш аппараттармен Луноход-1 және
Луноход-2 төңірегінде жұмыс жасаған.Күндік энергетика тарихындағы
өмірлік жаңа бетін AlGaAs-GaAs гетероқұрылым негізінде жасалынған күндік
элементтер пайда болғаннан ашты. Қанша дегенмен мынадай
гетерофотоэлементтер радиационға-төзімді болып келді,оларды кремний
фотоэлементтерімен (кеңес үкіметтік станция Мир) салыстырғанда,олар
шамалы қымбат болсада,соған қарамастан, ғарыш техникасында тез және кең
қолданысты тапты.Құралдарды өңдіру бойынша индустрияның кең
дамуы,жартылай өткізгіштер электроникасы,күндік энергетикада қалыптасқан
кремнилік фотоэлементтердің маңызды мәндерін ескертті.
1980 жж. ортасына дейін күндік элементтерді кремний,арсений галий
негіздерінде жетілдіру қарапайым құрылым базаларында және қарапайым
технологияларды жүзеге асқан.1980 жж. ортасында оптикалық
сияқты,рекомбинациялы шығындарды
төмендететін фотоэлементтердің
құрылымдары ұсынылған.Нәтижесінде кремниелік фотоэлементтердегі
фотоэлектрлік түрлендіргіштердің тиімділіктерінің жылдам секіруіне қол
жеткізген. Кешірек күндік элементтердің бір өтулік p-n фотоэлементтерінен
қарағанда,оданда тиімдірек, екі каскадты әртүрлі механикалық күндік
элементтердің типтері пайда болған.Қазіргі таңда тәжірбиелік қолдану
кезеңінде үш каскадты фотоэлементтер бар,бірақ оларды қолдану тәжірбиесі
жоғары КПД мәндеріне төрт,бес, немесе оданда көп каскадты құрылымдарға
қол жеткізулеріне сенімді.1990 жж. басында тәжірбиеде күндік
концентрациялық жүйені аз көлемду модулдер концепциясында базаланған
жаңа бағыт пайда болды.
Мұнара типті күн электр станциясы жұмыс негізінде жататын ой, 350
жыл бұрын айтылған,бірақ күн электр станциясы бұл типтің құрылысы 1965
ж. басталған, ал 80 жылдары АҚШ-та,Батыс Еуропада,СССР және басқа
елдерде қуатты күндік электростанциялары салынған.1985 ж. Щелкино
Крымдық обылысында СССР кезінде алғаш рет электрлік қуаты 5 МВт тең
күн электр станциясы -5 күндік электростанциясы эксплуатацияға еңгізілген.
17
1600 гелиостаттар (тегіс айналар) екеуінің аумағы 25,5 м тең,сәулелендіру
коэффициенті 0,71, 89 м биіктігі бар мүнараға қондырылған және бу
генераторына қызмет ететін,күндік энергияны орталық қабылдағышқа ашық
цилиндр ретінде бағыттайды.Мұнара күн электр станциясына гелиостат
өрістерімен орталық қабылдағыш қолданылады, ол концентрация дәрежесін
бірнеше мыңға қамтамас етеді. Күнді зерттеу жүйесі қиындау,өйткені оған екі
өстің айналып тұруы қажет.Жүйемен басқару ЭЕМ арқылы жүзеге асады.
Жұмыс дене ретінде жылу қозғалтқыштарында температурасы 550 ˚С жететін
сулы бу, ауа және басқа газдардың температурасы - 1000 ˚С, төмен қайнайтын
органикалық сұйықтықтар (соның ішінде фреондар)- 100 ˚С, сұйық металл
жылу тасымалдауыш температуралары -800 ˚С дейін қолданады.Күндік
энергияны коммерциялық негізде алғаш рет пайдалану тәуекелі 80
жылдардың ХХ ғасырдың жүз жылдығына жатады. 1994 ж. Калифорнияда
электрлік қуаты 480 МВт, 1 кВтч энергия құны -7-8 центке жететін күн
энергиясы еңгізілді.Күндік энергияны, аккумулятор жүйелерісіз, пайдалану
әдісі ұсынылған.Жұқа қабық (1-2 мкм) жартылай өткізгіштер материалынан
жасалған көп уаде бергіш элементтер жетілдірілген: олардың КПД төмен
(зертханалық жағдайлардан да 16% төмен),құндылығы өте аз (қазіргі заманауи
күндік батареялар құнынан 10% кем емес).Американдық сарапшылар көп
уаде бергіщ күндік термоэнергияларды, өңдіріске арналған,жылу және
жарықты жинап бағыттайтын,олармен бірге тікелей су қызатын күндік
рефлекторларды пайдаланады. Мысалы, Ресейде, Ковролық механикалық
зауытта (Жуковск қаласында), суды қыздыру үшін өңдірістігі жылына 100
мың.м3 құрайтын жылу күндік коллекторларды шығарады. Мин ғылымның
ВИЭСХ жобаларында күндік электростанциялар үшін, жылу циклімен
дөңгелек линза негіздерінде жасалған концентратор жетілдірілген,олар
матрица түрінде жиналған.
Феникс қаласының халықаралық аэропортында Аризона американдық
штатында қуаты 300 киловаттқа жететін күндік электростанция пайда болады.
Щелкино Крымдық обылысында СССР кезінде алғаш рет электрлік қуаты 5
МВт тең күн электр станциясы -5 күндік электростанциясы эксплуатацияға
еңгізілген. 1600 гелиостаттар (тегіс айналар) екеуінің аумағы 25,5 м
тең,сәулелендіру коэффициенті 0,71, 89 м биіктігі бар мүнараға қондырылған
және бу генераторына қызмет ететін,күндік энергияны орталық
қабылдағышқа ашық цилиндр ретінде бағыттайды.Спейс Шаттл ғарыш
кемесін пайдалана, НАСА ғарыш күндік электростанцияның құрылысын
шамамен 2000 жылы бітіреміз деп болжауда. Ғарышта көлемі 10 4 х 5 2 х 0 5
км тең тұғырнама салынады деп болжайды; күндік электростанцияның қуаты
9000 МВт құрайды. Мынадай ірі габаритті тұғырнама жоғары жинақты
құрылымды пайдалану арқылы жобаланады.
Жоғары таза криссталдық кремний жартылай өткізгіш ретінде
фотоэлементтерді,түзеткішті,транзис торларды,сонымен қатар ғарыштық
зымырандармен жасанды спутниктерде күндік электростанцияларды
дайындау ретінде қолданылады.
18
1.1сурет - Аризона американдық штатында қуаты 300 киловаттқа
жететін күндік электростанция
Бәрімізге белгілі,бу компрессорлық жылу сорғышының фреонды
контуры және екі жылу ауыстырғышы бар, ол да күндік электростанцияның
қондырғы тоғаны сияқты, бірақ ол Ренкиннің кері циклін жүзеге асырады
және турбина орнында онда компрессор қолданылады, ал сұйық фреонды
тартып алу үшін сорғыш орнына-фреондағы қысымның түсуі өңдіру үшін
детандер қолданылады.Энергетикалық, жылу сорғыш қондырғыларында да
турбина немесе компрессор салмақ бойынша да,көлем бойынша да,бағасы
жағынан да аз орынды иемденеді. Негізінде, ең ауыр және қымбат жабдық-ол
жылу ауыстырғыштар.Ренкин циклін жүзеге асыратын,ондай жағдай барлық
қондырғылар үшін бар-тіке де бар сияқты,кері процесстеде бар,негізінде
шамалы температура аралықтарында бар.Энергетика министерства жобалары
бойынша АҚШ-та 1981 ж. Барстоу қаласында,Калифорния штатында, қуаты
10 МВт тең, көрсетілген күндік электростанцияның құрылысы біту қажет.
Егер бұл электростанцияның жұмысы табысты болса, ал экономикалық
сипаттамалары қуатты электростанция сияқты қолайлы болса,онда мүмкін,
оның жұмысының сенімді көрсеткіштерін толық анықтау үшін өнеркәсіптік
күндік тәжірбиелі электростанция салынады. Жағымды жағдай кезінде
мынадай электростанция, мүмкін 1988 ж. іске кірісетін шығар. Жобаның
табысты жағдайында,алғашқы өнеркәсіптік тапсырыстар 1990 жылдан 2000
жылға іске орналасу мүмкін, онда бірнеше күндік жылу электростанциялары
болу мүмкін.
Батыл жобалар, XXI ғасырдың конструкцияның түп нұсқа ойлары,кітап
авторымен таныстырып-
әуе-ғарыштық ұшақ, ғарыштық күндік
электростанция, ай базасы, марсиандық экспедициялар сияқтылар-олар
фантасттың ғылыми қиялы емес, ол талдаудың салмақты және ғылыми
болжаудың заты болып табылады.
19
1.2 Күн энергетикалық қондырғылардың ерекшеліктері
Күн энергетикалық қондырғылардың төмендегідей ерекшеліктері бар:
- электр энергиясын экологиялық таза өндіру, парник газдарының
қалдықтарының толығымен болмауы;
- қолданудың көп салалығы;
- құрылымының қарапайымдылығы мен салмағының аздығы;
- жұмыс істегенде шудың болмауы;
- қуат жинақтаудың модульдік принципі;
- жоғары сенімділік.
Күн энергиясы үлкен. Тіпті оның Жер бетіне түсетін кішкентай бөлігі
аса үлкен. Егер де Жер бетінің бір квадрат метріне түсетін күн сәулесінің
энергиясын толық пайдалансақ, онда екі жылқының күшіне жететін қуаты бар
қозғалтқышты жұмыс істете аламыз. Бүкіл Жер толығымен Күннен оң мың
есе көп энергия алады. Яғни, бұл бүкіл электр энергетика көздері, толық
қуатта жұмыс істегенде ғана ала алатын энергия көзі.
Жерден қарағанда Күн бізге салыстырмалы түрде кішкентай болып
көрінеді. Оны алыстан созылып тұрған қолмен бұршақтаң бір дәнімен ғана
жаба аламыз. Осындай тәжірибені үлкен дәлдікпен істейтін болсақ, Күнге
дейінгі арақашықтық оның диаметрін 107 есе асатынын есептей аламыз. Ал,
Күннің кесе-көлденең ені өте үлкен, ол Жердің диаметрінен 109 есе үлкен. Біз
білетіндей 13 мың км. Енді Күннің көлемін, оған дейінгі арақашықтық
мөлшерін километрге дейін есептей аламыз.
20
2 Күн электростанциясы
2.1 Күн электростанциясының түрлері
Күн электростанциясы инженерлік құрылыс, ол күндік радиацияны
электрлік энергияға айналдыру үшін қызмет етеді. Күндік радиацияны
айналдыру әдістері әртүрлі және электростанцияның құрылымына тәуелді.
Барлық күндік электростанциялар (сэс) бірнеше түрге бөлінеді:
күн электр станциясы мұнара түрі- күндік радиацияны пайдаланып сулы буды
алу принципінде негізделген. Станцияның ортасында биіктігі 18 метрден 24
метрге дейін жететін мұнара тұр ( қуаттан немесе басқа биік параметрлеріне
байланысты кіші болуы мүмкін), жоғарында резервуар суымен тұрады.
Бұл резервуар жылу сәулесін тартып алу үшін қара түске боялған.
Сонымен қатар, бұл мұнарада сорғыштар тобы бар, олар мұнара сыртында
тұрған турбогенарторларға буды жеткізеді.
Мұнарадан айналып бірнеше ара қашықтықта гелиостаттар орналасады.
Гелиостат аумағы бірнеше квадраттық метрге орналасқан айна, тіректе
бекітілген және жалпы позицирлеу жүйесіне қостырылған. Яғни, күн орналасу
жадайынан,айна өзінің бағытын кеңістікте өзгертеді.
Негізігі және ең қиын тапсырма-ол станцияда әрбір уақытта барлық
шағылысқан сәулелер өздерінен резервуаға түсетіндей, барлық айналардың
сол формада позицирленуі. Ашық күндік ауа райында резервуардағы
температура 700 градусқа жетеді.
Мұндай температуралық параметрлер көптеген дәстүрлі жылу
электростанцияларында қолданылады, сондықтан энергияны алу үшін
стандарттық турбиналар қолданады. Нақты айтсақ, мұндай түрлі станцияларда
үлкен КПД (20 %) және жоғары қуаттар алуға болады.
Станция состоит из отдельных модулей. Тарельчатты типті күн электр
станциясы электроэнергияны алу принципін қолданады, Мұнара күн электр
станциясына ұқсас болып келеді,бірақ станцияның өзіндік құрылымдарында
айырмашылықтары бар.Модуль қабылдағыштың және сәулелендіргіштің
ферменді конструкциясы біріккен тіректен тұрады. Қабылдағыш
шағылысудан бірнеше жоюдан тұрады, және одан күннің шағылысқан
сәулелері бағытталады.Сәулелендіргіш фермада радиальды орналасқан
тәрелке формасы сияқты айнадан тұрады. Мұндай айналардың диаметрі 2
метрге жетеді, ал ай саны-бірнеше ондыққа жетеді (модулдің қуатынан
тәуелді). Мұндай станциялар бір модулдан (автономды) және бірнеше
ондықтан тұрады (желімен параллелді жұмыс жасау).
Қазіргі таңда күн электр станциясыда фотобатареяларды қолданулары
кең тараған, жалпы жағдайда күн электр станциясы әртүрлі қуатты бөлек
фотобатареялардан тұрады. күн электр станциясы берілгені қалай кішіні
энергиямен қамтамас етсе, солай үлкен нысананы да қамтамас етеді (
21
жекеменшік коттедждер,пансионаттар,санаторияла р,өнеркәсіп ғимараттар
және т.б.)
Фотобатареялар барлық жерде орналаса алады, ғимараттың шатыры мен
фасадтан бастап және арнайы белгіленген аймақтармен бітеді.Орнатылған
қуаттар бөлек сорғыштарды қамтаумен бастап, шағын ауылды электро
жабдықпен бітуі кең диапазонда тербеледі.
Параболдық концентраттар пайдаланатын күн электр станциясы -
турбогенераторға пайдалануға жарамды,жылу тасымалдауышты
параметрлеріне дейін қыздырады. күн электр станциясы конструкциясы:
фермендік конструкцияда ұзындығы үлкен параболдық айна қондырылады,
ал параболдың фокусында, жылу тасымалдауыш бойымен жылу ағатын түтік
орнатылады. Барлық жолмен өтіп,жылу тасымалдауыш қыздырылады және
жылу ауысу аппараттарда жылуды суға береді, ол су буға айналып және
турбогенераторға жетеді.
Кешенді күн электр станциясы - ыстық су алу үшін жылу ауысу
аппараттары бар, ол қалай техникалық қажетке пайдаланса,солай ыстық сумен
жабдықтау және жылытуға сияқты аппараттарға қолданылады.
2.2 Фотоэлектрлік күндік электростанциялар
Фотоэлектрлік станцияның бастапқы элементі болып күндік батареялар
болып табылады. Олар кремнийдің жұқа қабықшасынан немесе басқа
жартылай өткізгіш материалдарынан тұрады және де олар күндік энергияны
тұрақты электрлік токка айналдырады.
Фотоэлектрлік түрлендіргіштер сенімділікпен,тұрақтылықпен
ерекшеленеді, ал олардың қызмет ету мерзімі шектелмеген. Олар тіке және
ыдыраған күндік жарықты түрлендіреді.
Шамалы салмақ, қызметтіліктің қарапайымдылығы, конструкцияның
модулді типі, әртүрлі қуатты қондырғылар шығара алады. Күндік батареяның
кемшіліктеріне жоғары құндылығы мен КПД-ның төмендеуін жатқызуға
болады.
Күндік батареяларды автономдық аз қуатты, радионавигациялық
қоректену және аз қуатты радиоэлектронды аппаратураны, электромобилмен
эксперментті жетегімен және ұшақ тұтынушыларды энергиямен жабдықтау
үшін қолданады.
Болашақта оларды жылыту жүйесіне және тұрғын үйлерді болашақта
электро жабдықтауға үміт бар.
2.3 Термодинамикалық күндік электростанциялар
Термодинамикалық күндік электростанциялардың құрылғыларында
селективті жарық жұту қабықшасы бар жылу ауыстыру элементтері
қолданылады. Оларға түсетін күндік жарықтың 97% дейін жұтуына қабілетті.
22
Бұл элементтер өзіндік әдеттегідей күндік сәулесі 200°С дейін немесе оданда
жоғары температураға дейін қыздырына алады.
Олардың көмегімен суды ауаға кадімгідей булық шұңқырларға
айналдырады, одан алатынымыз булық турбинадағы термодинамикалық
эффективті цикл. КПД күндік бу турбина қондырғысы 20% дейін өсуі мүмкін.
Осы эффект негізі бойынша аэростаттық күндік электростанция
конструкциясы әзірленген болатын. Одағы энергия көзі сулық бумен
толтырылған аэростат баллоны болып табылады. Баллонның сыртқы бөлігі
күндік сәулелерді өткізеді, ал ішкі бөлігі селективті жарық жұтушымен
жабылған және баллон құрамын 150-180°С дейін ысыта алады. Алынған ішкі
бу 130-150°С температурада болады, ал қысымы атмосфералық. Баллонның
ішінде суды қыздырылған бумен ыдырату нәтижесінде будың генерациясын
алады.
Бу баллоннан булық турбинаға майысқақ булық сым арқылы
апарылады, ал турбинадан шығарда конденсаторда суға айналады. Одан
насостың көмегімен судан кері баллонға құлайды. Бу есебі арқылы бір күнде
толтырылған, осындай электростанциялар түнде де жұмыс істей алады. Тәулік
бойы турбогенератордың қуаты сәйкестік қажеттіліктермен реттей алады.
Мұнда басты мәселе болып күндік аэростаттық электростанциялардың
орналасу әдістері болып табылады. Мүндай электростанцияларды жерге,
теңіздерге немесе тауларға таратуға болады. Әрбір жағдайда кемшіліктер мен
артықшылықтар болады. Бұл жерде булық сымның ұзындығын,
турбогенераторлардың тарату орындарын және баллондар тікұщақ қимылына
кедергі жасамайтындай етіп барлық жағдайды қарастыру керек.
Күннен энергия алудың басқа да әдістері бар, егерде осы мәселелерді
шешетін болсақ, онда бұл өнімге сұраныс шектеусіз болады. Жаңа
зерттеулердің көмегімен жолы қиын аудандарда энергожабдықтау мәселесін
шешетін болсақ, үлкен мегаполистарда отындық ресурстарды қолдану
қысқартылады, қоршаған ортаны керек емес заттардың лақтырылып
ластануынан қорғайды.
Күрделі күндік электростанциялық екі тар аймақты - аккумуляторлық
энергия және олардың таралуын қарастырайық. Бұл мәселелрді шешудің бір
жолы болып жылулық аккумулятордың химиямен байланысты түрде болуы.
Егер де тез табылатын жоғары жылулық балқуларға және төменгі нүктелік
балқуларға ие материалдар табылатын болса, онда күндізгі уақытта
өндірілетін, аккумирленуі мүмкін еді, ал түнгі уақытта жүктеменің жабылуы
ретінде қолданылатын еді.
Күндік энергия электрикалықтан күндік электростанцияға айналады,
жабдықтары бар, күндік энергиянының сезілуі және оның электроэнергиясына
айналуы тағайындалған. күн электр станциясы эффективті жұмыс істеуі үшін
жылулық аккумуляторы және автоматты басқару жүйесі керек.
Бір себебі болып, күндік электростанцияны және жылулық қондырғыларды
енгізуде кедергі жасау, айтылып кеткендей салыстырмалы түрде төмен КПД,
жанудың жоғары емес температурада сертті, мысалы 100 С қа дейін. Жану
23
температурасының 500 С қа дейін жоғарылауы күндік энергияның
эффективті түрде қолданылуын жоғарылатады.
Қашан энергетика үлкен термоядролық немесе арзан жылулық күндік
электростанция сумен және күндік сәулелермен игерілгенде, энергетикалық
адамдық аштық жеңіске жетеді. Мысалы, жұмақты біздің аудан
планетамыздағы климаттық жағдайлар арқылы жерлік жауыздарға айналдыру.
Кең масштабта күндік электростанцияның пайда болу жұмысын айналдыру,
күндік концентратторды термодинамикалық циклмен бірге қолдануда, немесе
технологияларды тікелей түрлендіруде күндік сәулелену энергиясынан
электрлікке айналады.
Көптеген энергетикалық мамандар, спутниктік күндік
электростанциялардың пайда болуы өте қымбат жұмыстық және үлкен
тәуекелмен байланысты. Олар ССЭС эффективті жұмыс жасай алмайтынын
растайды. ССЭС активті өмір сүруі 30 жылға дейін болжанады, ал
технологияның іске асырылуы ұзағырақ. Есеп бойынша, энергия
шығындарының жаулап алуының жүзеге асуы бір үш жылға ССЭС жұмыс
істеп бастағанда дейін созылады.
Бұл мерзім қызмет мерзімінен аз, тоғандық күндік электростанция көп
еселі энергия шығындарын сол қондырғыларымен орнын толтырады; энергия
құбырларының шығындары өте зор, сондықтан керамикалық құбырларды
қолдану жақсырақ.
2.4 Күндік батареялардың фотоэлементтік және физикалық ұстаным
жұмыстары
Фотоэлемент - электрондық құрылғы, ол фотон энергияларын электрлік
энергияға айналдырады. Бірінші фотоэлемент, сыртқы фотоэффектте
негізделеді, құрастырған Александр Столетов.Жартылай өткізгіштік
фотоэлектрлік түрлендірілетін энергия.
Энергетикалық көзқарас бойынша эффективті құрылғы болып күндік
энергияның электрлікке ауысуы жартылай өткізгіштіктердің фотоэлектрлік
түрлендіргіштердің, бір қадамды энергияға ауысыуы. ФЭП мінездемесі болып
бірқалыпты температурасы 300-350 К және күн ~ 6000 К олардың теориялық
КПД 29 %. Зертханалық жағдайларда КПД 26 % дейін өседі.
Күндік батареялардың физикалық жұмыс істеу принципі
Энергияның ФЭП түрленуі фотоэлектрлік эффектке негізделген, біртекті емес
жартылай өткізгіштер структурасында күндік сәулеленудің әсерінен болады.
ФЭП біртекті емес структурасы бір немесе барлық жартылай өткізгіштердің
әртүрлі примесясында немесе әртүрлі жартылай өткізгіштердің біркелкі емес
енінің байланысу жолында тыйым салынған аумақта электрондардың энергия
үзіндісі атомдардан немесе жартылай өткізгіштердің химиялық құрамының
өзгеруіне, градиент енінің тыйым салынған аумақта пайда болуы мүмкін.
Түрлендіру эффективтілігі электрофизикалық бір келкі емес жартылай
өткізгіш структурасының сипаттамасына тәуелді, сонымен қатар ФЭП
24
оптикалық құрамы, фотоөткізгіштік ең маңызды рөл ойнайды. Ол ішкі
фотоэффект көріністерімен шарттасқан. Негізгі ФЭП-тағы кері айналмайтын
энергия шығындары. Негізгі кері айналмайтын шығындар мыналарға
байланысты: күндік сәулеленудің жоғары түрлендіруден шағылысуы, ФЭП
бөлігінің сәулеленуі жұтусыз өтеді, жылы тербелістер жолдарына артық
энергиялардың себілуі, жоғары қабатта фото бу рекомбинация жасалулары
және ФЭП көлемінде, ішкі түрлендіру кедергілері және басқа физикалық
процесстермен байланысты.
ФЭП барлық энергия шығындарын азайту жетілдірілуде және әр түрлі іс
шаралар ойдағыдай қолданылуда. Оларға жататындар қатарына: жартылай
өткізгіштердің оптималды түрде күндік сәулелену енінің тыйым салынған
аумақта қолданылуы; жартылай өткізгіштердің структуралық жолының
жақсаруы және оптималды легирленген, электрлік өрістердің пайда болуы;
гомогендыдан гетерогендыге өту және жартылай өткізгіштер структурасы;
ФЭП конструктивті оптимизациялық параметрлері; көп функционалды
оптикалық жабуларды қолдану; жарықтандыруды қамтамасыздандырады;
ФЭП космостық радиациядан қорғайды және реттейді; ФЭП жетілдіреді;
Каскадалық ФЭП арнайы тыйым салынған аумақ бойынша жинақталған
жартылай өткізгіштерден жасалады; әрбір каскадалық сәулеленуде қолдануға
мүмкіндік береді, бұрынғы каскада арқылы өтеді және т.б.
Сондай ақ КПД ФЭП байыпты түрде жоғарылауы екі жақты
сезімталдылық арқасында жүзеге асты, люминесценттің шамадан тыс
структурасының қолданылуы; күндік спекторды екі немесе одан да көп
спектрлік аудандарға көп қабатты қабықтардың көмегімен ыдыратады.
2.5 Күндік коллекторлардың түрлері және олардың қолданылуы
Күндік коллектор - күндік жылу энергиясы қорларының жиынтығы,
көрінетін жарыққа және жақын инфрақызылдық сәулеленуге ауысуы. Күндік
батареялардан айырмашылығы, күндік коллектор жылутасығыш
материалдардың қыздыруын жасайды.
2.1 сурет - Тегіс күндік коллектор
25
Тегіс күндік коллектор құрамында мынандай элементтер болады: күндік
энергияны жұтатын, термооқшауланған қабаттардан және мөлдір жабулардан.
Абсорбер жылу өткізгіштік жүйемен байланысты. Ол қара түспен жабылады,
эффективтілікті жоғарылату үшін. Мөлдір элемент шымырланған әйнектен
төмендетілген металл құрамымен орындалады. Панельдің соңғы бөлігі жылу
өткізгіштік материалмен жабылған. Құбырлар, су таратылатын,
полиэтиленнен немесе мыстан тігіліп дайындалады. Өзіндік панель ауа
өткізбейтін болып келеді, одағы тесік силикондық герметикамен қымтайды.
Жылуды бөлшектеу кезінде тегіс коллекторлар суды 190 -- 200 °C қыздыра
алады.
Құлайтын энергиялар жылу өткізгіштерге жіберілетін болса,
коллектордан өтетін, эффективтілігі жоғарылайды. Оны жоғарылатуға
болады, егер арнайы оптикалық жабуларды, инфрақызылдық спектрде
сәулелену жылуынсыз қолданатын болсақ. Стандартты шешімі болып
эффективті коллектор абсорберінің беттік мыстардан олардың жоғары жылу
өткізгіштігін қолданылуы, мыстардың алюминийге қарсы қолданылуы 4 %
ұтыс береді. Сонымен алюминдік экран қолданылады.
2.2 сурет - Вакуумдық күндік коллектор
Жылу өткізгіштіктің температурасының жоғарылауы 250 -- 300 °C
жылуды шектеу режимінде. Бұған қол жеткізуге жылулық шығындарда көп
қабатты әйнек жабылуларының қолданылуын азайту арқылы,
герметизирленген немесе вакуумда коллектордың пайда болуы арқылы қол
жеткізуге болады.
Күндік жылулық құбыр құрамында қондырғы бар, тұрмыстық термосқа
ұқсас. Тек құбырдың сыртқы бөлігі ғана мөлдір, ал ішкі құбыр бөлігі жоғары
селективтілік жабылумен жабылған, күндік энергия аңғарылуымен. Ішкі және
сыртқы әйнектік құбыр арасында вакуум орналасқан. Вакуумдық қабат 95 %
аңғарылатын жылулық энергияны сақтауға мүмкіндік береді.
Сонымен қатар, вакуумдық күндік коллекторларда жылулық құбырлар
қолданылады, жылулық өткізгіштік рөлін атқарады. Қондырғының сәулеленуі
26
кезінде күндік жарық сұйықтық, құбырдың төменгі жақ бөлігінде орналасқан,
онда коллекторға жылу беріледі. Осы схеманы қолдануда КПД үлкен рөл
атқарады, оның жұмыс істеуі төменгі температурада жүзеге асады.
Күнделікті тұрмыстық күндік коллектор суды қыздыруға қабілетті,
содан кейін жылулық энергияны акумулятор багына жібереді, ыстық суды
тұтынушыға қарай жинайды.
Қарапайым жағдайда сулық циркуляция коллектордегі
температуралардың әр түрлілігінен бак аккумуляторында өтеді, ол жоғары
орналасқан.
Күрделі жағдайда коллектор өзіндік контурға ие, сумен немесе
антифризбен толтырылған. Контур құрамына насос кіреді, ол циркуляцияны
жылутасығышқа жібереді.
Бак тікелей коллектор қатарында орналастырылған, ғимарат ішінде.
Күндік энергия жетіспегенде, судың температурасы керекті деңгейде
қосымша қызулық электрлік элемент құрамын қолдайды, ол аккумулятор
багынан кейін орналасқан. Мұндай нәтиже күндік қондырғының
эффективтілігін көтеруге мүмкіндік береді, күндік коллектор КПД
жылутасығыш температурасы өсуі бойынша төмендейді.
Күндік су қыздырылатыын аккумуляторлық типтегі қондығылар да бар,
онда бак аккумулятор бөлек орналасқан, ал қыздырылған су тікелей күндік
коллекторда сақталынады. Бұл жағдайда қондырғы тіктөртбұрыштық формада
сақталынады.
Күндік коллектор концентраторлары
Эксплуатациялық температураның 120 -- 250 °C дейін жоғарылауы
күндік коллекторлар концентрациясының кіргізу жолы арқылы
параболацилиндрлік шағылысулар, жұтылатын элемент астына салынған.
Жоғары эксплуатациялық температура алу үшін күнді байқап тұратын
құрылғы керек.
Күндік ауа коллекторлары-бұл күн энергиясы арқылы жұмыс істейтін
және ауаны қыздыратын аспап. Күндік ауа коллекторлары құрамында
қарапайым тегіс коллекторлар болады және көбінесе бөлмелерді жылутада
қолданылады. Ауа сіңіргіш табиғи конвекция немесе желдеткіш арқылы
өтеді. Ауа жылуды нашар өткізеді, ол сіңіргішке аз мөлшерде жылу береді,
сүйық жылутасығышқа қарағанда.
Күндік ауа жылытқыштар жұтатын пластинкаға желдеткіш арқылы
жалғанған, ол ауаның турбуленттілігін жоғарылатады және жылутасығышты
жақсартады. Бұл конструкцияның кемшілігі, ол желдеткіш жұмысына энергия
жұмсайды, осындай түрде эксплуатациялық жүйе шығындарын
жоғарылатады. Суық климатта ауа пластинка жұтатын аралыққа қарай
коллектордың жылытылған артқы қабырғасына қарай қозғалады: осындай
түрде жылу шығындары шынылау арқылы қашады. Бірақ, ауа 17°С жоғары
ішкі ауа температурада қыздырылатын болса, онда жылутасығыш пластинка
жұтқыштың екі жағында эффективтіліктің көп емес шығындарында
айналдырады.
27
2.1 к е с т е - Коллекторлардың түрлері
Күндік ауа жылытқыштар жұтатын пластинкаға желдеткіш арқылы
жалғанған, ол ауаның турбуленттілігін жоғарылатады және жылутасығышты
жақсартады. Бұл конструкцияның кемшілігі, ол желдеткіш жұмысына энергия
жұмсайды, осындай түрде эксплуатациялық жүйе шығындарын
жоғарылатады. Суық климатта ауа пластинка жұтатын аралыққа қарай
коллектордың жылытылған артқы қабырғасына қарай қозғалады: осындай
түрде жылу шығындары шынылау арқылы қашады. Бірақ, ауа 17°С жоғары
ішкі ауа температурада қыздырылатын болса, онда жылутасығыш пластинка
жұтқыштың екі жағында эффективтіліктің көп емес шығындарында
айналдырады.
Ауа коллекторларының тұрақтылық негізі оның қарапайымдылығы мен
сенімділігі болып табылады. Мұндай коллекторлар қарапайым құрылғылардан
тұрады. Сапалық коллектор 10-20 жылға дейін қызмет ете алады, ал оларды
басқару қиын емес. Жылу алмастырғыш қажет болмайды, себебі ауа
тоңазымайды.
Коллекторлар күндік жарықтандырулар жеткілікті және басқа да
энергия көздерінің қатысуымен бөлмелерді жылыту үшін арналған.
Коллекторлар жылыту жүйесінің негізгісі бола алмайды, себебі олар тұрақты
28 Вакуумдық құбырлар
Жоғары селективті тегістегіш
+
+
Төменгі жылу шығындар
Қардан тазалау қабілеттілігі
Суық уақыттаға жұмыс істеуі −30С
дейін
Жаздың күні жоғары өндірістікке ие
Жоғары температураларды
генерирлеуге қабілетті
Бағасының сәйкес келуіоңтүстіктік
ендікте және жылулық климатта
өндіріледі
Жұмыс уаытының тәулік бойы
созылуы
Кез келген бұрыштарда орнату
мүмкіндіктері
Монтаждың ыңғайлылығы
Аз бастапқы бағасы
Төменгі парустық
-
Құндық қарым қатынас
айрмашылығы өндірістің біріңғай
ендікте және суық климатта
-
-
-
Қардан тазалау қабілеті жоқ
Жоғары жылу шығындар
Проектің жоғары бастапқы бағасы
Суық уақыт кезіндегі төменгі
жұмысқа қабілеттілік
Жұмыстық еңкею бұрышы 20° кем
болмауы керек
Монтаж қиындығы, шатырға
жеткізулермен байланысты коллектор
жиынтығы
сипаттамаларды, тәулік бойы, сонымен қатар жыл мезгілдерінің өзгеруі
кезінде де қамтамасыз ете алмайды. Бірақ жүйе жылыту және ауаны
жаңартуда кез келген жүйені интегрирлеуі мүмкін.
Қолданылуы
Мәскеуде ОИВТ РАН зерттеулері бойынша жылы кезде Мәскеудің көп
бөлігіндекүндік сәулелендірудің орташа күндізгі бағасы 4,0-5,0 кВтчм²
құрайды. Бұл тұрмыстық мақсатта 100 л жуық суды күндік коллектор ауданы
2 м² мүмкіндігі 80 %, яғни практикалық түрде күнделікті. Орташа жылдық
түсімдердің күндік радиация жетекшісі Забайкалье, Подморе және оңтүстік
Сібір болып табылады. Олардың артынан оңтүстік европейлік және Сібірдің
бір бөлігі жүреді.
Мәскеуде күндік коллекторлардың қолданылу құрамы 0,2 м²1000
адамды құрайды. Ал Кипрде 800 м²1000 адам, Автрияда 450 м²1000 адам,
Германияда 140 м²1000 адам көлемінде эксплуатацияланады.
Жаздық ауысымда, Мәскеудегі көп аудандар 65º жоғары мәндермен күндізгі
радиацияда ерекшеленеді. Қыстық уақытта түсетін күндік энергия сапасы кең
ауқымда орналасқан құрылғыларға тәуелділігі төмендейді.
Барлық мезгілдік құрылғылардың қолданылуы үлкен бетке ие болуы
керек және екі антифриз контурынан, қосымша жылу алмастырғыштарынан
тұрады. Мұндай жағдайда вакуумдық коллекторлар қолданылады, жылу
тасығыш және сыртқа ауа арасында температуралардың әртүрлілігі
байқалады. Бірақ мұндай конструкциялар бағасы қымбат болып келеді.
Қазіргі уақытта коллекторлардың құрылысы, көбінде Краснодарск, Бурятии,
Приморском және Хабаровском аймағында жүзеге асырылады.
2.3 сурет - Күндік мұнара, Севилья, Испания, 2007ж құрылған
29
Күндік электростанция өнеркәсібінің құрылуы туралы алғашқы ойлар
кеңес инженері Н.В.Леницкий 1930 ж жүзеге асырылған. Сол кезде оған
күндік станция схемасын мұнараның орталық қабылдағышы арқылы құру
туралы ұсыныстар түскен болатын. Жүйеде күндік сәулеленулердің өріс
гелиостатының -тегіс шағылысуларында сезілуі, екі координат арқылы
басқарылады. Әрбір гелиостат сәулеленуінің жоғары орталық
қабылдағыштарда шағылысуы, сол гелиостат өрісінің күңгірттенуі арқылы
сипатталады. Өзінің өлшемі және параметрлері бойынша қабылдағыш
шұңқырының әдеттегідей түрімен іспеттес.
Экономикалық баға көрсеткіштері үлкен құбыр генераторларында қуаты
100 МВт қолданылады. Олар үшін типті параметр болып температурасы
500 °C, қысымы 15 МПа болады. Есеп қисап шығындарының концентрация
параметрлеріның тәртібі 1000 қамтамасыздандырады. Бұндай концентрация
екі координат гелиостаты арқылы басқарылады. Станция құрамында екі
координат арқылы басқарылатын жылулық аккумуляторлар болуы керек, ол
жылулық жұмыс машинасын күндік сәулелену арқылы қамтасыз етеді.
АҚШ та 1982 ж бірнеше қуаты 10 нан 100 МВт дейін жететін мұнаралар
құрылған. Осы типтегі экономикалық талдау жүйесінде 1 кВт барлық
шығындар шамамен $1150 тең. Бір кВт·ч элетр энергиясы шамамен $0,15
тең.
2.4 сурет - Параболалы цилиндрлік концентраторлар
30
Параболалы цилиндрлік концентратор параболалық формаға ие. 1913 ж
Франк Шуман Мысырда су тартқыш станциясын парабола цилиндрлік
концентратор көмегімен тұрғызған болатын. Станция бес концентратордан
тұрды, әр қайсысынының ұзындығы 62м. Жоғары беттік шағылысу әдеттегі
айналар арқылы жасалынған. Станция сулық буды өндірді, оның көмегімен
шамамен 22 500 л су бір минутта тартылды.
Парабола цилиндрлік айналық концентратор сызықта күндік
сәулеленуді фоксирлейді
және ол жүзкратты концентрацияны
қамтамасыздандырады. Парабола фокусында құбыр жылу тасығыш немесе
фотоэлектрлік элемент орналасқан. Құбырда май 300 -- 390 °C температурада
қыздырылады. 2010 ж тамыз айында
NREL
мамандары SkyFuel
компаниясының қондырғысын сынады. Сынау уақыты кезінде термальды
парабола целиндрлік концентраторының эффективтілігі 73 %
температурасында 350 °C жылу тасығыш қыздырылуы қарастырылған
болатын.
Күнмен су қыздырғыштар
Күнмен су қыздырғыштар су қыздыруға қолданылатын күн энергиясын
жылу энергиясына түрлендіреді. Күнмен су қыздырғыштар шыны вакуумды
коллектордан, жылу жинағыштар, және магистраль жүйесімен байланысқан
негізгі рамадан тұрады.
Күн энергиясын жылу энергиясына түрлендіру шыны вакуумды
түтікшелер арқылы жүзеге асырылады. Қыздырылған су жоғары қарай, ал
салқын су төмен қарай жүреді. Осылайша, вакуумды түтікшеде су
температурасының айырымы пайда болады. Сонымен жүйеде судың қызуы
және циркуляция жүреді.
Жылумен жабдықтаудың күн жүйесі күн энергиясын жылу энергиясына
тиімді түрлендіруге, және суды қыздыруға арналған. Жылумен жабдықтаудың
күн жүйесі көбінесе күн термалды коллектордан, суды сақтау жүйесінен
(резервуар немесе бак), бақылау жүйесінен және сорғыш жүйеден тұрады.
Жылумен жабдықтаудың күн жүйесі және үйдегі күн жүйесі су қыздыруға
арналған күн жүйелері секілді принципте жұмыс жасайды.
Күн энергиясы бітпейді. Күн бар кезде, күнмен су қыздырғыштар күн
энергиясын
жылу
энергиясына
түрлендіреді.
Жүйенің
негізгі
компоненттерінің қызмет етуінің ұзақ мерзімі он бес жылға дейін және одан
да көп. Және де энергияның басқа да қайнар көздерін пайдаланған кезде,
үйлестірілген жүйе жүзеге асырылуы мүмкін.
Күн энергиясы таза, энергияның қайта қалыпқа келетін қайнар
көздерінің бірі, қоршаған ортаны ластамайды.
Тұрмыстық күнмен су қыздырғыштарын пайдалану үнемделген отын
мөлшеріне пропорционал СО2 қалдықтарын қысқартуға мүмкіндік береді.
Бұнымен қоса, бұл жағдайда көмірқышқыл газының қалдықтарының бу
ретіндегі әсері қысқарады.
Жазық күнмен су қыздырғыштары - коллектор
31
.Күн энергиясын жұтуға арналған жазық мөлдір оқшаулаумен және
жазық
конфигурациямен
жұту
панелі
бар
құрылғы.
Бұл
жазық
жылуқабылдағыш панель - сұйықтыққа арналған каналдары бар, ауданы 1-2 м
абсорбер. Бұл панелдің беті Күннен жақсы қыздырылу үшін қара түсті болып
келтірілген. Жылу жоғалтуларын төмендету үшін
корпусқа жазық рама
түрінде орнатылады. Панель төменгі жағынан жылуоқшаулағыш, ал жоғарғы
жағынан мөлдір оқшаулаумен - арнайы шынымен, пластикпен немесе
қабықшамен
қорғалған.
Жылу
панелі
ретінде
жылутасымалдайтын
каналдармен кез келген метал немесе пластмасс бет қолдануға болады. Метал
абсорберлер алюминийден немесе болаттан екі түрде дайындалады: бет-
құбыр және штампталған панелдер (құбыр бетте). Пластмасс панелдер күн
сәулесінің
әсерінен
және
жылу
өткізгіштігі
аз
болғандықтан
тез
ескіретіндіктен кеңінен қолданыс таппады. Жылу тасымалдағыштардың
біршама жоғары температурасына қол жеткізу үшін панель бетін күннің қысқа
толқынды сәулеленуін белсенді жұтатын және спектрдің ұзын толқынды
бөлігіне өзінің жылу сәулеленуін төмендететін спектралды - селективті
қабатпен жабады. Жазық коллекторлардың сипаттамаларын жақсартудың
басқа әдісіне жылу жоғалтуды азайту үшін жылуқабылдағыш панельмен
мөлдір оқшаулағыш арасында вакуум құру жатады.
Вакуумды күнмен су қыздырғыш - коллектор
Вакуумды түтікшеде күннің сәулеленуін жұтатын қара бет қоршаған
ортадан вакуумды ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
9
10
11
Аңдатпа
Мен бұл дипломдық жұмысымда мұнара типтес күн электр
станциясының көмегімен күн энергиясын алуды жобаладым. Күн энергиясын
пайдалануды,күн энергетикасының даму тарихын, күн электр станциясы, күн
электр станциясының түрлері, күн коллекторлары мен су қыздырғыштар,
олардың түрлерімен және қолданулары және де мұнара типті күн электр
станциясын қарастырдым.
Күн энергетикасының басқа сарқылмайтын энергия түрлеріне қарағанда
экономикалық және экологиялық жағынан да тиімді екені көрінеді.
Аннотация
В своей дипломной работе ознакомилась с использованием солнечной
энергией, с историей развития солнечной энергией,с видами солнечных
электрических станций, солнечными коллекторами,также спроектировала
солнечную электрическую станцию башенного типа.
Солнечная энергия с сравнений с другими видами энергий ,считается
более выгодной с экономической и экологической стороны
Abstract
In the thesis I examined use by solar energy, history of development by solar
energy, with types of solar power plants, solar collectors, tower type of solar
energy from comparisons with other types of energy also designed solar power
plant, it is considered more faborable with economic and ecological party.
12
Мазмұны
Кіріспе
1 Күн энергиясын пайдалану
1.1 Күн энергетикасының даму тарихы
1.2 Күн энергетикасының даму тарихы
2 Күн электростанциясы
2.1 Күн электростанциясының түрлері
2.2 Фотоэлектрлік күндік электростанциялар
2.3 Термодинамикалық күндік электростанциялар
2.4 Күн батареясының фотоэлементтері мен олардың физикалық
жұмыс принциптері
2.5 Күн коллекторлары мен су қыздыртқыштары. Олардың
түрлерімен және қолданулары
3 Мұнара типті күн электростанциясы
3.1 Мұнара типтес күн электростанциясының болашағы
3.2 Жарықтың фототермикалық және фотоэлектрлік
түрлендіргіштерді
3.3 Энергияның газотурбинді түрлендіргіштерімен қамтылған
мұнара типті перспективті күнді энергоқондырғы
3.4 Орталық қабылдағышпен қамтылған мұнара типті күнді
электростанциялар
4 Экономикалық бөлім
4.1 Резюме
4.2 Электр станциясын салуға кететін қаржы салымдарын есептеу
4.3 Амортизация жұмысына кеткен шығынды анықтау
4.4 Инвестицияның таза құнын есептеу
5 Инвестицияның таза құнын есептеу
5.1 Күн электр станциясын пайдалануда қоршаған ортаға әсеріне
талдау жасау
5.2 Жобалап отырған күн станциясындағы мұнараның минималды
7
8
8
12
13
13
14
14
16
17
26
26
31
38
38
40
40
40
41
41
48
52
61
биіктігін (
) анықтау.
5.3 Жоғары вольтты лабораториядағы жасанды жарықтану жүйесіне
есеп жүргізу
Қорытынды
Пайдаланған әдебиеттер
13
66
Кіріспе
Энергетика- экономика саласының бір түрі, ол өңдірістің,ғылымның
және елдің біртұтас дамуының индикаторы болып табылады.Адамзат бүкіл
өмірлік тарихында энергияның барлық 950 трлн кВтсағ түрлерін жұмсаған,
оның 23 бөлігі 30 жылға сәйкес келіп тұр.Сондықтан, жаңартуға болатын
энергия көзін дәстүрлі түрде иемденбеу мәселесі қазіргі таңда өзекті мәселе
болып табылады.Дәстүрлі емес түрде жаңартуға келетін энергия көздеріне
күндік,желдік,геотермалді энергия,биомасса және Әлемдік мұхит энергиясы
жатады.Соңғы он жылда,осы энергия көздеріне адамдардың мүдделері артуда,
қанша дегенмен көптеген қатынастарда олар шектеусіз келеді.Күндік
сәулелерді тікелей қолдануға негізделген,энергетиканың потенциалды
мүмкіндіктері өте жоғары.
Күннің 0,0005% энергиясын қолдану қазіргі таңда барлық әлемдік
энергетиканы қамтамас ететін еді,ал 0,5%- перспективаның қажеттілігін
толығымен жабатын еді.
Күндік энергия-
күннің жер қойнауының реакциясы болғанда
нәтижесінде сәулелендірудің кинетикалық энергиясы (негізінді
жарықтың),пайда болады. Қанша дегенмен оның қорлары сарқылмайды (Күн
әліде 4 млрд жыл жаныптұрады), күнді қайта жаңартылатын
энергоресурстарға жатқызады.Табиғи экожүйелерде күндік энергияның
азғантай бөлігі,өсімдіктерде бар хлорофиллмен жұтылады,ол фотосинтез үшін
қолданылады, яғни көмірқышқыл газ және судан пайда болатын органикалық
заттың пайда болуы.Осылайша,ол органикалық заттардың потенциалды
энергия түрінде аңғарылады.
Олардың ыдырауы экожүйелердің қалған компоненттерінің
энергетикалық қажеттіліктерін қанағаттандырады.Күн энергиясының шамалы
пайызы болсада,біздің транспорттың қажеттілігін,өнеркәсіпті және біздің
тұрмыстық жағдайымыздың қазіргі кезі емес,болашақтада қамтамас ете
алады. Сонымен қатар,оны біз пайдаланамызба, жоқпа оған қарамастан
Жердің энергетикалық балансымен және биосфера жағдайына ешқандай әсер
тигізбейді. Күн-үлкен қуатты энергия көзі. Қосынды қуаты бойынша Жерге
түсіп тұратын күндік сәуле не бары 22 күнде,барлық ғаламшардағы
органикалық жаңармай қорларына тең.
Тәжірбиеде күндік радиация тікелей немесе жаңама түрде
электрэнергиясына айналады.Жаңама айналу радиацияның концентрация
жолы арқылы суды буға айналдыру үшін, аңдитын айналар көмегімен және
буды электрді генерлеу үшін пайдалану арқылы жүзеге асады.Мұндай жүйе
күндік сәулені тікелей жарықтандыру кезінде жұмыс жасайды. Күндік
энергияны электрлікке тікелей айналдыру фотоэлектрлік эффекті пайдалану
арқылы жүзеге асады.
14
Арнайы жартылай өткізгіштік материалдан дайындалған элементтері,
мысалы силикон, тіке күндік сәуле кезінде,үстінгі қабатта вольтаждың
алымдығын табады, яғни электрлік тоқтың болуын.
Күн энергиясы жылу жабдық үшін (ыстық су жабдықпен,жылытумен), ауыл
шаруашылықта, өнеркәсіптегі технологиялық процесстерде әртүрлі
азықтарды және материалдары кептіру үшін пайдаланылады. Альтернативті
энергетика талпыну қалпымен дамиды.
Фотоэлектрлік генераторда, оған СИ түсу кезінде фотоэлементте болып
жатқан процесстері болғанда,нәтижесінде электрлік тоқ пайда
болады.Олардың ішіндегі ең тиімділігі,ЭДС-тың өткізгіштер арасындағы
шекараларында және жарық сезімтал жартылай өткізгіштер (мысалы,кремний)
немесе әр келкі өткізгіштердің қозуымен негізінде болады. Күннен тікелей
электроэнергия алу,экономикалық қиындықтармен, сол энергияның ағынның
шамалы тығыздығымен, ауа райы жағдайларының әсері, мерзімнің және
жылдың әсері,күндік электростанциялардың географиялық орналасуымен
байланысты.
Энергияны тікелей жылу формасына аккумулдеу және оны
аккумулятордан сол формада алу,электроэнергияның өңдірісі үшін маңызды,
мысалы күндік электростанцияларда,бірақ энергия тұтынушы үшін,жиі
коммуналды-тұрмыстық секторда және қызмет ету саласында қолданылады.
15
1 Күн энергиясын пайдалану
1.1 Күндік энергетиканың даму тарихы
Күн энергиясының техникада алғаш рет тәжірбиеде пайдалануы 17
ғасырға жатады. Жиілігінде, 1600 жылы Францияда, жылынған ауада жұмыс
жасаған және суды қопару үшін пайдаланған бірінші күндік қозғалтқыш пайда
болған.17 ғасырдың соңында француз химигы А. Лаувазье бірінші күндік
пешті шығарған, оның температурасы 1650 ˚C жеткен және қорғалған
атмосферадағы зерттелген материалдардың үлгілері қыздырылған,сонымен
қатар көміртек пен платинаның қасиеттері зерттелген.
Француз А. Мушо Алжирде бірнеше ірі күндік концентраттар салған
және оларды су дистициялары үшін және сорғыш жетектері үшін
қолданылады. 1878 жылы Париждегі Әлемдік көрмеде 1866 ж. Мушо 0,5 кг
етті 20 минутте пісіруге болатын,күндік пешті тағам дайындау үшін
көрсеткен.1833 жылы АҚШ-та Дж.Эриксон параболцилиндірлік
концентратты күндік әуе қозғалтқышы пайда болды,оның көлемі 4,8
3,3м.Алғашқы күндік тегіс коллектор француз Ш.А Тельермен
салынған.Оның аумағы 20 және аммиакта жұмыс жасаған жылу
қозғалтқышында қолданылады.1855 ж. су беру үшін тегіс коллекторлы күндік
қондырғы схемасы ұсынылған, ол үйдің шатырын жөндеуге келтірілген.1871
ж. американдық инженер Ч.Уилсон Чилиде суды дистиляциялау үшін
алғашқы ірі масштабты қондырғы салған. Ол кен орынға ауыз суды жеткізу
үшін,30 жыл арасында эксплуатацияланған.
1890 ж. профессор К.Цераский Мәскеуде күн энергиясымен
металлдың балқыту процессін жүзеге асырған ол параболоидты айнамен
фокусирілінген, фокуста температура 3000 ˚C аспаған. Жоғары мұнарада күн
электр станциясы қондырылған, қазіргі таңда айналарда (гелиостаттар) жылу
қабылдағышта күндік сәулелер шағылысады. Бұл принципті Уильям Адаме
1878 жылы. Бомбее энергетикалық қондырғысы үшін қолданылаған.Қуатты
гелиостанцияларының параболоцилиндірлік шағылысудың прототипі,осыған
ұқсас, калифорниялық Мохаве шөл даласында, 19 ғасырдың соңында бүгінде
турбина үшін буларды өңдірген.Бірінші рет оларды американдық кәсіпкер
Фрэнк Шуман оны кең қолдана бастады. Оның қондырғылары Каир
төңіректерінде Нил өрістері үшін суды тербелтеді. Өкінішке орай,істе тұрған
қуаты 40 кВт тең күндік күштік қондырғы бірінші дүниежүзілік соғыста
қиратылған.Бәрімізге белгілі,күндік энергия, тікелей фототүрлендіргіштің екі
типті-фотоэлектрлік,фотовольттік эффектті жүзеге асыратын,және
фотоэмиссионды электрлікке айналады, олар күндік жарықпен
сәулелендірген, эмиттер жоғарысында орнатылған өткізгіштермен қамтылған
электрондарды шығарады.Оны тәжірбие түрде қолдану тек бірінші
фототүрлендіргіш әдіспен қолдануы орын алған. Осыған бағытталған оның
16
шешуші факторы болып, кремниенді фотоэлементтері,КПД 6 % тең p-n өтуін
жасады.
Алғаш рет энергетикалық мақсатқа арналған, кремниелік күндік
батареясы жер айналасындағы ғарыштық кеңістікте,Жерде қолданылған.1958
жылдары, Жердің жасанды спутниктері жіберілген,олар кеңес үкіметтік
Спутник -3 және американдық
Авангард-1 батареяларымен жабдықталған.1960 жж. басында
алғашқы күндік, галлий арсени негізінде p-n өтулері бар фотоэлементтер
жасалынған. Бұл фотоэлементтер тиімділіктері бойынша кремнийға жол
береді,бірақ шамалы қыздырылған кезінде жұмыс жасай алады.Алғашқы рет
арсений галийдан жасалған жетілдірілген күндік батареяларды тәжірбиелікте
энергетикалық мақсатқа қолдануы электрожабдықты кеңес үкіметтік
ғарыштық аппараттармен қамтамас етумен байланысты болды, олар Венера
төңіректерінде жұмыс жасайтын,сонымен қатар Айдың үстінгі қабатын
зерттеген (1970 және 1972 ж) өзжүргіш аппараттармен Луноход-1 және
Луноход-2 төңірегінде жұмыс жасаған.Күндік энергетика тарихындағы
өмірлік жаңа бетін AlGaAs-GaAs гетероқұрылым негізінде жасалынған күндік
элементтер пайда болғаннан ашты. Қанша дегенмен мынадай
гетерофотоэлементтер радиационға-төзімді болып келді,оларды кремний
фотоэлементтерімен (кеңес үкіметтік станция Мир) салыстырғанда,олар
шамалы қымбат болсада,соған қарамастан, ғарыш техникасында тез және кең
қолданысты тапты.Құралдарды өңдіру бойынша индустрияның кең
дамуы,жартылай өткізгіштер электроникасы,күндік энергетикада қалыптасқан
кремнилік фотоэлементтердің маңызды мәндерін ескертті.
1980 жж. ортасына дейін күндік элементтерді кремний,арсений галий
негіздерінде жетілдіру қарапайым құрылым базаларында және қарапайым
технологияларды жүзеге асқан.1980 жж. ортасында оптикалық
сияқты,рекомбинациялы шығындарды
төмендететін фотоэлементтердің
құрылымдары ұсынылған.Нәтижесінде кремниелік фотоэлементтердегі
фотоэлектрлік түрлендіргіштердің тиімділіктерінің жылдам секіруіне қол
жеткізген. Кешірек күндік элементтердің бір өтулік p-n фотоэлементтерінен
қарағанда,оданда тиімдірек, екі каскадты әртүрлі механикалық күндік
элементтердің типтері пайда болған.Қазіргі таңда тәжірбиелік қолдану
кезеңінде үш каскадты фотоэлементтер бар,бірақ оларды қолдану тәжірбиесі
жоғары КПД мәндеріне төрт,бес, немесе оданда көп каскадты құрылымдарға
қол жеткізулеріне сенімді.1990 жж. басында тәжірбиеде күндік
концентрациялық жүйені аз көлемду модулдер концепциясында базаланған
жаңа бағыт пайда болды.
Мұнара типті күн электр станциясы жұмыс негізінде жататын ой, 350
жыл бұрын айтылған,бірақ күн электр станциясы бұл типтің құрылысы 1965
ж. басталған, ал 80 жылдары АҚШ-та,Батыс Еуропада,СССР және басқа
елдерде қуатты күндік электростанциялары салынған.1985 ж. Щелкино
Крымдық обылысында СССР кезінде алғаш рет электрлік қуаты 5 МВт тең
күн электр станциясы -5 күндік электростанциясы эксплуатацияға еңгізілген.
17
1600 гелиостаттар (тегіс айналар) екеуінің аумағы 25,5 м тең,сәулелендіру
коэффициенті 0,71, 89 м биіктігі бар мүнараға қондырылған және бу
генераторына қызмет ететін,күндік энергияны орталық қабылдағышқа ашық
цилиндр ретінде бағыттайды.Мұнара күн электр станциясына гелиостат
өрістерімен орталық қабылдағыш қолданылады, ол концентрация дәрежесін
бірнеше мыңға қамтамас етеді. Күнді зерттеу жүйесі қиындау,өйткені оған екі
өстің айналып тұруы қажет.Жүйемен басқару ЭЕМ арқылы жүзеге асады.
Жұмыс дене ретінде жылу қозғалтқыштарында температурасы 550 ˚С жететін
сулы бу, ауа және басқа газдардың температурасы - 1000 ˚С, төмен қайнайтын
органикалық сұйықтықтар (соның ішінде фреондар)- 100 ˚С, сұйық металл
жылу тасымалдауыш температуралары -800 ˚С дейін қолданады.Күндік
энергияны коммерциялық негізде алғаш рет пайдалану тәуекелі 80
жылдардың ХХ ғасырдың жүз жылдығына жатады. 1994 ж. Калифорнияда
электрлік қуаты 480 МВт, 1 кВтч энергия құны -7-8 центке жететін күн
энергиясы еңгізілді.Күндік энергияны, аккумулятор жүйелерісіз, пайдалану
әдісі ұсынылған.Жұқа қабық (1-2 мкм) жартылай өткізгіштер материалынан
жасалған көп уаде бергіш элементтер жетілдірілген: олардың КПД төмен
(зертханалық жағдайлардан да 16% төмен),құндылығы өте аз (қазіргі заманауи
күндік батареялар құнынан 10% кем емес).Американдық сарапшылар көп
уаде бергіщ күндік термоэнергияларды, өңдіріске арналған,жылу және
жарықты жинап бағыттайтын,олармен бірге тікелей су қызатын күндік
рефлекторларды пайдаланады. Мысалы, Ресейде, Ковролық механикалық
зауытта (Жуковск қаласында), суды қыздыру үшін өңдірістігі жылына 100
мың.м3 құрайтын жылу күндік коллекторларды шығарады. Мин ғылымның
ВИЭСХ жобаларында күндік электростанциялар үшін, жылу циклімен
дөңгелек линза негіздерінде жасалған концентратор жетілдірілген,олар
матрица түрінде жиналған.
Феникс қаласының халықаралық аэропортында Аризона американдық
штатында қуаты 300 киловаттқа жететін күндік электростанция пайда болады.
Щелкино Крымдық обылысында СССР кезінде алғаш рет электрлік қуаты 5
МВт тең күн электр станциясы -5 күндік электростанциясы эксплуатацияға
еңгізілген. 1600 гелиостаттар (тегіс айналар) екеуінің аумағы 25,5 м
тең,сәулелендіру коэффициенті 0,71, 89 м биіктігі бар мүнараға қондырылған
және бу генераторына қызмет ететін,күндік энергияны орталық
қабылдағышқа ашық цилиндр ретінде бағыттайды.Спейс Шаттл ғарыш
кемесін пайдалана, НАСА ғарыш күндік электростанцияның құрылысын
шамамен 2000 жылы бітіреміз деп болжауда. Ғарышта көлемі 10 4 х 5 2 х 0 5
км тең тұғырнама салынады деп болжайды; күндік электростанцияның қуаты
9000 МВт құрайды. Мынадай ірі габаритті тұғырнама жоғары жинақты
құрылымды пайдалану арқылы жобаланады.
Жоғары таза криссталдық кремний жартылай өткізгіш ретінде
фотоэлементтерді,түзеткішті,транзис торларды,сонымен қатар ғарыштық
зымырандармен жасанды спутниктерде күндік электростанцияларды
дайындау ретінде қолданылады.
18
1.1сурет - Аризона американдық штатында қуаты 300 киловаттқа
жететін күндік электростанция
Бәрімізге белгілі,бу компрессорлық жылу сорғышының фреонды
контуры және екі жылу ауыстырғышы бар, ол да күндік электростанцияның
қондырғы тоғаны сияқты, бірақ ол Ренкиннің кері циклін жүзеге асырады
және турбина орнында онда компрессор қолданылады, ал сұйық фреонды
тартып алу үшін сорғыш орнына-фреондағы қысымның түсуі өңдіру үшін
детандер қолданылады.Энергетикалық, жылу сорғыш қондырғыларында да
турбина немесе компрессор салмақ бойынша да,көлем бойынша да,бағасы
жағынан да аз орынды иемденеді. Негізінде, ең ауыр және қымбат жабдық-ол
жылу ауыстырғыштар.Ренкин циклін жүзеге асыратын,ондай жағдай барлық
қондырғылар үшін бар-тіке де бар сияқты,кері процесстеде бар,негізінде
шамалы температура аралықтарында бар.Энергетика министерства жобалары
бойынша АҚШ-та 1981 ж. Барстоу қаласында,Калифорния штатында, қуаты
10 МВт тең, көрсетілген күндік электростанцияның құрылысы біту қажет.
Егер бұл электростанцияның жұмысы табысты болса, ал экономикалық
сипаттамалары қуатты электростанция сияқты қолайлы болса,онда мүмкін,
оның жұмысының сенімді көрсеткіштерін толық анықтау үшін өнеркәсіптік
күндік тәжірбиелі электростанция салынады. Жағымды жағдай кезінде
мынадай электростанция, мүмкін 1988 ж. іске кірісетін шығар. Жобаның
табысты жағдайында,алғашқы өнеркәсіптік тапсырыстар 1990 жылдан 2000
жылға іске орналасу мүмкін, онда бірнеше күндік жылу электростанциялары
болу мүмкін.
Батыл жобалар, XXI ғасырдың конструкцияның түп нұсқа ойлары,кітап
авторымен таныстырып-
әуе-ғарыштық ұшақ, ғарыштық күндік
электростанция, ай базасы, марсиандық экспедициялар сияқтылар-олар
фантасттың ғылыми қиялы емес, ол талдаудың салмақты және ғылыми
болжаудың заты болып табылады.
19
1.2 Күн энергетикалық қондырғылардың ерекшеліктері
Күн энергетикалық қондырғылардың төмендегідей ерекшеліктері бар:
- электр энергиясын экологиялық таза өндіру, парник газдарының
қалдықтарының толығымен болмауы;
- қолданудың көп салалығы;
- құрылымының қарапайымдылығы мен салмағының аздығы;
- жұмыс істегенде шудың болмауы;
- қуат жинақтаудың модульдік принципі;
- жоғары сенімділік.
Күн энергиясы үлкен. Тіпті оның Жер бетіне түсетін кішкентай бөлігі
аса үлкен. Егер де Жер бетінің бір квадрат метріне түсетін күн сәулесінің
энергиясын толық пайдалансақ, онда екі жылқының күшіне жететін қуаты бар
қозғалтқышты жұмыс істете аламыз. Бүкіл Жер толығымен Күннен оң мың
есе көп энергия алады. Яғни, бұл бүкіл электр энергетика көздері, толық
қуатта жұмыс істегенде ғана ала алатын энергия көзі.
Жерден қарағанда Күн бізге салыстырмалы түрде кішкентай болып
көрінеді. Оны алыстан созылып тұрған қолмен бұршақтаң бір дәнімен ғана
жаба аламыз. Осындай тәжірибені үлкен дәлдікпен істейтін болсақ, Күнге
дейінгі арақашықтық оның диаметрін 107 есе асатынын есептей аламыз. Ал,
Күннің кесе-көлденең ені өте үлкен, ол Жердің диаметрінен 109 есе үлкен. Біз
білетіндей 13 мың км. Енді Күннің көлемін, оған дейінгі арақашықтық
мөлшерін километрге дейін есептей аламыз.
20
2 Күн электростанциясы
2.1 Күн электростанциясының түрлері
Күн электростанциясы инженерлік құрылыс, ол күндік радиацияны
электрлік энергияға айналдыру үшін қызмет етеді. Күндік радиацияны
айналдыру әдістері әртүрлі және электростанцияның құрылымына тәуелді.
Барлық күндік электростанциялар (сэс) бірнеше түрге бөлінеді:
күн электр станциясы мұнара түрі- күндік радиацияны пайдаланып сулы буды
алу принципінде негізделген. Станцияның ортасында биіктігі 18 метрден 24
метрге дейін жететін мұнара тұр ( қуаттан немесе басқа биік параметрлеріне
байланысты кіші болуы мүмкін), жоғарында резервуар суымен тұрады.
Бұл резервуар жылу сәулесін тартып алу үшін қара түске боялған.
Сонымен қатар, бұл мұнарада сорғыштар тобы бар, олар мұнара сыртында
тұрған турбогенарторларға буды жеткізеді.
Мұнарадан айналып бірнеше ара қашықтықта гелиостаттар орналасады.
Гелиостат аумағы бірнеше квадраттық метрге орналасқан айна, тіректе
бекітілген және жалпы позицирлеу жүйесіне қостырылған. Яғни, күн орналасу
жадайынан,айна өзінің бағытын кеңістікте өзгертеді.
Негізігі және ең қиын тапсырма-ол станцияда әрбір уақытта барлық
шағылысқан сәулелер өздерінен резервуаға түсетіндей, барлық айналардың
сол формада позицирленуі. Ашық күндік ауа райында резервуардағы
температура 700 градусқа жетеді.
Мұндай температуралық параметрлер көптеген дәстүрлі жылу
электростанцияларында қолданылады, сондықтан энергияны алу үшін
стандарттық турбиналар қолданады. Нақты айтсақ, мұндай түрлі станцияларда
үлкен КПД (20 %) және жоғары қуаттар алуға болады.
Станция состоит из отдельных модулей. Тарельчатты типті күн электр
станциясы электроэнергияны алу принципін қолданады, Мұнара күн электр
станциясына ұқсас болып келеді,бірақ станцияның өзіндік құрылымдарында
айырмашылықтары бар.Модуль қабылдағыштың және сәулелендіргіштің
ферменді конструкциясы біріккен тіректен тұрады. Қабылдағыш
шағылысудан бірнеше жоюдан тұрады, және одан күннің шағылысқан
сәулелері бағытталады.Сәулелендіргіш фермада радиальды орналасқан
тәрелке формасы сияқты айнадан тұрады. Мұндай айналардың диаметрі 2
метрге жетеді, ал ай саны-бірнеше ондыққа жетеді (модулдің қуатынан
тәуелді). Мұндай станциялар бір модулдан (автономды) және бірнеше
ондықтан тұрады (желімен параллелді жұмыс жасау).
Қазіргі таңда күн электр станциясыда фотобатареяларды қолданулары
кең тараған, жалпы жағдайда күн электр станциясы әртүрлі қуатты бөлек
фотобатареялардан тұрады. күн электр станциясы берілгені қалай кішіні
энергиямен қамтамас етсе, солай үлкен нысананы да қамтамас етеді (
21
жекеменшік коттедждер,пансионаттар,санаторияла р,өнеркәсіп ғимараттар
және т.б.)
Фотобатареялар барлық жерде орналаса алады, ғимараттың шатыры мен
фасадтан бастап және арнайы белгіленген аймақтармен бітеді.Орнатылған
қуаттар бөлек сорғыштарды қамтаумен бастап, шағын ауылды электро
жабдықпен бітуі кең диапазонда тербеледі.
Параболдық концентраттар пайдаланатын күн электр станциясы -
турбогенераторға пайдалануға жарамды,жылу тасымалдауышты
параметрлеріне дейін қыздырады. күн электр станциясы конструкциясы:
фермендік конструкцияда ұзындығы үлкен параболдық айна қондырылады,
ал параболдың фокусында, жылу тасымалдауыш бойымен жылу ағатын түтік
орнатылады. Барлық жолмен өтіп,жылу тасымалдауыш қыздырылады және
жылу ауысу аппараттарда жылуды суға береді, ол су буға айналып және
турбогенераторға жетеді.
Кешенді күн электр станциясы - ыстық су алу үшін жылу ауысу
аппараттары бар, ол қалай техникалық қажетке пайдаланса,солай ыстық сумен
жабдықтау және жылытуға сияқты аппараттарға қолданылады.
2.2 Фотоэлектрлік күндік электростанциялар
Фотоэлектрлік станцияның бастапқы элементі болып күндік батареялар
болып табылады. Олар кремнийдің жұқа қабықшасынан немесе басқа
жартылай өткізгіш материалдарынан тұрады және де олар күндік энергияны
тұрақты электрлік токка айналдырады.
Фотоэлектрлік түрлендіргіштер сенімділікпен,тұрақтылықпен
ерекшеленеді, ал олардың қызмет ету мерзімі шектелмеген. Олар тіке және
ыдыраған күндік жарықты түрлендіреді.
Шамалы салмақ, қызметтіліктің қарапайымдылығы, конструкцияның
модулді типі, әртүрлі қуатты қондырғылар шығара алады. Күндік батареяның
кемшіліктеріне жоғары құндылығы мен КПД-ның төмендеуін жатқызуға
болады.
Күндік батареяларды автономдық аз қуатты, радионавигациялық
қоректену және аз қуатты радиоэлектронды аппаратураны, электромобилмен
эксперментті жетегімен және ұшақ тұтынушыларды энергиямен жабдықтау
үшін қолданады.
Болашақта оларды жылыту жүйесіне және тұрғын үйлерді болашақта
электро жабдықтауға үміт бар.
2.3 Термодинамикалық күндік электростанциялар
Термодинамикалық күндік электростанциялардың құрылғыларында
селективті жарық жұту қабықшасы бар жылу ауыстыру элементтері
қолданылады. Оларға түсетін күндік жарықтың 97% дейін жұтуына қабілетті.
22
Бұл элементтер өзіндік әдеттегідей күндік сәулесі 200°С дейін немесе оданда
жоғары температураға дейін қыздырына алады.
Олардың көмегімен суды ауаға кадімгідей булық шұңқырларға
айналдырады, одан алатынымыз булық турбинадағы термодинамикалық
эффективті цикл. КПД күндік бу турбина қондырғысы 20% дейін өсуі мүмкін.
Осы эффект негізі бойынша аэростаттық күндік электростанция
конструкциясы әзірленген болатын. Одағы энергия көзі сулық бумен
толтырылған аэростат баллоны болып табылады. Баллонның сыртқы бөлігі
күндік сәулелерді өткізеді, ал ішкі бөлігі селективті жарық жұтушымен
жабылған және баллон құрамын 150-180°С дейін ысыта алады. Алынған ішкі
бу 130-150°С температурада болады, ал қысымы атмосфералық. Баллонның
ішінде суды қыздырылған бумен ыдырату нәтижесінде будың генерациясын
алады.
Бу баллоннан булық турбинаға майысқақ булық сым арқылы
апарылады, ал турбинадан шығарда конденсаторда суға айналады. Одан
насостың көмегімен судан кері баллонға құлайды. Бу есебі арқылы бір күнде
толтырылған, осындай электростанциялар түнде де жұмыс істей алады. Тәулік
бойы турбогенератордың қуаты сәйкестік қажеттіліктермен реттей алады.
Мұнда басты мәселе болып күндік аэростаттық электростанциялардың
орналасу әдістері болып табылады. Мүндай электростанцияларды жерге,
теңіздерге немесе тауларға таратуға болады. Әрбір жағдайда кемшіліктер мен
артықшылықтар болады. Бұл жерде булық сымның ұзындығын,
турбогенераторлардың тарату орындарын және баллондар тікұщақ қимылына
кедергі жасамайтындай етіп барлық жағдайды қарастыру керек.
Күннен энергия алудың басқа да әдістері бар, егерде осы мәселелерді
шешетін болсақ, онда бұл өнімге сұраныс шектеусіз болады. Жаңа
зерттеулердің көмегімен жолы қиын аудандарда энергожабдықтау мәселесін
шешетін болсақ, үлкен мегаполистарда отындық ресурстарды қолдану
қысқартылады, қоршаған ортаны керек емес заттардың лақтырылып
ластануынан қорғайды.
Күрделі күндік электростанциялық екі тар аймақты - аккумуляторлық
энергия және олардың таралуын қарастырайық. Бұл мәселелрді шешудің бір
жолы болып жылулық аккумулятордың химиямен байланысты түрде болуы.
Егер де тез табылатын жоғары жылулық балқуларға және төменгі нүктелік
балқуларға ие материалдар табылатын болса, онда күндізгі уақытта
өндірілетін, аккумирленуі мүмкін еді, ал түнгі уақытта жүктеменің жабылуы
ретінде қолданылатын еді.
Күндік энергия электрикалықтан күндік электростанцияға айналады,
жабдықтары бар, күндік энергиянының сезілуі және оның электроэнергиясына
айналуы тағайындалған. күн электр станциясы эффективті жұмыс істеуі үшін
жылулық аккумуляторы және автоматты басқару жүйесі керек.
Бір себебі болып, күндік электростанцияны және жылулық қондырғыларды
енгізуде кедергі жасау, айтылып кеткендей салыстырмалы түрде төмен КПД,
жанудың жоғары емес температурада сертті, мысалы 100 С қа дейін. Жану
23
температурасының 500 С қа дейін жоғарылауы күндік энергияның
эффективті түрде қолданылуын жоғарылатады.
Қашан энергетика үлкен термоядролық немесе арзан жылулық күндік
электростанция сумен және күндік сәулелермен игерілгенде, энергетикалық
адамдық аштық жеңіске жетеді. Мысалы, жұмақты біздің аудан
планетамыздағы климаттық жағдайлар арқылы жерлік жауыздарға айналдыру.
Кең масштабта күндік электростанцияның пайда болу жұмысын айналдыру,
күндік концентратторды термодинамикалық циклмен бірге қолдануда, немесе
технологияларды тікелей түрлендіруде күндік сәулелену энергиясынан
электрлікке айналады.
Көптеген энергетикалық мамандар, спутниктік күндік
электростанциялардың пайда болуы өте қымбат жұмыстық және үлкен
тәуекелмен байланысты. Олар ССЭС эффективті жұмыс жасай алмайтынын
растайды. ССЭС активті өмір сүруі 30 жылға дейін болжанады, ал
технологияның іске асырылуы ұзағырақ. Есеп бойынша, энергия
шығындарының жаулап алуының жүзеге асуы бір үш жылға ССЭС жұмыс
істеп бастағанда дейін созылады.
Бұл мерзім қызмет мерзімінен аз, тоғандық күндік электростанция көп
еселі энергия шығындарын сол қондырғыларымен орнын толтырады; энергия
құбырларының шығындары өте зор, сондықтан керамикалық құбырларды
қолдану жақсырақ.
2.4 Күндік батареялардың фотоэлементтік және физикалық ұстаным
жұмыстары
Фотоэлемент - электрондық құрылғы, ол фотон энергияларын электрлік
энергияға айналдырады. Бірінші фотоэлемент, сыртқы фотоэффектте
негізделеді, құрастырған Александр Столетов.Жартылай өткізгіштік
фотоэлектрлік түрлендірілетін энергия.
Энергетикалық көзқарас бойынша эффективті құрылғы болып күндік
энергияның электрлікке ауысуы жартылай өткізгіштіктердің фотоэлектрлік
түрлендіргіштердің, бір қадамды энергияға ауысыуы. ФЭП мінездемесі болып
бірқалыпты температурасы 300-350 К және күн ~ 6000 К олардың теориялық
КПД 29 %. Зертханалық жағдайларда КПД 26 % дейін өседі.
Күндік батареялардың физикалық жұмыс істеу принципі
Энергияның ФЭП түрленуі фотоэлектрлік эффектке негізделген, біртекті емес
жартылай өткізгіштер структурасында күндік сәулеленудің әсерінен болады.
ФЭП біртекті емес структурасы бір немесе барлық жартылай өткізгіштердің
әртүрлі примесясында немесе әртүрлі жартылай өткізгіштердің біркелкі емес
енінің байланысу жолында тыйым салынған аумақта электрондардың энергия
үзіндісі атомдардан немесе жартылай өткізгіштердің химиялық құрамының
өзгеруіне, градиент енінің тыйым салынған аумақта пайда болуы мүмкін.
Түрлендіру эффективтілігі электрофизикалық бір келкі емес жартылай
өткізгіш структурасының сипаттамасына тәуелді, сонымен қатар ФЭП
24
оптикалық құрамы, фотоөткізгіштік ең маңызды рөл ойнайды. Ол ішкі
фотоэффект көріністерімен шарттасқан. Негізгі ФЭП-тағы кері айналмайтын
энергия шығындары. Негізгі кері айналмайтын шығындар мыналарға
байланысты: күндік сәулеленудің жоғары түрлендіруден шағылысуы, ФЭП
бөлігінің сәулеленуі жұтусыз өтеді, жылы тербелістер жолдарына артық
энергиялардың себілуі, жоғары қабатта фото бу рекомбинация жасалулары
және ФЭП көлемінде, ішкі түрлендіру кедергілері және басқа физикалық
процесстермен байланысты.
ФЭП барлық энергия шығындарын азайту жетілдірілуде және әр түрлі іс
шаралар ойдағыдай қолданылуда. Оларға жататындар қатарына: жартылай
өткізгіштердің оптималды түрде күндік сәулелену енінің тыйым салынған
аумақта қолданылуы; жартылай өткізгіштердің структуралық жолының
жақсаруы және оптималды легирленген, электрлік өрістердің пайда болуы;
гомогендыдан гетерогендыге өту және жартылай өткізгіштер структурасы;
ФЭП конструктивті оптимизациялық параметрлері; көп функционалды
оптикалық жабуларды қолдану; жарықтандыруды қамтамасыздандырады;
ФЭП космостық радиациядан қорғайды және реттейді; ФЭП жетілдіреді;
Каскадалық ФЭП арнайы тыйым салынған аумақ бойынша жинақталған
жартылай өткізгіштерден жасалады; әрбір каскадалық сәулеленуде қолдануға
мүмкіндік береді, бұрынғы каскада арқылы өтеді және т.б.
Сондай ақ КПД ФЭП байыпты түрде жоғарылауы екі жақты
сезімталдылық арқасында жүзеге асты, люминесценттің шамадан тыс
структурасының қолданылуы; күндік спекторды екі немесе одан да көп
спектрлік аудандарға көп қабатты қабықтардың көмегімен ыдыратады.
2.5 Күндік коллекторлардың түрлері және олардың қолданылуы
Күндік коллектор - күндік жылу энергиясы қорларының жиынтығы,
көрінетін жарыққа және жақын инфрақызылдық сәулеленуге ауысуы. Күндік
батареялардан айырмашылығы, күндік коллектор жылутасығыш
материалдардың қыздыруын жасайды.
2.1 сурет - Тегіс күндік коллектор
25
Тегіс күндік коллектор құрамында мынандай элементтер болады: күндік
энергияны жұтатын, термооқшауланған қабаттардан және мөлдір жабулардан.
Абсорбер жылу өткізгіштік жүйемен байланысты. Ол қара түспен жабылады,
эффективтілікті жоғарылату үшін. Мөлдір элемент шымырланған әйнектен
төмендетілген металл құрамымен орындалады. Панельдің соңғы бөлігі жылу
өткізгіштік материалмен жабылған. Құбырлар, су таратылатын,
полиэтиленнен немесе мыстан тігіліп дайындалады. Өзіндік панель ауа
өткізбейтін болып келеді, одағы тесік силикондық герметикамен қымтайды.
Жылуды бөлшектеу кезінде тегіс коллекторлар суды 190 -- 200 °C қыздыра
алады.
Құлайтын энергиялар жылу өткізгіштерге жіберілетін болса,
коллектордан өтетін, эффективтілігі жоғарылайды. Оны жоғарылатуға
болады, егер арнайы оптикалық жабуларды, инфрақызылдық спектрде
сәулелену жылуынсыз қолданатын болсақ. Стандартты шешімі болып
эффективті коллектор абсорберінің беттік мыстардан олардың жоғары жылу
өткізгіштігін қолданылуы, мыстардың алюминийге қарсы қолданылуы 4 %
ұтыс береді. Сонымен алюминдік экран қолданылады.
2.2 сурет - Вакуумдық күндік коллектор
Жылу өткізгіштіктің температурасының жоғарылауы 250 -- 300 °C
жылуды шектеу режимінде. Бұған қол жеткізуге жылулық шығындарда көп
қабатты әйнек жабылуларының қолданылуын азайту арқылы,
герметизирленген немесе вакуумда коллектордың пайда болуы арқылы қол
жеткізуге болады.
Күндік жылулық құбыр құрамында қондырғы бар, тұрмыстық термосқа
ұқсас. Тек құбырдың сыртқы бөлігі ғана мөлдір, ал ішкі құбыр бөлігі жоғары
селективтілік жабылумен жабылған, күндік энергия аңғарылуымен. Ішкі және
сыртқы әйнектік құбыр арасында вакуум орналасқан. Вакуумдық қабат 95 %
аңғарылатын жылулық энергияны сақтауға мүмкіндік береді.
Сонымен қатар, вакуумдық күндік коллекторларда жылулық құбырлар
қолданылады, жылулық өткізгіштік рөлін атқарады. Қондырғының сәулеленуі
26
кезінде күндік жарық сұйықтық, құбырдың төменгі жақ бөлігінде орналасқан,
онда коллекторға жылу беріледі. Осы схеманы қолдануда КПД үлкен рөл
атқарады, оның жұмыс істеуі төменгі температурада жүзеге асады.
Күнделікті тұрмыстық күндік коллектор суды қыздыруға қабілетті,
содан кейін жылулық энергияны акумулятор багына жібереді, ыстық суды
тұтынушыға қарай жинайды.
Қарапайым жағдайда сулық циркуляция коллектордегі
температуралардың әр түрлілігінен бак аккумуляторында өтеді, ол жоғары
орналасқан.
Күрделі жағдайда коллектор өзіндік контурға ие, сумен немесе
антифризбен толтырылған. Контур құрамына насос кіреді, ол циркуляцияны
жылутасығышқа жібереді.
Бак тікелей коллектор қатарында орналастырылған, ғимарат ішінде.
Күндік энергия жетіспегенде, судың температурасы керекті деңгейде
қосымша қызулық электрлік элемент құрамын қолдайды, ол аккумулятор
багынан кейін орналасқан. Мұндай нәтиже күндік қондырғының
эффективтілігін көтеруге мүмкіндік береді, күндік коллектор КПД
жылутасығыш температурасы өсуі бойынша төмендейді.
Күндік су қыздырылатыын аккумуляторлық типтегі қондығылар да бар,
онда бак аккумулятор бөлек орналасқан, ал қыздырылған су тікелей күндік
коллекторда сақталынады. Бұл жағдайда қондырғы тіктөртбұрыштық формада
сақталынады.
Күндік коллектор концентраторлары
Эксплуатациялық температураның 120 -- 250 °C дейін жоғарылауы
күндік коллекторлар концентрациясының кіргізу жолы арқылы
параболацилиндрлік шағылысулар, жұтылатын элемент астына салынған.
Жоғары эксплуатациялық температура алу үшін күнді байқап тұратын
құрылғы керек.
Күндік ауа коллекторлары-бұл күн энергиясы арқылы жұмыс істейтін
және ауаны қыздыратын аспап. Күндік ауа коллекторлары құрамында
қарапайым тегіс коллекторлар болады және көбінесе бөлмелерді жылутада
қолданылады. Ауа сіңіргіш табиғи конвекция немесе желдеткіш арқылы
өтеді. Ауа жылуды нашар өткізеді, ол сіңіргішке аз мөлшерде жылу береді,
сүйық жылутасығышқа қарағанда.
Күндік ауа жылытқыштар жұтатын пластинкаға желдеткіш арқылы
жалғанған, ол ауаның турбуленттілігін жоғарылатады және жылутасығышты
жақсартады. Бұл конструкцияның кемшілігі, ол желдеткіш жұмысына энергия
жұмсайды, осындай түрде эксплуатациялық жүйе шығындарын
жоғарылатады. Суық климатта ауа пластинка жұтатын аралыққа қарай
коллектордың жылытылған артқы қабырғасына қарай қозғалады: осындай
түрде жылу шығындары шынылау арқылы қашады. Бірақ, ауа 17°С жоғары
ішкі ауа температурада қыздырылатын болса, онда жылутасығыш пластинка
жұтқыштың екі жағында эффективтіліктің көп емес шығындарында
айналдырады.
27
2.1 к е с т е - Коллекторлардың түрлері
Күндік ауа жылытқыштар жұтатын пластинкаға желдеткіш арқылы
жалғанған, ол ауаның турбуленттілігін жоғарылатады және жылутасығышты
жақсартады. Бұл конструкцияның кемшілігі, ол желдеткіш жұмысына энергия
жұмсайды, осындай түрде эксплуатациялық жүйе шығындарын
жоғарылатады. Суық климатта ауа пластинка жұтатын аралыққа қарай
коллектордың жылытылған артқы қабырғасына қарай қозғалады: осындай
түрде жылу шығындары шынылау арқылы қашады. Бірақ, ауа 17°С жоғары
ішкі ауа температурада қыздырылатын болса, онда жылутасығыш пластинка
жұтқыштың екі жағында эффективтіліктің көп емес шығындарында
айналдырады.
Ауа коллекторларының тұрақтылық негізі оның қарапайымдылығы мен
сенімділігі болып табылады. Мұндай коллекторлар қарапайым құрылғылардан
тұрады. Сапалық коллектор 10-20 жылға дейін қызмет ете алады, ал оларды
басқару қиын емес. Жылу алмастырғыш қажет болмайды, себебі ауа
тоңазымайды.
Коллекторлар күндік жарықтандырулар жеткілікті және басқа да
энергия көздерінің қатысуымен бөлмелерді жылыту үшін арналған.
Коллекторлар жылыту жүйесінің негізгісі бола алмайды, себебі олар тұрақты
28 Вакуумдық құбырлар
Жоғары селективті тегістегіш
+
+
Төменгі жылу шығындар
Қардан тазалау қабілеттілігі
Суық уақыттаға жұмыс істеуі −30С
дейін
Жаздың күні жоғары өндірістікке ие
Жоғары температураларды
генерирлеуге қабілетті
Бағасының сәйкес келуіоңтүстіктік
ендікте және жылулық климатта
өндіріледі
Жұмыс уаытының тәулік бойы
созылуы
Кез келген бұрыштарда орнату
мүмкіндіктері
Монтаждың ыңғайлылығы
Аз бастапқы бағасы
Төменгі парустық
-
Құндық қарым қатынас
айрмашылығы өндірістің біріңғай
ендікте және суық климатта
-
-
-
Қардан тазалау қабілеті жоқ
Жоғары жылу шығындар
Проектің жоғары бастапқы бағасы
Суық уақыт кезіндегі төменгі
жұмысқа қабілеттілік
Жұмыстық еңкею бұрышы 20° кем
болмауы керек
Монтаж қиындығы, шатырға
жеткізулермен байланысты коллектор
жиынтығы
сипаттамаларды, тәулік бойы, сонымен қатар жыл мезгілдерінің өзгеруі
кезінде де қамтамасыз ете алмайды. Бірақ жүйе жылыту және ауаны
жаңартуда кез келген жүйені интегрирлеуі мүмкін.
Қолданылуы
Мәскеуде ОИВТ РАН зерттеулері бойынша жылы кезде Мәскеудің көп
бөлігіндекүндік сәулелендірудің орташа күндізгі бағасы 4,0-5,0 кВтчм²
құрайды. Бұл тұрмыстық мақсатта 100 л жуық суды күндік коллектор ауданы
2 м² мүмкіндігі 80 %, яғни практикалық түрде күнделікті. Орташа жылдық
түсімдердің күндік радиация жетекшісі Забайкалье, Подморе және оңтүстік
Сібір болып табылады. Олардың артынан оңтүстік европейлік және Сібірдің
бір бөлігі жүреді.
Мәскеуде күндік коллекторлардың қолданылу құрамы 0,2 м²1000
адамды құрайды. Ал Кипрде 800 м²1000 адам, Автрияда 450 м²1000 адам,
Германияда 140 м²1000 адам көлемінде эксплуатацияланады.
Жаздық ауысымда, Мәскеудегі көп аудандар 65º жоғары мәндермен күндізгі
радиацияда ерекшеленеді. Қыстық уақытта түсетін күндік энергия сапасы кең
ауқымда орналасқан құрылғыларға тәуелділігі төмендейді.
Барлық мезгілдік құрылғылардың қолданылуы үлкен бетке ие болуы
керек және екі антифриз контурынан, қосымша жылу алмастырғыштарынан
тұрады. Мұндай жағдайда вакуумдық коллекторлар қолданылады, жылу
тасығыш және сыртқа ауа арасында температуралардың әртүрлілігі
байқалады. Бірақ мұндай конструкциялар бағасы қымбат болып келеді.
Қазіргі уақытта коллекторлардың құрылысы, көбінде Краснодарск, Бурятии,
Приморском және Хабаровском аймағында жүзеге асырылады.
2.3 сурет - Күндік мұнара, Севилья, Испания, 2007ж құрылған
29
Күндік электростанция өнеркәсібінің құрылуы туралы алғашқы ойлар
кеңес инженері Н.В.Леницкий 1930 ж жүзеге асырылған. Сол кезде оған
күндік станция схемасын мұнараның орталық қабылдағышы арқылы құру
туралы ұсыныстар түскен болатын. Жүйеде күндік сәулеленулердің өріс
гелиостатының -тегіс шағылысуларында сезілуі, екі координат арқылы
басқарылады. Әрбір гелиостат сәулеленуінің жоғары орталық
қабылдағыштарда шағылысуы, сол гелиостат өрісінің күңгірттенуі арқылы
сипатталады. Өзінің өлшемі және параметрлері бойынша қабылдағыш
шұңқырының әдеттегідей түрімен іспеттес.
Экономикалық баға көрсеткіштері үлкен құбыр генераторларында қуаты
100 МВт қолданылады. Олар үшін типті параметр болып температурасы
500 °C, қысымы 15 МПа болады. Есеп қисап шығындарының концентрация
параметрлеріның тәртібі 1000 қамтамасыздандырады. Бұндай концентрация
екі координат гелиостаты арқылы басқарылады. Станция құрамында екі
координат арқылы басқарылатын жылулық аккумуляторлар болуы керек, ол
жылулық жұмыс машинасын күндік сәулелену арқылы қамтасыз етеді.
АҚШ та 1982 ж бірнеше қуаты 10 нан 100 МВт дейін жететін мұнаралар
құрылған. Осы типтегі экономикалық талдау жүйесінде 1 кВт барлық
шығындар шамамен $1150 тең. Бір кВт·ч элетр энергиясы шамамен $0,15
тең.
2.4 сурет - Параболалы цилиндрлік концентраторлар
30
Параболалы цилиндрлік концентратор параболалық формаға ие. 1913 ж
Франк Шуман Мысырда су тартқыш станциясын парабола цилиндрлік
концентратор көмегімен тұрғызған болатын. Станция бес концентратордан
тұрды, әр қайсысынының ұзындығы 62м. Жоғары беттік шағылысу әдеттегі
айналар арқылы жасалынған. Станция сулық буды өндірді, оның көмегімен
шамамен 22 500 л су бір минутта тартылды.
Парабола цилиндрлік айналық концентратор сызықта күндік
сәулеленуді фоксирлейді
және ол жүзкратты концентрацияны
қамтамасыздандырады. Парабола фокусында құбыр жылу тасығыш немесе
фотоэлектрлік элемент орналасқан. Құбырда май 300 -- 390 °C температурада
қыздырылады. 2010 ж тамыз айында
NREL
мамандары SkyFuel
компаниясының қондырғысын сынады. Сынау уақыты кезінде термальды
парабола целиндрлік концентраторының эффективтілігі 73 %
температурасында 350 °C жылу тасығыш қыздырылуы қарастырылған
болатын.
Күнмен су қыздырғыштар
Күнмен су қыздырғыштар су қыздыруға қолданылатын күн энергиясын
жылу энергиясына түрлендіреді. Күнмен су қыздырғыштар шыны вакуумды
коллектордан, жылу жинағыштар, және магистраль жүйесімен байланысқан
негізгі рамадан тұрады.
Күн энергиясын жылу энергиясына түрлендіру шыны вакуумды
түтікшелер арқылы жүзеге асырылады. Қыздырылған су жоғары қарай, ал
салқын су төмен қарай жүреді. Осылайша, вакуумды түтікшеде су
температурасының айырымы пайда болады. Сонымен жүйеде судың қызуы
және циркуляция жүреді.
Жылумен жабдықтаудың күн жүйесі күн энергиясын жылу энергиясына
тиімді түрлендіруге, және суды қыздыруға арналған. Жылумен жабдықтаудың
күн жүйесі көбінесе күн термалды коллектордан, суды сақтау жүйесінен
(резервуар немесе бак), бақылау жүйесінен және сорғыш жүйеден тұрады.
Жылумен жабдықтаудың күн жүйесі және үйдегі күн жүйесі су қыздыруға
арналған күн жүйелері секілді принципте жұмыс жасайды.
Күн энергиясы бітпейді. Күн бар кезде, күнмен су қыздырғыштар күн
энергиясын
жылу
энергиясына
түрлендіреді.
Жүйенің
негізгі
компоненттерінің қызмет етуінің ұзақ мерзімі он бес жылға дейін және одан
да көп. Және де энергияның басқа да қайнар көздерін пайдаланған кезде,
үйлестірілген жүйе жүзеге асырылуы мүмкін.
Күн энергиясы таза, энергияның қайта қалыпқа келетін қайнар
көздерінің бірі, қоршаған ортаны ластамайды.
Тұрмыстық күнмен су қыздырғыштарын пайдалану үнемделген отын
мөлшеріне пропорционал СО2 қалдықтарын қысқартуға мүмкіндік береді.
Бұнымен қоса, бұл жағдайда көмірқышқыл газының қалдықтарының бу
ретіндегі әсері қысқарады.
Жазық күнмен су қыздырғыштары - коллектор
31
.Күн энергиясын жұтуға арналған жазық мөлдір оқшаулаумен және
жазық
конфигурациямен
жұту
панелі
бар
құрылғы.
Бұл
жазық
жылуқабылдағыш панель - сұйықтыққа арналған каналдары бар, ауданы 1-2 м
абсорбер. Бұл панелдің беті Күннен жақсы қыздырылу үшін қара түсті болып
келтірілген. Жылу жоғалтуларын төмендету үшін
корпусқа жазық рама
түрінде орнатылады. Панель төменгі жағынан жылуоқшаулағыш, ал жоғарғы
жағынан мөлдір оқшаулаумен - арнайы шынымен, пластикпен немесе
қабықшамен
қорғалған.
Жылу
панелі
ретінде
жылутасымалдайтын
каналдармен кез келген метал немесе пластмасс бет қолдануға болады. Метал
абсорберлер алюминийден немесе болаттан екі түрде дайындалады: бет-
құбыр және штампталған панелдер (құбыр бетте). Пластмасс панелдер күн
сәулесінің
әсерінен
және
жылу
өткізгіштігі
аз
болғандықтан
тез
ескіретіндіктен кеңінен қолданыс таппады. Жылу тасымалдағыштардың
біршама жоғары температурасына қол жеткізу үшін панель бетін күннің қысқа
толқынды сәулеленуін белсенді жұтатын және спектрдің ұзын толқынды
бөлігіне өзінің жылу сәулеленуін төмендететін спектралды - селективті
қабатпен жабады. Жазық коллекторлардың сипаттамаларын жақсартудың
басқа әдісіне жылу жоғалтуды азайту үшін жылуқабылдағыш панельмен
мөлдір оқшаулағыш арасында вакуум құру жатады.
Вакуумды күнмен су қыздырғыш - коллектор
Вакуумды түтікшеде күннің сәулеленуін жұтатын қара бет қоршаған
ортадан вакуумды ... 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