Күн электр станциясы
7
8
9
10
Аңдатпа
Бұл дипломдық жобада қуаты 20 МВт күн электр станциясын жобалау
жұмысы қарастырылады. Және де Күн электрстанцисының салудың негізгі
aртықшылықтaры мен кемшіліктері ескеріледі. Гaз турбиналы электр
стaнциясының жұмыс істеу принципі жане қондырғылaр жайлы қысқаша
мәлімет қарастырылған. Сонымен қатар тіршілік қауіпсіздігінің кейбір
түрлеріне жеке тоқталып өтемін. Қарастырылып отырған күн электр
станциясының құнын өтеу мeрзімі де eсeптeлeді.
Аннотация
Темой данного дипломного проекта является проектирование
солнечный электростанций с мощностью 20 МВт. При этом учитывaлись
главные минусы и плюсы строительства этих гелиостанции. Рaccмотрены
оcобенноcти гелиоэнергетики, доказаны экономическaя и стратегическая
целесообразность. Наряду с этим отдельно остановлюсь на некоторых
проблемах безопасности жизнедеятельности. Будeт определен эффeктивность
и срок окупaeмости инвeстиционного плaна.
Abstract
The theme of this diploma project is planning sunny power-stations with
power 20 MV . Thus main minuses and building pluses these the heliostations. At
the same of the along solar power engineering, economical and strategic expediency
is well-proven. Side by side with this separately I will be stopped for some problems
of safety of vital functions. There is certain efficiency and term payback period of
the investment plan.
11
Мазмұны
1 Кіріспе
2 Теориялық бөлім
2.1 Гелиоэнергетика
2.2 Күн энергетикасының жалпы түсінігі
2.3 Күн энергетикасының даму қарқыны
2.4 Гелиостанцияға негізделген электр энергияның құны
2.5 Күн энергетикасының негізі
2.6 Фотоэлектрлік әдістің ерекшелігі
2.7 Фотоэлектрлік әдістің артықшылығы және кемшілігі
2.8 Термодинамикалық әдістің ерекшелігі
2.9 Күн коллекторлары
2.10 Күн коллекторлары және оның ерекшеліктері
2.11Күн сәулесінің параболалық концентратор сипаттамасы
2.12 Біріккен немесе гибритті күн электр станциялары
2.13 Біріккен фото-термодинамикалық күн электр станциясы
2.14 Мұнара типті күн электр станциясы
2.15 Станция құрылымының маныздылығы
2.16 Жаңа үлгідегі мұнара типті күн электр станция тиімділігі
2.17 Инвентор
3 Электрлік бөлім
3.1 Қуат балансын есептеу
3.2 Трансформаторларды таңдау
3.3 Екі нұсқаның трансформаторларының электр энергиясының
жылдық шығынын есептеу
12
7
9
9
9
11
13
14
16
16
19
20
22
23
25
26
27
27
29
30
32
32
37
39
3.4 Қысқа тұйықталу тоқтарын eceптеу
5 Экономикалық бөлім
6 Өмір тіршілік қауіпсіздігі
Қорытынды
Әдебиеттер тізімі
13
43
54
66
76
78
Кіріспе
Қазіргі тандағы энергетиканың ажырамас бір құрамдас бөлігі - күн
энергетикасы. Энергетика саласында энергияның сарқылатын және
сарқылмайтын энергия көздері бар. Сарқылатын энергия
көздеріне:мұнай,газ,көмір т.б жатады. Жалпы алғанда бұл энергия көздеріні
белгілі бір уақытта сарқылары анық. Сондықтанда қазіргі танда энергияны
алудың балама көздерін карастыруымыз қажет. Ал энергияның балама
көздерін энергетиканының сарқылмас бөлігі құрайды. Яғни оған
жататындар:күн сәулесі қуатын пайдалану, жел қуатын пайдалану т.б жатады.
Ал енді күн саулесінің күн сәулесінің артықшылықтарын тілге тиек ете
кетейік. Ең біріншіден күн сәулесі жер бетіндегі барлық физикалық
процестердің негізі болып отыр. Адамзат тарихында қолданған энергияның
барлығы күн сәулесімен тікелей байланысты деп саналады. Күн
ғаламшарымыздағы жұлдыздар жүйесінің орналасқан ең үлкен энергияның
көзі.
Күн сәулесінің энергиясын пайдалану жылдан жылға артып келеді,бұл
көңіл қуантатын жайт. Әлем бойынша қуаты үлкен 70-50 МВт-тан асатын аса
ірі күн электр станциялары салынуда. Қуаттылығы үлкен күн электр
станцияларының салынуы бұл саланың деңгейінің қаншалықты өскенін
көрсетеді.
Күн сәулесі арқылы келетін энергиямен бүкіл адамзатты энергиямен
қамсыздандыруга болады. Гелиоэнергетиканы ғалымдардардын зерттеу
жүргізуі әліде толассыз ізденісті қажет етеді. Бұл дегеніміз гелиоэнергетика
саласы толассыз дамитынын, бұл салада жаналыктардың көп боларын
айғақтайды. Жылдан жылға гелиоэнергетиканы бәсекеге қабілеттілігінің
артып келе жатқанын байқау қиын емес.
Ал енди дипломдық жұмысыма қысқаша анықтама бере кетсем. Осы
уақытқа дейін жинаған акпараттарымды,күн энергетикасы жайлы
әдебиеттерден алған акпараттарды және осы саладағы қазіргі тандағы
жаналыктарды толық қамтуға тырысамын. Сонымен қатар жобалық үлгі
третінде күн электр станциясының үлгісін ұсынамын. Дипломдық жұмысты
жазу барысында алға қойған мақсаттарымды түсіндіре кетейін,олар:
Біріншіден: гелиоэенгериканың қазіргі бет бейнесін көрсету,жай күйін
саралау. Бұл саланың маңыздылығын далелдеу,бәсекеге қабілеттілігін
көрсету.
Екіншіден: күн сәулесін түрлендіру,өзгерту,пайдалану
Үшіншіден: күн электр станцияларының барлық параметрлерін
салыстыра отырып,тиімділігі ен жоғары жобалық жұмысты таңдап алу.
Төртіншіден: жобалауға қажетті барлық жағдаяттарды ескере отырып
жоспар құру,оның экономикалық экологиялық тиімділігін қарастыру,еңбек
қауіпсіздігін ескеру. Инвестициялық жоспарын құру арқылы, оның бәсекеге
қабілеттілігін көрсету және станцияның экологиялық санитарлық
нормалардың барлығына сәйкестігін көрсету арқылы дипломдық жобамды
14
аяқтау. Күн энергетикасы дүниежүзіндегі альтернативті энергияларының
қолайлы түрі болып саналады. Бұл дегеніміз альтернативті энергия көздерімен
толық жабдықталатын үйлер немесе салынған ғимараттарда осындай
станцияларды орнату келешекте үлкен мағынаға ие болады.
15
2 Теориялық бөлім
2.1Гелиоэнергетика
Гелиоэнергетика -- дәстүрлі емес энергетиканың бір құрамдас бөлігі.
Ол тікелей күн энергиясын қай түрде болмасын түрлендіруге бағытталған
сала. Күн энергетикасы экологиялық таза, яғни нәтижесінде зиянды
қалдықтар қалдырмайтын және сарқылмайтын энергия көзі.
Салыстырмалы түрде қараған күн энергетикасы энергия түрлендірудің
жаңадан дамып келе жатқан бaғыты. Бұл саланың қарқынды дамуы 2000
жылдың орта шегінде басталды. Әлемнің дамыған елдерінің, энергетика
тұрғысынан, дәстүрлі отын түрлеріне тәуелділігінен құрылуға деген
ұмтылысы, дәл осы саланың тез әрі қaрқынды дамуына негізі. Сонымен қатар
әлемдік экологиялық салдарлар, зиянсыз, қол жетімді энергия көзін тануға өз
пайдасын тигізді. Тек қана күн энергиясын пайдалану адамның электр
энергиясына деген бүкіл қажеттіліктерін қанағаттандырады.
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 бағаға ие, өйткені құру мен жаңа электр
станцияларын пайдалану қажеттіліктерінің орнын жабады.
2.2 Күн энергетикасының жaлпы түсінігі.
Күннің сәулеленуі - Жердегі энергия көзінің негізгі түрі. Оның
қуаттылығы Күн тұрақтысымен анықталатындығы белгілі. Күн тұрақтысы -
күн сәулесіне перпендикуляр болатын, бірлік ауданнан бірлік уақыт ішінде
өтетін күннің сәуле шығару ағыны. Бір астрономиялық бірлік қашықтығында
(Жер орбитасында) күн тұрақтысы шамамен 1370 Втм²-қа тең. Жер
атмосферасынан өткен кезде Күн сәулеленуі шамамен 370 Втм² энергияны
жоғалтады. Осыдан Жерге тек 1000 Втм²-қа тең энергия ғана келіп түседі. Бұл
келіп түскен энергия әр түрлі табиғи және жасанды процесстерде
қолданылады. Күн сәулесі aрқылы тікелей жылытуға немесе фотоэлементтер
көмегімен энергияны қайта өңдеу арқылы электр энергиясын алуға не басқа да
пайдалы жұмыстарды атқаруға болады.
Шындығында, қазіргі заманды электр энергиясынсыз мүлдем елестету
мүмкін емес. Сол себепті де, электр энергияны алудың шығыны аз,
экологиялық таза көздерін табу бүгінгі күннің негізгі мәселесіне айналып
отыр. Әлем бойынша электр энергиясын ең көп өңдіретін елдерге АҚШ,
Қытай жатады. Бұл елдерде электр энергиясының өндірісі әлемдік өндірістің
20%-ын құрайды. Соңғы кездері экологиялық проблемалар, пайдалы
қазбалардың жетіспеушілігі және оның географиялық біркелкі емес таралуы
салдарынан электр энергиясын өндіру желэнергетикалық құрылғыларды, Күн
батареяларын, газ генераторларын пайдалану арқылы жүзеге аса бастады.
16
Жалпы алғанда, Күн сәулеленуінен электр энергиясы мен жылу алудың
бірнеше әдістері бар. Олар:
1) Электр энергиясын фотоэлементтер көмегімен алу.
2)Күн энергиясын жылу машиналарының көмегі арқылы электр
энергиясына айналдыру (Жылу машиналарының түрлері: поршеньдік
немесе турбиналық бу машиналары. Стирлинг қозғалтқышы.).
3)Гелиотермальдық энергетика - Күн сәулелерін жұтатын беттің қызуы
мен жылудың таралуы және қолданылуы.
4)Термоәуелік электр станциялары (Күн энергиясының турбогенератор
арқылы бағытталып отыратын ауа ағыны энергиясына айналуы).
5)Күн аэростаттық электр станциялары (аэростат баллоны ішіндегі су
буының аэростат бетіндегі күн сәулесі қызуы салдарынан
генерациялануы).
Күн энергетикасының дамуының негізіне мыналар жатады:
*
*
*
Тәуліктік күн сағаты көп болу;
Жылдық шамада күнгей мерзімі ұзақ болу;
Күн сәулесінің түсу бұрышының жоғары болуы.
Ал күн энергетикасының әлеуметтік экономикалық дамуына:
*
*
*
*
Дәстүрлі энергия көздеріне тәуелділікті жоюға деген ұмтылыс
және дәстүрлі энергияны импортқа шығаруға тосқауыл қою;
Аталмыш саланы толық зерттеу үшін мелекеттік экономикалық
жағдайының жоғарының биік болуы;
Біртіндеп қуатты дәстүрлі энергия көздерін күн энергетикасы
және басқада дәстүрлі емес энергия көздерімен ауыстыру.
Мемлекет тарапынан аталмыш энергетика саласына деген
маңызды көмек көздерін бағыттау.
Жоғарыда тізбектелген табиғи факторларға мән берсек, күн электр
станциясын сaлудағы ең қолайды аймақтар ол тропиктік және субтропиктік
белдеудегі мемлекеттер.
Фотоэлементтің Күн батареялары сияқты фотондар энергиясын электр
энергиясына айналдыратын электрондық құрал екендігі аян. Сыртқы
фотоэффект құбылысына негізделген ең алғашқы фотоэлемент физика
ілімінде XIX ғaсырдың аяғында пайда болды. Оны белгілі орыс ғалымы
Александр Столетов жасап шығарған. Өндірістік масштабтардағы
фотоэлементтердің пайдалы әсер коэффициенті орташа есеппен 16% болса, ең
жақсы үлгілердікі - 25%, ал лабораториялық жағдайларда 43,5%-ға дейін
жетеді. Фотоэлементтің жұмыс істеу принципі металдан (калий, барий) не
жартылай өткізгіштен жасалған электродтың (фотокатод) бетіне
электормагнит сәуле түсіргенде фотоэффект құбылысының пайда болуына
негізделген. Фотоэлементтің сыртқы фотоэффект және ішкі фотоэффект
құбылыстaрынa
негізделіп жасалған түрлері бар. Мысалы: сыртқы
фотоэффектіге негізделгені электровакуумды фотоэлемент болса, ішкі
фотоэффектіге вентильді, жaртылай өткізгішті, жаппалы қабатты
фотоэлемент түрлері негізделіп жасалған. Соның ішінде жартылай өткізгішті
17
кремний кристалынaн жасалған фотоэлементтер (пайдалы әсер коэффициенті
15%-ға жуық) ғарыштық ұшу аппаратының қоректендіру көзі ретінде
радиациялық құбылыстарды зерттеуде, т.б. жағдайларда да пайдаланылады.
Сондай-ақ бүгінгі кезде фотоэлементтерді әр түрлі көлік түрлеріне -
қайықтарға, электромобильдерге, гибридті автокөліктерге, ұшақтарға,
дирижабльдерге, т.б. орнату мүмкіндігі бар. Италия мен Жапония сияқты
мемлекеттерде фотоэлементтерді темір жол поездарының шатырына
орналастырады. Соның ішінде Solatec LLC компаниясы Toyoto Prius гибридті
автокөлігінің шатырына орналастыруға арналған жұқа қабыршақты
фотоэлементтерді сaтумен айналысады. Жұқа қабыршақты фотоэлементтердің
қалыңдығы 0,6 мм ғана болғандықтан, ол автокөліктің аэродинамикасына еш
әсерін тигізбейді. Күн батареялары мен фотоэлементтерден бөлек Күн
энергиясын электр энергиясына айналдыратын адамзат ойлап тапқан
құрылғыларға Күн коллекторлары, Күн электр станциялары, гелиожүйелер
т.б. жатады.
2.3 Күн энергетикасының әлемдегі даму қарқыны
Әлемдік қуатты күн электр станцияларының негізі фотоэлектрлік және
жылулық күн электр станцияларын құрайды. 1-де күн энергиясы тікелей
электр энергиясына айналдырады, ал 2-де күн энергиясы бірінші міндетті
түрде жылу энергиясына айналдырады және одан кейін оны электр
энергиясына немесе энергияның басқа түріне айналдыруга мүмкіндік береді.
Соңғы 2014 жылғы сараптама бойынша жалпы әлемдік күн электр
станцияларының жалпы көрсеткіші 100,1 ГВт ты жетіп отыр. Бұл көрсеткіш
алдынғысына қарағанда 0,2% ға жоғарылаған. Қорыта келгенде бұл
көрсеткіш әлемдік энергетиканың жалпы жиынының 2% ын қамтиды.
.
1 Сурет - Әлемдік гелиоэнергетиканың даму қарқыны
18
Ал фотоэлектрлік күн электр станциясының салынуы бәсендеген. Бұл
жағдай ең алдымен фотоэлектрлік күн электр станциясының пайдалы әсер
көэффициентінде (шамамен 30%) айқын көрінеді.
2014 жылғы зерттеу нәтижелері бойынша жалпы әлем бойынша 61,2
млрд. кВт·сағ электр энергиясы пайдаланылған, әлемдік энергияның 0,28%.
Сондықтан салыстырмалы түрде төмен көрсеткіш ретінде бағаланып отыр.
Қуатты фотоэлектрлік күн электр станциялары әлемнің дамуы елдерінде
орналасқан. 2013 жылы бірінші рет дамыған 7 мемлекет жалпы шаманың 80%
алатын көрсеткішке ие болды. Әрине гелиоэнергетиканың дамыған бағытын
Еуропа елдері құрады. Әлемдік орнатылған қуаттың 68% ы осы елдерге
тиесілі. Ал Еуропадағы осы сала бойынша ең алдынғы мемлекет Германия.
Оның еншісінде жалпы көрсеткіштің 33% бар. Бұл көрсеткіш әрине
мақтанарлық көрініс. Германиядан кейін Италия, Испания және Франция.
Ең қуаттылығы жоғары күн электр станциясы Италияда. Үстіміздегі
жылда Италияның Венеция қаласының жаныдағы Ровиго калашыгында
қуаттылығы 72МВт-қа жететін гелиостанция өз жұмысын бастады. Бұндай
үлкен қуатты күн электр станциясы,алғашқы салынуы,теңдесі жок электр
станциясының аумағы 850 мың шаршы шақырымды алып жатыр. Қазіргі
таңдағы күн знергисымен жұмыс істеп тұрған ауқымды электр
станцияларының бірі - Испанияда. Қуаты- 60МВт. Үшінші орында
қуаттылығы жөнінде күн электр станциясы Германияда,қуаты 50 МВт.
Италия станциясына жалпы тартылған инвестиция көлемі 200-250 млн
евроны құрайды.Электр энергиясын өніруді 2010 жылдың екші жартысынан
бастады. Ал толық қуатпен жұмыс істеуді сол жылдың соңына бастады.
Станция алғашқы жылының өзінде 17000 шанырақты электр энергиясымен
қамсыздандырды және 41 мың тонна көмір қышқыл газын ауаға таралуының
алдын алды.
2 Сурет-Италиядағы күн электр станциясы.
Үлкен өлшемді Күн батареялары Күн коллекторлары сияқты
тропикалық және субтропикалық аймақтарда бүгінде кеңінен қолданылуда.
19
Әсіресе, әдістің осы түрі Жерорта теңізі елдерінде көп тараған. Бұл елдерде
Күн батареяларын үй шатырларына орналастырады. Ал Испанияда 2007
жылдың наурыз айынан бастап
жаңадан салынған үйлер Күн су
жылытқыштарымен жабдықтала бастады. Ол ыстық суға деген сұранысты
30%-дан бастап 70%-ға дейін қамтамасыз ете алады.
2.4 Гелиостанцияна негізделген электр энергияның құны.
Сарқылмас энергия көздерінің генерациясының ішінде күн электр
станциясының өзіндік құны салыстырмалы түрде биік. OpenEI Transparent
Cost Database ашық мәлімдемесі бойынша фотоэлектрлік күн электр
станциясының энергия өндіру құны басқалармен салыстырғанда өте жоғары,
атап айтқанда, жылулық күн электр станциясынан 13 есе, құрлықтық жел
электр станцияларынан 2 есе және басқа энергия көздерінен салыстырмалы
түрде 4-5 есе артық.
Алайда соңғы жылдары фотоэлектрлік күн электр станцияларының
өзіндік құнының төмендегені анық корінеді. Осыған орай Күн энергиясын
электр энергиясына айналдыратын құрылғыларды пайдалану деңгейі жылдан-
жылға өсіп келеді. Мысалы: 2005 жылы жұқа қабыршақты фотоэлементтер
нарықтың 6%-ын құраса, 2006 жылы бұл көрсеткіш 7%-ға жетті, ал 2007
жылы 8%-ға, ал 2009 жылы 16,8%-ға дейін өсті. Яғни 1999 жылдан 2006
жылға дейін жұқа қабыршақты фотоэлементтер өндірісі жыл сайын орташа
есеппен 80%-ға өсіп отыр. Ал Күн энергиясының Еуропа елдерінде
қолданылуына шолу жасасақ, 2010 жылы Германияда электр энергиясының
2%-ы фотоэлектрлік құрылғылардан алынса, Испанияда бұл көрсеткіш 2,7%-
ды құрайды.Ол тікелей станция құрылысына керек негізді құралымдардың
сатылу бағасының төмендегенімен түсіндіріледі. Ал ол өз кезегінде
энергетика нарығындағы дәсекелестікпен көрсетіледі.
Кесте 1 - Өзіндік құнның салыстыру көрсеткіштері. (2011-2014 жыл,
долл.кВт·сағ)
Нақты айтатын болсақ 2008-2014 жылдар арасында көрсеткіш
минималды түрде 0,21 ден 0,14 долл.кВт·сағ. дейін төмендеген. Бұл әрине
күн энергетика саласының қарқында дамып жатқанын көрсетеді. Осының
салдарынан 2025 жылға қарай әлемдiк энергетикалық теңгерiмдегi
энергияның жаңғыртылатын көздерiнiң үлесi қазiргi 5%-дан 10%-ға дейiн, ал
20 Электр энергия көзі
Төмен
Орташа
Жоғары
Күн электр станциясы
0,17
0,19
0,20
Жел энергиясы (теңіз)
0,09
0,12
0,17
Геотермалды энергия көзі
0,04
0,06
0,12
Су электр станциясы
0,03
0,06
0,11
Табиғи газ
0,02
0,05
0,07
АЭС
0,01
0,06
0,11
Көмір
0,04
0,05
0,11
2050 жылға қарай 50%-ға дейiн өседi, 2010 жылға қарай ЕО елдерiнде бұл
үлес 12%-ға дейiн (2000 жылғы 6%-ға қарағанда), ал жалпы электр энергиясы
өндiрiсiнде 22%-ға дейiн ұлғаяды.
2.5 Күн энергетикасының негізі
Күн энергиясын электр энергияна түрлендіретін үш негізгі
түрлендіргіштерді құрайды. Олар:
Фотоэлектрлік түрлендіргіш - яғни жартылай өткізгішті құрылғы. Күн
энергиясын тікелей электр энергиясына түрлендіретінерекшелігі бар.бірнеше
бірккен фотоэлектр түрлендіргіштер күн батареяларын .
Гелиоэлектр станциясы - бұл негізінде жылулық немесе басқа да электр
машиналарын жұмысқа келтіру үшін жоғары концентрацияланған күн
сәулесін қолданатын электрлік құрылғы.
Күн электрстанциясы түнде жұмыс жасамайды, таңғы және кешкі
уақыттарда жеткілікті тиімді жұмыс істемейді.
Күн коллекторлары - аз температураға негізделген қыздырушы
құрылғы.
Қазіргі уақытта көбіне екі типті күн электр салынып жатыр:
Мұнара типті күн электр станциясы
Модульді күн электр станциясы
Күн электр станциясы
Күн радиациясын электр энергиясына түрлендіруге мүмкіндік беретін
инженерлік қондырғы. Дәл осы түрлендірулердің бірнеше түрлері бар және
олар станция құрылымына байланысты.
Күн электростанциялары күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына
түрлендіреді. Ол келесі түрде болады:
Фотоэлектрлік әдіс
-
фотоэлектрлік генератор көмегімен күн
энергиясын электр энергиясына тікелей түрлендіреді.
Фотоэлементтің Күн батареялары сияқты фотондар энергиясын электр
энергиясына айналдыратын электрондық құрал екендігі аян. Сыртқы
фотоэффект құбылысына негізделген ең алғашқы фотоэлемент физика
ілімінде XIX ғасырдың аяғында пайда болды. Оны белгілі орыс ғалымы
Александр Столетов жасап шығарған. Өндірістік масштабтардағы
фотоэлементтердің пайдалы әсер коэффициенті орташа есеппен 16% болса, ең
жақсы үлгілердікі - 25%, ал лабораториялық жағдайларда 43,5%-ға дейін
жетеді. Фотоэлементтің жұмыс істеу принципі металдан (калий, барий) не
жартылай өткізгіштен жасалған электродтың (фотокатод) бетіне
электормагнит сәуле түсіргенде фотоэффект құбылысының пайда болуына
негізделген.
Термодинамикалық әдіс - күн энергиясын алдымен жылу энергиясына,
одан кейін электр энергиясына айналдырады . Ал бірақ фотоэлектрлік әдіске
21
қарағанда термодинамикалық әдіс арқылы
электростанциялардың қуаты жоғары болып есептеледі.
3 Сурет - Фотоэлемент құрылысы
жұмыс
істейтін
Фотоэлементтің
сыртқы фотоэффект
және
ішкі фотоэффект
құбылыстарына негізделіп жасалған
түрлері бар. Мысалы: сыртқы
фотоэффектіге негізделгені электровакуумды фотоэлемент болса, ішкі
фотоэффектіге вентильді, жартылай өткізгішті, жаппалы қабатты
фотоэлемент түрлері негізделіп жасалған. Соның ішінде жартылай өткізгішті
кремний кристалынан жасалған фотоэлементтер (пайдалы әсер коэффициенті
15%-ға жуық) ғарыштық ұшу аппаратының қоректендіру көзі ретінде
радиациялық құбылыстарды зерттеуде, т.б. жағдайларда да пайдаланылады.
Сондай-ақ бүгінгі кезде фотоэлементтерді әр түрлі көлік түрлеріне -
қайықтарға, электромобильдерге, гибридті автокөліктерге, ұшақтарға,
дирижабльдерге, т.б. орнату мүмкіндігі бар. Италия мен Жапония сияқты
мемлекеттерде фотоэлементтерді темір жол поездарының шатырына
орналастырады. Соның ішінде Solatec LLC компаниясы Toyoto Prius гибридті
автокөлігінің шатырына орналастыруға арналған жұқа қабыршақты
фотоэлементтерді сатумен айналысады. Жұқа қабыршақты фотоэлементтердің
қалыңдығы 0,6 мм ғана болғандықтан, ол автокөліктің аэродинамикасына еш
әсерін тигізбейді. Күн батареялары мен фотоэлементтерден бөлек Күн
энергиясын электр энергиясына айналдыратын адамзат ойлап тапқан
құрылғыларға:Күн коллекторлары; Күн электр станциялары; гелиожүйелер,
т.б. жатады.
Еуропалық елдерден бөлек осы саланың дамуына үлес қосып келе
жатқан мелекеттер бар. Олар 2012 жылғы сараптама бойынша 7-10 ГВт күн
электр энергиясын пайдаланатын Қытай, АҚШ және Жапония.
Соңғы жылдары күн энергетикасын қарқынды дамытып келе жатқан
Қытай мемлекеті. Ол 2 жылдың ішінде даму көрсеткішін 10 есе арттырған
болатын, яғни 2011 жылы 0,8 ГВт болса, 2013 жылы көрсеткіш 8,3 ГВт дейін
өскен.
22
Renewable Energy Policy Network for the 21st Century (REN21)
зерттеулері бойынша 2013 жылғы сараптама бойынша күн энергиясының
жылулық түрленуі 255 ГВт көрсеткен. Бұл станциялардың ең басты мақсаты
суды жылу және жылумен қамту жүйесіне негізделген.
2.6 Фотоэлектрлік әдістің ерекшелігі
Фотоэлектрлік күн электр станциясындағы негізгі элемент ол - күн
батареялары. Күн батареялары - жұқа кремний қабықшасынан және басқа
жартылай өткізгішті материалдардан тұрады. Тікелей күн энергиясын тұрақты
электр тоғына айландыру үшін қолданылады.
Фотоэлектрлік түрлендіргіштер сенімділігімен, төзімділігімен
ерекшелінеді, ал олардың жұмыс істеу жарамдылығы тіпті шектеусіз. Олар
қуатты бағытталған күн сәулесін де, әлсіз күн сәулесін де түрлендіре алады.
Қондырғының ыңғайлы салмағы, сенімділігі, қолдану жеңілділігі және
құралымының модульді түрі оларды кез келген қуатқа арнап жасауға
мүмкіндік береді.
4 Сурет - Фотоэлекторторлық әдістің жұмыс істеу принципі.
Ал күн батареяларының кемшілігіне, құнының жоғарылығын және
пайдалы әсер коэффициентінің төмендігін жатқызуға болады.
күн батареялары аз қуатты, автономды электрмен жабдықтау
орталықтарында, радионавигациялы қуаттану аппараттарында және
самолеттерде қолданылады. Болашақта күн батареялары үлкен коплексті
тұрғын үйлерді электрмен жабдықтауда және жылу орталықтарында
қолданылатын болады.
2.7 Фотоэлектрлік түрлендіргіштің артықшылығы және кемшілігі
Жоғарыда келтірілген мысалдардан біз адамзат үшін Күн
энергетикасының ауадай қажет екенін түсінеміз. Күн энергиясын
пайдаланудың өзіндік артықшылықтарымен қатар кемшіліктері де бар. Атап
айтсақ, артықшылықтары: 1) Күн энергиясы бәріне бірдей қолжетімді; 2) ол
сарқылмайды; 3) қоршаған ортаға қауіпсіз; кемшіліктері: 1) ауа райы мен
23
тәуліктің уақытына тәуелді; 2) Күн энергиясын алу үшін қолданылатын
құрылғылардың қымбаттылығы; 3) оны шағылдыратын бетті периодты түрде
тазалап отыру қажет; 4) электр станциясының жанында атмосфера ысып
кетеді; 5) энергияны аккумуляциялау қажет. Соған қарамастан Күн
энергетикасына деген сұраныстар жыл сайын артып келеді.
Ал принциппен жұмыс істейтін қодырғылар негізінде, сәулелік кванттар
арқылы, жартылай өткізгішті материалдардан электрондарды бөледі. Сол
арқылы сәулелік энергия электр энергиясына айналдырады. Қазіргі таңда
дамыған күн энергетика саласында, жартылай өткізгішті түрлендіргіштерді
жасауда химиялық таза кристалды кремнииді кеңінен пайдаланады .
рSі-nSі негізінде жасалған қазіргі қарапайым фотоэлектрлік
түрлендіргіштің құрылымы төменде келтірілген. Жекеленген осы типтегі
фотоэлектр түрлендіргіштерінің ПӘК-і 14% құрайды. Дей тұрғанымен бұл
түрлендіргіштің бос жүріс кернеуі 0,6В, ал қысқа тұйықталу тогының
тығыздығы 40мАсм2 дейін жетеді.
Көптеген тұтынушылардың жұмысын қамтамассыз ету үшін кернеу мен
токтың бұл көрсеткіші, әрине, жеткіліксіз. Осындай жағдай кезінде параллель
және тізбектей жалғанған, дәл жоғарыдағыдай фотоэлектрлік
түрлендіргіштер, керекті қуат пен шығыс кернеуді қамтамссыз ететіндей, күн
модульдеріне шоғырланады. Ал модульдердің құны, олардың құрылымында
қолданылатын негізгі монокристалды кремний пластинасының қалыңдығына
300-500 мкм байланысты. Бұндай құрамында Sі бар пластиналар,
температурасы 1000° асырып алынған монокристалды, диаметрі шамамен 150
мм болатын цилиндрді өңдеп кесу арқылы алуға болады. Бұл өте қымбат
тұратын материалды кесу және өңдеу үшін де көп көлемде қаржылық қор
керек. Сол себепті де үлкен масштабты жобалар үшін кремнииді қолдану өте
тиімсіз.
Аталмыш қиындыққа да ғалымтар шешім тапты деуге болады. Олар
монокристалды кремний фотоэлектр түрлендіргішінің орнына жұқа пленкалы
түрлендіргішті қолдану айтарлықтай тиімді екенін дәлелдеді.
Түрлендіргіштердің көп көлемде шығару кезінде құнының төмендеуі және
қалындығының шамамен 100 есе азаюы, күн энергетикасының дәл осы
саласының дамуына айтарлықтай үлкен серпіліс берді. Жұқа пленкалы
фотоэлектр түрлендіргішінің типті конструктивті технологиялық схемасы
төменде көрсетілген.
Фотоэлектрлік түрлендіргіштердегі негізгі орны толмас энергия
шығындары келесі мәселелерге байланысты:
-Турлендіргіш бетіннен күн сәулесінің шағылысу дәрәжесімен;
-Фотоэлекторлыктурлендіргіштен жұгылусыз еткен сәулеге;
-Фотонның пайдалы энегиясының жылулық торкөздегі
жарамсыздануына;
-Фотоэлектор түрлендіргіштің бетіндегі жэне ішкі көлемінде пайда
болған фотобудың орналасуына және әсеріне байланысты;
-Түрлендіргіштің ішкі кедергісіне;
24
-Басқа да физикалық процестерге байланысты.
Жоғарыда айтылған фотоэлектрлік түрлендіргіштегі шығындарды
алдын алу, азайту және болдырмау шаралары жүргізіліп жатыр. Олардың бір
қатары:
Күн сәулесінің тыйым салынған аймағы тиімді түрде таңдалынған жартылай
өткізгішті пайдалану;
Жартылай өткізгіштің структуралық қүрылымын тиімді жабдықгау жэне
арнайы белгіленген электр өрісін қүру аркылы жақсарту;
Гомогендік, гетерогендік жэне варизондық қүрылымды жартылай
қгкізгіштерді пайлалануды қолға алу;
Фотоэлектрлік түрлендіргіштердің қүрылымды параметрлерін тиімді ету
Жарықгануды қалыпқа келтіретін, термореттеу және фотоэлектрлік
түрлендіргіштерді гарыштық радиациядан қорғайтын көп функциялы
оптикапык кабаттарды қолдану;
Жүтылу жолағының шетінде көрінбейтін күн спекгорлы аймағы бар
фотоэлектрлік түрлендіргішгер дайындау;
Каскадты фотоэлектрлік түрлендіргіштерді жасау. Оның ерекшелігі,
арнайы келтірілген тыйым салынган аймагы бар, жартылай өткізгіштердегі әр
каскадта түрлендіруді қамтамассыз етеді.
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 энергиясы су жылыту үшін де, электр энергиясын ендіруге де
кеңінен қолданылады. Күн коллекторлары қол жетімді материапдардан
жасалады: мыс, алюминий, болат және т.б, яғни оны жасауда қымбат әрі сирек
кездесетін кремний қолданады. Ғаламшар бетіндегі энергия мұхит ағыстары
және әр түрлі бағытғы желдер арқылы таралады.
Жерегі сәулелі энергия тепе теңдігі төменгі суретте көрсетілген. Жерге
түскен күн сәулесі энергиясының шамамен 28%-ы бұлттар мен аэроқабатқа
шагылысу нәтижесінде, қайтадан ғарыш кеңістігіне оралады. Күннен Жердеге
келетін жылулық немесе инфрақызыл сәулелер шамамен 114 болады. Оның
42% ы атмосфера арқылы келсе, қалғаны қайта гарышқа кетеді. Ғаламшар
бетіндегі энергия мұхит ағыстары және әр түрлі бағытғы желдер арқылы
таралады. Ғаламшар бетіндегі энергия мұхит ағыстары және әр түрлі бағытғы
желдер арқылы таралады.
25
5 Сурет - Фотоэлектрлік элемент
Яғни бұл тиімділігі өндірілген энергия құнының айтарлықтай төмен
болуына өз пайдасын көрсетеді. Қазіргі таңда дәл осы күн энергиясы арқылы
су жылыту, энергия түрлендірудің ең ыңғайлы тәсіліге түрленіп отыр.
2.8 Термодинамикалық әдіс ерекшелігі
Термодинамикалық күн электростанцияларында толғаулылы сәуле
жұтқыш қабаты бар, жылу алмастырғыш элементтер қолданылады. Олар
түскен сәуленің 97%-ына дейінгі мөлшерін қабылдайды. Бұл құрылғылар
қарапайым күн сәулесінің өзінен 200°С және одан да жоғары температураға
дейін қызатын мүмкіндігі бар. Осы қондырғылардың көмегімен суды
қарапайым бу қазандақтарында буға түрлендіруге болады. Осы процес бу
трубиналарында тиімді термодинамикалық циклді байланысты. Күн бу
трубинасының ПЭК-і 20% ға дейін болады.
Осы эффектінің негізінде аэростатты күн электр станциясының
құралымы ойлап болады. Бұл станцияның энергия көзі - сулы буға
толтырылған аэростатты баллон. Баллонның сыртқы қабаты күн сәулесін
өткізеді, ал ішкі қабаты толғаулылы сәуле жұтқыш қабықшадан тұрады. Дәл
осы құрылым баллон ішіндегі сұйықтықты 150-180°С дейін қыздыруға
болады.
Баллоннан алынған бу, ыңғайланған бу жолдары арқылы бу
трубинасына беріледі, ал трубина шығысында конденсатор арқылы қайтадан
суға айналады. . Алынған будың температурасы шамамен 130-150°С болады
және қысымы дәл атмосфера қысымымен тең шамада. Ыстық бу арқылы
баллон ішіндегі суды айналымға келтіріп бу генерациясын айналады.
Конденсатордағы суды насостың көмегімен қайта баллонға алып келеді. Күн
бойына жиналған будың арқасында, бұндай электростанция жұмыс істей
алады. Тәулік бойында турбогенератордың қуатын, тұтынушылар сұранысына
қарай реттеуге болады. Жер атмосферасына келетін күннің сәулелі энергиясы
жалпы есеппен 180 млн. ГВт қа тең. Ал жыл бойына Жер атмосферасына
келетін сэулелі энергия 1,57*10 кВт. сағ. тең. Бұл энергияның 45%-ы көрінетін
жарық ретінде (толқын ұзындыгы 0,4.0,75 мкм), 45%-ы инфрақызыл
(жыпулық) сәуле, ал 10% -ы ультрафиолетті сәуле түрінде болады.
26
6 Сурет - Жалпы сұлба.
Ал күн электростанцияларын жер үстіне, тіпті мұхит, таулардың үстіне
жайгастыруга болады. Бұл жағдайлардың өз жағымды және қолайсыз жақтары
бар. Жерегі сәулелі энергия тепе теңдігі төменгі суретте көрсетілген. Жерге
түскен күн сәулесі энергиясының шамамен 28%-ы бұлттар мен аэроқабатқа
шагылысу нәтижесінде, қайтадан ғарыш кеңістігіне оралады.
Мысалы бу тасымалдағыш жолдарды ыңғайлы орналастыру,
турбогенератордың орналасуы, сонымен қоса баллондардың ұшақтардың ұшу
жолына кедергі келтірмеу
2.9 Күн коллекторлары
Күн коллекторлары - күн сәулесіндегі энергияны жинау мақсатында
жасалған қондырғы. Жоғары ПӘК-ке ие, жалпы спектрдегі күн сәулесінің
арқасында жылу таратқышты (су, май, су тұнбасы және антифриза)
қыздыратын қондырғы термиялық күн коллекторы десек болады. Күн
коллекторлары негізінде жылу энергиясын өндіруде жиі қолданылады. Атап
айтқанда, тұрмыстық және өндіріс орындарын жылыту мақсатында, өндірістік
процестерді жэне тұрмыстық қажеттілікті өтеу үшін ыстық сумен қамту
мақсатында көп қолданылады.
Күн коллекторларының келесідегідей түрлері кездеседі:
Жалпақ күн коллекторлары;
Вакуумды күн коллетторлары;
Концентратор - күн коллекторлары.
Күн коллекторының абсорбері (бұл негізінде, қара метал қабат) күн
сәулесінің арқасында қызып, алынған жылуды жылу тасымалдағышқа береді.
Ал жылу тасымалдағыш абсорбердің мыс трубаларындағы кез-келген
сұйықтық болуы мүмкін.
27
7 Сурет - Стандартты жалпақ коллектор
Бу, трубаның жоғарғы бөлігінде орналасқан, конденсаторға көтерілу арқылы
конденсацияланады және коллекторға жылу береді. Күн сәулесі сирегенде
вакуумды коллекторлар, жалпақ коллекторларға қарағанда, жоғары пайдалы
әсер коэффициентімен ерекшеленеді. Сыртқы қабатының айналмалы болуы
себебінен бұндай коллекторлар кең көлемді бұрыштық диапазонға ие.
Көмірсутекті өнімдердің өте көп өндірілуі климаттың өзгеруіне,
жылыжайлы эффектінің қалыптасуына әкелетіні шындық. Аталған жайттар
Жер шарының көптеген аймақтарында қазірдің өзінде-ақ байқалып отыр.
Сондықтан да дүние жүзі ғалымдары бұл тығырықтан шығудың жолдарын
ғылыми-тәжірибелік тұрғыдан қарастыруда. ҚР Ұлттық инженерлік
академиясының академигі Надир Надиров пікіріне сүйенер болсақ: Күн
энергетикасы көмегімен адамзатқа төніп тұрған аталған қауіптен арылуға
болады. Осымен байланысты ҚР-да дүние жүзіндегі озық тәжірибелерді
қолдана отырып мемлекет тарапынан электр энергиясын мұнай мен газға
альтернативті энергетика ретінде Күн энергиясынан алуға баса назар
аударылып отыр.
Күн батареялары параллел және тізбектей жалғанған,
фотоэлементтерден құралады. Барлық фотоэлементтер өткізбейтін каркастан
құралады. Бұндай конструкция оларды тиісті шамалар (ток және кернеу)
бойынша жинау артықшылығын береді. Тағы бір ыңғайлылығы - істен шығып
қалған фотоэлементтерді оңай алмастыруға болады.
Күн энергетикасы қазіргі кезде қарқынды дамып келеді. Инженерлер
тұтынушыларды осы саладағы жаңа жетістіктерімен қуантуда. Мысалы,
SunRed компаниясының фотогальваникалық элементті электордвигательмен
жұмыс істейтін Solar Bikе мотороллеры, Mitsubishi компаниясының күн және
жел энергиясын пайдаланатын MiEV (Mitsubishi innovative Electric Vehicle)
автомобильі
28
Жер бетіндегі энергия ресурстарының шектеулілігі күн энергетикасын
дамытуды қажет етеді.
2.10 Күн коллектор және оның ерекшілігі.
Су қыздыру процессінің конструкциясын жалпылама түсіндіретін,
ол -- күн коллекторлары. Күн коллекторлары тек суды ғана емес, ауаны және
басқада сұйықтыктарды ысытады. Жерегі сәулелі энергия тепе теңдігі төменгі
суретте көрсетілген. Жерге түскен күн сәулесі энергиясының шамамен 28%-ы
бұлттар мен аэроқабатқа шагылысу нәтижесінде, қайтадан ғарыш кеңістігіне
оралады. Күннен Жердеге келетін жылулық немесе инфрақызыл сәулелер
шамамен 114 болады.Қазіргі уақытта төменгі температуралы күн электр
орталықтарында жалпақ күн коллекторлары кеңінен пайдаланады. Бүл
коллектордар басқаларға қарағанда берілген көлемдегі сүйықтықты
толығымен емес біртіндеп, яғни бөліктеп ысытады. Одан әрі қыздырылған
сұйықтықтың бөлігі арнайы резервуарға ауысады. Осы процес айтылған күн
электр орталығының жұмыс эффективтілігін жоғарылатады.
Ал конструкциялық түрде күн коллекторлары келесі бөліктерден
құралады: жалпы корпус, жылу изоляциядан, жылу жұтымды материалдардан,
және жылу тасымалдагыш каналдардан. Ол каналдарды жалпылама абсорбер
деп айтылады. Және ең соңында түссіз айналы жамылғыдан тұрады. Күн
коллекторының жұмысының эфективтілігін арттыру үшін ол күн сәулесінің
концентрациясымен құралады.
Төмен температуралы жылуды, жылу эффектісі принципі арқылы
жұмыс істейтін, жалпақ коллекторлар кемегімен пайдаланады. Бұл эффектінің
физикалық түйіні, коллектор бетіндегі айнапы жамылғыға түскен күн сәулесі
еш кедергісіз коллектор ішіне ене алатындығында. Сонымен ішке енген күн
сәулесі сәйкесінше жылу қабылдагьппқа түсіп оны бергіленген температураға
дейін қыздырады. Күн энергиясы қоршаған ортаға қауіпсіз, экологиялық таза
және оны алу жолдары қиын емес.
Қазiргi заманғы күн фотоэнергетикасы қуаттылығы соңғы жылдары
бұрын-соңды болмаған жылдамдықпен жылына 30-40%-ға өсiп отырған
гетероқұрылымдар негiзiнде кремний фотоэлементтерiне негiзделедi.Жердегі
күн қондыргыларыньщ күн сәулелену интенсивтлік спекторы 0,4 -- 1,8 мкм
болғандақтан айналы жамылгы ретінде қарапйым әйнекті алуга болады.
Әйнектің откізу коэффициенті берілген спектр диапозонында 95 %-ке тең.
Күн коллекторының астыңгы жагында орналасқан жылу қабылдагыш, сәуле
жұту коэффициенті 90%-га тең абсорбациялық жамылғыдан түрады.
Айтылған абсорбация жамылғысы, сыртқы әйнексіз, тікелей бағытталган күн
сәулесін жұту арқылы, түскен сәуленің жалпы қуатының есебінен 50 -- 80°С
дейін қызады. Қазақстан ғалымдары бұрын отандық шикiзаттан
металлургиялық және жартылай өткiзгiш кремний алу технологиясы
саласындағы қолданбалы ғылыми зерттеулер жүргiздi. Осы температураларға
дейін қызған дене өзінен жылулық энергия шығарады. Ал бұл энергияның
негізгі қуаты инфрақызыл диапозонда орналасқан.
29
2.11 Күн сәулесіні параболлалық концентратор сипаттамасы
Доға тәрізді концентраторлар құралымында айырмашылықтар бар.
Станция жекешеленген модульдерден құралады. Модуль, қабылдағыш пен
сәуле шашыратқыш бекітілетін, тіректен тұрады. Қабылдағышта сәуле
шашыратқыштан қабылданған күн сәулесі шоғырланады. Ал қабылдағыштың
өзі сәуле шашыратқыштан айтарлықтай алыс қашықтықта орналасады. Сәуле
шашыратқыш доға тәрізді айналардан құралған. Айналардың диаметрі 2 метр,
ал олардың саны берілген модульдің қуатына байланысты. Бұндай типті
станциялар автономды-жалғыз немесе желіге қосылатын бірнеше ондаған
модульдерден құралуы мүмкін.
8 Сурет - Қабылдағыш концентратор
Параболалық концентраторлардың жұмыс істеу приципі - параметрлері
бойынша жылу таратқыштарды жылытып, оны турбогенераторға жұмыс
істеуге негіздеу.
Станцияның құрылысы: ферменді құралымға келтірілген үлкен
ұзындықтағы парабола тәрізді айна, парабола фокусында трубка орналасқан.
Ол трубка арнайы сұйықтықпен толтырылған. Сұйықтық көбіне май болады.
Барлық процесті өткізіп жылу тасығыш қызып, жылу алмастырғыш
аппараттарға қыздырылған суды береді. Содан кейін қабылданған су буға
айналып турбогенераторға беріледі.
9 Сурет - Концентратор параболойд.
Жер атмосферасына келетін күннің сәулелі энергиясы жалпы есеппен
180 млн. ГВт-қа тең. Ал жыл бойына Жер атмосферасына келетін сэулелі
энергия 1,57 10 кВт. сағ. тең. Бұл энергияның 45%-ы көрінетін жарық ретінде
(толқын ұзындыгы 0,4.0,75 мкм), 45%-ы инфрақызыл (жылулық) сәуле, ал
10% -ы ультрафиолетті сәуле түрінде болады.
30
Жердегі сәулелі энергия тепе теңдігі төменгі суретте көрсетілген. Жерге
түскен күн сәулесі энергиясының шамамен 28%-ы бұлттар мен аэроқабатқа
шагылысу нәтижесінде, қайтадан ғарыш кеңістігіне оралады. Күннен Жердеге
келетін жылулық немесе инфрақызыл сәулелер шамамен 114 болады. Оның
42% ы атмосфера арқылы келсе, қалғаны қайта гарышқа кетеді. Ғаламшар
бетіндегі энергия мұхит ағыстары және әр түрлі бағытғы желдер арқылы
таралады.
Сонымен қатар ауа райының өзгеруіне байланысты электр
станциясының қуаты тез және күтпеген уақытта амплитуда болуы мүмкін.
Осы кемшіліктерді жою үшін тиімді электрлік аккумуляторларды пайдалану
немесе үлкен аймақты алатын гидроаккумулирлейтін станцияларды қарау
керек немесе әлі экономикалық тиімділіктен алшақтау сутекті энергетиканың
концепциясын пайдалану.
Күн электр станциясына күнді бақылаудың азимуталды жетегінің
автоматика жүйесімен жабдықталған күн фотобатареясы белгіленген,
азимуталды бұрылыс жетегі бар вертикалды білік қарастырылады, ал
азимуталды бақылаудың кері жағындағы күн фотобатареясының кері жағында
командалық фотоэлемент қарастырылады, оған полярланған шағын тоқты
және реверсивті жетектің атқарушы релесі жатады, ол күн фотобатареясының
күннің зениттік максималды бұрышының жартысына тең болатын
горизонталды жазықтыққа қатысты бұрышта бекітілген және теңдей екі
бөлікке айырылған, олардың арасында шағылыстыратын беттігі бар
вертикалды пластина бекітілген, және күн фотобатареясының жартысының
бір атаулы фазалары реленің орамасынан кейінгі бөлетін диодтары бар,
шағын тоқты полярланған реленің орамасына қарсы жалғанған.
Бұрылысының тік және көлденең біліктері кіретін, күн қуатын
электрлікке түрлендіруге арналған электр станциялары белгілі, солардың
соңғысында фотобатареяның күнге бағдарлану біліктерінің бұрылыс жүйесі
бар, күн фотобатареясы құрастырылған.
Электр станцияның кемшілігі
-
тиімділігінің төмендігі болып
қарастырылады, яғни зенитті қондырғы айына немесе бір тоқсанда бір мәрте
қолмен жайғастырылады, бұл ендігі мен жыл мерзімі бойынша
орташаландырылған азимутқа сәйкес қарастырылады. Электр станцияның
тәуліктік айналымы күн сәулесімен қыздырылатын, цилиндрлі екі
терможетектермен автоматты түрде қарастырылады, бұның температураның
төмендігінде және қатты жел кезіндегі сенімділігі төмен. Сонымен қатар олқы
тұсына станцияны бастапқы кешкі-таңертеңгі күйіне жетеді.
Өнертабыстың прототипі - өзіне азимуталды бұрылыстың жетегі бар
вертикалды білігі кіретін күн қуатымен жұмыс жасайтын электр станциялары
болып қарастырылады, онда алаң аталған біліктің жоғарғы ұшында, алаңнан
жоғары, зенитті бұрылыс жетегі бар горизонталды білік бекітілген, онда
полярланған шағын тоқты және реверсивті қозғауыштардың атқарушы релесі
кіретін командалық фотоэлемент кіретін, күнді бақылаудың зенитті және
31
азимуталды жетегінің автоматика жүйесімен жабдықталған күн
фотобатареядан құралған.
Прототиптің кемшілігі - өткінші және уақытша бұлтты кездердегі
сенімділігінің төмендігі, таңертең жұмыс күйіне автоматты түрде жайғастыру
мүмкін еместігі. Бұл бақылау қондырғысының түтікшеде орналасқан
фотоэлементтерде орындалғанына байланысты. Бірнеше минутқа созылатын
бұлтты кезде, күн сәулесі болмағанда, бұл құрылғы жұмыс жасамайды, ал
бұлт қайтқаннан кейін күн сәулесі құрылғының түтікшесіне түспейді және
станция күнге бағдарлама жасамайды. Ал өткінші бұлтты кездерде бұндай
жағдай күніне әлденеше мәрте болуы мүмкін. Күн ашық кездерде де түнгі
мезгілде станция күн батысқа қарайды, ал таңертең шығыстағы күн шығысқа
бұрылады. Станция бұрыла алады, қолмен баптау керек.
10 Сурет - Күн батареялары
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
уақыттың 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 пайдалану керек.
2.12 Біріккен немесе гибритті күн электростанциялары
Көп жағдайда басқа күн электростанцияларында ыстық су алу үшін
қосымша жылу алмастырғыш аппараттар қолданылады. Ол аппараттар
техникалық процестер, ыстық сумен жабдықтау және жылыту негізінде
қолданылады. Осы негізде де біріккен күн электростанциялары жұмыс істейді.
Мысалы бір аумаққа күн шоғырландырғыштарымен қоса фотобатареялар
орналастыруға болады.
32
Бұл жүйенің нақты сипаттамасы 7-ші суретте көрсетілген. Көрсетілген
жүйеде эллипсті бағдарлаушы айналардың жүйеленген тобы орналасқан.
Айналар бетіне түскен күн сәулесі тікелей мұнара үстінде орналасқан
қазандыққа фокусталады. Ал биік мұнараны айнала біріккен электр өндіруші
құралымдар орналасқан. Олар: ажыратқыштар, орталықтандырылған басқару
пульті, қойма, жөндеу орындары, ұйымдастырушы корпустар, сақтауға және
бақылауға арналған бөлімдер. Ал салқындатқыш құралымдары, айналар
орналасқан ауданнан тыс ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
8
9
10
Аңдатпа
Бұл дипломдық жобада қуаты 20 МВт күн электр станциясын жобалау
жұмысы қарастырылады. Және де Күн электрстанцисының салудың негізгі
aртықшылықтaры мен кемшіліктері ескеріледі. Гaз турбиналы электр
стaнциясының жұмыс істеу принципі жане қондырғылaр жайлы қысқаша
мәлімет қарастырылған. Сонымен қатар тіршілік қауіпсіздігінің кейбір
түрлеріне жеке тоқталып өтемін. Қарастырылып отырған күн электр
станциясының құнын өтеу мeрзімі де eсeптeлeді.
Аннотация
Темой данного дипломного проекта является проектирование
солнечный электростанций с мощностью 20 МВт. При этом учитывaлись
главные минусы и плюсы строительства этих гелиостанции. Рaccмотрены
оcобенноcти гелиоэнергетики, доказаны экономическaя и стратегическая
целесообразность. Наряду с этим отдельно остановлюсь на некоторых
проблемах безопасности жизнедеятельности. Будeт определен эффeктивность
и срок окупaeмости инвeстиционного плaна.
Abstract
The theme of this diploma project is planning sunny power-stations with
power 20 MV . Thus main minuses and building pluses these the heliostations. At
the same of the along solar power engineering, economical and strategic expediency
is well-proven. Side by side with this separately I will be stopped for some problems
of safety of vital functions. There is certain efficiency and term payback period of
the investment plan.
11
Мазмұны
1 Кіріспе
2 Теориялық бөлім
2.1 Гелиоэнергетика
2.2 Күн энергетикасының жалпы түсінігі
2.3 Күн энергетикасының даму қарқыны
2.4 Гелиостанцияға негізделген электр энергияның құны
2.5 Күн энергетикасының негізі
2.6 Фотоэлектрлік әдістің ерекшелігі
2.7 Фотоэлектрлік әдістің артықшылығы және кемшілігі
2.8 Термодинамикалық әдістің ерекшелігі
2.9 Күн коллекторлары
2.10 Күн коллекторлары және оның ерекшеліктері
2.11Күн сәулесінің параболалық концентратор сипаттамасы
2.12 Біріккен немесе гибритті күн электр станциялары
2.13 Біріккен фото-термодинамикалық күн электр станциясы
2.14 Мұнара типті күн электр станциясы
2.15 Станция құрылымының маныздылығы
2.16 Жаңа үлгідегі мұнара типті күн электр станция тиімділігі
2.17 Инвентор
3 Электрлік бөлім
3.1 Қуат балансын есептеу
3.2 Трансформаторларды таңдау
3.3 Екі нұсқаның трансформаторларының электр энергиясының
жылдық шығынын есептеу
12
7
9
9
9
11
13
14
16
16
19
20
22
23
25
26
27
27
29
30
32
32
37
39
3.4 Қысқа тұйықталу тоқтарын eceптеу
5 Экономикалық бөлім
6 Өмір тіршілік қауіпсіздігі
Қорытынды
Әдебиеттер тізімі
13
43
54
66
76
78
Кіріспе
Қазіргі тандағы энергетиканың ажырамас бір құрамдас бөлігі - күн
энергетикасы. Энергетика саласында энергияның сарқылатын және
сарқылмайтын энергия көздері бар. Сарқылатын энергия
көздеріне:мұнай,газ,көмір т.б жатады. Жалпы алғанда бұл энергия көздеріні
белгілі бір уақытта сарқылары анық. Сондықтанда қазіргі танда энергияны
алудың балама көздерін карастыруымыз қажет. Ал энергияның балама
көздерін энергетиканының сарқылмас бөлігі құрайды. Яғни оған
жататындар:күн сәулесі қуатын пайдалану, жел қуатын пайдалану т.б жатады.
Ал енді күн саулесінің күн сәулесінің артықшылықтарын тілге тиек ете
кетейік. Ең біріншіден күн сәулесі жер бетіндегі барлық физикалық
процестердің негізі болып отыр. Адамзат тарихында қолданған энергияның
барлығы күн сәулесімен тікелей байланысты деп саналады. Күн
ғаламшарымыздағы жұлдыздар жүйесінің орналасқан ең үлкен энергияның
көзі.
Күн сәулесінің энергиясын пайдалану жылдан жылға артып келеді,бұл
көңіл қуантатын жайт. Әлем бойынша қуаты үлкен 70-50 МВт-тан асатын аса
ірі күн электр станциялары салынуда. Қуаттылығы үлкен күн электр
станцияларының салынуы бұл саланың деңгейінің қаншалықты өскенін
көрсетеді.
Күн сәулесі арқылы келетін энергиямен бүкіл адамзатты энергиямен
қамсыздандыруга болады. Гелиоэнергетиканы ғалымдардардын зерттеу
жүргізуі әліде толассыз ізденісті қажет етеді. Бұл дегеніміз гелиоэнергетика
саласы толассыз дамитынын, бұл салада жаналыктардың көп боларын
айғақтайды. Жылдан жылға гелиоэнергетиканы бәсекеге қабілеттілігінің
артып келе жатқанын байқау қиын емес.
Ал енди дипломдық жұмысыма қысқаша анықтама бере кетсем. Осы
уақытқа дейін жинаған акпараттарымды,күн энергетикасы жайлы
әдебиеттерден алған акпараттарды және осы саладағы қазіргі тандағы
жаналыктарды толық қамтуға тырысамын. Сонымен қатар жобалық үлгі
третінде күн электр станциясының үлгісін ұсынамын. Дипломдық жұмысты
жазу барысында алға қойған мақсаттарымды түсіндіре кетейін,олар:
Біріншіден: гелиоэенгериканың қазіргі бет бейнесін көрсету,жай күйін
саралау. Бұл саланың маңыздылығын далелдеу,бәсекеге қабілеттілігін
көрсету.
Екіншіден: күн сәулесін түрлендіру,өзгерту,пайдалану
Үшіншіден: күн электр станцияларының барлық параметрлерін
салыстыра отырып,тиімділігі ен жоғары жобалық жұмысты таңдап алу.
Төртіншіден: жобалауға қажетті барлық жағдаяттарды ескере отырып
жоспар құру,оның экономикалық экологиялық тиімділігін қарастыру,еңбек
қауіпсіздігін ескеру. Инвестициялық жоспарын құру арқылы, оның бәсекеге
қабілеттілігін көрсету және станцияның экологиялық санитарлық
нормалардың барлығына сәйкестігін көрсету арқылы дипломдық жобамды
14
аяқтау. Күн энергетикасы дүниежүзіндегі альтернативті энергияларының
қолайлы түрі болып саналады. Бұл дегеніміз альтернативті энергия көздерімен
толық жабдықталатын үйлер немесе салынған ғимараттарда осындай
станцияларды орнату келешекте үлкен мағынаға ие болады.
15
2 Теориялық бөлім
2.1Гелиоэнергетика
Гелиоэнергетика -- дәстүрлі емес энергетиканың бір құрамдас бөлігі.
Ол тікелей күн энергиясын қай түрде болмасын түрлендіруге бағытталған
сала. Күн энергетикасы экологиялық таза, яғни нәтижесінде зиянды
қалдықтар қалдырмайтын және сарқылмайтын энергия көзі.
Салыстырмалы түрде қараған күн энергетикасы энергия түрлендірудің
жаңадан дамып келе жатқан бaғыты. Бұл саланың қарқынды дамуы 2000
жылдың орта шегінде басталды. Әлемнің дамыған елдерінің, энергетика
тұрғысынан, дәстүрлі отын түрлеріне тәуелділігінен құрылуға деген
ұмтылысы, дәл осы саланың тез әрі қaрқынды дамуына негізі. Сонымен қатар
әлемдік экологиялық салдарлар, зиянсыз, қол жетімді энергия көзін тануға өз
пайдасын тигізді. Тек қана күн энергиясын пайдалану адамның электр
энергиясына деген бүкіл қажеттіліктерін қанағаттандырады.
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 бағаға ие, өйткені құру мен жаңа электр
станцияларын пайдалану қажеттіліктерінің орнын жабады.
2.2 Күн энергетикасының жaлпы түсінігі.
Күннің сәулеленуі - Жердегі энергия көзінің негізгі түрі. Оның
қуаттылығы Күн тұрақтысымен анықталатындығы белгілі. Күн тұрақтысы -
күн сәулесіне перпендикуляр болатын, бірлік ауданнан бірлік уақыт ішінде
өтетін күннің сәуле шығару ағыны. Бір астрономиялық бірлік қашықтығында
(Жер орбитасында) күн тұрақтысы шамамен 1370 Втм²-қа тең. Жер
атмосферасынан өткен кезде Күн сәулеленуі шамамен 370 Втм² энергияны
жоғалтады. Осыдан Жерге тек 1000 Втм²-қа тең энергия ғана келіп түседі. Бұл
келіп түскен энергия әр түрлі табиғи және жасанды процесстерде
қолданылады. Күн сәулесі aрқылы тікелей жылытуға немесе фотоэлементтер
көмегімен энергияны қайта өңдеу арқылы электр энергиясын алуға не басқа да
пайдалы жұмыстарды атқаруға болады.
Шындығында, қазіргі заманды электр энергиясынсыз мүлдем елестету
мүмкін емес. Сол себепті де, электр энергияны алудың шығыны аз,
экологиялық таза көздерін табу бүгінгі күннің негізгі мәселесіне айналып
отыр. Әлем бойынша электр энергиясын ең көп өңдіретін елдерге АҚШ,
Қытай жатады. Бұл елдерде электр энергиясының өндірісі әлемдік өндірістің
20%-ын құрайды. Соңғы кездері экологиялық проблемалар, пайдалы
қазбалардың жетіспеушілігі және оның географиялық біркелкі емес таралуы
салдарынан электр энергиясын өндіру желэнергетикалық құрылғыларды, Күн
батареяларын, газ генераторларын пайдалану арқылы жүзеге аса бастады.
16
Жалпы алғанда, Күн сәулеленуінен электр энергиясы мен жылу алудың
бірнеше әдістері бар. Олар:
1) Электр энергиясын фотоэлементтер көмегімен алу.
2)Күн энергиясын жылу машиналарының көмегі арқылы электр
энергиясына айналдыру (Жылу машиналарының түрлері: поршеньдік
немесе турбиналық бу машиналары. Стирлинг қозғалтқышы.).
3)Гелиотермальдық энергетика - Күн сәулелерін жұтатын беттің қызуы
мен жылудың таралуы және қолданылуы.
4)Термоәуелік электр станциялары (Күн энергиясының турбогенератор
арқылы бағытталып отыратын ауа ағыны энергиясына айналуы).
5)Күн аэростаттық электр станциялары (аэростат баллоны ішіндегі су
буының аэростат бетіндегі күн сәулесі қызуы салдарынан
генерациялануы).
Күн энергетикасының дамуының негізіне мыналар жатады:
*
*
*
Тәуліктік күн сағаты көп болу;
Жылдық шамада күнгей мерзімі ұзақ болу;
Күн сәулесінің түсу бұрышының жоғары болуы.
Ал күн энергетикасының әлеуметтік экономикалық дамуына:
*
*
*
*
Дәстүрлі энергия көздеріне тәуелділікті жоюға деген ұмтылыс
және дәстүрлі энергияны импортқа шығаруға тосқауыл қою;
Аталмыш саланы толық зерттеу үшін мелекеттік экономикалық
жағдайының жоғарының биік болуы;
Біртіндеп қуатты дәстүрлі энергия көздерін күн энергетикасы
және басқада дәстүрлі емес энергия көздерімен ауыстыру.
Мемлекет тарапынан аталмыш энергетика саласына деген
маңызды көмек көздерін бағыттау.
Жоғарыда тізбектелген табиғи факторларға мән берсек, күн электр
станциясын сaлудағы ең қолайды аймақтар ол тропиктік және субтропиктік
белдеудегі мемлекеттер.
Фотоэлементтің Күн батареялары сияқты фотондар энергиясын электр
энергиясына айналдыратын электрондық құрал екендігі аян. Сыртқы
фотоэффект құбылысына негізделген ең алғашқы фотоэлемент физика
ілімінде XIX ғaсырдың аяғында пайда болды. Оны белгілі орыс ғалымы
Александр Столетов жасап шығарған. Өндірістік масштабтардағы
фотоэлементтердің пайдалы әсер коэффициенті орташа есеппен 16% болса, ең
жақсы үлгілердікі - 25%, ал лабораториялық жағдайларда 43,5%-ға дейін
жетеді. Фотоэлементтің жұмыс істеу принципі металдан (калий, барий) не
жартылай өткізгіштен жасалған электродтың (фотокатод) бетіне
электормагнит сәуле түсіргенде фотоэффект құбылысының пайда болуына
негізделген. Фотоэлементтің сыртқы фотоэффект және ішкі фотоэффект
құбылыстaрынa
негізделіп жасалған түрлері бар. Мысалы: сыртқы
фотоэффектіге негізделгені электровакуумды фотоэлемент болса, ішкі
фотоэффектіге вентильді, жaртылай өткізгішті, жаппалы қабатты
фотоэлемент түрлері негізделіп жасалған. Соның ішінде жартылай өткізгішті
17
кремний кристалынaн жасалған фотоэлементтер (пайдалы әсер коэффициенті
15%-ға жуық) ғарыштық ұшу аппаратының қоректендіру көзі ретінде
радиациялық құбылыстарды зерттеуде, т.б. жағдайларда да пайдаланылады.
Сондай-ақ бүгінгі кезде фотоэлементтерді әр түрлі көлік түрлеріне -
қайықтарға, электромобильдерге, гибридті автокөліктерге, ұшақтарға,
дирижабльдерге, т.б. орнату мүмкіндігі бар. Италия мен Жапония сияқты
мемлекеттерде фотоэлементтерді темір жол поездарының шатырына
орналастырады. Соның ішінде Solatec LLC компаниясы Toyoto Prius гибридті
автокөлігінің шатырына орналастыруға арналған жұқа қабыршақты
фотоэлементтерді сaтумен айналысады. Жұқа қабыршақты фотоэлементтердің
қалыңдығы 0,6 мм ғана болғандықтан, ол автокөліктің аэродинамикасына еш
әсерін тигізбейді. Күн батареялары мен фотоэлементтерден бөлек Күн
энергиясын электр энергиясына айналдыратын адамзат ойлап тапқан
құрылғыларға Күн коллекторлары, Күн электр станциялары, гелиожүйелер
т.б. жатады.
2.3 Күн энергетикасының әлемдегі даму қарқыны
Әлемдік қуатты күн электр станцияларының негізі фотоэлектрлік және
жылулық күн электр станцияларын құрайды. 1-де күн энергиясы тікелей
электр энергиясына айналдырады, ал 2-де күн энергиясы бірінші міндетті
түрде жылу энергиясына айналдырады және одан кейін оны электр
энергиясына немесе энергияның басқа түріне айналдыруга мүмкіндік береді.
Соңғы 2014 жылғы сараптама бойынша жалпы әлемдік күн электр
станцияларының жалпы көрсеткіші 100,1 ГВт ты жетіп отыр. Бұл көрсеткіш
алдынғысына қарағанда 0,2% ға жоғарылаған. Қорыта келгенде бұл
көрсеткіш әлемдік энергетиканың жалпы жиынының 2% ын қамтиды.
.
1 Сурет - Әлемдік гелиоэнергетиканың даму қарқыны
18
Ал фотоэлектрлік күн электр станциясының салынуы бәсендеген. Бұл
жағдай ең алдымен фотоэлектрлік күн электр станциясының пайдалы әсер
көэффициентінде (шамамен 30%) айқын көрінеді.
2014 жылғы зерттеу нәтижелері бойынша жалпы әлем бойынша 61,2
млрд. кВт·сағ электр энергиясы пайдаланылған, әлемдік энергияның 0,28%.
Сондықтан салыстырмалы түрде төмен көрсеткіш ретінде бағаланып отыр.
Қуатты фотоэлектрлік күн электр станциялары әлемнің дамуы елдерінде
орналасқан. 2013 жылы бірінші рет дамыған 7 мемлекет жалпы шаманың 80%
алатын көрсеткішке ие болды. Әрине гелиоэнергетиканың дамыған бағытын
Еуропа елдері құрады. Әлемдік орнатылған қуаттың 68% ы осы елдерге
тиесілі. Ал Еуропадағы осы сала бойынша ең алдынғы мемлекет Германия.
Оның еншісінде жалпы көрсеткіштің 33% бар. Бұл көрсеткіш әрине
мақтанарлық көрініс. Германиядан кейін Италия, Испания және Франция.
Ең қуаттылығы жоғары күн электр станциясы Италияда. Үстіміздегі
жылда Италияның Венеция қаласының жаныдағы Ровиго калашыгында
қуаттылығы 72МВт-қа жететін гелиостанция өз жұмысын бастады. Бұндай
үлкен қуатты күн электр станциясы,алғашқы салынуы,теңдесі жок электр
станциясының аумағы 850 мың шаршы шақырымды алып жатыр. Қазіргі
таңдағы күн знергисымен жұмыс істеп тұрған ауқымды электр
станцияларының бірі - Испанияда. Қуаты- 60МВт. Үшінші орында
қуаттылығы жөнінде күн электр станциясы Германияда,қуаты 50 МВт.
Италия станциясына жалпы тартылған инвестиция көлемі 200-250 млн
евроны құрайды.Электр энергиясын өніруді 2010 жылдың екші жартысынан
бастады. Ал толық қуатпен жұмыс істеуді сол жылдың соңына бастады.
Станция алғашқы жылының өзінде 17000 шанырақты электр энергиясымен
қамсыздандырды және 41 мың тонна көмір қышқыл газын ауаға таралуының
алдын алды.
2 Сурет-Италиядағы күн электр станциясы.
Үлкен өлшемді Күн батареялары Күн коллекторлары сияқты
тропикалық және субтропикалық аймақтарда бүгінде кеңінен қолданылуда.
19
Әсіресе, әдістің осы түрі Жерорта теңізі елдерінде көп тараған. Бұл елдерде
Күн батареяларын үй шатырларына орналастырады. Ал Испанияда 2007
жылдың наурыз айынан бастап
жаңадан салынған үйлер Күн су
жылытқыштарымен жабдықтала бастады. Ол ыстық суға деген сұранысты
30%-дан бастап 70%-ға дейін қамтамасыз ете алады.
2.4 Гелиостанцияна негізделген электр энергияның құны.
Сарқылмас энергия көздерінің генерациясының ішінде күн электр
станциясының өзіндік құны салыстырмалы түрде биік. OpenEI Transparent
Cost Database ашық мәлімдемесі бойынша фотоэлектрлік күн электр
станциясының энергия өндіру құны басқалармен салыстырғанда өте жоғары,
атап айтқанда, жылулық күн электр станциясынан 13 есе, құрлықтық жел
электр станцияларынан 2 есе және басқа энергия көздерінен салыстырмалы
түрде 4-5 есе артық.
Алайда соңғы жылдары фотоэлектрлік күн электр станцияларының
өзіндік құнының төмендегені анық корінеді. Осыған орай Күн энергиясын
электр энергиясына айналдыратын құрылғыларды пайдалану деңгейі жылдан-
жылға өсіп келеді. Мысалы: 2005 жылы жұқа қабыршақты фотоэлементтер
нарықтың 6%-ын құраса, 2006 жылы бұл көрсеткіш 7%-ға жетті, ал 2007
жылы 8%-ға, ал 2009 жылы 16,8%-ға дейін өсті. Яғни 1999 жылдан 2006
жылға дейін жұқа қабыршақты фотоэлементтер өндірісі жыл сайын орташа
есеппен 80%-ға өсіп отыр. Ал Күн энергиясының Еуропа елдерінде
қолданылуына шолу жасасақ, 2010 жылы Германияда электр энергиясының
2%-ы фотоэлектрлік құрылғылардан алынса, Испанияда бұл көрсеткіш 2,7%-
ды құрайды.Ол тікелей станция құрылысына керек негізді құралымдардың
сатылу бағасының төмендегенімен түсіндіріледі. Ал ол өз кезегінде
энергетика нарығындағы дәсекелестікпен көрсетіледі.
Кесте 1 - Өзіндік құнның салыстыру көрсеткіштері. (2011-2014 жыл,
долл.кВт·сағ)
Нақты айтатын болсақ 2008-2014 жылдар арасында көрсеткіш
минималды түрде 0,21 ден 0,14 долл.кВт·сағ. дейін төмендеген. Бұл әрине
күн энергетика саласының қарқында дамып жатқанын көрсетеді. Осының
салдарынан 2025 жылға қарай әлемдiк энергетикалық теңгерiмдегi
энергияның жаңғыртылатын көздерiнiң үлесi қазiргi 5%-дан 10%-ға дейiн, ал
20 Электр энергия көзі
Төмен
Орташа
Жоғары
Күн электр станциясы
0,17
0,19
0,20
Жел энергиясы (теңіз)
0,09
0,12
0,17
Геотермалды энергия көзі
0,04
0,06
0,12
Су электр станциясы
0,03
0,06
0,11
Табиғи газ
0,02
0,05
0,07
АЭС
0,01
0,06
0,11
Көмір
0,04
0,05
0,11
2050 жылға қарай 50%-ға дейiн өседi, 2010 жылға қарай ЕО елдерiнде бұл
үлес 12%-ға дейiн (2000 жылғы 6%-ға қарағанда), ал жалпы электр энергиясы
өндiрiсiнде 22%-ға дейiн ұлғаяды.
2.5 Күн энергетикасының негізі
Күн энергиясын электр энергияна түрлендіретін үш негізгі
түрлендіргіштерді құрайды. Олар:
Фотоэлектрлік түрлендіргіш - яғни жартылай өткізгішті құрылғы. Күн
энергиясын тікелей электр энергиясына түрлендіретінерекшелігі бар.бірнеше
бірккен фотоэлектр түрлендіргіштер күн батареяларын .
Гелиоэлектр станциясы - бұл негізінде жылулық немесе басқа да электр
машиналарын жұмысқа келтіру үшін жоғары концентрацияланған күн
сәулесін қолданатын электрлік құрылғы.
Күн электрстанциясы түнде жұмыс жасамайды, таңғы және кешкі
уақыттарда жеткілікті тиімді жұмыс істемейді.
Күн коллекторлары - аз температураға негізделген қыздырушы
құрылғы.
Қазіргі уақытта көбіне екі типті күн электр салынып жатыр:
Мұнара типті күн электр станциясы
Модульді күн электр станциясы
Күн электр станциясы
Күн радиациясын электр энергиясына түрлендіруге мүмкіндік беретін
инженерлік қондырғы. Дәл осы түрлендірулердің бірнеше түрлері бар және
олар станция құрылымына байланысты.
Күн электростанциялары күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына
түрлендіреді. Ол келесі түрде болады:
Фотоэлектрлік әдіс
-
фотоэлектрлік генератор көмегімен күн
энергиясын электр энергиясына тікелей түрлендіреді.
Фотоэлементтің Күн батареялары сияқты фотондар энергиясын электр
энергиясына айналдыратын электрондық құрал екендігі аян. Сыртқы
фотоэффект құбылысына негізделген ең алғашқы фотоэлемент физика
ілімінде XIX ғасырдың аяғында пайда болды. Оны белгілі орыс ғалымы
Александр Столетов жасап шығарған. Өндірістік масштабтардағы
фотоэлементтердің пайдалы әсер коэффициенті орташа есеппен 16% болса, ең
жақсы үлгілердікі - 25%, ал лабораториялық жағдайларда 43,5%-ға дейін
жетеді. Фотоэлементтің жұмыс істеу принципі металдан (калий, барий) не
жартылай өткізгіштен жасалған электродтың (фотокатод) бетіне
электормагнит сәуле түсіргенде фотоэффект құбылысының пайда болуына
негізделген.
Термодинамикалық әдіс - күн энергиясын алдымен жылу энергиясына,
одан кейін электр энергиясына айналдырады . Ал бірақ фотоэлектрлік әдіске
21
қарағанда термодинамикалық әдіс арқылы
электростанциялардың қуаты жоғары болып есептеледі.
3 Сурет - Фотоэлемент құрылысы
жұмыс
істейтін
Фотоэлементтің
сыртқы фотоэффект
және
ішкі фотоэффект
құбылыстарына негізделіп жасалған
түрлері бар. Мысалы: сыртқы
фотоэффектіге негізделгені электровакуумды фотоэлемент болса, ішкі
фотоэффектіге вентильді, жартылай өткізгішті, жаппалы қабатты
фотоэлемент түрлері негізделіп жасалған. Соның ішінде жартылай өткізгішті
кремний кристалынан жасалған фотоэлементтер (пайдалы әсер коэффициенті
15%-ға жуық) ғарыштық ұшу аппаратының қоректендіру көзі ретінде
радиациялық құбылыстарды зерттеуде, т.б. жағдайларда да пайдаланылады.
Сондай-ақ бүгінгі кезде фотоэлементтерді әр түрлі көлік түрлеріне -
қайықтарға, электромобильдерге, гибридті автокөліктерге, ұшақтарға,
дирижабльдерге, т.б. орнату мүмкіндігі бар. Италия мен Жапония сияқты
мемлекеттерде фотоэлементтерді темір жол поездарының шатырына
орналастырады. Соның ішінде Solatec LLC компаниясы Toyoto Prius гибридті
автокөлігінің шатырына орналастыруға арналған жұқа қабыршақты
фотоэлементтерді сатумен айналысады. Жұқа қабыршақты фотоэлементтердің
қалыңдығы 0,6 мм ғана болғандықтан, ол автокөліктің аэродинамикасына еш
әсерін тигізбейді. Күн батареялары мен фотоэлементтерден бөлек Күн
энергиясын электр энергиясына айналдыратын адамзат ойлап тапқан
құрылғыларға:Күн коллекторлары; Күн электр станциялары; гелиожүйелер,
т.б. жатады.
Еуропалық елдерден бөлек осы саланың дамуына үлес қосып келе
жатқан мелекеттер бар. Олар 2012 жылғы сараптама бойынша 7-10 ГВт күн
электр энергиясын пайдаланатын Қытай, АҚШ және Жапония.
Соңғы жылдары күн энергетикасын қарқынды дамытып келе жатқан
Қытай мемлекеті. Ол 2 жылдың ішінде даму көрсеткішін 10 есе арттырған
болатын, яғни 2011 жылы 0,8 ГВт болса, 2013 жылы көрсеткіш 8,3 ГВт дейін
өскен.
22
Renewable Energy Policy Network for the 21st Century (REN21)
зерттеулері бойынша 2013 жылғы сараптама бойынша күн энергиясының
жылулық түрленуі 255 ГВт көрсеткен. Бұл станциялардың ең басты мақсаты
суды жылу және жылумен қамту жүйесіне негізделген.
2.6 Фотоэлектрлік әдістің ерекшелігі
Фотоэлектрлік күн электр станциясындағы негізгі элемент ол - күн
батареялары. Күн батареялары - жұқа кремний қабықшасынан және басқа
жартылай өткізгішті материалдардан тұрады. Тікелей күн энергиясын тұрақты
электр тоғына айландыру үшін қолданылады.
Фотоэлектрлік түрлендіргіштер сенімділігімен, төзімділігімен
ерекшелінеді, ал олардың жұмыс істеу жарамдылығы тіпті шектеусіз. Олар
қуатты бағытталған күн сәулесін де, әлсіз күн сәулесін де түрлендіре алады.
Қондырғының ыңғайлы салмағы, сенімділігі, қолдану жеңілділігі және
құралымының модульді түрі оларды кез келген қуатқа арнап жасауға
мүмкіндік береді.
4 Сурет - Фотоэлекторторлық әдістің жұмыс істеу принципі.
Ал күн батареяларының кемшілігіне, құнының жоғарылығын және
пайдалы әсер коэффициентінің төмендігін жатқызуға болады.
күн батареялары аз қуатты, автономды электрмен жабдықтау
орталықтарында, радионавигациялы қуаттану аппараттарында және
самолеттерде қолданылады. Болашақта күн батареялары үлкен коплексті
тұрғын үйлерді электрмен жабдықтауда және жылу орталықтарында
қолданылатын болады.
2.7 Фотоэлектрлік түрлендіргіштің артықшылығы және кемшілігі
Жоғарыда келтірілген мысалдардан біз адамзат үшін Күн
энергетикасының ауадай қажет екенін түсінеміз. Күн энергиясын
пайдаланудың өзіндік артықшылықтарымен қатар кемшіліктері де бар. Атап
айтсақ, артықшылықтары: 1) Күн энергиясы бәріне бірдей қолжетімді; 2) ол
сарқылмайды; 3) қоршаған ортаға қауіпсіз; кемшіліктері: 1) ауа райы мен
23
тәуліктің уақытына тәуелді; 2) Күн энергиясын алу үшін қолданылатын
құрылғылардың қымбаттылығы; 3) оны шағылдыратын бетті периодты түрде
тазалап отыру қажет; 4) электр станциясының жанында атмосфера ысып
кетеді; 5) энергияны аккумуляциялау қажет. Соған қарамастан Күн
энергетикасына деген сұраныстар жыл сайын артып келеді.
Ал принциппен жұмыс істейтін қодырғылар негізінде, сәулелік кванттар
арқылы, жартылай өткізгішті материалдардан электрондарды бөледі. Сол
арқылы сәулелік энергия электр энергиясына айналдырады. Қазіргі таңда
дамыған күн энергетика саласында, жартылай өткізгішті түрлендіргіштерді
жасауда химиялық таза кристалды кремнииді кеңінен пайдаланады .
рSі-nSі негізінде жасалған қазіргі қарапайым фотоэлектрлік
түрлендіргіштің құрылымы төменде келтірілген. Жекеленген осы типтегі
фотоэлектр түрлендіргіштерінің ПӘК-і 14% құрайды. Дей тұрғанымен бұл
түрлендіргіштің бос жүріс кернеуі 0,6В, ал қысқа тұйықталу тогының
тығыздығы 40мАсм2 дейін жетеді.
Көптеген тұтынушылардың жұмысын қамтамассыз ету үшін кернеу мен
токтың бұл көрсеткіші, әрине, жеткіліксіз. Осындай жағдай кезінде параллель
және тізбектей жалғанған, дәл жоғарыдағыдай фотоэлектрлік
түрлендіргіштер, керекті қуат пен шығыс кернеуді қамтамссыз ететіндей, күн
модульдеріне шоғырланады. Ал модульдердің құны, олардың құрылымында
қолданылатын негізгі монокристалды кремний пластинасының қалыңдығына
300-500 мкм байланысты. Бұндай құрамында Sі бар пластиналар,
температурасы 1000° асырып алынған монокристалды, диаметрі шамамен 150
мм болатын цилиндрді өңдеп кесу арқылы алуға болады. Бұл өте қымбат
тұратын материалды кесу және өңдеу үшін де көп көлемде қаржылық қор
керек. Сол себепті де үлкен масштабты жобалар үшін кремнииді қолдану өте
тиімсіз.
Аталмыш қиындыққа да ғалымтар шешім тапты деуге болады. Олар
монокристалды кремний фотоэлектр түрлендіргішінің орнына жұқа пленкалы
түрлендіргішті қолдану айтарлықтай тиімді екенін дәлелдеді.
Түрлендіргіштердің көп көлемде шығару кезінде құнының төмендеуі және
қалындығының шамамен 100 есе азаюы, күн энергетикасының дәл осы
саласының дамуына айтарлықтай үлкен серпіліс берді. Жұқа пленкалы
фотоэлектр түрлендіргішінің типті конструктивті технологиялық схемасы
төменде көрсетілген.
Фотоэлектрлік түрлендіргіштердегі негізгі орны толмас энергия
шығындары келесі мәселелерге байланысты:
-Турлендіргіш бетіннен күн сәулесінің шағылысу дәрәжесімен;
-Фотоэлекторлыктурлендіргіштен жұгылусыз еткен сәулеге;
-Фотонның пайдалы энегиясының жылулық торкөздегі
жарамсыздануына;
-Фотоэлектор түрлендіргіштің бетіндегі жэне ішкі көлемінде пайда
болған фотобудың орналасуына және әсеріне байланысты;
-Түрлендіргіштің ішкі кедергісіне;
24
-Басқа да физикалық процестерге байланысты.
Жоғарыда айтылған фотоэлектрлік түрлендіргіштегі шығындарды
алдын алу, азайту және болдырмау шаралары жүргізіліп жатыр. Олардың бір
қатары:
Күн сәулесінің тыйым салынған аймағы тиімді түрде таңдалынған жартылай
өткізгішті пайдалану;
Жартылай өткізгіштің структуралық қүрылымын тиімді жабдықгау жэне
арнайы белгіленген электр өрісін қүру аркылы жақсарту;
Гомогендік, гетерогендік жэне варизондық қүрылымды жартылай
қгкізгіштерді пайлалануды қолға алу;
Фотоэлектрлік түрлендіргіштердің қүрылымды параметрлерін тиімді ету
Жарықгануды қалыпқа келтіретін, термореттеу және фотоэлектрлік
түрлендіргіштерді гарыштық радиациядан қорғайтын көп функциялы
оптикапык кабаттарды қолдану;
Жүтылу жолағының шетінде көрінбейтін күн спекгорлы аймағы бар
фотоэлектрлік түрлендіргішгер дайындау;
Каскадты фотоэлектрлік түрлендіргіштерді жасау. Оның ерекшелігі,
арнайы келтірілген тыйым салынган аймагы бар, жартылай өткізгіштердегі әр
каскадта түрлендіруді қамтамассыз етеді.
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 энергиясы су жылыту үшін де, электр энергиясын ендіруге де
кеңінен қолданылады. Күн коллекторлары қол жетімді материапдардан
жасалады: мыс, алюминий, болат және т.б, яғни оны жасауда қымбат әрі сирек
кездесетін кремний қолданады. Ғаламшар бетіндегі энергия мұхит ағыстары
және әр түрлі бағытғы желдер арқылы таралады.
Жерегі сәулелі энергия тепе теңдігі төменгі суретте көрсетілген. Жерге
түскен күн сәулесі энергиясының шамамен 28%-ы бұлттар мен аэроқабатқа
шагылысу нәтижесінде, қайтадан ғарыш кеңістігіне оралады. Күннен Жердеге
келетін жылулық немесе инфрақызыл сәулелер шамамен 114 болады. Оның
42% ы атмосфера арқылы келсе, қалғаны қайта гарышқа кетеді. Ғаламшар
бетіндегі энергия мұхит ағыстары және әр түрлі бағытғы желдер арқылы
таралады. Ғаламшар бетіндегі энергия мұхит ағыстары және әр түрлі бағытғы
желдер арқылы таралады.
25
5 Сурет - Фотоэлектрлік элемент
Яғни бұл тиімділігі өндірілген энергия құнының айтарлықтай төмен
болуына өз пайдасын көрсетеді. Қазіргі таңда дәл осы күн энергиясы арқылы
су жылыту, энергия түрлендірудің ең ыңғайлы тәсіліге түрленіп отыр.
2.8 Термодинамикалық әдіс ерекшелігі
Термодинамикалық күн электростанцияларында толғаулылы сәуле
жұтқыш қабаты бар, жылу алмастырғыш элементтер қолданылады. Олар
түскен сәуленің 97%-ына дейінгі мөлшерін қабылдайды. Бұл құрылғылар
қарапайым күн сәулесінің өзінен 200°С және одан да жоғары температураға
дейін қызатын мүмкіндігі бар. Осы қондырғылардың көмегімен суды
қарапайым бу қазандақтарында буға түрлендіруге болады. Осы процес бу
трубиналарында тиімді термодинамикалық циклді байланысты. Күн бу
трубинасының ПЭК-і 20% ға дейін болады.
Осы эффектінің негізінде аэростатты күн электр станциясының
құралымы ойлап болады. Бұл станцияның энергия көзі - сулы буға
толтырылған аэростатты баллон. Баллонның сыртқы қабаты күн сәулесін
өткізеді, ал ішкі қабаты толғаулылы сәуле жұтқыш қабықшадан тұрады. Дәл
осы құрылым баллон ішіндегі сұйықтықты 150-180°С дейін қыздыруға
болады.
Баллоннан алынған бу, ыңғайланған бу жолдары арқылы бу
трубинасына беріледі, ал трубина шығысында конденсатор арқылы қайтадан
суға айналады. . Алынған будың температурасы шамамен 130-150°С болады
және қысымы дәл атмосфера қысымымен тең шамада. Ыстық бу арқылы
баллон ішіндегі суды айналымға келтіріп бу генерациясын айналады.
Конденсатордағы суды насостың көмегімен қайта баллонға алып келеді. Күн
бойына жиналған будың арқасында, бұндай электростанция жұмыс істей
алады. Тәулік бойында турбогенератордың қуатын, тұтынушылар сұранысына
қарай реттеуге болады. Жер атмосферасына келетін күннің сәулелі энергиясы
жалпы есеппен 180 млн. ГВт қа тең. Ал жыл бойына Жер атмосферасына
келетін сэулелі энергия 1,57*10 кВт. сағ. тең. Бұл энергияның 45%-ы көрінетін
жарық ретінде (толқын ұзындыгы 0,4.0,75 мкм), 45%-ы инфрақызыл
(жыпулық) сәуле, ал 10% -ы ультрафиолетті сәуле түрінде болады.
26
6 Сурет - Жалпы сұлба.
Ал күн электростанцияларын жер үстіне, тіпті мұхит, таулардың үстіне
жайгастыруга болады. Бұл жағдайлардың өз жағымды және қолайсыз жақтары
бар. Жерегі сәулелі энергия тепе теңдігі төменгі суретте көрсетілген. Жерге
түскен күн сәулесі энергиясының шамамен 28%-ы бұлттар мен аэроқабатқа
шагылысу нәтижесінде, қайтадан ғарыш кеңістігіне оралады.
Мысалы бу тасымалдағыш жолдарды ыңғайлы орналастыру,
турбогенератордың орналасуы, сонымен қоса баллондардың ұшақтардың ұшу
жолына кедергі келтірмеу
2.9 Күн коллекторлары
Күн коллекторлары - күн сәулесіндегі энергияны жинау мақсатында
жасалған қондырғы. Жоғары ПӘК-ке ие, жалпы спектрдегі күн сәулесінің
арқасында жылу таратқышты (су, май, су тұнбасы және антифриза)
қыздыратын қондырғы термиялық күн коллекторы десек болады. Күн
коллекторлары негізінде жылу энергиясын өндіруде жиі қолданылады. Атап
айтқанда, тұрмыстық және өндіріс орындарын жылыту мақсатында, өндірістік
процестерді жэне тұрмыстық қажеттілікті өтеу үшін ыстық сумен қамту
мақсатында көп қолданылады.
Күн коллекторларының келесідегідей түрлері кездеседі:
Жалпақ күн коллекторлары;
Вакуумды күн коллетторлары;
Концентратор - күн коллекторлары.
Күн коллекторының абсорбері (бұл негізінде, қара метал қабат) күн
сәулесінің арқасында қызып, алынған жылуды жылу тасымалдағышқа береді.
Ал жылу тасымалдағыш абсорбердің мыс трубаларындағы кез-келген
сұйықтық болуы мүмкін.
27
7 Сурет - Стандартты жалпақ коллектор
Бу, трубаның жоғарғы бөлігінде орналасқан, конденсаторға көтерілу арқылы
конденсацияланады және коллекторға жылу береді. Күн сәулесі сирегенде
вакуумды коллекторлар, жалпақ коллекторларға қарағанда, жоғары пайдалы
әсер коэффициентімен ерекшеленеді. Сыртқы қабатының айналмалы болуы
себебінен бұндай коллекторлар кең көлемді бұрыштық диапазонға ие.
Көмірсутекті өнімдердің өте көп өндірілуі климаттың өзгеруіне,
жылыжайлы эффектінің қалыптасуына әкелетіні шындық. Аталған жайттар
Жер шарының көптеген аймақтарында қазірдің өзінде-ақ байқалып отыр.
Сондықтан да дүние жүзі ғалымдары бұл тығырықтан шығудың жолдарын
ғылыми-тәжірибелік тұрғыдан қарастыруда. ҚР Ұлттық инженерлік
академиясының академигі Надир Надиров пікіріне сүйенер болсақ: Күн
энергетикасы көмегімен адамзатқа төніп тұрған аталған қауіптен арылуға
болады. Осымен байланысты ҚР-да дүние жүзіндегі озық тәжірибелерді
қолдана отырып мемлекет тарапынан электр энергиясын мұнай мен газға
альтернативті энергетика ретінде Күн энергиясынан алуға баса назар
аударылып отыр.
Күн батареялары параллел және тізбектей жалғанған,
фотоэлементтерден құралады. Барлық фотоэлементтер өткізбейтін каркастан
құралады. Бұндай конструкция оларды тиісті шамалар (ток және кернеу)
бойынша жинау артықшылығын береді. Тағы бір ыңғайлылығы - істен шығып
қалған фотоэлементтерді оңай алмастыруға болады.
Күн энергетикасы қазіргі кезде қарқынды дамып келеді. Инженерлер
тұтынушыларды осы саладағы жаңа жетістіктерімен қуантуда. Мысалы,
SunRed компаниясының фотогальваникалық элементті электордвигательмен
жұмыс істейтін Solar Bikе мотороллеры, Mitsubishi компаниясының күн және
жел энергиясын пайдаланатын MiEV (Mitsubishi innovative Electric Vehicle)
автомобильі
28
Жер бетіндегі энергия ресурстарының шектеулілігі күн энергетикасын
дамытуды қажет етеді.
2.10 Күн коллектор және оның ерекшілігі.
Су қыздыру процессінің конструкциясын жалпылама түсіндіретін,
ол -- күн коллекторлары. Күн коллекторлары тек суды ғана емес, ауаны және
басқада сұйықтыктарды ысытады. Жерегі сәулелі энергия тепе теңдігі төменгі
суретте көрсетілген. Жерге түскен күн сәулесі энергиясының шамамен 28%-ы
бұлттар мен аэроқабатқа шагылысу нәтижесінде, қайтадан ғарыш кеңістігіне
оралады. Күннен Жердеге келетін жылулық немесе инфрақызыл сәулелер
шамамен 114 болады.Қазіргі уақытта төменгі температуралы күн электр
орталықтарында жалпақ күн коллекторлары кеңінен пайдаланады. Бүл
коллектордар басқаларға қарағанда берілген көлемдегі сүйықтықты
толығымен емес біртіндеп, яғни бөліктеп ысытады. Одан әрі қыздырылған
сұйықтықтың бөлігі арнайы резервуарға ауысады. Осы процес айтылған күн
электр орталығының жұмыс эффективтілігін жоғарылатады.
Ал конструкциялық түрде күн коллекторлары келесі бөліктерден
құралады: жалпы корпус, жылу изоляциядан, жылу жұтымды материалдардан,
және жылу тасымалдагыш каналдардан. Ол каналдарды жалпылама абсорбер
деп айтылады. Және ең соңында түссіз айналы жамылғыдан тұрады. Күн
коллекторының жұмысының эфективтілігін арттыру үшін ол күн сәулесінің
концентрациясымен құралады.
Төмен температуралы жылуды, жылу эффектісі принципі арқылы
жұмыс істейтін, жалпақ коллекторлар кемегімен пайдаланады. Бұл эффектінің
физикалық түйіні, коллектор бетіндегі айнапы жамылғыға түскен күн сәулесі
еш кедергісіз коллектор ішіне ене алатындығында. Сонымен ішке енген күн
сәулесі сәйкесінше жылу қабылдагьппқа түсіп оны бергіленген температураға
дейін қыздырады. Күн энергиясы қоршаған ортаға қауіпсіз, экологиялық таза
және оны алу жолдары қиын емес.
Қазiргi заманғы күн фотоэнергетикасы қуаттылығы соңғы жылдары
бұрын-соңды болмаған жылдамдықпен жылына 30-40%-ға өсiп отырған
гетероқұрылымдар негiзiнде кремний фотоэлементтерiне негiзделедi.Жердегі
күн қондыргыларыньщ күн сәулелену интенсивтлік спекторы 0,4 -- 1,8 мкм
болғандақтан айналы жамылгы ретінде қарапйым әйнекті алуга болады.
Әйнектің откізу коэффициенті берілген спектр диапозонында 95 %-ке тең.
Күн коллекторының астыңгы жагында орналасқан жылу қабылдагыш, сәуле
жұту коэффициенті 90%-га тең абсорбациялық жамылғыдан түрады.
Айтылған абсорбация жамылғысы, сыртқы әйнексіз, тікелей бағытталган күн
сәулесін жұту арқылы, түскен сәуленің жалпы қуатының есебінен 50 -- 80°С
дейін қызады. Қазақстан ғалымдары бұрын отандық шикiзаттан
металлургиялық және жартылай өткiзгiш кремний алу технологиясы
саласындағы қолданбалы ғылыми зерттеулер жүргiздi. Осы температураларға
дейін қызған дене өзінен жылулық энергия шығарады. Ал бұл энергияның
негізгі қуаты инфрақызыл диапозонда орналасқан.
29
2.11 Күн сәулесіні параболлалық концентратор сипаттамасы
Доға тәрізді концентраторлар құралымында айырмашылықтар бар.
Станция жекешеленген модульдерден құралады. Модуль, қабылдағыш пен
сәуле шашыратқыш бекітілетін, тіректен тұрады. Қабылдағышта сәуле
шашыратқыштан қабылданған күн сәулесі шоғырланады. Ал қабылдағыштың
өзі сәуле шашыратқыштан айтарлықтай алыс қашықтықта орналасады. Сәуле
шашыратқыш доға тәрізді айналардан құралған. Айналардың диаметрі 2 метр,
ал олардың саны берілген модульдің қуатына байланысты. Бұндай типті
станциялар автономды-жалғыз немесе желіге қосылатын бірнеше ондаған
модульдерден құралуы мүмкін.
8 Сурет - Қабылдағыш концентратор
Параболалық концентраторлардың жұмыс істеу приципі - параметрлері
бойынша жылу таратқыштарды жылытып, оны турбогенераторға жұмыс
істеуге негіздеу.
Станцияның құрылысы: ферменді құралымға келтірілген үлкен
ұзындықтағы парабола тәрізді айна, парабола фокусында трубка орналасқан.
Ол трубка арнайы сұйықтықпен толтырылған. Сұйықтық көбіне май болады.
Барлық процесті өткізіп жылу тасығыш қызып, жылу алмастырғыш
аппараттарға қыздырылған суды береді. Содан кейін қабылданған су буға
айналып турбогенераторға беріледі.
9 Сурет - Концентратор параболойд.
Жер атмосферасына келетін күннің сәулелі энергиясы жалпы есеппен
180 млн. ГВт-қа тең. Ал жыл бойына Жер атмосферасына келетін сэулелі
энергия 1,57 10 кВт. сағ. тең. Бұл энергияның 45%-ы көрінетін жарық ретінде
(толқын ұзындыгы 0,4.0,75 мкм), 45%-ы инфрақызыл (жылулық) сәуле, ал
10% -ы ультрафиолетті сәуле түрінде болады.
30
Жердегі сәулелі энергия тепе теңдігі төменгі суретте көрсетілген. Жерге
түскен күн сәулесі энергиясының шамамен 28%-ы бұлттар мен аэроқабатқа
шагылысу нәтижесінде, қайтадан ғарыш кеңістігіне оралады. Күннен Жердеге
келетін жылулық немесе инфрақызыл сәулелер шамамен 114 болады. Оның
42% ы атмосфера арқылы келсе, қалғаны қайта гарышқа кетеді. Ғаламшар
бетіндегі энергия мұхит ағыстары және әр түрлі бағытғы желдер арқылы
таралады.
Сонымен қатар ауа райының өзгеруіне байланысты электр
станциясының қуаты тез және күтпеген уақытта амплитуда болуы мүмкін.
Осы кемшіліктерді жою үшін тиімді электрлік аккумуляторларды пайдалану
немесе үлкен аймақты алатын гидроаккумулирлейтін станцияларды қарау
керек немесе әлі экономикалық тиімділіктен алшақтау сутекті энергетиканың
концепциясын пайдалану.
Күн электр станциясына күнді бақылаудың азимуталды жетегінің
автоматика жүйесімен жабдықталған күн фотобатареясы белгіленген,
азимуталды бұрылыс жетегі бар вертикалды білік қарастырылады, ал
азимуталды бақылаудың кері жағындағы күн фотобатареясының кері жағында
командалық фотоэлемент қарастырылады, оған полярланған шағын тоқты
және реверсивті жетектің атқарушы релесі жатады, ол күн фотобатареясының
күннің зениттік максималды бұрышының жартысына тең болатын
горизонталды жазықтыққа қатысты бұрышта бекітілген және теңдей екі
бөлікке айырылған, олардың арасында шағылыстыратын беттігі бар
вертикалды пластина бекітілген, және күн фотобатареясының жартысының
бір атаулы фазалары реленің орамасынан кейінгі бөлетін диодтары бар,
шағын тоқты полярланған реленің орамасына қарсы жалғанған.
Бұрылысының тік және көлденең біліктері кіретін, күн қуатын
электрлікке түрлендіруге арналған электр станциялары белгілі, солардың
соңғысында фотобатареяның күнге бағдарлану біліктерінің бұрылыс жүйесі
бар, күн фотобатареясы құрастырылған.
Электр станцияның кемшілігі
-
тиімділігінің төмендігі болып
қарастырылады, яғни зенитті қондырғы айына немесе бір тоқсанда бір мәрте
қолмен жайғастырылады, бұл ендігі мен жыл мерзімі бойынша
орташаландырылған азимутқа сәйкес қарастырылады. Электр станцияның
тәуліктік айналымы күн сәулесімен қыздырылатын, цилиндрлі екі
терможетектермен автоматты түрде қарастырылады, бұның температураның
төмендігінде және қатты жел кезіндегі сенімділігі төмен. Сонымен қатар олқы
тұсына станцияны бастапқы кешкі-таңертеңгі күйіне жетеді.
Өнертабыстың прототипі - өзіне азимуталды бұрылыстың жетегі бар
вертикалды білігі кіретін күн қуатымен жұмыс жасайтын электр станциялары
болып қарастырылады, онда алаң аталған біліктің жоғарғы ұшында, алаңнан
жоғары, зенитті бұрылыс жетегі бар горизонталды білік бекітілген, онда
полярланған шағын тоқты және реверсивті қозғауыштардың атқарушы релесі
кіретін командалық фотоэлемент кіретін, күнді бақылаудың зенитті және
31
азимуталды жетегінің автоматика жүйесімен жабдықталған күн
фотобатареядан құралған.
Прототиптің кемшілігі - өткінші және уақытша бұлтты кездердегі
сенімділігінің төмендігі, таңертең жұмыс күйіне автоматты түрде жайғастыру
мүмкін еместігі. Бұл бақылау қондырғысының түтікшеде орналасқан
фотоэлементтерде орындалғанына байланысты. Бірнеше минутқа созылатын
бұлтты кезде, күн сәулесі болмағанда, бұл құрылғы жұмыс жасамайды, ал
бұлт қайтқаннан кейін күн сәулесі құрылғының түтікшесіне түспейді және
станция күнге бағдарлама жасамайды. Ал өткінші бұлтты кездерде бұндай
жағдай күніне әлденеше мәрте болуы мүмкін. Күн ашық кездерде де түнгі
мезгілде станция күн батысқа қарайды, ал таңертең шығыстағы күн шығысқа
бұрылады. Станция бұрыла алады, қолмен баптау керек.
10 Сурет - Күн батареялары
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
уақыттың 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 пайдалану керек.
2.12 Біріккен немесе гибритті күн электростанциялары
Көп жағдайда басқа күн электростанцияларында ыстық су алу үшін
қосымша жылу алмастырғыш аппараттар қолданылады. Ол аппараттар
техникалық процестер, ыстық сумен жабдықтау және жылыту негізінде
қолданылады. Осы негізде де біріккен күн электростанциялары жұмыс істейді.
Мысалы бір аумаққа күн шоғырландырғыштарымен қоса фотобатареялар
орналастыруға болады.
32
Бұл жүйенің нақты сипаттамасы 7-ші суретте көрсетілген. Көрсетілген
жүйеде эллипсті бағдарлаушы айналардың жүйеленген тобы орналасқан.
Айналар бетіне түскен күн сәулесі тікелей мұнара үстінде орналасқан
қазандыққа фокусталады. Ал биік мұнараны айнала біріккен электр өндіруші
құралымдар орналасқан. Олар: ажыратқыштар, орталықтандырылған басқару
пульті, қойма, жөндеу орындары, ұйымдастырушы корпустар, сақтауға және
бақылауға арналған бөлімдер. Ал салқындатқыш құралымдары, айналар
орналасқан ауданнан тыс ... 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