Конспект на тему К?н энергиясыны? ?лем экономикасына ы?палы

«Күн энергиясының әлем экономикасына тигізетін ықпалы»
Электр энергиясынсыз өмір сүру мүмкін емес. Қарапайым ғана мысал: егер электр энергиясы болмаса, үйіңіздегі теледидар, тоңазытқыш, телефоныңыз істен шығады, киім үтіктей алмайсыз, компьютер қоса алмайсыз. Әлем де үлкен үй секілді: энергиясыз зауыттар мен ірі кәсіпорындар жұмыс істеуін тоқтатады, ал олар болмаса, азық-түлік өндіріліп, киім-кешек шығарылмайды, жұмыссыздық белең алады, адамдар кедейшілікке ұшырайды…Былайша айтқанда, электр энергиясы — тұтас әлем экономикасының бүлкілдеп соғып тұрған «қан тамыры».
Соңғы жылдары әлемде «энергетикалық қауіпсіздік» термині пайда болды. ХХІ ғасырда энергетикалық қауіпсіздік мәселесі бірінші орынға шығып отыр: біріншіден, дәстүрлі қуат қорлары сарқылып барады, екіншіден, энергияны тұтыну көлемі артып отыр. Мәселен, халықаралық энергетикалық агенттіктің мәліметтеріне сүйенсек, 1990 жылдан 2008 жылға дейін әлем елдерінде адам басына шаққандағы энергияны пайдалану көрсеткіші 10 пайызға артқан, ал жер бетіндегі адам саны 27 пайызға өсіпті! Аталған агенттіктің 2012 жылы жүргізілген зерттеуіне сәйкес, Қазақстан 135 елдің арасында электр энергиясын тұтыну көрсеткішінің жоғарылығы жөнінен 43-орында тұр екен.
Елбасы Нұрсұлтан Назарбаев 2014 жылғы халыққа Жолдауында энергетиканың дәстүрлі түрлерін дамыту туралы айтты. «Жылу-электр стансаларынан шығатын қалдықтарды тазарту жөніндегі ізденістер мен жаңалықтарға, өндіріс пен тұрмыста жаңа технологиялар арқылы жаппай электр қуатын барлық жерде үнемдеуге қолдау көрсету қажет. Таяуда Еуроодақтың ірі компанияларының алғашқы ондығы Еуроодақтың әйгілі жасыл экономика тұжырымдамасы негізінде қабылданған энергетикалық стратегиясына қарсылығын жариялады. Еуроодақ оны жүзеге асырған төрт жылда 51 гигаватт энергия қуатын жоғалтты. Жасыл экономика бағдарламасымен жұмыс жүргізе отырып, біз осы қателікті ескеруіміз керек» - деді Мемлекет басшысы.
Қазақстанның климаттық жағдайы күн қуатын пайдалануға қолайлы. Ғалымдардың айтуынша елімізде күн энергиясын өндіру мүмкіндігі жылына 2,5 миллиард киловатт сағат. Бұл отандық ғалымдарды жаңа жобаларға жасауға жетелеп отыр. Мәселен, күн сәулесін жинайтын арнайы тақталар. Толық автоматтандырылған аталмыш тақтайшалар ғимараттан шықпай-ақ, күн сәулесінің түсу бұрышын анықтап, оны компьютер арқылы басқаруға мүмкіндік береді. Ал өз кезегінде күн энергиясын қолдану жылу мен жарықты қатар алуға мүмкіндік береді. Бұл арзан әрі қолайлы. Сондықтан ол Қазақстандық ғалымдардың басты назарда.
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.
Қазіргі кезде күн энергиясы – гелиотехникалық құрылғылар (жылыжай, саяжай, суқайнатқыш, сужылытқыш, кептіргіш сияқты әртүрлі қондырғылар) өте жиі қолданылады. Ойыс айнаның фокусына жиналған 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 қолданылуда. Біздің заманымызда табиғи таза энергия қоры – күн энергиясын пайдаланудың негізгі екі бағыты бар:
1) күн энергиясын ішкі энергияға түрлендіру арқылы жылумен қамтамасыз ету
2) күн энергиясын электр энергиясына түрлендіру.
Күн сәулесінің энергиясы – практика жүзінде шектеусіз энергия көзі, жер бетіндегі қуаты 20 млрд.кВт болып есептелінеді. Бұл 2000 жылдағы жер планетасына тұтастай күйіндегі электр қуатына қажетті жорамалдан 100 есе артық. Сондай – бұл энергия көзін пайдалануда қоршаған ортаға еш кедергісі жоқ. Қазіргі таңда үдемелі энергия көздерін шектеу, энергетикалық отын ресурстарының күрделенуіне және қымбататуына көп мән берілуде, сол себепті күн сәулесінің энергиясын пайдалану тиімді.
Оңтүстік Қазақстан облысының кейбір аудандарында және облыс орталығында күн сәулесінен қуат алып, жарық беретін қондырғылар орнатылуда. Көше шамдары кеш түсе жанады да, таң ата өздігінен сөніп қалады. Күн батареясының әрбір күніне 14 сағатқа жететін электр энергиясын жинайды. Шуақты күндері қондырғы 4-5 сағатқа қуаттанса, күн бұлтты кезде 10 сағатқа дейін созылады.
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 үнемдеуді қолданыла 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 энергия 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 анықталатыны белгілі. Күн тұрақтысы – күн сәулесіне перпендекуляр болатын, бірлік ауданнан бірлік уақыт ішінде өтетін күннің сәуле шығару ағыны. Бір астрономиялық бірлік қашықтығында (Жер орбитасына) күн тұрақтысы шамамен 1370Вт/м2 – қа тең. Жер атмосферасынан өткен кезде күн сәулеленуі шамамен 370Вт/м2 энергияны жоғалтады. Осыдан жерге тек 1000Вт/м2-қа тең энергия ғана келіп түседі. Бұл келіп түскен энергия әртүрлі табиғи және жасанды процесстерде қолданылады. Күн сәулесі арқылы тікелей жылытуға немесе фотоэлементтер көмегімен эенргияны қайта
өңдеу арқылы электр энергиясын алуға не басқа да пайдалы жұмыстарды атқаруға болады.

Шындығында, қазіргі заманда 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 өндіретін 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 жел энергетикалық қондырғыларды, күн батареяларын, газ генераторларын пайдалану арқылы жүзеге аса бастады.
Жалпы алғанда, күн сәулеленуінен электр энергиясы мен жылу алудың бірнеше әдістері бар. Олар:
Электр энергиясын фотоэлементтер көмегімен алу.
Күн энергиясын жылу машиналарынынң көмегі арқылы электр энергиясына айналдыру (Жылу машиналарының түрлері: поршеньдік немесе трубиналық бу машиналары. стирлинг қозғалтқышы.).
Гелиотермальдық энергетика – күн сәулелерін жұтатын беттің қызуы мен жылудың таралуы және қолданылуы.
Термоәуелік электр станциялары (күн энергиясының турбогенератор арқылы бағытталып отыратын ауа ағыны энергиясына айналуы).
Күн аэростаттық электр станциялары (аэростат баллоны ішіндегі су буының аэростат бетіндегі күн сәулесі кызуы 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 – паралель қосылған ФЭТ-тер күн батареясын қажетті кернеу және ток күшімен қамтамасыз етеді. Жеке ФЭТ – тің электр қозғаушы күші 0,5-0,55В –қа тең және ол оның ауданына тәуелсіз (1см2 ауданға келетін қысқа тұйықталу тогының шамасы – 35-40мА). Күн батареясындағы ток шамасы оның оның жарықтану жағдайына байланысты. Яғни күн сәулелері күн батареясы бетіне перпендекуляр түскенде, ол ең үлкен мәніне жетеді. Қазіргі күн батареяларының пайдалы әсер коэфиценті – 8 - 10%, олай болса 1м2 ауданға тең келетін қуат шамамен 130Вт-қа тең. Температура жоғарылаған сайын (250С-тан жоғары) ФЭТ- тегі кернеудің төмендеуіне байланысты күн батареясының пайдалы әсер коэфиценті кеміп, күн батареяларының жиынтық қуаты ондаған, тіпті жүздеген кВт – қа жетеді. Күн батареяларының өлшемдері әртүрлі болады. Мысалы: микрокалькуляторда орнатылғандарынан бастап, ғимараттар шатырларым 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 жылытқыштармен 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 түсцде. Соңғы уақытта Санта - Барбарадағы Калифорния университетінің полимерлер және органикалық қатты бөлшектер орталығының мүшесі, Нобель сыйлығының лауреаты Алан Хигер мен Гвандждағы Корей ғылым және технология институтының ғылыми қызметкері Кванхе Ли мен олардың әріптестері тандемдік полимерлі күн батареяларын жасап шығарды. Жаңа батареялар авторлары спектрдің кеңірек дипозонын қолдану үшін жұтылу сипаттамалары әр түрлі екі фотоэлектрлік ұяшықтарды бір бүгінге жалғастырды. Нәтижесінде батареяның пайдалы әсер коэфиценті 6,5% - ға тең болды. Күн батареясының бұл түрі өзінің арзандылығы және оны жасаудағы карапайымдылығымен 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 коэфиценті 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 электромагнит сәуле түсіргенде фотоэффект құбылысының пайда болуына негізделген. Фотоэлементтің сыртқы фотоэффект және ішкі фотоэффект құбылыстарына негізделіп жасалған түрлері бар. Мысалы: сыртқы фотоэффектіге негізделгені электроваккумды фотоэлемент болса, ішкі фотоэффектіге вентильді, жартылай өткізгішті, жаппалы қабатты фотоэлемент түрлері негізделіп жасалған. Соның ішінде жартылай өткізгішті кремний кристалынан жасалған фотоэлементтер (пайдалы әсер коэфиценті 15% - ға жуық)
Ғарыштық ұшу аппаратының коректендіру көзі ретінде радиациалық құбылыстарды зерттеуде, т.б. жағдайларда пайдаланылады. Сондай – ақ бүгінгі кезде фотоэлементтерді әртүрлі көлік түрлеріне – қайықтарға, электромобилдерге, 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 отоэлементтерді сатумен айналысады. Жұқа қабыршақты фотоэлементтердің қалыңдығы 0,6мм ғана болғандықтан, ол автокөліктің аэродинамикасына еш әсерін тигізбейді. Күн батареялары мен фотоэлементерден бөлек Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын адамзат ойлап тапқан құрылғыларға Күн коллекторлары, Күн электр станциялары, гелиожүйелер, т.б. жатады.
Қорытынды:
Жалпы қалпына келетін энергияның келешегі зор, экологиялық таза, қоры ешуақытта сарқылмайды, әрі арзан, тиімді. Оларды пайдалану табиғат баланстарын бұзбайды.
Егер біз күн энергиясын тиімді және үнемді пайдаланатын болсақ бұл біздің келешегіміздің кепілі.
Қуат жетіспеушілігі мәселесін шешудің бір амалы – қуатты үнемдеу. Қуатты үнемдеуге бағытталған шаралар Қазақстандағы нағаз күн энергиясы көздері болып табылады.
Менің ұсынысым:
Отандық фотомодульдер шығаратын зауыттарды көбейтсе;
Гелиожүйелік қондырғыларды Мемлекет тарапынан субьсидиялар бөліп, бағасын арзандатса;
Ауылдық жерлердегі мекемелерге, көшелерді жарықтандыруды арзан күн батарея панелдерін орнатса;
Пайдаланған әдебиеттер:
Альтернативные источники энергии и энергоснабжение .  «Издательство» Москва, 2014г.
«Энергия көздері». В С Лаврус(1999ж)
Мақала: Күн батареясы. – “Қазақстан” ұлттық энциклопедиясы. 5-том,
127- бет. Алматы, 2003 жыл.
«Әлемнің энергетикалық қорлары». П.С. Непорожний, В.Н.Попков (1995ж.)
Журнал «Жастар техникасы», (1990 №5 )«Энергия көздері»,В.С.Лаврус(1997ж.)