Научная работа на тему "Күн энергиясы"

ОҚО  Мақтарал ауданы,  Жетісай қаласы.

«№1 М.Горький атындағы мектеп-гимназия»

коммуналдық мемлекеттік мекемесі

 

 

«Инновациялық идеялар мен жобалар» байқауы

 

«КҮН ЭНЕРГИЯСЫН ТИІМДІ ПАЙДАЛАНУ»

 

 

 

Орындаған: Әлімбай Бақыт

10 «В» сынып оқушысы

 

 

                              Жоспар.

 

I.            Кіріспе

II.        Негізгі бөлім

а) энергияны пайдалану жолдары

б) күн энергиясы

III.  Зерттеу бөлімі

а) күн энергиясын тиімді пайдалану әдісі

ә) күн энергиясының тиімді және тиімсіз жақтары

б) күннен ток алу сызбанұсқалары

IV. Қорытынды

V. Пайдаланылған әдебиеттер

 

 

 

 

 

 

 

                                       

                    

 Кіріспе

Адамзатқа энергия қажет және жыл сайын оның қажеттілігі артып келе жатыр. Бірақ мұнай, көмір, газ және т.б. қоры шексіз емес. Бұл мәселені шешудің екі жолы бар: энергоресурстарды үнемді жұмсау және баламалы энергия көздерін пайдалану.

         Қазіргі заманды электр энергиясынсыз елестету мүмкін емес. Сол себепті де, электр энергиясын алудың шығыны аз, экологиялық таза көздерін табу бүгінгі күннің негізгі мәселесіне айналып отыр. Соңғы кездері экологиялық проблемалар, пайдалы қазбалардың жетіспеушілігі және оны географиялық біркелкі емес таралуы салдарынан электр энергиясын өндіру, жел энергетикалық құрылғыларды, күн батареяларын, газ генераторларын пайдалану арқылы жүзеге аса бастады.

Электр энергетикасы – энергетиканың басты құрастырушысы, оның басты міндеті — электр энергиясының тұтынушыларын электрлік энергиямен жабдықтау үшін электр энергиясын тиімді жолмен өндіру, тарату және үлестіру. Бұл сала кез келген елдің әлеуметтік және эконономикалық дамуының маңызды бөлігі, себебі электр энергиясының энергияның басқа тасымалдаушыларынан көрі бірқатар ерекшеліктері бар: үлкен қашықтыққа таратудың, тұтынушылар арасында үлестірудің және энергияның басқа түрлеріне (механикалық, жылулық, химиялық, жарықтық және басқа да…) түрлендірудің салыстырмалы жеңілдігі.

Электрлік энергияның маңыздылығы  — оны бір уақытта өндіріп, сол уақытта тұтынуға болады.

                 Энергияны пайдалану жолдары

 

Әлемде энергия қоры тапшы. Сондықтан болар, дамыған елдің бәрі баламалы энергия көзін қолданысқа енгізумен әлек. Күн, жел энергетикасы сынды қуат көздерін дамыту бүгінгі күннің басты қажеттілігіне айналып келеді. Тіпті, елімізде өтетін «ЭКСПО-2017» халықаралық көрмесіне ұсынылған тақырып та осыған орайлас, яғни, «Болашақтың энергиясы!»

Жел энергиясы жөніндегі әлемдік кеңестің мәліметі бойынша, 2020 жылы жел электр стансалары өндіретін электр энергиясының көлемі жаһандық тұтыну деңгейінің 12 пайызын қамтамасыз етуі мүмкін.

Қазақстан жерінде өзен, көл, мұздақтар мен жер асты суының таралуы және олардың деңгейлік ерекшеліктері ең алдымен климат факторына, жер бетіне түсетін жылу мен ылғалдың арақатынасына тәуелді. Су қорларының ішінде, әсіресе, өзен және көл ағындарының маңызы аса күшті. Бірақ көпшілік өзен-көлдердің деңгейлері үнемі күрт ауытқып отырады: кей жылдары су мөлшері қалыпты орташа деңгейден 2-4 есе артық болса, қуаң жылдары көптеген айдындар мүлдем құрғап қалады. Аридтік аймақта жайласқан Қазақстанның маңызды табиғи қорларының бірі – жер асты суы. Су қорлары кең байтақ аумақта біркелкі таралмаған.

Қоғам дамыған сайын энергия тұтыну қажеттігі қарқындап өсе түседі. Әсіресе электр энергиясының орны ерекше, себебі энергияның басқа түрлерімен салыстырғандағы, оның бірнеше артықшылықтары электр энергиясын өте аз шығынмен энергияның кез келген басқа түріне оңай айналдыруға және оны алыс қашықтыққа жеткізуге мүмкіндік береді.

Қазақстанның балама энергия көздері бойынша әлеуеті аса зор. Экспорттық бағамдау негізінен алғанда еліміздің құрамына гидроэнергия, жел және күн энергиясы кіретін ресурстық әлеуеті 1 триллион кВт/сағат мөлшеріне тең деп жобалануда. Ақиқатында Қазақстандық жел энергиясының қуаты ешқашан сарқылмайды. Бұл ретте Жоңғар қақпасында толассыз соғатын қуатты жел екпінін және Алматы қаласындағы Шелек ауданындағы жел энергиясы көздерін атауға болады.

 

                                Күн энергиясы

 

Күн энергиясы - шешуші экологиялық факторлардың бірі. Атап айтқанда жарық жерде өмір сүретіндердің барлығына дерлігін фотосинтез арқылы энергиямен және құнарлы заттармен қамтамасыз етеді. Тірі ағзалар үшін сөуле толқынының ұзындығы, оның қарқындылығы және сәулелендірудің ұзақтығы қажет. Күн сөулесінің спектрі үш аймаққа бөлінеді, олар: ультракүлгін, көрінетін жәнө инфрақызыл сәуле шығару аймағы.

Жел энергиясы жөніндегі әлемдік кеңестің мәліметі бойынша, 2020 жылы жел электр стансалары өндіретін электр энергиясының көлемі жаһандық тұтыну деңгейінің 12 пайызын қамтамасыз етуі мүмкін.

III.         Зерттеу бөлімі

Күн көзінен ток алатын батарея

Күннен көзінен ток алатын батарея немесе жұқа қабыршақты фотоэлектрондық түрлендіргіш деп аталынады. Күннен ток алатын батареяның жарамдылық мерзімі шектелмеген, даусы шықпайды, жанар жағармай құюдың қажеті жоқ, бөлек бөлмеге қоюдың қажеті жоқ. Бір күннен ток алатын батареяда ешқандай бұзылатын механика жоқ. Фотоэлектрондық түрлендіргішті алюминий рамкаларға бекітіледі. Батареяны шатырдың оңтүстік бөлігіне орнату керек. Оңтүстіктен күн сәулесі тік бұрышпен түседі. Ал солтүстіктен немесе батысқа қойсақ, күн ол жаққа диагонал бойынша түседі де, біраз күн энергиясын жоғалтамыз.

Батарея күн энергиясын жинап, электр энергиясына айналдырады. Батарея ток өткізгіш сымдар арқылы реттеушіге – аккумуляторға – инвенторға (ток тұрақтандырушы құрылғы 220В)  жалғанады. Тұтынушы қажетті энергияны инвентордан алады.

Бұл - күн көзінен ток алатын батарея. Ол үйге қойғанға өте тиімді. Себебі бұл ешкімнен ток, жылу сұрамайды. Күннен тоқ алатын батарея тек қана жарық беріп қоймай жылуды да береді және қоршаған ортаға, мемлекетімізге зиянын тигізбейді. Күндіз токты өзінің аккумуляторына жинап алып, түнде береді. Күннен ток алатын батареяның пайдасын есептеп көрейік. Орташа есеппен көктемгі күндері тәулігіне 10 сағат күн шығатын болса, әрбір ток беретін батареямыз сағатына 500 Вт ток берсе, онда 10х500=5кВт\сағ. ток береді. Бұл дегеніміз:

тоңазтқыш күніне 700 Вт (құжатында жазылған), теледидар 80 дюймді 100 Вт 100х6=600Вт ( тәулігіне 6 сағат қосылса), лампалар З0 Вт 180x6=1080 (6 лампа күніне әр қайсысы 6 сағаттан жанады)

Үйді жылытатын батареялар 1,5кВт тәулігіне, қысқа толқынды пештер, электропештер 700 Вт, насос, үтік, зарядкалар З00 Вт.

Есептесек:

700Вт+600Вт+1080Вт+1,5кВт+700Вт+300Вт=4,88кВт. Ал қалғанын акумуляторға жинайды.

 

Күннен ток алатын батареяның тиімді жағы:

1.    Салмағы аз

2.    Мықтылығы

3.    Қайта жөнделеді                 

4.    Ұзақ уақыт жұмыс істейді

5.    Қоршаған ортаға зиянын тигізбейді

6.    Даусы шықпайды

7.    Ең бастысы тегін ток және жылу алу

 

Күннен тоқ алатын батареяның тиімсіз жағы:

1.    Батарея - қымбаттау

2.    Үлкен орынды алады

3.    Қатты соққы тисе сынып кетеді

4.    Жыл мезгіліне байланысты ток береді

5.    Түнде жұмыс істемейді

 

Қорытынды

 

Қазір біз электроэнергияны үнемсіз пайдаланамыз. Үйде немесе кеңселерде, мектепте жарықты керек болмаса да жағып қоямыз, теледидар компьютерді өшірмейміз. Супер маркеттерде, дүкендерде тоңазытқыш, желдеткіш күндіз-түні қосылып тұрады, яғни қай салада болмасын ысырап мол. Мұның бәрі кәсіпкерлердің қалтасын қағып қана қоймай, еліміздің экономикасына елеулі зиян келтіреді және экологиялық дағдарысқа әкеледі. Сондықтан, күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын фотоэлектрондық түрлендіргіштерді тұрмыста пайдалануымыз қажет. Күн сәулесі арқылы тікелей жылытуға немесе фотоэлементтер көмегімен энергияны қайта өңдеу арқылы электр энергиясын алуға не басқа да пайдалы жұмыстарды атқаруға болады. Себебі, Күн энергетикасы энергия көзінің сарқылмайтын түрі болып табылады, әрі экологиялық жағынан да еш зияны жоқ. . Ең бастысы, ол  Қазақстанның қажеттілік туындап отырған өңірлеріне күн сәулесі энергетикасын ауқымды ілгері жылжытуды бастауға бағасы мен саны жағынан қолжетімді болуы тиіс.

Қазақстанның оңтүстік облыстары тұрғындары өз тіршілігінің ажырамас бөлігіндей, күн сәулесі энергетикасына үйренуіне қол жеткізу керек. Бұл нарықты қалыптастырады және қазақстандық өндірушілерге күн сәулесі батареяларын шығаруды арттыруға, олардың құрылымдары мен техникалық сипаттамаларын жетілдіруге мүмкіндік береді.

Пайдаланылған әдебиеттер

1.    Ғылыми –техникалық мерзімдік басылымдар

      а) Электроэнергетика

      ә) Энергия.Экономика. Техника

2.    О.Мұсабеков. Ғылыми-технологиялық революция кезеңінде физикалық білім беру. Математика және физика журналы 2003 ж №5

3.    «Күннің құрылымы және негізгі сипаттамалары».

«Күн- жер байланысы».  С. Түяқбаев, Б.А. Кронгард, В.И. Кем.

4.    «Физика, математика және информатика» журналы № 4     2005 ж.

5.    7-11 сынып физика және астрономия оқулықтары

                                                  Мектеп баспасы 2004-2007 ж

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация

Қазіргі заманды электр энергиясынсыз елестету мүмкін емес. Сол себепті де, электр энергиясын алудың экологиялық таза көзі Күн энергиясын тиімді пайдалану әдістері мен фотоэлектрондық түрлендіргішті құрастыру және орнатудың тиімді жолдарын көрсетті. Тәжірибе барысында өзіндік көсқарасы мен жаңашыл электр энергиясын үнемдейтін жоба ұсынды.

 

 

Аннотация

Современность нельзя представить без электрической энергии. В работе показали эффективные пути получение электрической энергии из экологически чистой солнечной энергиис использованием методов фотоэлектронных инвенторов. В ходе опыта предложил новый взгляд на экономию электрической энергии.

 

Summary

 

Nowadays, the electric energies are impossible to imagine. That’s why the electric energies are received of the Solar Sun’s power to use for the ecological cleaning and photo-electronically difference and we take the important way of improvement/ this research work is shown the outlook and the innovation of electric energies to economize the matters.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тегі     Әлімбай.

Аты     Бақыт

Әкесінің аты  Жеңісұлы

«Инновациялық идеялар мен жобалар» байқауы              

       «Күн энергиясын тиімді пайдалану»

                                          

 

 

 

 

 

 

 

                         

 

 

                            

 

 

 

 

 

                                                                    

 

 

                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Күн батареясы, фотоэлектрлік генератор — Күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына айналдыратын шала өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштен (ФЭТ) тұратын ток көзі. Көптеген тізбектей-параллель қосылған ФЭТ-тер Күн батареясын қажетті кернеу және ток күшімен қамтамасыз етеді. Жеке ФЭТ-тің электр қозғаушы күші 0.5 — 0.55 В және ол оның ауданына тәуелді емес; 1 см2 ауданға келетін қысқа түйықталу тогының шамасы 35 — 40 мА. Күн батареясындағы ток шамасы оның жарықтану жағдайына байланысты, күн сәулелері Күн батареясы бетіне перпендикуляр түскенде ол ең үлкен мәніне (максимумына) жетеді. Қазіргі Күн батареясының ПӘК 8-10%, олай болса 1 м2 ауданға (ғарыш аппаратының Күннен қашықтығы 150 млн. болған кезде) келетін қуат ~130 Вт-қа тең. Температура жоғарылаған сайын (25oС-ден жоғары) ФЭТ-тегі кернеудің төмендеуіне байланысты Күн батареясының ПӘК кемиді. Күн батареясының жиынтық қуаты ондаған тіпті жүздеген кВт-қа жетеді. Күн батареясы ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау жүйесіндегі негізгі электр энергиясының көзі ретінде қолданылады. Күн батареясы сондай-ақ, тұрмыс пен техникада қолданылатын көптеген бұйымдарды (калькулятор, қол сағаты, т.б.) токпен қоректендіру көзі болып табылады.[1][2]

Күн батареясының қуаты түнде азайып қалмай ма?

Күн батареялары алғаш шыға бастаған кезде олардың күші өте әлсіз еді. Қазіргі таңда күн батареялары да жаңа технологиямен жасалып, оның құрылымы да, қызметі де дами түсті. Күн технологиясы – бұл қуатты күннен алатын құрылғылар. Соңғы шыққан күн батареялары пластмасса табақшаларға өткізілген төрт бұрышты тоқ өткізгіш спиральдардан тұрады. Мұндай спиральдарды «наноантенна» деп те атайды. Оның диаметрі адамның бір тал шашының 1/25 бөлігіндей. Наноантенналар күндіз күннен жерге бөлінген инфрақызыл қуатты жұтады. Олар тіпті тек күн сәулесін ғана емес, күндіз күннің сәулесі арқылы қызған жердің жылуы арқылы да қуат алады. Сондықтан мұндай батареялар түнде де жұмыс істейді. Бүгінде мұндай күн батареялары мен жалпы наноантенналарды жасауда ғалымдар тынбай еңбектеніп, нанотехнологияны дамытуға тырысуда. Мамандардың айтуынша, Орталық Азия елдерінде бір жылда 300-ден астам ашық күнді ауа райы болады. Сондықтан мұндай батареяларды кең түрде қолданудың тиімділігі көп. Егер күн батареясын тұрмыста қолданатын болсақ, электр қуатын қолдану жылына 70 пайызға төмендейді екен. Сондай-ақ бұл құрылғылар көптеген инновациялық аумақта кең қолданысқа ие болады.

Күн энергетикасы

Қазақстанда күн энергетикасын дамытуға қолайлы жағдай болғанымен, шөл далада орналасқан бірқатар қалаларды, елді мекендер мен жекеленген ауылдарды энергиямен жабдықтауда үлкен қажеттілік туындағанымен, саланы дамыту үшін техникалық базасы болмады. Қазақстанда кремний мен фотоэлектр түрлендіргіш өндірісі жолға қойылмаған еді.

Күн энергетикасының Қазақстандағы алғашқы қадамдары Қазақстан нарығында күн сәулесі энергетикасы үшін техниканың импорттық үлгілері қойылды. Бұл бағаға әсер етті. Мысалы, жарықтандырудың (күн батареясы бар көше шамдары) фотоэлектр жүйелерінің бағасы 200-250 мың теңге құрады. Зарядтаудың көшпелі станциялары: 170-200 мың теңге. Энергиямен жабдықтаудың автономиялық жүйелері: 830 мыңнан 21,6 млн. теңгеге дейін. Электр қазандықтары: 48-ден 95 мың теңгеге дейін. Бағалардың мұндай деңгейінде күн сәулесі энергетикасы қоғамның тек бай бөлігіне ғана қолжетімді емес, осының бәрі керісінше болуы керек,  күн сәулесі энергетикасы бірінші кезекте қоғамның бай емес жігінің  игілігі болуы тиіс.

Бұл келесіден туындаған, жабдықтың көптеген басым үлгілерінің қуаттылығы аз. Мысалы, фотоэлектр түрлендіргіштегі энергиямен жабдықтаудың автономдық жүйелері 0,3-3 кВт  диапазонда кей кезде 5-8 кВт-қа дейін қуаттылығы бар.

 3 кВт – бұл бір пәтердегі электр энергиясын тұтыну (мұздатқыш, теледидар, компьютер, 5-6 лампочка). Егер, сорғыны және суды жылытуды қажет ететін қала сыртындағы үйді алсақ, 20 кВт-қай дейін қуаттылық қажет. Сондықтан, күн энергетикасы ірі және орта бизнеске қызғылықты емес, өйткені оларға елеулі үлкен қуат керек.

Қуаттылығы 10 кВт дейінгі жабдық  шағын қалалар мен ауылдық жерлерде көбіне жеке меншік үй иелерімен, сондай-ақ, ең шағын бизнесі бар жеке кәсіпкерлермен пайдаланылуы мүмкін. Бірақ олар үшін күн энергетикасының жабдығы бағасы бойынша қолжетімді емес.

Күн энергетикасына арналған жабдықтың өзіндік өндірісінсіз: жеке меншік  үйлерге арналған кешенсіз, көшпелі генераторларсыз, энергиямен жабдықтаудың автономдық жүйелерінсіз, жарықтандыру құрылғыларынсыз Қазақстанда күн энергетикасының кеңінен дамуына сенуге болмайды. Жоғары бағалар жоғары кедергіні тудырады, күн сәулесі энергетикасына арналған импорттық жабдық нарықта билік құрған кезде, бұл сала экзотикалық ғажайып болып әлі ұзақ қалады.

Энергетиканың бұл жаңа саласының даму болашағы ұзақ уақыт бойы нақтыдан гөрі, ойға сыйымсыз болды. Бірақ 2007 жылы жаңа саланы игеру бойынша алғашқы қадамдар жасалды және зауыт құрылысы бойынша жобалар ұсынылды, оларда кремний шикізаты, және де дайын фотоэлектр түрлендіргіштері шығарылатын болады.

Ең ірі жобаны «Баско» компаниясының тобына кіретін Silicium Kazakhstan  ЖШС жүзеге асыруда. Қарағанды облысының Теміртау Индустриалды паркінде қуаттылығы 25 мың тонна жоғары таза кремний, 10,5 мың тонна микрокремнезем және 875 тонна кремний шығаратын қож зауыты салынуда. Келешекте кәсіпорынның екінші кезегін құру және 50 мың тоннаға дейін жоғары таза кремний өндіруге жеткізу жоспарлануда. Жылына 130 мың тонна көлемінде Қарағанды облысының Ұлытау ауданы Ақтас және Ашколы-III кеніштерінде кварц өндіріледі, ал Жезді кентінде кварцты байыту жөнінде фабрика орналастырылады.

Компания серіктестіктері герман концерні Thyssen Krupp, Ресейдің «Титан» компаниясының тобы, сондай-ақ, Deutsche Bank. Зауыттың құрылысына  94 млн. евро  жұмсалады. 2008 жылғы наурыздағы жағдайға қарағанда инвестицияның жалпы сомасының 25% игерілді. Компания жоспары бойынша Теміртау зауыты 2008 жылы іске қосылуы тиіс, алайда зауыттың аяқталуы мен іске қосылуы біршама ұзарып кетті.  Silicium Kazakhstan Екібастұз ГРЭС-інен 2008-2017 жылдар ішінде жылына 4 мың МВт көлемінде электр энергиясын жеткізу туралы AES-пен келісімге қол қойып, зауытты энергиямен қамтамасыз етті.

Астананың Индустриалды паркінде және еркін экономикалық аймақ «Ақтау теңіз портында» екі жобаны жүзеге асыру жоспарлануда.

Компания Kun Renewables, Lancaster Group Kazakhstan Астананың Индустриалды паркінде поликристалл кремнийін (бірінші кезек), моно- және мультикриссталдық пластиналар (екінші кезек) өндіру зауытын жоспарлауда. Өндіріске 390 млн. доллар инвестициялау жоспарлануда. Компания Өскеменнен және Шульба ГЭС-тен 2009 жылдан бастап 2021 жылдар аралығында 50 МВт көлемінде электр энергиясының жеткізіліміне AES-пен келісім жасады.  Астанадағы зауыт өте қарапайым және жылына 2,5 мың тонна поликристалл кремнийін өндіретін болады.

2007 жылғы қазанда Ақтауда күн батареялары элементтерінің зауытын салу жобасы басталды. Зауыт иесі – ТОО «SilicaSolar-Aktau», кәсіпорынды «Ақтау теңіз порты» СЭЗ аумағында орналастырады. Өндіріске инвестиция 105 млн. евро құрады, 2009 жылдың соңында іске қосу жоспарлануда. Жобаны үш кезекпен жүзеге асыру көзделуде. Бірінші кезекте жылдық жиынтық қуаты 110 МВт кристалл стержндер мен пластиналар (күн сәулесі батареялар) өндірісі іске қосылады. Екінші кезекте жиынтық қуаты 77 МВт электрондық плата (ұяшық) өндірісі көзделуде. Үшінші кезекте – жиынтық қуаты 20 МВт электрондық дисплей шығару. Технологиясы «Schmid Group» неміс фирмасымен ұсынылған.

2008 жылдың 27 мамырында «Ақтау теңіз порты» СЭЗ әкімшілігі «SilicaSolar-Aktau» ЖШС-пен зауыттың құрылысы туралы келісімге қол қойды. «Зауытта халықаралық стандарттарға сай жаңа технологиялық жабдық, зертхана орнатылады. Сонымен қатар, шығарылатын өнімнің көлемін арттыру үшін технологиялық мүмкіндіктер қарастырылатын болады», – деп жариялады «Ақтау теңіз порты» СЭЗ директоры Зейнулла Казиев. «Жылына жалпы сомасы 121 млн. доллар өнімді шығару жоспарлануда», – деді «SilicaSolar-Aktau» ЖШС директоры Қайрат Акуов.

Қазақстанның жаңа және болашағы бар өнеркәсіп саласын кеңінен игерудің алғашқы қадамдары жасалды. Алайда, поликрисстал кремнийін өндіру бойынша ірі кәсіпорындар құрылысы Қазақстанның күн сәулесі энергетикасын пайдалануда көшбасшы болады деу әлі ертерек. Әзірше, барлық жоғарыда айтылған нысаналар – экспорттық және өнімнің 100% Жапонияға, Оңтүстік Кореяға, АҚШ, ЕО елдеріне экспортталатын болады, күн сәулесі энергетикасы үшін дайын жабдықты шығарушыларға. Ақтау жабдықтау зауыты да Еуроодақ елдеріне өнімнің 80% жеткізуді жоспарлауда.

Бұл істі өздігінен қалдыруға болмайды, өйткені Қазақстанның кремний өнеркәсібі үшін жартылай фабрикат болып қалу қаупі бар, онда өте жоғары қосымша құнмен (микроэлектроника элементтері, күн сәулесі батареялары және т.б.) дайын өнімді шығару шетел серкітестігінде қалады. Қазақстан қолайсыз жағдайға тап болады, кремний жартылай фабрикатының ірі өндірісіне ие бола отырып, қазақстандық кремнийден жасалған импорттық күн батареялары үшін жоғары баға төлеуге мәжбүр болады.

Сондықтан, осы кәсіпорындар поликрисстал кремнийін өндіру басталғаннан кейін экспорттық қойылымдарға қызықпай, Қазақстанның ішкі нарығына қажетті дайын күн сәулесі батареялары өндірісін игеруге қол жеткізуі тиіс. Бірінші кезде ол импорттыққа қарағанда сапасы, ПӘК  жоғары емес, дизайны жетілдірілмеген болса да. Ең бастысы, ол  Қазақстанның қажеттілік туындап отырған өңірлеріне күн сәулесі энергетикасын ауқымды ілгері жылжытуды бастауға бағасы мен саны жағынан қолжетімді болсын. Сол себепті, бірінші кезекте, енгізу үшін күн сәулесі энергетикасының жабдығы қазақстанда шығарылуы тиіс және соңғы бағалары бойынша номенклатура екі орташа айлық жалақыдан  (қазіргі баға бойынша 108 мың теңге) жоғары болмауы тиіс.

Қазақстанның оңтүстік облыстары тұрғындары өз тіршілігінің ажырамас бөлігіндей, күн сәулесі энергетикасына үйренуіне қол жеткізу керек. Бұл нарықты қалыптастырады және қазақстандық өндірушілерге күн сәулесі батареяларын шығаруды арттыруға, олардың құрылымдары мен техникалық сипаттамаларын жетілдіруге мүмкіндік береді.

Күн энергетикасы. Күн батареялары.

        Жер шарында пайдалы қазбалардың түрі өте көп. Бірақ бұл – «олар мүлдем сарқылмайды» деген сөз емес. Әсіресе, бүгінде отынның таптырмайтын түрлері мұнай мен газдың қоры жыл санап кему үстінде. Ғалымдарымыздың жуықтаған есептеулері бойынша қазіргі қарқынды тұтыну екпіні жалғаса берсе, табиғаттағы газ қоры шамамен 50 жылға, мұнай қоры 40-50 жылға ғана жететін сияқты. Сондықтан энергияны үнемді қолдана отырып, онымен тікелей бәсекеге түсе алатын басқа да энергия түрлерін – атом, су, жел, күн, т.б. энергияларды пайдаланудың маңызы өте зор. Аталғандардың ішінде энергияның қосымша көзінің бірі – Күн энергетикасы.

         Күн энергетикасы дегеніміз –  дәстүрлі емес энергетика бағыттарының бірі. Ол күннің сәулеленуін пайдаланып қандай да бір түрдегі энергияны алуға негізделген. Күн энергетикасы энергия көзінің сарқылмайтын түрі болып табылады, әрі экологиялық жағынан да еш зияны жоқ. 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 Вт/м²-қа тең. Жер атмосферасынан өткен кезде Күн сәулеленуі шамамен 370 Вт/м² энергияны жоғалтады. Осыдан Жерге тек 1000 Вт/м²-қа тең энергия ғана келіп түседі. Бұл келіп түскен энергия әр түрлі табиғи және жасанды процесстерде қолданылады. Күн сәулесі арқылы 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.

      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 энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғылардың бірі – Күн батареялары. Күн батареясы немесе фотоэлектрлік генератор – Күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына айналдыратын шала өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштен (ФЭТ) тұратын ток көзі. Көптеген тізбектей-параллель қосылған ФЭТ-тер Күн батареясын қажетті кернеу және ток күшімен қамтамасыз етеді. Жеке ФЭТ-тің электр қозғаушы күші 0,5-0,55 В-қа тең және ол оның ауданына тәуелсіз (1 см² ауданға келетін қысқа тұйықталу тогының шамасы – 35-40 мА). Күн батареясындағы ток шамасы оның жарықтану жағдайына байланысты. Яғни күн сәулелері Күн батареясы бетіне перпендикуляр түскенде, ол ең үлкен мәніне жетеді. Қазіргі Күн батареяларының пайдалы әсер коэффициенті – 8-10%, олай болса 1 м² ауданға тең келетін қуат шамамен 130 Вт-қа тең. Температура жоғарылаған сайын (25ºС-тан жоғары) ФЭТ-тегі кернеудің төмендеуіне байланысты Күн батареясының пайдалы әсер коэффициенті кеміп, Күн батареяларының жиынтық қуаты ондаған, тіпті жүздеген кВт-қа жетеді. Күн батареяларының өлшемдері әр түрлі болады. Мысалы: микрокалькуляторда орнатылғандарынан бастап, ғимараттар шатырлары мен автокөліктер төбелеріне орнатылатындарына дейінгі өлшемдерде. Сондай-ақ Күн батареялары ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау жүйесіндегі негізгі электр энергиясының көзі ретінде қолданылады. Ал тұрмыс пен техникада қолданылатын көптеген бұйымдарды – калькулятор, қол сағаты, плеер, фонарь, т.б. токпен қоректендіру көзі де Күн батареялары болып табылатындығы бәрімізге белгілі.

       Үлкен өлшемді Күн батареялары Күн коллекторлары сияқты тропикалық және субтропикалық аймақтарда бүгінде кеңінен қолданылуда. 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.

      Жылма-жыл Күн батареяларының түрлері жаңа технологиялық тұрғыдан жетілдіріліп, толықтырыла түсуде. Соңғы уақытта Санта-Барбарадағы Калифорния университетінің полимерлер және органикалық қатты бөлшектер орталығының мүшесі, Нобель сыйлығының лауреаты Алан Хигер мен Гванджудағы Корей ғылым және технология институтының ғылыми қызметкері Кванхе Ли мен олардың әріптестері тандемдік полимерлі Күн батареяларын жасап шығарды. Жаңа батареялар авторлары спектрдің кеңірек диапазонын қолдану үшін жұтылу сипаттамалары әр түрлі екі фотоэлектрлік ұяшықтарды бір бүтінге жалғастырды. Нәтижесінде батареяның пайдалы әсер коэффициенті 6,5%-ға тең болды. Күн батареясының бұл түрі өзінің арзандылығы және оны жасаудағы қарапайымдылығымен ерекшеленеді.                                                                          

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. 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.

        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 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. Әр елдің ғалымдары осы қосымша энергия түріне ерекше мән беріп, оны дамыту жолдарын қарастырумен айналысуда. 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.

        Күн энергиясын күнделікті тұрмыста кеңінен пайдалану – бүгінгі күннің өзекті мәселелерінің бірі. Әсіресе, бұл мәселенің түбегейлі шешілуі қазіргі уақытта дүние жүзінде мұнай мен газ секілді отынның күннен-күнге қымбаттауынан туындап отырған негізгі проблемалардың толықтай шешімін табарына өз септігін тигізері сөзсіз. Себебі, осыдан 50 жылдай бұрын американдық ғалым Кинг Хуббертс айтқандай: «... Мұнай  тек оны өндіруге кеткен электр энергиясы одан өндірілетін электр энергиясынан аз болған кезге дейін ғана электр энергиясының негізгі көзі ретінде саналады. Ал бұдан кейін мұнай өндіру оның бағасына қарамастан тоқтатылады». Ғалымдарымызға бұл тұжырым «К.Хуббертстің заңы» деген атпен белгілі.   

        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  құтылуға болады». Осымен байланысты ҚР-да дүние жүзіндегі озық тәжірибелерді пайдалана отырып мемлекет тарапынан электр энергиясын мұнай мен газға альтернативті энергетика ретінде Күн энергиясынан алуға баса назар аударылып отыр.

         Қорыта келе айтарымыз: Күн энергиясын өз мақсатымыз үшін пайдаланудың болашағы зор. Ғалымдардың болжауынша 2050 жылға қарай Күн энергиясы адамзаттың электр энергиясына деген 20-25%-дай қажеттілігін өтей алады. Сол сияқты Халықаралық энергетикалық агенттіктіктің мәліметі бойынша 40 жылдан кейін Күн энергетикасы көмегімен атмосфераға көмірқышқыл газының түсуін жылына 6 млрд тоннаға дейін қысқартуға болады екен. Осындай тұжырымдар негізінде Күннен өндірілетін энергияның адамзат үшін сарқылмайтын байлық екендігіне әбден көз жеткізуге болады деп ойлаймыз.

Лев Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің ғылыми-зертханалық ғимаратының шатырына Күннен қуат алатын қондырғы орнатылды.

«Энергия көздерін жаңарту – экспорттық бастама» бағдарламасы аясында жүзеге асырылған жобаның ресми рәсіміне Білім және ғылым вице-министрі Мұрат Орынханов пен Германия Федеративтік Республикасының Қазақстандағы Төтенше және өкілетті елшісі Гидо Херц, Deutscһe Energie-Agentur GmbH неміс энергетикалық агенттігінің «Шатырдағы Күн энергиясы» жобасының жетекшісі Эйхнер Габриель және аталмыш жоғары оқу орнының ректоры Ерлан Сыдықов қатысты.

 Күн энергиясын тұтынатын қондырғы қолданысқа ілкі жоба ретінде енгізіліп отырғанын баяндаған вице-министр бұл жоба энергияның сарқылмас және балама көздерін табудың тиімді тәсіліне айналатынына сенім білдіріп: «Бүгін біз отандық ғылымды бір қадам алға жылжытып отырмыз. Алдағы уақытта осы жобаның жемісін жейтін боламыз. Күн батареялары отынды қажет етпейді. Алайда жылытуға қажетті энергия өндіреді. Ыстық суды, қажет болса буды да бере алады», – деді.

 Оның айтуынша, Күн батареялары кристалдық модульдер арқылы фотовольт-

 тер үшін қондырғыларды қолданудың түрлі технологиясын пайдалануға жол ашады. Қараңғы уақытта немесе ауа райы нашарлаған кезде электр энергиясына қосымша қуат береді. Қуаты 10 кВ құрайтын қондырғы жылына 12.350 кВт сағат мөлшерінде энергия өндіреді.

 Бізге белгілі болғандай, немістердің энергетикалық агенттігі 2004 жылдан бері кәсіпорындарға Күн сәулесі энергиясын игеруге көмектесіп келеді. Оның басты мақсаты – ұлттық және халықаралық деңгейде қоршаған ортаға зиян келтірмей, энергия көздерін тиімді, сенімді және арзан бағамен өндіруге һәм пайдалануға қол ұшын созу болып табылады.

Күн қуатын электр қуатына айналдыратын батарея

«Табиғат әлемі» Экологиялық-ағарту орталығы Қорғалжын мемлекеттік табиғи қорығында қуаты 1 кВт болатын күн батарея-сын орнатты. Күн генераторымен бірге 1 дана ноутбук берілді. Бұл Жаһандық экологиялық қордың Шағын гранттар бағдарламасының қаржылық қолдауымен жүзеге асты. Оның негізгі мақсаты – Қазақстанда баламалы энергия көздерін енгізу жобасын тарату.

Сондай-ақ осы жоба шеңберінде Қорғалжын қорығының қызмет-керлері үшін күн батареяларын пайдалану бойынша, ал жергілікті халық үшін оларды ақпараттандыру мақсатында семинарлар өткізіліп, сертификаттар берілді.

 ЮНЕСКО-ның Дүниежүзілік мұра тізіміне енгізілген Қорғалжын мемлекеттік табиғи қорығы 1968 жылы әр түрлі құстар мекен ететін сулы-батпақты жерлерді сақтау мақсатында құрылған болатын. Бұл жағдай әсіресе 1990 жылдары аса байқалды. Енді күн батареяларының арқасында жылжымалы тұрғын вагондар жарықпен қамтамасыз етіліп, мемлекеттік инспекторлар жұ-мыстан бос уақыттарында теледидар көріп, компьютерде жұмыс істей алады.

 Күн электр стансасы – эколо-гиялық тұрғыда таза, дыбыссыз, қауіпсіз әрі пайдалануға ыңғайлы, оның үстіне өз құнын 100 па-йыз ақтайтын тиімді қондырғы. Жұмыс істеу мерзімі шамамен 30 жыл. Осы 30 жыл ішінде жасалуына небәрі 1 кг күн кремнийі жұмсалған элемент Жылу электр стансасында мұнайдың 100 тоннасынан немесе Атом электр стансасында 1 кг байытылған ураннан өндірілетін соншалықты электр қуатын бере алады. Энергияны фотоэлектрлі өзгерткіштердің жұмысы күн қуатын электр қуатына айналдыруға негізделген. Қазақстан үшін Халықаралық Энергетиктер Қауымдастығы ұсынған формула бойынша, алдын ала жасалған есептеулерге сәйкес шағын күн электр стансасын орнату нәтижесінде СО2 шығарындылары жылына 750 кг-ға азаятын болады.

 Осыған дейін күн батареялары «Үстірт» (Ақтау) және «Ақжайық» (Атырау) мемлекеттік табиғи қорықтарында орнатылған болатын. Аталмыш күн батареялары мемлекеттік инспекторлардың жұмыс тиімділігін арттыруға, жекелеген учаскелердің өзара байланысы үшін оларды тұрақты қысқа толқынды байланыспен (рация-мен) қамтамасыз етуге, сонымен қатар қорықта мекен ететін түз тағысына әрі ұшып өтетін құстарға электр кернеуінен болатын әсерін төмендетуге мүмкіндік береді.

Күн энергетикасы (Гелиоэнергетика; гр. helios — күн, және энергетика) — күн энергиясын әр түрлі амалдар арқылы (электр энергиясын және жоғары температуралы жылу өндіретін гелиоэлектростанциялар, күн элементтері мен батареялары, үй-жайларды, жылыжайды және т.б. жылыту мақсатымен төмен температуралы жьшу алу үшін қолданылатын күн коллекторлары және т.б.) пайдалану.