Күн су ысытқыштар

        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.  

2. Күн – энергияның аса қуатты  көзі.  
 
Күннің ғаламшараралық кеңістікке шығаратын бүкіл энергиясының Жер атмосферасы шекарасына жуықтап алғанда екі миллиардтан бір бөлігі жетеді. Жер бетіне түсетін Күн энергиясының үштен біріне жуығы шағылысып ғалам- шараралық кеңістікке тарайды. Күн – энергияның аса қуатты көзі, оның энергиясы электромагниттік толқындар спектрінің барлық бөлігінде – рентген және ультракүлгін сәулелерден бастап радиотолқындарға шейін ұдайы сәуле шығарып, таратып тұрады. Бұл сәулелер Күн жүйесіндегі барлық денелерге күшті әсер етеді: оларды қыздырады, планеталардың атмосферасына әсер етеді, жердегі тіршілікке қажетті жарық пен жылу береді. Күннің орташа темпе- ратурасы 8•106 К-ге жақын, ал Күн бетінде 6000 К-ге тең. Неғұрлым дәл есеп- теулер Күн центріндегі температура 15 млн Кельвинге жететінін көрсетті. Оның ядросының түйреуіштің басындай бір түйірін Жер бетіне орналастырар болсақ, бұл «шағын пешке» 140 шақырымнан артық жақындай алмаған болар едік! Күн әр секунд сайын жүздеген миллион ядролық бомбаның жарылысына тең энергия бөліп шығарады. Күннің ірі болғаны соншалық, оның ішіне біздің Жеріміз сияқты 1 300 000 планета сиып кете алады. Күннің бір килограмм затының бір секундта шығаратын энергиясы, бір қарағанда 2•10-4 Вт/кг – ға тең, бұл шама көп емес, ол шамамен бір килограмм шіріген жапырақтардан шыққан жылу мөлшеріне тең. Бірақ жапырақта жинақталған химиялық энергия осылай- ша энергия бөлгенде, бір жылға әзер жетеді.  
Қазіргі мәліметтерге қарағанда Күн 5 млрд жыл шамасында өмір сүрді, бұл уақыт оның жарықтығы пәлендей өзгерген жоқ, Күн затының ішкі энергиясын-дағы қор әлі миллиардтаған жылдарға жетуге тиіс. Күннің жарқырауын 4•102Вт деп және жарқырау өмірінің ұзақтығын t=5•109 жыл = 1,5•1017 с екенін біле отырып, Күннің осы уақыт аралығындағы энергиясын жеңіл табуға болады:  
 
4•1026 Вт •1,5•1017с = 6•1043Дж.  
 
Осы энергияны Күн массасына бөлу арқылы бұл уақыт ішінде оның Күн затының әрбір килограмының 3•1013 Дж энергия бөлгенін табамыз. Ең калория- лы химиялық жанармай- бензиннің жанғандағы салыстырмалы жылуы  
4,6•107 Дж/кг-ға тең, 1 кг Күн заты бөлген ішкі энергиядан едәуір аз. Күн жарық шығаруын демеп ұстап тұрған жалғыз тиімді энергия көзі – сутегі ядроларынан гелий атомдарының ядролары пайда болғанда (синтезделгенде) бөлінетін термоядролық энергия. Есептеулер массасы 1кг сутегінен термоядролық реакция синтезі кезінде массасы 0,99 кг гелий түзілетінін және 9•1014 Дж-ға жуық энергия бөлетінін көрсетті. Егер осы шаманы Күннің 5 млрд жылдық ғұмырындағы әрбір килограмм сутегі бөлген энергиямен 3•1013 Дж салыстырсақ, ондағы қалған сутегі 150 млрд жылға жетуі тиіс болады. Бірақ синтез реакциялары оның барлық массасының шамамен оннан бір бөлігі болып табылатын Күн ядросында ғана жүретіндіктен ядролық отын қоры әлі 10 млрд жылға жетеді.  
Қазіргі кезде Күн энергиясы халық шаруашылығында – гелиотехникалық құрылғылар (жылыжай, саяжай, суқайнатқыш, сужылытқыш, кептіргіш сияқты әр түрлі қондырғылар) өте жиі қолданылады. Ойыс айнаның фокусында жинал- ған Күн сәулесі ең берік деген металдарды балқытады. Күн электр бекеттерін жасау, үйлерді жылытуда Күн энергиясын қолдану т.с.с. жолында жұмыстар атқарылуда. Күн энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыратын шама өткізгіштерден құрастырылған Күн батареялары күнделікті өмірде қолданылу- да. Біздің заманымызда табиғи таза энергия қоры – Күн энергиясын пайдалану- дың негізгі екі бағыты бар: 1) күн энергиясын ішкі энергияға түрлендіру арқылы жылумен қамтамасыз ету және 2)күн энергиясын электр энергиясына түрлендіру. Осындай күн сәулесінің энергиясын пайдалануға негізделген гелио- техникалық қондырғылардың жұмыс істеу принциптерін қарастырайық, ол өте қарапайым, жеңіл де әрі түсінікті.  
 
2.1. Жылулық – сәулелік қондырғылар.  
2.1.1. Коллектор.  
 
Күн энергиясын ішкі энергияға айналдыруды қалай жүзеге асыруға болады? Бәрімізге белгілі күн сәулесі денеге өткенде жұтылады, кері жағдайда жұтылған энергия қоршаған ортаға сәулесін шығарады (сәулеленеді). Біздің жағдайымызда осы энергияны пайдалану мақсаты көзделіп отыр. Күн энергия- сын тұтынатын қарапайым қабылдағыштың, яғни жазық күн коллекторының жұмысы осы принципке негізделген. Жазық күн коллекторы жұқа пластинадан тұрады. Ол жылу өткізбейтін және жұтылу қабілеті жоғары материалдан жасалынады. Сәуле пластинаға түскенде температура 70°С-қа дейін өседі (жаз айларында).Жетілдірілген жаңа түрін селективті жұтылдырғыш деп атайды. Металл пластинаға жұқартып никель оксидін немесе мыс қабатын жалтыратып өңдеп қаптайды. Бұл кезде Е жұт/ Е шығ = 9, ал температурасы 154°С-қа шейін көтеріледі екен. Селективті жұтылдырғыштың кемшілігі шаң-тозаңға сезімтал, сондықтан көп қолдануға тиімсіз. Ал оның жұмысын жақсарту мақсатында оның сыртын шыны немесе таза пластмассамен қаптайды. Бұндай қабаттан жасаған коллектор күн сәулесін жақсы өткізіп қана қоймай, энергия шығынын азайтады екен, ал температурасы 194°С-қа шейін барады.  
Жазық коллектордың мысалы ретінде Күн бассейнін алуға болады. Бассейн- нің резервуарының 50 м² ауданын сумен толтырып, бетін жұтылу қабілеті жоғары материалмен қаптаймыз. Осындай бассейнді әрі арзан және көп күн энергиясын тұтынатын жылуқабылдағыш ретінде пайдалануға болады.  
Енді біз мектеп, фабрика, больница, үйлерді жылыту, ыстық сумен қамтамасыз ету мақсатында жұмыс істейтін жылулық сәулелік қондырғылар- дың конструкцияларымен таныстырайық.Айналып жүретін сужылытқыштың жұмыс істеу принципі суретке айқын бейнеленген.  
Суық су жұтылдырғыштың ішкі беткі қабатынан өте отырып, күн сәулесінің әсерінен қызады. Су қоймасының жоғары жағынан ыстық су алынса, ал төменгі жағына суық су беріледі. Осындай сужылытқышты өз интернатымның жазғы демалыс лагерінің душына және асханаға (ыдыс жууға) орнатуға болады.  
 
 
 
Мысалы, біз ыстық сумен қамтамасыз ететін мекемеге коммунальды шығын мөлшеріміз адам баласына шаққанда 3м³ ыстық су жұмсалады деп есеп береміз, 100 л суды қыздыру үшін күн коллекторы қамтитын аудан 2-3м² болу тиіс.  
Жер шарының көптеген ендіктерінде тұщы судың жеткіліксіздігінен көптеген халықтар су тапшылығының азабын тартуда. Осы мақсатқа негіздел- ген теңіз суын тұщы суға айналдыратын аппараттың жұмыс істеу принципіне тоқталайық. Онша терең емес резервуарды (су қоймасын) теңіз суымен толтыр- амыз. Жылуқабылдағыш (коллекторды) көлбеу қоямыз, күн сәулесінің әсерінен судың температурасы күрт өсіп булану процесі жүреді. Төменгі жұқа қабаттан конденсацияланып тамшы болып су тұщыландыратын қабылдағышқа түседі .  
 
2.2. Концентраторлар  
 
Жинағыш линзаның фокусына күн сәулесін жинақтау арқылы қағазды жандыруға болатынын бәрімізге бала кезден белгілі, ал линзадан жасалатын гелиоконцентраторлар өндірісте қолданбайды, себебі линза дайындау техноло- гиясы қиын және салмағы ауыр болып келеді. Қазіргі кезде ойыс сфералы айна қолданады, егерде күн сәулесін ойыс айнаның фокусына бағыттасақ, күшті сәулелер ағынын туғызады. Ойыс сфералы айна гелиоконцентратордың негізі деп атайды. Егерде айнаның фокусына суды қоятын болсақ жылығанын байқай- мыз. Концентраторлардың айнасын шыныдан немесе жылтыратып өңдеп қаптаған алюминийден жасайды.Тиімділігі жоғары күн сәулелі концентратор- лардың формаларына қарап мына түрлерге топтауға болады:  
1. Цилиндрлі параболоид.  
2. Айналмалы параболоид.  
3. Жазық-сызықты Френель линзасы  
 
 
 
Күн энергиясын механикалық қозғалысқа түрлендіруге болады. Ол үшін диаметрі 1,5м параболалық айнаның фокусына Стирлинг циклі бойынша жұмыс істейтін динамикалық түрлендіргішті орналастырамыз. Ол тез арада 1кВт қуат алып, 20м тереңдіктен 2м3 суды көтереді екен. Қазіргі кезде күн сәулесін пайдалану арқылы кептіргіш аспаптардың, түрлі қыздырғыштың конструкциялары жасалынған. Көкөніс-жемістерді, дәнді-дақыл өнімдерді, мақта, табак, кірпіштерді осындай аспаптардың көмегімен кептіруге болады. Мысалы, Ташкент қаласында диаметрі 2,05м сфералық айнасы бар концентра-  
тор автоматты жүйемен қамтылған. Осы аспаптың көмегімен металл және керамика бұйымдарын балқыту, дәнекерлеуге болады. Гелиоконцентраторлар ғарышкемелердің температурасын арттыру мақсатында және ғарышкеме планетаның көлеңкесінде қалған мезетте қажетті энергия шығынын толтырады. Бұл қондырғы біріккен концентратор қабылдағыш пен жылу аккумуляторынан тұрады. Жұмыс істеу принципіне тоқталсақ, айнадан шағылған күн сәулесінің ағынын қабылдағышқа бағыттайды.. Ішкі энергиясы артып, жылу аккумуля- торына түседі, фототүрлендіргіш электр энергиясына айналдырып тұтынушыға жеткізіледі.  
 
2.3. Күн батареялары (фотоэлементтер).  
 
Электр қозғаушы күшін туғызатын және жарық шығару энергиясын электр тогының энергиясына тікелей түрлендіретін жартылай өткізгішті фотоэлемент- тердің конструкцияларына қысқаша тоқталайық.  
Ішкі фотоэффект – сәулеленудің әсерінен жартылай өткізгіштегі еркін зарядтар (электрондар мен кемтіктердің) концентрациясының арту құбылысы. Жарықтандырған кезде атомнан үзіліп шыққан еркін электрондар мен кемтік- тер пайда болуының салдарынан электр өткізгіштік артады. Жартылай өткізгіштердің арасында ЭҚК-не тең потенциал айырымы пайда болады. Мұндай фотоэлементтер ток көздері (күн батареялары) ретінде қолданылады. Күн батареялары кремнийден жасалынады, бұл жер қойнауындағы оттегінен кейін екінші орындағы ең көп таралған элементтердің бірі болып табылады.  
 
 
 
Фотоэлектрлік станциядағы 30 жылғы 1 кг кремний өндіретін энергия, жылу электр станциясындағы 75 тонна мұнай жұмсап өндіретін энергиямен пара-пар. 1 кг кремний күн элементінде 30 жылда 300 Мвт сағ электр энергиясын өндіреді. Күн батареяларының отыны тегін күн сәулесі болып табылады. Ал ерекшеліктерін атасақ, бұл қолданылу мерзімнің ұзақтылығы ( 30 жыл, болашақта 50-100 жылға жеткізбек ) олар жөндеуді қажет етпейді, себебі оның механакалық детальдары қозғалмайды, экологиялық таза , жұмыс істеу барысында шуы да естілмейді. Кремнийден жасалған диодтың ерекшелігін ескерсек, оның жоғары шекті температурасы 1500С (ал германий үшін 700С), ал кері ауысудағы токтың шамасы германиймен салыстырғанда 1000 есе кем..  
Қуаты 2-3 кВт-тан тұратын кремнийлі фототүрлендіргіш гелиоқондырғыны үйдің төбесіне құрастырып орнықтырады, ол 20-30м2 ауданды қамтиды, ал жылына 2000 кВт-сағат энергия береді. Бұл бізге күнделікті тұрмысқа қажетті энергия шығынын өтеумен қатар, электромобильдердің аккумуляторын зарядтауға болатынын дәлелдеуде. Мысалы, озық елдің қатарындағы Швецария елінде қуаты 1-1000 кВт дейін 2600 кремнийлі фототүрлендіргіш гелиоқондыр- ғылары мен күн коллекторлары орнатылған.  
Жаз маусымындағы күн энергиясына өндірілген мөлшерден тыс артық энергия жалпы тұтынушыдағы электр жүйелеріне беріледі. Ал қысты күндері, әсіресе түн сағаттарында энергия тегін гелиоқондырғының иесіне қайтарылады. Бірқатар елдердің күн энергиясын пайдаланудағы тәжірбиелері, бір елдің бүкіл тұрғын үйлерінің электр мұқтаждықтарын қамтамасыз ететінін дәлелдеді.  
Фототүрлендіргіштердің ПӘК-і қатты қызған кезде төмендейді, ондай кездерде қондырғының панельдерінің астына вентилляциялық құбырлар орнатады, ыстық ауаны айдау үшін. Қыздырылған ауа коллекторлық аспаптың жылутасығышының ролін атқарады.

Астана. 27 ақпан. Baq.kz Қ.А.Ясауи атындағы ХҚТУ-ге қарасты арнайы мамандандыру орталығының қызметкерлері күн энергиясымен жүретін көлікті құрастырып шығарды. Қол күшімен құрастырылған машина негізгі қуатты күннен алады. Яғни, төбесіне орнатылған арнайы құрылғы арқылы энергияны аккумуляторға жинайды. Содан кілтті бұрап, көлікті қозғалысқа түсіруге толық мүмкіндік бар

Бас құрастырушы  – Сатылмыш Чайыр. Қазіргі кезде  ол арнайы мамандандыру орталығында  дәріс береді. Уақытты босқа өткізбеуге дағдыланған маман қолы қалт еткенде  қоғамға қажетті дүниені жасауға ұмтылады. 
– 1930 жылы шыққан машиналардың суретіне қарап отырып құрастырдық. Негізгі мақсатымыз ескі көлікті жаңа технологиямен жарақтандыру болды. Күн энергиясын қабылдайтын құрылғыны Қытайдан, ал аккумуляторды Италиядан алдырдық. Сапасы өте жоғары. Содан жарамсыз болып қалған «Жигули» машинасының қаңқасын қырқып, қайта жалғай отырып ойымыздағы көлікті құрастырып шықтық. Қазір тек әрлеу, әдемілеу жұмыстарын жасап жатырмыз, – дейді Сатылмыш Чайыр. 
Күн энергиясымен қуаттанған көлік сырты ескі болғанымен, ішінің барлығы да жап-жаңа. Тіпті, қозғалтқышының өзіне заман талабына сай автоматтандырылған жүйе орналастырылған. 
– Көлікті Түркістаннан Кентауға дейін айдап келдім. Күн бұлтты болған жағдайда аккумуляторға жиналған токтың күшімен жүз шақырымға дейін жүре береді. Ал күн шығып тұрса, ешқандай мәселе туындамайды. Сонымен қатар, генератормен және кез келген жердегі разедка арқылы заряд ала алады. Машина экологиялық әрі экономикалық тиімді, – дейді құрастырушы. 
Түркиядан келіп, қазақ балаларын кәсіби білім алуға баулып жүрген маман иесінің бұл алғашқы туындысы емес. Яғни, бұның алдында да бензинмен жүретін және күн энергиясынан қуат алатын мотоциклді құрастырып, іске қосқан. Астанада өткен көрмеге қойылған көліктер алғашқы жүлдені де жеңіп алыпты. Екі машина да паттенттелгенімен, оларға арнайы атау берілмеген. Қазіргі кезде көліктер оқу орнының мұражайына қойылған. Бір айта кетерлігі, қарапайым мұғалім тек көлік құрастырмайды. Шебер бұған дейін университет ауласы мен коттеджіндегі 80 жарықшам мен прожекторларды күн энергиясына қосқан. Сондай-ақ үлкен киіз үйдің төбесіне күн энергиясының айналмалы құрылғысын орнатқан. Яғни, шығыстан шыққан күннің көзімен бірге қуат алатын құрылғы да айналып отырады. 220 вольтпен жарақтанған үй ішінде теледидар көріп, музыка тыңдауға толығымен жағдай жасалған. Бүгінгі күні Сатылмыш Чайыр күннен энергия алатын аристонды құрастыру үстінде. 
Қайрат ЗАЙНИШЕВ. 
Оңтүстік Қазақстан облысы, 
Кентау қаласы

Егемен Қазақстан