Күннен энергия алудың модификацияланған түрі

Тақырыбы: Күннен энергия алудың модификацияланған түрі

Жоба иесі: Сейтмуратов Есимхан Жадигерулы

Ғылыми жетекшісі: Берикболова Назгуль Нугмановна

Оқу орны: «Авиация колледжі»

Тобы: ТМХ-169-4 қазақ

Мазмұны:

1. Кіріспе............................................................................................1

2. Мақсат........................................................................................2-5

3. Ғылыми жаңалық......................................................................6-8

4. Жұмыстың барысы......................................................................9-14

5. Қорытынды....................................................................................15

6. Қолданылған әдебиеттер..............................................................16

Кіріспе

Бұл жобамен таныса отырып сіз жастардың жаңа технологияларға деген құштарлығын көріп-білетін боласыз.Бұл технологияларға деген сүйспеншіліктен,əлемдік экологияны тазарту мен жақсартуға,Жер шарының көркейуіне,жаосы айтқанда Адам мен Табиғаттың арасындағы тыныштықпен бір-біріне деген қамқорлықты жақсартуға деген ұмтылысты көре аласыз.

Жаңа технологияларды танып түсініңіз.

1

Мақсат:

Менің ойлап тапқан құрылғымның негізгі мақсаты-күн батареяларының көлемін кішірейтіп,бірақ олардың дәл сондай эффектілігін,яғни ток өндіру көлемін сақтап қалу.Мысалға алатын болсақ:стандартты күн батареясы 130Вт энергияны (токты)1метр квадратта өндіретін болса,менің ойлап тапқан құрылғым дәл сол 100Вт 1-3сантиметр квадратта өндіре алады.Онымен қоса күн батареясына кеткен шығын көлемін менің құрылғым бірнеше есеге дейін қысқарта алады.Болашақта адамзат санының өсуіне байланысты оның тығыздығы да артады,урбанизацияланған мемлекеттерде жер тапшылғы болып,оның соңы тоқырауға әкеліп соғады деген теория бар.Дәл осы сәтте менің құрылғым таптырмас дүние болып табылады.Себебі шаруашылыққа керек жерлер саны артып қайта көркейуге әкеліп соғады деген үмітім бар.Міне,менің мақсатымды жәй ғана жазып түсіндіру мүмкін емес,оны көзбе-көз,дәлме-дәл көргенг адам ғана түсінеді.

Құрылғы негізінен толығымен Күнге байланысты жұмыс істейді.Ал негізгі қолданатын құбылысыы-фотоэффект.Барлығын дәл осыдан бастайық...

2

Жалпы Күн энергиясы жайлы түсінік

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. 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

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.

4

 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. Фотоэлементтіңсыртқы 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.

5

Ғылыми жаңалық:

Менің қрылғымның атауы-«E-LITE» (E-earth-жер,LITE-жаңа).Алдында айтып кеткендей E-LITE күнен энергияны кәдімгі стандартты күн батареясы принципінде жұмыс істейді.Құрылғы макетінің бөлшектері мыналар:

1. Күн батареясы (50×50мм).

2. Шығынқы(выпуклый)линза (диаметрі100мм).

3. Құрылғыны тексеруге арналған''вольтметр''.

4. Вольтметрді орнатуға арналған ойыншық бөлшектері.

5. Линзаны орнатуға арналған екі шеге.

6. 80см-лі тақтай.

7. Картон қағаздар.

8. Электрониканы жалғауға арналған сымдар

6

7

Құрылғы былай жұмыс істейді.Алдымен күннен келген фотондар линза арқылы өтіп,оның фокусына реттеліп қойылған шағын күн панельне түседі.Ал одан шыққан энергия көзі қолданысқа жіберіледі.

Макетте келген токты тексеру мақсатында вольтметрді қолданамыз.Ал линзаны біз күннің түсуіне байланысты әртүрлі бұрышта орнатамыз немесе оны қозғалмалы етіп жасаймыз.Күн батареясын линзаның жинау фокусы 40 см-ді құрағандықтан оны 42 см аралығында орнатамыз.

Егер біз күн батареясының эффектілігін арттырғымыз келсе,онда күн батареяларының жаңа түрін ойлап табуымызға тура келеді.Оның химиялық құрамы өзгеше, яғни сыйымдылығын арттыруға ,онымен қоса оны шыныдан жасауымыз керек (өрт қауіпсізділігі).

Құрылғының жұмыс істеу схемасы

8

Жұмыстың барысы

9

10

11

12

13

14

Қорытынды

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.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.

Менің құрылғым, яғни E-LITE адамзаттың тағдырын түбегейлі өзгертеді деген үмітпен, мен оны ары қарай жетілдіре беретін боламын.Оны дүниегше алып келу,оны модификациялау және адамзатты құтқару менің борышым деп санаймын.

15

Қолданылған əдебиеттер

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

16