Күн сәулесі-болашақтың сарқылмас энергиясы

№38 Н.Оңдасынов атындағы мектеп-гимназиясы

Ғылыми жоба

Тақырыбы:Күн сәулесі-болашақтың сарқылмас энергиясы

Орындаған:Шабданбек Айдана

6шы сынып оқушысы,Шымкент қаласы,Н.Оңдасынов атындағы №38 мектеп-гимназия

Жетекшісі:Рашид Ырыскүл

Мазмұны

1. Кіріспе

2. Негізгі бөлім

а) Энергияны пайдалану жолдары

б) Күн энергиясы. Күн энергиясын алу-энергиягияны

алудың таза экологиялық әдісі

III.  Зерттеу бөлімі

а) Күн энергиясын электр энергиясына түрлендіру

б) Күн көзінен ток алатын батарея

1. Қорытынды

2. Пайдаланылған әдебиеттер

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 көзқарасы мен жаңашыл электр энергиясын үнемдейтін жоба ұсынды.

I.Кіріспе

Жұмыстың өзектілігі:Энергия тұтыну адамзат тіршілігінің міндетті шарты болып табылады. Сондықтан адамдар ертеден күн энергиясын тиімді пайдалану жолдарын қарастырды. 1839 жылы Александр Эдмон Беккерель фотогальваникалық әсерді ашты. 44 жылдан соң Чарльз Фриттс күн энергиясын қолданатын алғашқы құрылғыны құрастырды. 1883 жыл күн энергетикасы дәуірінің туған жылы болып есептеледі.

Жұмыстың мақсаты: күн сәулесi энергиясын күнделiктi тұрмыста қолданудың үлгiсiн көрсету болып табылады.

Жұмыстың міндеттері:

-Дәстүрлі және жаңа энергия көздерін зерттеп білу;

– Қазіргі уақытта пайдаланып отырған энергия көздеріне сипаттама жасау;

– Күн энергиясын пайдаланудың жолдарын айқындау;

–  Күн энергиясын қолданудың тиімді жақтарын айқындау;

– Күн сәулесін пайдаланудағы элемдік тәжірибені зерттеп білу;;

– Болашақтың энергиясы ретінде күн энергиясының маңыздылығын таныту.

Болжам.Егер күн энергиясын пайдаланудың тиімділігі анықталып, оны қолдану жолдары көрсетілсе, онда күн энергиясын пайдалану туралы таным-түсініктеріміз арта түсер еді, олардың пайдасын жетік меңгеріп, өз қажетімізге тиімді жарата алар едік.

Жұмыстың жаңашылдығы:Ғылыми жұмысымызда күн энергиясын пайдаланудың тиімді жақтары танытылды.

Жұмыс қорытындысы.  Теориялық ақпараттарды талдай отырып, күн энергиясы күнделікті тұрмысымызды жеңілдетен энергия көзі екендігі айқындалды.

Ғылыми жобаның практикалық маңыздылығы – осы жасалып отырған жобада күнсәулесi энергиясын пайдаланып, үйдi электр тогымен, жылумен қамтамасыз ету жолдары қарастырылады.

Жұмыстың орындалу әдістері. Күн энергиясын пайдалану туралы баспасөз, энциклопедия, интернет материалдарымен жүйелі түрде танысу, оларды жүйелеп, жинақтау; ғылыми ізденіс, зерттеу,  деректер жинау.

1. Негізгі бөлім

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 өткен «ЭКСПО-2017» халықаралық көрмесіне ұсынылған тақырып та осыған орайлас, яғни, «Болашақтың энергиясы!»

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 Күн мен Қазақстандық жел  энергиясының қуаты ешқашан сарқылмайды

Күн энергиясы Күн энергиясын алу-энергиягияны алудың таза экологиялық әдісі

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 және  инфрақызыл сәуле шығару аймағы.

Адамның  табиғат үрдісіне араласуының нәтижесінде ХХ  ғасырдың ортасында экологиялық мәселелер пайда болды.  Соңғы 10 жылда ғана біздің әлем атмосферадағы көмірқышқыл газының көлемі 5% көбейді.  Ластанудың физикалық факторына электромагниттік өріс, шу, радиоактивтік сәулелену, вибрация ,гравитациялық өріс өнеркәсіптік қондырғылардың жылуы жатады.

Жылулық ластану физикалық факторлардың бірі болып саналады. Ауаға автокөліктермен тек қондырғыларда пайдаланылған бу мен газдар арқылы жылу бөлініп, оның жылдық үлесі 7-10 ккал- ға жетеді. Қоршаған табиғи ортаның ластануын түсіндіре келе мына шарттарға ерекше тоқталмақшымын. Дүниежүзіндегі барлық энергетикалық қондырғылар атмосфераға жыл сайын 200-250млн тонна күл және 60 млн тоннаға жуық күкіртті ангидрид шығарады екен. 2025 жылға дейін бұл қалдықтар 20 млрд. 400 млн. тоннаға жетуі мүмкін.

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.

Атом энергетикасының келешегіне қауіп төніп, көптеген елдер баламалы қуат көздері туралы ойлана бастады. Әрине, көгілдір отын және көмірмен жұмыс істейтін стансаларда өндірілетін қуат арзан, бірақ олардың қоры шектеулі. Сондықтан күн батареялары мен жел стансаларының қымбаттығына қарамастан, энергия өндіру бағытында жаңғыртылатын қуат көздерін құру бүгінгі және болашақ үшін өте маңызды.

Менің ойымша, елімізде күн сәулесі болашақтың сарқылмас энергиясы бола алады. Мысалы күн энергиясын пайдалануға толық мүмкіндігіміз бар. Оңтүстік облыстарда бір жылдың ішінде 180-250 рет күн ашық болып, орташа температура 37 ⁰С құрайды. Бұл дегеніңіз біз үшін, ең тұрақты, ең арзан, таусылмайтын энергия көзі күн сәулесінің энергиясы болмақ деген сөз.

• Зерттеу бөлімі

Күн энергиясын электр энергиясына түрлендіру

90-жылдардың басынан бастап энергетикалық және экологиялық проблемалардың өсуіне байланысты экономикалық жағынан дамыған мемлекеттердің үкіметтері күн энергиясын дамытуға елеулі қаржы сала бастады.

Күн үлкен энергия қорына ие, жылына жер бетіне түсетін күн энергиясы 7,5*10¹⁷кВт/сағ.  Күн энергиясының маңызды артықшылықтарының бірі  қоршаған ортаға қауіпсіздігі және арнайы жеткізу құралдарының қажет еместігі болып табылады.

Күн элементтері-күн сәулесін қабылдап, оны электр энергиясына түрлендіретін  материалдардан жасалуы керек.

Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғыларының түрлері:

• Фотоэлектрлік (күн батареялары);

• Фототермиялық (күн коллекторлары)

Күн батареялары –күн энергиясын  тікелей электр энергиясына айналдыратын жартылай өткізгіш құрылғы. 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.  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 бетіне перпендикуляр түскенде, ол ең үлкен мәніне жетеді. Қазіргі уақытта көбінесе фотоэлектрлік түрлендіргіш кеңінен қолданылады. Фотоэлектрлік түрлендіргіште энергияның бір

түрден екінші түрге ауысуы біртекті емес жартылай өткізгіш құрылғыларда күн сәулесінің әсерінен пайда болатын фотовольттық әсерге негізделген. Түрлендірудің тиімділігі жартылай өткізгіш элементтің электрофизикалық сипаттамасына, түрлендіргіштің оптикалық қасиеттеріне байланысты.

Күн батареяларында шикізат ретінде кремний қолданылады. Күн кремнийiнiң жоғары құны фотоэнергтиканың дамуын тежейтiн фактор болып табылатындықтан, әр түрлi елдердiң ғалымдары оның құнын төмендететiн кремнийдi алудың жаңа технологияларын әзiрлеуде. Алайда, күн кремнийiне сұраныс өте жылдам өседi және ұсыныстардан озық жүредi. Қазiргi уақытта 2300 тонна ұсынған кезде сұраныс жылына 5-6 тоннаға жетедi, сондықтан күн кремнийiн емес, неғұрлым жоғары жартылай өткiзгiштiк сапасындағы кремнийдi пайдалану арқылы тапшылық жабылады.

Үнемділік жағынан да, экологиялық тазалық жағынан да пайдасы көп мұндай энергия көзін Қазақ елі де қолданысқа енгізіп, күн нұрынан қуат алатын батареялар өндіруді бастады. Жаңа нысан техникалық қауіпсіздік пен экологиялық талаптардың барлығына сай келетін заманауи автоматтандырылған құрылғылармен жабдықталған. Жобаның жалпы құны – 5 миллиард теңге. Шикізаты – өзімізден. KazPV қазақстандық кремний. Ол Өскеменде тазартылады. Күн сәулелерін осы кремний батареяларына бағыттаған кезде сәуле өзгеріп, электр энергиясына айналады. Күн батареяларының қасиеті де осында. Электрлі панельдің 1ваты – 2 доллар тұрады. Яғни бір үйге шамамен 3-4 мың АҚШ доллары (құны– модулдың ваттық қуатына байланысты) көлемінде күн тақтайшасын сатып аласыз да 20 жылдан астам уақыт жарыққа ақша шығындамайсыз. Өйткені бұл электр тақтайшасының жарамдылық мерзімі – 25 жыл. Арзанқол дүние емес, сапасы мықты. Қазір Германия жел мен судың және осындай күннен қуат алатын фотоэлектрлі модульмен халқының 28 пайызын жарықпен қамтып отыр екен. Біз, 2020 жылға дейін оны 3 пайызға жеткізсек те үлкен жетістік. Бастысы, бұл панель шалғай ауылдарға, жарықты көп тұтынатын өндіріс орындарына, ауыл шаруашылығы салаларына пайдасы мол. Жобаның қауқарлығы сол, жылына 217 мың фотоэлектр модульдерін өндіруге жетеді. Мамандары да осал емес көрінеді. Дені шет мемлекеттен біліктілігін жетілдіріп келген, техниканың тілін меңгерген жоғары білімді азаматтар. Зауыт жұмысшыларының айлығы 1 мың доллардан кем түспейді екен.

Болашақта күн батареялары, энергия үнемдейтін шамдар, сутегі отынымен жүретін автокөліктер, электромобильдер пайдаланатын болады. Сондықтан компаниямен кәсіпорындардың барлық басшылары, елдің барлық азаматтары осы ағымды ескеріп, энергияны қалай сақтауға болатындығы жөнінде ойланулары керек» – деп атап көрсетті. Өйткені, әлемнің шырағы атанған Күн планетасы бізге жақын орналасқан алып термоядролық реактор, оның қайнаған «қазанында» әрбір секунд сайын төрт миллион тонна сутегі жанып гелийге айналады. Осы толассыз реакция арқасында әлем кеңістігіне орасан көп энергия бөлінеді. Оның мөлшері жылына 3х10 ²³ каллорияға тең. Бірақта бұл мол энергияның жер бетіне келетін мөлшері тым аз, шамамен оның екі миллиардтан бір бөлігі ғана.

Демек, соған қарамастан Күннің жер бетіне түсіретін энергиясының жалпы қуаты жер қойнауындағы қазіргі белгілі көмір, мұнай, газ, жанатын шымтезек сияқты энергетикалық ресурстардың барлық кен орындарындағы есептелген энергия мөлшерінен әлдеқайда артық. Яғни, Күн энергиясы адамзат үшін таусылмайтын, азаймайтын әрі мол, әрі тегін энергия.

Күн электр станциясы – күн радиациясын электр энергиясына түрлендіруге мүмкіндік беретін инженерлік қондырғы. Дәл осы түрлендірулердің бірнеше түрлері бар және олар станция құрылымына байланысты.

Күн электростанциялары күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына түрлендіреді. Оның келесідей әдістері бар:

Фотоэлектрлік әдіс – фотоэлектрлік генератор көмегімен күн энергиясын электр энергиясына тікелей айландыратын әдіс.

Термодинамикалық әдіс – күн энергиясын алдымен жылу энергиясына, одан кейін электр энергиясына түрлендіретін әдіс.

Негізінде фотоэлектрлік әдіске қарағанда термодинамикалық әдіс арқылы жұмыс істейтін электрстанциялардың қуаты айтарлықтай жоғары

Енді күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына түрлендіретін электр станциялардың түрлерін қарастырайық. Барлық күн электр станциялары шартты түрде келесі топтарға бөлінеді.

• Мұнара типті күн электр станциясы;

• Доға типті күн электр станциясы;

• Фотобатареялар қолданылатын күн электр станциясы;

• Параболалықконцентраторларқолданылатынкүнэлектрстанциясы;

• Біріккеннемесегибриттіэлектрстанциясы;

• Аэростаттыкүнэлектрстанциясы.

Күн энергиясының кейбір артықшылығы

Күн энергиясы адамның Жердегі өмірінде сансыз артықшылықтарды ұсынады. Оны максималды пайдалану адам баласына және оның өсіп келе жатқан энергия қажеттіліктеріне байланысты.

Таусылмайды

Күн энергиясы туралы айтатын болсақ, бұл оның сарқылмайтын және жаңартылатын көзі, өйткені ол күн сәулесінен шығады, бұл оның бітуі мүмкін деген алаңдаушылықты жояды.

Бұл ластаушы емес

Күн энергиясының маңызды артықшылықтарының бірі – ол басқаларға қарағанда әлдеқайда таза, өйткені оны пайдаланғанда ластаушы газдар пайда болмайды. Бұл қоршаған ортаға үлес қосудан басқа, өйткені ол экожүйені қорғайды, климаттың өзгеруіне және парниктік эффектке қарсы күресте көмектеседі.

Күн жүйелерін пайдалану қоршаған ортаға әсері өте төмен энергияны өндіреді; Себебі оған жану процестерін жүргізу үшін зиянды заттарсыз атмосфераны сақтай отырып, қазба шикізаты қажет емес.

Төмен баға

Күн энергиясы қазбалы отынды пайдалану шығындарымен салыстырмалы түрде айтқанда ақшаның айтарлықтай төмендеуін білдіреді.Технологиялар күн энергиясын сақтау, бөлу және түрлендіру жағынан алға жылжыған сайын ақшалай үнемдеу ұлғаюда.Электр энергиясына төлемдердің төмендеуі бұл энергияны қазіргі уақытта және болашақта ең тұрақты энергияға айналдырады, өйткені оны өндіруге кететін шығындар күн батареяларына, түтіктерге және басқа құрылымдарға қызмет көрсетумен бірге төмендейді.

Күн энергиясының ең маңызды кемшіліктері:

Орнату шығындары жоғары

Бастапқыда жүйелерді орнату үшін көп ақша жұмсау қажет, әсіресе панельдерге батареялар қосылса, әдетте тұрғын үй қондырғыларында ұсынылады.

Күн энергиясының тығыздығы неғұрлым аз болса, соғұрлым көбірек орын қажет, бұл міндетті түрде алғашқы инвестициялық шығындарды көбейтеді. Әр жоба үшін мемлекеттік қаржылық қолдау сұраған жөн.

Қоршаған ортаға әсер ету

Қазіргі кезде күн сәулесінен қуат алатын қондырғылар шөлейт немесе шөлейт климатта орнатылған, олар адамның араласуымен және сол жердегі материалдық элементтердің әсерінен өзгеретін экожүйелер болып табылады.

Сол сияқты судың едәуір мөлшерін пайдаланатын және орнатылған жерлерде құдықтарға немесе сулы қабаттарға әсер ететін шоғырландыру жүйелерінде де болады.Екінші жағынан, өсімдіктер өсетін өсімдіктер өсетін жерді топыраққа төгетін химиялық заттарды қолдану қоршаған ортаның табиғи тепе-теңдігін өзгертеді. Панельдік өндірістен қалған улы қалдық материалдары да зиянды.

Біркелкі емес өнімділік

Күн энергиясы бұл энергия тұрақты болатындай күнге және бірнеше факторларға байланысты. Олардың ішінде климат, ендік пен қоршаған орта жағдайларына сәйкес аурушаңдық ерекше көзге түседі.

Егер ауа-райы бұлтты болса, күн сәулесінің қарқындылығы аз болады және оның энергиясы бірдей пропорцияда болады. Ұзындық ендікке қатысты болады: ол жер бетінде күн сәулесінің өзгеруін тудырады.

Жеручаскелеріқажет

Күнэнергиясыныңнегізгікемшіліктерініңтағыбірі – жүйелердіорнатуүшінүлкенжеручаскелерінпайдалануқажеттілігі.

Бұлбасқажұмыстарғажарамдыжердіалыпқоюғаәкелуімүмкін, сондықтан осы энергияныөндірушіөсімдіктердішөлдіаймақтардаорналастырукерек, олардыңкейбіреулеріелдімекендерденалыс, бірақкүнсәулесініңтығыздығыжоғары.

Күн көзінен ток алатын батарея

Күн көзінен ток алатын батарея немесе жұқа қабыршақты фотоэлектрондық түрлендіргіш деп атайды.  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 диагональ 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.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 180×6=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 ток 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 экономикасынаелеулі 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 тиісҚазақстанның 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. Болашақта біз күн энергиясын  дамытып, оның қыр – сырын меңгеруіміз керек деп ойлай