Ғылыми жоба «Электр генераторын айналдыратын гидравликалық турбинамен жұмыстың компьютерлік моделі»

ПІКІР

Бізді қоршаған дүниені ғылыми түсіндіру үшін пәннің маңызы өте зор , жас қалыптасып келе жатқан тұлғаның табиғат дүниесімен қатынасы өзінің алған білімі арқылы дамиды .

Баешова Дильназдың «Электр генераторын айналдыратын гидравликалық турбинамен жұмыстың компьютерлік моделі» атты жұмысындағы нәтижелерді алудағы ізденушінің нақты қосқан үлесі төмендегідей көрсеткіштермен сипатталады :

Қазіргі заманды электр энергиясынсыз елестету мүмкін еместігін, сол себептіде , электр энергияны алудың шығыны аз, экологиялық таза көздерін табу бугінгі куннің негізгі мәселесі екендігіне кең түрде тоқталған

Қуатты үнемдеу және экологиялық туындаған ипроблемаларды шешу мақсатында жел, су, кун энергиясын пайдалану жолдары мен тиімділігін қарастырған

Қамтылған барлық материалдар ойға қонымды, нанымды, тақырып мәнін ашатындай дәрежеде.

Оқушының табиғат пен техника құбылыстарын зерделеп түсінуге, тусіндіре алуына , жалпы қоғамның экономикалық дамуына атқаратын рөлін түсінуге ықпалын тигізеді .

Осындай ғылыми жұмысына оң бағаны бере отырып, еңбегіне сәттілік тілеймін.

Пікір беруші: Сембинова Гульшат Толеухановна ,

Б Исадилов атындағы ЖОББМ,

физика пәнінің мұғалімі

Кіріспе

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. Қазіргі заманды электр энергиясынсыз елестету мүлдем мүмкін емес. Сол себепті де, электр энергияны алудың шығыны аз, экологиялық таза көздерін табу бүгінгі күннің негізгі мәселесіне айналып отыр.

Жұмыстың түрі — зерттеушілік.

Жұмыстың тақырыбы– «Электр генераторын айналдыратын гидравликалық турбинамен жұмыстың компьютерлік моделі».

Тақырыптың өзектілігі – Адамзатқа энергия қажеттілігінің өсуі және оны қамтамасыз ету мүмкіндігінің төмендеуі.

Жұмыстың негізгі мақсаты - Негізгі энергия көздерін дамытудың перспективасы және ерекшеліктерін анықтау, сонымен қатар осы даму нәтижесінің кері әсерін зерделеу. Қуатты үнемдеу және экологиялық туындаған проблемаларды шешу мақсатында жел, су, күн энергиясын пайдалану жолдары мен тиімділігін айқындау.

Практикада қолданылуы: Фотоэлектрлік генераторларды алыс, шалғай ауылдарға, көшелерді жарықтандыруда, тозығы жеткен трансформаторлары мен бағаналары бар елді мекендерге орнатып, жаңартуды ұсыну.
Зерттеу жұмысының болжалған нәтижесі -дәстүрлі электр энергиясының қоры болашақта адмазаттың энергияға қажеттілігін қамтамасыз ете алмайды. Алтернативті энергия қорлары ретінде қазіргі кезде Күн, су, жел, толқын және т.б. энергияларын қолдану ұсынылуда. Бірақ осылардың барлығы жеке-жеке орасан зор энергия қажеттілігін қамтамасыз етуі мүмкін емес. Сондықтан, осы энергия қорларын бірге пайдалану жерді қажетті энергиямен қамтамасыз етуге

үлкен үлесін қосады.

Ғылыми жұмыстың теориялық және практикалық маңыздылығы:

Еліміздегі энергетика секторының соңғы жылдардағы статистикасына сүйенсек, жалпы өндірілетін электр энергиясына шаққанда жылу электр стансалары – 87 пайызды, су электр стансалары – 12 пайызды, басқалары –

1пайызды құрайды екен.

Көмірсутегінің бағасы күрт қымбаттап, көптеген Еуропа елдері балама энергия көздерін пайдалануға бет бұрған. Еліміздегі энергетиканың салалық бағдарламалары бойынша 2014 жылы баламалы энергия қуатын өндіру көлемі 1 пайызға жетуі керек. Бұл салаға 2011-2014 жылдар аралығында 7 миллиард доллар инвестиция жұмсалады. Бұл, әрине, баламалы энергия көздерін игерудің тамаша бастамасы. Алайда, тың өндіріс саласы болғандықтан, оны дамытып, түбегейлі зерттеу, қолданысқа енгізу өзекті мәселе болып отыр. Бірақ, осы мәселені шешудегі ең маңызды мәселе экологиялық апатқа ұшырамау жолдары екендігі ұмтылмауы керек.

Негізгі бөлім

І. Жел энергетикасы.

1. Жел энергетикасының тарихына қысқаша шолу.

Баяғы заманнан бері жел энергиясы адамдарға қызмет етті. Ежелгі гректердің пікірі бойынша әйгілі прометей адамдарды отты жағуды ғана емес, сондай-ақ кемелерде желкендерді қолдануды үйретті. Желкенді кемелердің көмегімен барлық ұлы географиялық ашулар іске асты екені бәрімізге белгілі.

Ал құрлықта мыңдаған жел диірмендері баяғыдан бері астықты майдалаған, ағаштарды аралаған, суды жер бетіне шығарған және басқа да көптеген пайдалы істерді атқарған. Жел диірмені жайында алғашқы жазу 644 жылы жазылған. Мұнда Халифа Умара ибн ал-Каттаба деген кісіні өлтірген Абу Лулуаныны «жел диірмендерін құрастырушы» деп атаған. Ал Еуропаның 1105 жылғы архивында сопыханаға берілген жел диірменін салуға рұқсат қағазы сақталған екен. Француздық 1180 жылғы және ағылшындық 1190 жылғы ақпараттарда жұмыс істейтін жел диірмендері туралы тікелей айтылған.

Көп заман өткен соң көптеген шеберлер мен ойлап шығарушылардың жетілдірулерінен кейін ғана жел диірмендері бәрімізге таңымал көрінісін тапқан болатын. Ол су қондырғыларының құрылысынан біршама оңай және арзан болатын. Сондықтан да көптеген ғаысрлар бойы Ресейдің, Германияның, испанияның және, әрине Голандияның (жел диірмендерінің классикалық елдері) кең жазықтықтары ағаш алыптарының орналасу орындары болған. (тек Ресейде олардың саны 250 мыңнан асатын!).

Желкенді қайықтар да ұмытылған жоқ. Пароходтардың Еуропаға шай апаратын «шай клиперлері» қолданыста жүрген. Ондай кемелердің ішінен ең әйгілісі «Катти Сарк» (қазіргі кезде және мәңгілікке ағылшынның Фалмаут портында тұр). Осындай «шай клиперлерінің» бірінде желкенді қайықта ең үлкен жылдамдық рекорды қойылған. «Попутный ветер» клипері Үндістаннан Еуропаға дейінгі жолын 39 км/сағ орташа жылдамдықпен өткен. Әлемнің көптеген порттарындағы мыңдаған адамдар «Товарищ» және «Крузенштерн» кемелерінің сұлулықтарына таңданған.

ХХ ғасырдың басында Н.Е.Жуковский самал желдің ескенінен-ақ энергияны ала алатын қондырғыларды құрастыру теориясын ұсынған.

1931 жылы Севастополь қаласында 100 кВт энергия шығаратын, дөңгелегінің диаметрі 30 м болатын желэлектрстанциясы құрастырылған. 1942 жылға дейін ол қалаға тұрақты электроэнергия апарған екен.

1941 – 1945 жылдары американец Вермонт штатында 200 пәтерді электроэнергиямен қамтамасыз ететін, ол кезде ең қуатты(1250 кВт) желэлектрстанциясы жұмыс істеген. Оның дөңгелектерінің бұлғауы 50метрден асатын. Бірақ бұл алыптың көптеген кемшіліктері болған. Мысалы, қондырғының қанаттары 300 сағат жұмыс істеген соң сынаты өте тиімсіз болған.

Күшті мен тұрақты желді табу үшін кейбір құрастырушылар қондырғыларды жерден өте биікке көтеруді ұсынған. Соғыстың алдында кеңс ойлап шығарушылар жел платинасының жобасын ұсынған. Олардың ойлары бойынша, биіктігі 350 метр және ені 500 метр болатын металл каркастың үстінде диаметрлері 20 метр 224 жел двигателдері орналасу керек еді. Бұндай қондырғы 100 мың кВт қуатты шығарар деген болжам жасалған. Ал одан да алғыр жоба бойынша 8 – 10 км биіктіктегі атмосфера энергиясын қолдану жоспарланған. Мұнда жылдамдығы 20 – 30 м/с-қа дейін жететін әрдайым жел ағындары бар екен. Жел двигательдері мен генераторлар, жобаның авторларының ниеттері бойынша, жерге тростармен бекітілген аэростат арқылы жел ағындарына жеткізілетін.кабельдер арқылы энергия көктен тікелей тұтынушыға жеткізілетін. [1]

Бұл жобалардың барлығы да 20 жылдай бұрын тек құрастырушылардың арманында болатын. Ал қазіргі кезде барлық қондырғылардың жобалары іске асты. Бұл заманымыздың жаңа технологияларының арқасында. Ал менің жоғарыда айтылған құрастырушылардың ойлары: өте биікке орналастырылған жел қондырғылары жайында болмақ.

2. Жел энергиясы

Бізді қоршаған орта үнемі қозғалыста және осы қозғалыстың энергиясы орасан зор. Жел энергиясы жерді барлық өзендердің энергиясынан 100 есе үлкен. Жер бетінде үнемі жел соғады: аздаған жеңіл лептен бастап, орасан зор зиян әкелетін дауылға дейін. Біздің елімізде соғып тұрған жел республикамызға қажет электр энергиясын өндіруге шамасы бар. Жел энергетикасын, әсіресе, осы Ақмола облысында дамытуға әбден болады. Егер Астанамызды ең таза әрі әдемі қалаға айналдырғымыз келсе неліктен экологиялық таза энергия көзін қолданбасқа. Әр түрлі авторлардың айтуынша жердің жел энергиясы 1200 ГВт, бірақ жердің әр түрлі аймағында жел энергиясын пайдалану мүмкіндігі әр түрлі. Жел энергиясын мүмкіндігінше электр энергиясына айналдыру үшін жер бетінен 20 - 30 м биіктіктегі желдің ағының жылдамдығы үлкен болу керек. Мысалы: орташа жылдық қуаты 500 Вт/м² болатын жел қондырғысының осы қуаттың 75 пайызға ғана электр энергиясына айналады (және желдің жылдамдығы 7 м/с болу керек). Жел ағынындағы энергия, желдің жылдамдығының кубына тура пропорционал. Бірақ та идеал машинаның өзі жел энергиясын түгел пайдаға жарата алмайды.

Теория жүзінде жел энергиясын пайдалану коэффициенті (ПӘК) 59,3 % артық болмайды. Ал іс жүзінде бұл кофициент 50 %, бірақ бұл көрсеткіштің өзі, егер желдің жылдамдығы жобада көрсетілген оптимал жылдамдықта тең болса ғана. Осының бәрін ескергенде жыл бойындағы электр энергиясын алу жел энергиясының 15 – 30 % ғана құрайды.

Соған қарамастан адамдар ерте заманнан бері жел энергиясын іске жаратқан. Оған мысал ретінде жоғарыда айтылған желкенді кеме мен жел диірмендері бола алады.

Жел электр станциясы СССР-де 1923 жылы Курск маңайында салынды. 1930 жылы Қырымда қуаты 100 кВт ЖЭС салында.

Шет елдерде жел энергиясын қолдану үлкен табыстарға жеткен. Франция, Данияда ЖЭС қуаттары 1 МВт-тан асады. Ең қуаттысы ЖЭС АҚШ – та. Оның қуаты 4 МВт. Америка жаман газдардың шығуын 2050 жылға дейін 60 % кемітуді жоспарлап отыр. Олар 2030 жылға дейін шығарылатын электр энергиясының 20 % жел энергиясы болады деген болжам жасаған.

Европаның 10 ірі банкісі және жеке инвесторлар жел энергиясын алуды қаржыландырады. Бұнда көбінесе ЖЭС тұрақты ток алатын электр станциялары.

Бұның барлығы басқа елдерде жел энергиясын пайдалануға қолға алынғанын көрсетіп отыр.

3. ЖЭС жұмыс істеу принципі

Жел дөңгелегі электр тогының генераторы динамомашинаны іске қосады, ал ол параллель қосылған аккумуляторды зарядтайды. Аккумуляторлық батарея генератордың клеммаларындағы кернеу аккумулятордың клеммаларындағы кернеуден үлкен болған автоматты түрде ажыратылады.

Екі жылдан бері Қазақстан БҰҰ бағдарламасына бірлескен жел қуатын пайдалану жобасын орындатуға кірісті. Қазақстандағы энергия көздері 8 млрд. кВт/сағ энергия шығарады. Жел қуатын пайдаланса жылына 1,8 трлн кВт/сағ өндіруге болады екен. Жобаның бірінші кезеңін іске асыруға ғаламдық экологиялық қор республикаға 2,5 млн. АҚШ долларын берді. Жекеленген инвесторлар бұған 4 млн. АҚШ долларын қосты. Өткен жылы бағдарламаның дайындық кезеңі аяқталды. Республиканың оңтүстік шығысында шамамен 5 МВт электр қуатын шығаратын тұңғыш жел диірмені орнату жоспарланды. Алматы облысында Жоңғар Алатауына салынатын бұл жел диірменіне үлкен үміт артылуда. Өйткені жылдың төрт мезгілінде күшті жел диірмен орнатылмақшы. Келешекте саны 100 диірменге жетпекші.

Оңтүстік Қазақстан облысында 2 жел электр қондырғысының монтажы жасалып аяқталды (2004 жыл, қазан айы). Монтажды Индия және Қазақстандық мамандар жүргізген (Кетау қаласының жанындағы Қотырбұлақ деген жерде). Әрбір қондырғының бағасы 150 000 доллар. Осы қондырғылар арқылы 6,1 км жерге Кентауға электр энергиясы жеткізіледі. Егер осы қондырғылардың жұмысы рентабельді болса, ондай қондырғылар басқа да жерлерге қойылмақшы.

Электр қуатын өндіретін жел диірмендер алыстағы елді мекендерді жарықпен, жылумен қамтамасыз етуге өте ыңғайлы. Осындай жел диірмендері елдің Батыс өңірінде Каспий теңізінің жағалауындағы қуатты желдің мүмкіндіктерін пайдалану ұтымды болмақшы. Елорданы тұрақты әрі сенімді энергия көзімен жабдықтау маңызды міндет және жел энергетикасын Астананың келешегінде пайдалану аса маңызды. Жел диірменінің болашағы осындай болмақшы.

Дүние жүзі оңай әрі арзан қуат көздерін іздестірген заманда өз еліміздің ресурстарын ұтымды пайдаланған жөн. Тіпті жел диірменінің агрегаттарын өз елімізде жобалап құрастырып шығаруға да болады.

ІІ тарау

2.1.Су энергиясы 

С у электр станциясы - электр генераторын айналдыратын гидравликалық турбинамен су ағынының механикалық энергиясын электр энергиясына түрлендіретін электр станциясы. Қазақстандағы ең алғашқы СЭС 1902 жылы Зырян кенішін энергиямен қамтамасыз ету мақсатында Тұрғысын өзенінде салынды. Оның қуаты 1 мың кВт болды. 1927 жылы Жоғары Хариузовск СЭС-і (куаты 3,2 мың кВт), 1934 жылы Үлбі СЭС-і (қуаты 27,6 мың кВт) салынды. Үлкен Алматы өзенінде 10 каскадтан тұратын СЭС (жалпы қуаты 47 мың кВт) 1959 жылы салынып бітті. Соңғы жылдары кешенді мақсатта пайдаланылатын бірнеше ірі су-энергетикалық тораптар іске қосылды: Ертіс өзенінде Өскемен СЭС-і (куаты 331,2 мың кВт) және Бұқтырма СЭС-і (қуаты 675 мың кВт), Іле өзенінде Қапшағай СЭС-і (қуаты 434 мың кВт) және т.б. Елімізде су-энергетика құрылыс объектілерінен басқа 200-ден астам шағын және орташа СЭС салынған. Қазақстандағы ірі СЭС-тердің барлығы энергия жүйесі өқрамындағы жылу станцияларымен үйлестіріле пайдаланылады. Бұл жағдайда олардың жоғары дәрежедегі кешенді үнемділігі, пайдаланудағы сенімділігі артады. Сондықтан СЭС салу өзеннің ағын суын су көлігі, ирригация және сумен қамтамасыз ету және т.б. мақсаттарда кешенді пайдалануға мүмкіндік береді.

Су энергетика қорлары

Су энергетика қорлары — өзендер мен сарқырамалардың құлама суынан алуға болатын энергия қоры. Энергияның бұл көзінің артықшылығы — оның қоры сарқылмайды, үнемі қалпына келіп отырады. Бұл энергияның арзан, әрі гигиеналық түрғыдан таза түрі болып табылады. Су энергиясының қоры жөнінен Қытай, АҚШ, Канада дүние жүзіндегі алғашқы орындарды иеленеді.
Су энергетикасы – энергетиканың су қорларының қуатын пайдаланумен айналысады.

Ағындагы судың энергиясы көп мыңжылдықтар бойы адамзатқа қызмет етеді.
Қазіргі кездегі гидроэлектрлі станцияларда су үлкен жылдамдықпен турбиналардығы лопастеріне бағытталады. ГЭС-ді құруға өте көп шығындар кетеді. Бірақ ол шығын Турбина - энергетикалық ең пайдалы машина, өйткені су өзінің Қоршаған ортаның ластанбауы, эксплуатацияның қарапайымдылығы және табиғаттың өзімен Сондықтан ХХ ғасырда бірнеше ғана гидроэлектростанциялар салынды.  Бірақ адамзат жердің гидроэнергетикалық потенциалының аз ғана бөлігін қолдануда.

Қазақстанда, толқыны мен суының жағаға көтеріліп ұрынуы мен қайтуын пайдалануға болатын екі – ақ нысанды айтуға болады. Оның біріншісі батыста орналасқан Каспий теңізі де, екіншісі Балқаш көлі. Оның үстіне, батыс Қазақстан энергияға өте тапшы өңірлердің бірі болып саналады. Толқын энергиясын өндіріп пайдалану жағалық аудандардың бірқатарын энергиямен қамтуға мүмкіндік берер еді. Ал, Балқаш көлінің су энергиясын пайдалану іске асып, өндірістік жолға қойылса, көтеріліп жүрген экологиялық зардабы қауіпті, Балқаш маңында АЭС – н салу тоқтатылып, қайта жаңғырылатын су энергиясы жетекші маңызға ие болады. Қазақстанда су мысалында қайта жаңғырылатын энергия көздерінің қазіргі жағдайын талдау нәтижесі мыналарды көрсетті: 1) Қазақстанда су энергетикасы потенциалының ауқымды қоры бар және оны дамытуға мүмкіндік көп. Бірақ, ГЭС жабдықтары мен құрылымдары қатты тозған және қирау алдында тұр. Сондықтан, маңызды стратегиялық мәселелердің бірі – ірі және шағын ГЭС – терді қайта жөндеп модернизациялау және техникалық, экологиялық және экономикалық жағынан тиімді су энергетика ресурстарын жылдам игеру қажет; 2) Қайта жаңғырылатын және қалыптаспаған энергия көздерін дамыту масштабын ұлғайту жолында әлемнің көптеген елдеріне сипатты, қайта жаңғырылатын энергияның, қалыптасқан энергия көздеріне қарағанда экономикалық тұрғыда бәсекелестігінің төмендігі басты кедергі болып саналады. Бұдан бөлек, қайта жаңғырылатын энергия көздерін өндірістік жолға қоюға қажет инвестицияның жоқтығы. Орта Азияның бірқатар елдерінде, қалыптаспаған энергия көздері базасында тәуелсіз энергия өндірушілерге қаржылық жеңілдікті кепілдендіретін заң базасының әлсіздігі, бұл энергетика саласы басқаларға қарағанда кейін пайда болған, сондықтан елімізде әлі де жетекші орын алмай отыр. 3) Қазақстанда су энергиясын пайдалануға барлық жағдай бар екені жоғарыда дәлелденіп айтылып өтілді. Оның ішінде шағын ГЭС іске қосу – экономикалық және экологиялық жағынан да өте тиімді.

ІІІ тарау

3.1 . Күн – энергияның аса қуатты көзі

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 температурасы 8•106 К-ге жақын, ал Күн бетінде 6000 К-ге тең. Неғұрлым дәл есептеулер 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.

Қазіргі кезде Күн энергиясы халық шаруашылығында – гелиотехникалық құрылғылар (жылыжай, саяжай, суқайнатқыш, сужылытқыш, кептіргіш сияқты әр түрлі қондырғылар) өте жиі қолданылады.

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).Жетілірілген 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. 

3.2. 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 кемтіктер 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. 
Қуаты 2-3 кВт-тан тұратын кремнийлі фототүрлендіргіш гелиоқондырғыны үйдің төбесіне құрастырып орнықтырады, ол 20-30² 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- ғыларымен 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 жылу

тасығышының ролін атқарады. 

IV тарау. Зерттеу бөлімі

4.1. Жер бетіндегі жел энергоқұрылғылардың кемшіліктері:

1. Жел үнемі соқпайды. Сондықтан, генератор бірқалыпсыз жұмыс істейді. Токтың жиілігі де өзгеріп отырады. Токты бірқалыпты өзгерту үшін аккумулятор қолданылады, бірақ бұл қымбатқа түседі және эффектілігі өте аз. Кей кезде желдің жылдамдығы қажет жылдамдықтан аз, кейде көп болып кетеді.

2. Жел агрегаттарының қуаты ең үлкені 4 МВт, ал үнемі қолданылатынының қуаты 200-250 кВт. Осындай аз қуаттың өзінде оның алып жататын орны үлкен болады. Мысалы «Сокол» жел агрегаты (Р=4 кВт) мачтасының биіктігі 101 м, роторының диаметрі 12 м. «Гровиан» (Германияда, қуаты 3 МВт) қондырғының роторы 100 м, ал биіктігі 30 қабатты үйдің биіктігінен үлкен, массасы бірнеше тонна.

3. Қуаты 4 МВт атом электр станциясын алмастыру үшін 4мыңға жуық «Гровиан» агрегаты қажет екен. Желдің өзі тегін болса да, беретін электр энергиясының құны қымбат болып шығады.

4. ЖЭС алып жататын орны өте үлкен, бірнеше мың га. Жұмыс кезінде үлкен шу және жиілігі 16 Гц инфрадыбыс шығарады. Ол адам организміне, сонымен қатар аңдар мен құстарға үлкен әсер етеді. Сол жердің экологиялық жағдайын нашарлатады.

2. 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

«Адамдардың табиғатсыз күні жоқ, мұны айтуға табиғаттың тілі жоқ» – демекші өткен ғасырда ғылыми техникалық прогресстің арқасында адамзат біраз табыстарға қол жетті. Табиғаттан алатынынымыз көп, беретініміз аз болды. Қазіргі мемлекеттерде энергия тапшылығы байқалуда. Бұрыннан пайдаланып келе жатқан көмір, мұнай, табиғи газ сынды энергия көздерінің сарқылуы немесе қорының азаюы, қоршаған ортаға тигізетін зиянды әсерінің күн санап артуы адамдарды бей-жәй қалдырмады. Бүкіл әлем Энергия тапшылығынан құтылып, қоршаған ортаны ластамайтын альтернативті энергия көздеріне қол жеткізуге кірісіп кетті. Бүгінгі таңда әлемнің ғалымдары энергияның жаңа көзін жыл өткен сайын іздестіріп келуде.

Менің ойымша, елімізде күн сәулесі болашақтың сарқылмас энергиясы бола алады. Бұл дегеніңіз біз үшін, ең тұрақты, ең арзан, таусылмайтын энергия көзі күн сәулесінің энергиясы болмақ деген сөз. Күн сәулелерін шоғырландырып, оларды кремний батериясына бағыттау жарық сәулесін өзгертіп, электр энергиясына айналдырады.

Қуат жетіспеушілігі мәселесін шешудің бір амалы – қуатты үнемдеу. Қуатты үнемдеуге бағытталған шаралар Қазақстандағы нағыз балама қуат көздері болып табылады. 2008 жылдың ақпан айындағы Қазақстан халқына жолдауында президент Н.Ә.Назарбаев электр қуатын жаппай үнемдеу қажеттілігіне ерекше назар аударып, кәсіпорындарды қуат үнемдейтін және қоршаған ортаға зиянсыз келетін технологияларды ендіруге күш жұмсауға шақырды. Энергия мен қорларды үнемдейтін технологияларды дамыту барған сайын өзекті мәселеге айналып барады. 

Осы ғылыми жобаны әзірлеу барысында көптеген теориялық ақпараттар жинақтап, зерттей отырып, баламалы энергия көздеріне қол жеткізу туралы кеңінен оқып –үйрендім. Оны практикамен байланыстыруды ұйғарып, шалғай ауылды жерде орналасқан жеке үйлерге жылу алу үшін шатырына орнатылған күн батареялары және су, сондай-ақ мен желдің күшімен электр энергиясын алуға арналған желқондырғысының макетін жасадым.

Пайдаланылған әдебиеттер

1. Мақала: Күн батареясы. – “Қазақстан” ұлттық энциклопедиясы. 5-том, 127-бет. Алматы, 2003 жыл.

2. Мақала: Фотоэлемент. – “Қазақстан” ұлттық энциклопедиясы. 9-том, 227-228 беттер. Алматы, 2007 жыл.

3. Надиров Н.«Не НЕФТЬЮ единой ...». – Газета «Класс Time», №11, стр. 7. 11 апреля, 2012 год

4. Полупроводники в технике и науке. Т.1-2, Москва–Ленинград, 1957-58 гг.

5. Саммер В. Фотоэлементы в промышленности (пер. с англ.яз.). Москва–Ленинград, 1961

6. Берковский А.Г. и др. Фотоэлектронные приборы. Москва, 1965

7. Статья из ИНТЕРНЕТА: Создана рекордная органическая солнечная батарея // www. Membrana, 13 июля 2007 год.

8. Ванке В.А., Лесков Л.В., Лукьянов А.В. Космические энергосистемы. – Москва: Машиностроение, 1990

9. П.С. Непорожный, В.Н.Попков «Әлемнің энергетикалық қорлары», 1995ж.

10. Журнал. «Жастар техникасы», 1990ж,№5

11. В.Володин, П.Хазановский «Энергия ХХІ ғасыр»

12. В.с.Лаврус «Энергия көздері», 1997ж.

Қосымша

Шалғай елді мекенге жылу мен жарық беруге арналған макетті (модельді) жасау үстінде

1-сурет. Дайын болған макет. (модель).

Макетке түсіндірме: Фен арқылы жасанды жел бергенде жел

қондырғысының қалақшалары айналып, энергия өндіреді.

Нәтижесінде сарайдың алдына орнатылған лампочка жанады.

ПІКІР

«Ұсталы ел озар, ұстасыз ел азар»- дегендей қазақ мектептерінің жаңару үстінде болуы қуанарлық жағдай. Сондықтан, физика пәні мұғалімдеріне өз сабақтарында өмірмен байланыстыру негіздерін (үйрену) енгізу - қазіргі күн талабы. Сабақты тиімді ұйымдастыру және оқушыларды бейімділілікке баулу осы талапқа негізделген.

Мектеп қабырғасында тәрбиеленетін жас ұрпақтың икемділігі мен шеберлігін, өнерге деген сүйіспеншілігін, қызығушылығын арттыру -мұғалімнің басты міндеті.

Оқушылардың шығармаларымен танысу - олардың өз туған жеріне, халқына, табиғатқа деген сүйіспеншілігін қалыптастырады, эстетикалық сезіміне әсер етіп, талғамын жетілдіреді, электр генераторын айналдыратын гидравликалық турбинамен жұмысты анықтау болып табылады. Электр генераторын айналдыратын гидравликалық турбинамен жұмысты жасау кезінде оқушылардың ойлау қабілетін дамытып, икемділігін, шеберлігін қалыптастыруға мүмкіндік туады.

Олай болса, «Ата көрген ақ жонар, ана көрген тон пішер» деген халық даналығын басшылыққа алып, жас ұрпақты тәрбиелеуде, дамытуда, қалыптастыруда физикалық құралдарын орнымен пайдалану бүгінгі күнде ерекше маңызды.

10 «Ә» сынып оқушысы ....нның «Электр генераторын айналдыратын гидравликалық турбинамен жұмыстың компьютерлік моделі» атты ғылыми жобасынан жаңа технологиялық бағытта қолдану, жасалу жолдарын, оны құрастыруда білімін жетілдіргенін көруге болады. Осындай ғылыми жобасына оң бағаны бере отырып, еңбектеріне сәттілік тілеймін.

Пікір беруші: Желдыбаева Балғын Сембайқызы,

Семей қаласының Шәкәрім атындағы

мемлекеттік университеті, физика

кафедрасының доцент м.а., п.ғ.к.