Қ.Д. Смаилова
Қайта қалпына келетiн энергия көздерiн тұрмыста қолдану
(№63 орта мектеп "Астана дарыны"өңiрлiк ғылыми-практикалық орталығы, Астана қ, Қазақстан )
Бұл ғылыми жобада қазiргi заманғы дәстүрлi энергия көздерiнiң (көмiр, мұнай, табиғи газ және т.б.) орнына қайта қалпына келетiн, күн сәулесiнен электр қуатын шығару және оны күнделiктi тұрмыста пайдалану амалдарына қысқаша шолу жасалды. Жобада күн сәулесi энергиясын күнделiктi тұрмыста қолданудың қарапайым модель ұсынылды.
Модельдiң ең басты ерекшелiгi - бiр отбасына қажеттi әртүрлi электр жабдықтарын күн сәулесi арқылы толық токпен қамтамасыз ету. Елiмiздiң қалалары мен ауылдарында қазiргi кезде қаржы және энергия тапшылығын шешу, экологиялық ортаны қорғау, мемлекетке және жалпы халыққа игiлiк жаратуда көкейтестi мәселе болып табылады.
Кiрiспе
Адам өмiрiнде энергияның алатын орны ерекше. Қазiргi кезде күнделiктi тұрмыстан бастап ауыл шаруашылығы, өнеркәсiп және т.б. салалар, тiптi космос корабльдерiнiң ғарышқа ұшуының өзi тек энергияның дамуымен тығыз байланысты болып отыр. Бүгiнгi таңда мұнай, көмiр, табиғи газ сияқты дәстүрлi энергия байлықтарының қоры жер шарында барған сайын азайып келе жатқандықтан, адамзаттың энергияны пайдалануы күн сайын күшейiп келедi.
Сондықтан сарқылмайтын жаңа энергия көзiн ашу - бүгiнгi таңда адамзаттың алдына қойылып отырған ортақ мiндетi.
Күн сәулесi энергиясы адамзат үшiн алып та, мәңгiлiк, сарқылмайтын, ұшан-теңiз энергия байлығы болып саналады. Күн сәулесiнен жер шары атмосфера қабатына түсетiн энергия мөлшерi тек жалпы күн сәулесi энергия мөлшерiнiң (3.75*1026Вт) 2 миллиард 220 миллионның бiрiндей ғана болса да, бiрақ оның қуаты 173000 кВт-қа дейiн жетiп отыр, яғни бұл күннiң жер шарына әр секундта шашып отырған энергия мөлшерi 5 миллион тонна көмiрмен пара- пар деген сөз. Адамзат мұндай тегiн, әрi таза, мол энергия байлығынан ебiн тауып толық пайдалана алатын болса, онда бүгiнгi күн энергиясын тұтынып отырған адамдар және олардың болашақтағы ұрпақтары үшiн, орасан зор бақыт жаратқан болар едi. Қазiргi кезде әлемдегi әр ел ғалымдары осы бiр игi iске бел шеше кiрiсiп отыр. Күн сәулесi энергиясын ашу және оны пайдаланудың алуан түрлi әдiс-амалдары зерттелiп, жаңа технологиялар қолданылып, жаңа қондырғылар бiрiнен соң бiрi жасалуда.
. Ккүн сәулесi энергиясын толық пайдаланудың жолдары әлi ойдағыдай толық ашылған жоқ, тек алғашқы сатыда тұр. Күн сәулесi энергиясы қайта қалпына келiп отыратын энергия болғандықтан, оны пайдаланудың болашағы бар.
Ғылыми жобаның мақсаты күн сәулесi энергиясын күнделiктi тұрмыста қолданудың үлгiсiн көрсету болып табылады.
Ғылыми жобаның практикалық маңыздылығы. Осы жасалып отырған жобада күн сәулесi энергиясын пайдаланып, үйдi электр тогымен, жылумен қамтамасыз ету жолдары қарастырылады.
1. Дәстүрлi және жаңа энергия көздерi жөнiнде жалпы шолу
1.1. Әлем бойынша қазiргi таңда пайдаланылып отырған энергия көздерiнiң түрлерi
Қазiргi кезде материалдық байлық пен энергия байлығы және ақпараттық байланыс, табиғат пен қоғамды өзара байланыстырып отыратын негiзгi фактор болып табылады.
"Энергия көзi"деген осы бiр терминдi бұрынғы кездерде жұрт үнемi аузына ала бермейтiн, бұл термин тек екi дүркiн мұнай дағдарысынан кейiн ғана адамдардың аузынан түспейтiн түйiндi мәселеге айналды. Қазiргi таңда энергия атауы жөнiнде 20-ға таяу анықтама бар.
Мысалы, "Ғылым-техника энциклопедиясында": "Энергия дегенiмiз одан жылу, жарық және қозғаушы күш сияқты энергия алынатын байлық қайнары, деп түсiндiрiлсе, "encyclopedia bri- tannica"мәлiметтерi бойынша, "Энергия - тұтас жанармайды, ағынды суларды, күн сәулесi мен желдi қамтыған термин болып, ол адамзаттың үйлесiмдi ауыстыру, технологияларды қолдану арқылы өздерiне қажеттi энергия алу амалы болып табылады".
1.2.Күн энергиясының күнделiктi өмiрде пайдаланылуы
Тiршiлiкке қажеттi энергиялардың басым көп бөлiгi күннен келедi. Әртүрлi өсiмдiктер фотосинтездiк әсер жасау арқылы күн энергиясын химиялық энергияға айналдырып өз бойларында сақтап қалады. Мысалы, көмiр, мұнай, табиғи газ сияқты жанармайлардың барлығы да ерте замандарда жер астына көмiлiп қалған жануарлар мен өсiмдiктердiң ұзақ уақыт геологиялық дәуiрлердiң әсерiнен пайда болған. Су энергиясы, жел энергиясы, толқын энергиясы, теңiз ағысының энергиясы, барлығы да күн энергиясының әсерiнен пайда болған.
Сурет 1
Күннiң Жер шары атмосфера қабатына түсiретiн энергиясы күн сәулесiнен шығатын жалпы энергияның 1/2 200 000 000-дей ғана болып, мөлшерiмен 173000 кВт-ға жетедi, былайша айтқанда бұл күннiң әр секундта Жер шарына шашатын энергиясы 5 млн. тонна көмiрмен тең келедi деген сөз.. Күн сәулесi энергиясы бiрiншi энергия, әрi қайта қалпына келетiн энергия болумен бiрге тегiн пайдалануға болатын және тасымалдауды қажет етпейтiн, экологиялық ортаны ластамайтын өте тиiмдi энергия көзi болып саналады. . Әлем бойынша күйдiрiлетiн минералдық энергия байлықтарын көп мөлшерде пайдаланғандықтан, экологиялық ортаның ластануы мен бөлiнуi Жер шарына залал тудырып, адамның күн көрiсi мен дамуына ауыр дәрежеде қатер төндiре бастады.
2. Күн сәулесi энергиясын пайдалану жөнiнде жалпы шолу
2.1. Күн сәулесi энергиясы мен жылуын күнделiктi тұрмыста пайдалану жолдары және электр энергиясына айналдыратын құралдар
Қазiргi жағдайдан алғанда, адамзаттың күн нұры энергиясынан тiкелей пайдалануы әлi де алғашқы сатыда тұр. Мұнда бастысы күн сәулесi энергиясын шоғырландыру арқылы жылу шығару, күн сәулесi энергиясымен суды жылыту жүйесi, күн сәулесiмен үйдi жылыту, күн сәулесiн пайдаланып электр тарату тәрiздi амалдар қолданылып отыр.
Күн сәулесi энергиясын пайдаланудың негiзгi амалдарын төрт үлкен топқа бөлуге болады.
Күн сәулесi жылуын пайдалану
Сурет 2
Бұның негiзгi қағидасы күн сәулесiнен түскен энергияны бiржерге шоғырландырып, күн сәулесiн оңай сiңiретiн материалдардың өзара әсер етуi арқылы күн нұры сәулесiн жылуға айналдырып пайдалану. Қазiргi кезде ең көп пайдаланып жүрген күн сәулесi энергиясын шоғырландыратын қондырғылардан тақтайша формалы коллектор, вакуум түтiкшелi коллектор және фокусировтiк коллектор тәрiздi үш түрi бар. Бұл коллекторларды белгiлi температурамен қозғалысқа келтiру жолдары бiр-бiрiне ұқсамауына қарай төмен температуралы коллектор (<200◦), орта температуралы коллектор (200-800◦) және жоғары температуралы коллектор (>800◦) деп бөлуге болады. Қазiргi кезде қолданылып жүрген төмен температуралы коллекторлардан күн сәулесiмен су жылытатын қондырғы, күн сәулесi құрғатқышы, күн сәулесiмен үйдi жылыту қондырғысы, күн сәулесiмен парник жылыту қондырғысы, күн сәулесi кондиционерлерiн атап көрсетемiз. Орта температуралы коллекторлардан күн сәулесi пешi, күн сәулесi жылытқышы бар болса, жоғары температуралы коллеторлардан жоғары температуралы күн сәулесi пешi бар.
Күн сәулесi арқылы электр тарату
Күн сәулесi арқылы электр таратудың болашақтағы беталысы күн сәулесiн кең көлемде пайдалану арқылы энергия тапшылығы мәселесiн шешу. Күн сәулесi арқылы ток таратудың амалдары алуан түрлi болып, қазiргi кезде қолданылып отырғандардың бастысы екi түрге бөлiнедi.
Сурет 3
Бiрiншiсi, күн сәулесiн жылуға, жылуды токқа айналдыру. Яғни күн сәулесiнен шыққан жылу энергиясын токқа айналдыру. Мұнда күн сәулесi энергиясын шоғырландыратын
коллектордың өзiне сiңiрiп алған жылу қуатын парға айналдырып, онан соң турбиналы двигательдi пар арқылы iске қосып генератормен ток тарату. Бұның алдыңғысы сәуленi жылуға айналдыру, кейiнгiсi жылуды токқа айналдыру болып табылады. Екiншiсi, күн сәулесiн токқа айналдыру. Бұның негiзгi қағидасы күн сәулесiн тiкелей токқа айналдыру.
Мұндай қондырғыға күн сәулесi батареясы жатады.
Күн сәулесi энергиясымен су жылыту жүйесi
Сурет 4
Күн сәулесi энергиясымен су жылыту бастапқы кезде ең көп пайдаланылған технология болып, қазiргi кезде бүкiл әлем бойынша бiрнеше миллиондаған күн сәулесiмен су жылыту қондырғылары пайдаланылып отыр. Күн сәулесi энергиясымен су жылыту жүйесiнiң басты бөлшектерiне коллектор, су сақтау қондырғысы және айналмалы түтiкшелер жатады.
Айналмалы амалдағы күн сәулесi энергиясымен су жылыту жүйесi екi түрге бөлiнедi.
Күн сәулесi энергиясы арқылы үй жылыту
Сурет 5
Қыс мезгiлiнде күн сәулесi энергиясын пайдаланып үйдi жылыту әдiсi қазiргi кезде көптеген суық аймақтарда қолданылып отыр. Көптеген адамдар күн сәулесi энергиясы арқылы үйдi жылытуда ыстық су арқылы үй жылыту жүйесiн қолданады, бұдан тыс ыстық желдеткiш жүйесiн қолдану арқылы үй жылытатындар да бар. Күн сәулесi энергиясын пайдалану арқылы үй жылыту жүйесi күн сәулесi коллекторы, ыстық сақтайтын қондырғы, қосалқы энергия жүйесi, үй iшiндегi ыстық тарату желдеткiшiнен құралады. Бұл амал қазiр көп жерлерде қолданылып отыр.
Күн сәулесi энергиясы арқылы жанатын көше шамдары
Күн сәулесi энергиясы арқылы жанатын көше шамдары - күн сәулесi энергиясын пайдалану арқылы жанып тұрады, оған ешқандай ток және ток сымдарының қажетi жоқ, тек күн сәулесi жеткiлiктi түссе болғаны өздiгiнен жана бередi. Ол экологиялық ортаға ешқандай ластандыру тудырмайтындықтан, экологиялық ортаны қорғайтын тиiмдi өнiм деген атқа ие.
Күн сәулесiмен жанатын көше шамдарын қала-қалашықтардағы бақшаларда, жол бойларына, гүл текше, көгалдардың жағалауларын жарықтандыруға қолдануға болады.
2.2. Әлемдегi мемлекеттердiң күн сәулесi энергиясын пайдалануы
Күн сәулесi энергиясын пайдалануға барлық елдер ерекше назар аударып отыр. Күн сәулесi энергиясын пайдаланудың экологиялық ортаға тигiзетiн әсерi өте аз, әрi ол дәстүрлi энергия көздерiнiң орнын баса алатындықтан энергия байлықтарының қауiпсiздiгi мен сенiмдiлiгiн жоғарлатуда шешушi рөл атқарады.. Күн сәулесi энергиясы таза және қайта қалпына келетiн энергия көзi болғандықтан, оны пайдалану көмiр қышқыл газын ығыстырумен экологиялық ортаны қорғауға пайдалы болып келедi. Австралияда күн сәулесi қондырғыларын орнатқан өлкелер мен жергiлiктi орындарға бюджеттен қосымша көмек қаржысын бөлiп отырса, Финляндияда жаңа күн сәулесi энергиясы қондырғыларын жасайтын компаниялар үкiметке жалпы кеткен шығынның 35%-на көмек қаражатын бөлудi өтiнiш етсе, жеке отбасылар 20%
көмек қаражатын алуға өтiнiш жасауына болады. Бельгия, Германия және т.б. мемлекеттер күн сәулесi қондырғысын орнатуға қосымша көмек қаражатын беру сияқты амалдарды қолданып отыр. Данияда күн сәулесiмен су жылытатын қондырғыларды өндiретiн ондаған компания жұмыс iстеуде. Қазiргi кезде дүниедегi көптеген мемлекеттердегi тұтынушылар күн сәулесiмен су жылытатын қондырғыларға аса зор қызығушылық танытып отыр. Осылайша күн сәулесi энергиясын пайдалану жұмысы едәуiр алға iлгерiлеп келедi, әрi оған қатысты қондырғылардың бағасы да күн сайын арзандауда.
3. Күн сәулесi энергиясын тұрмыста қолданудың қарапайым үлгiсi
Ғылыми жоба жасау жұмысында күн сәулесi энергиясын пайдаланып электр өндiрiп- таратуды шағын, әрi қарапайым үлгiсiн модель жасау арқылы таныстыру - негiзгi мақсатымыз.
Модель қалада немесе ауылда iске асыруға болатын бiр отбасылық тұрғын үй ауласының негiзгi үлгiсi.
Ең алдымен картон қағазынан үш бөлмелi шағын үй мен моншаның және жел күшiнен пайдаланып электр шығаратын жел генераторының, сондай-ақ үй ауласына егiлетiн ағаш, гүл, көгал шөптердiң модельдерi жасалды. Содан кейiн күн сәулесi арқылы электр шығаратын материалдарды, яғни жұқапленкалы фотоэлемент тақтайшасын, ток сымы, тiзбектеп жалғанған төмен вольттi лампочкаларды қолдандық. Сөйтiп үй ауласының жалпы жобасын жасап алған соң жоғарыдағы жасап шыққан үй, монша, қақпа, жел генераторы, су құятын бөшке, аулада демалған кезде отыратын орындық, үстел және аулаға жағалай егiлетiн ағаш, есiк алдындағы жол жиегiне егiлетiн гүлдердiң модельдерiн рет-ретiмен орналастырып, тұтас бiр үйдiң ауласы жасалынды. Содан соң ең алдымен жұқа пленкалы фотоэлемент тақтайшасын сырттағы күн сәулесi түсетiн ашық жерге қойып, оған ток сымын жалғап алған соң тiзбектi лампочкаларға қосу арқылы сынақ жасадық. Жасаған сынағымыз сәттi болып, лампочкалар күн сәулесi арқылы түгелдей жарық шығарды. Соңында төмен вольттi тiзбектi лампочкаларды жасап алған үй моделiнiң iшiне және ауладағы ағаштардың бастарына тiзбектеп бекiтiп тастап, ток сымының екi ұшын жұқапленкалы фотоэлемент тақтайшасының ток сымына тiкелей жалғайтын етiп дайындалды.
Жасалған қарапайым модельде күн сәулесi энергиясын пайдалану арқылы бiр отбасының күнделiктi тұрмысына қажеттi ток мәселесiн толығымен шешуге болатындығын, күн сәулесiн тiкелей электр энергиясына айналдыратын жұқапленкалы фотоэлемент тақтайшасын үй төбесiнiң шығыс жағына қою арқылы одан шыққан электр қуатымен үй iшiндегi
лампочкаларды жағып жарықтандыруға, телевизор көруге, компьютер арқылы интернетке шығуға, кондиционер арқылы үйдi жылытуға және салқындатуға, электр плитасы арқылы тамақ iстеуге, автоматты электр насосы арқылы жер асты суын тартып шығарып күнделiктi тұрмысқа қажеттi суды қамдауға және аула iшiндегi көкенiстердi суландыруға, электр моншасы арқылы ыстық сумен жуынуға, кiр жуу машинасы арқылы киiм жууға, тоңазытқыш арқылы түрлi тағамдарды сақтауға, т.б. электр жабдықтарын пайдалануға болатындығын толығымен дәлелдей алады. Сонымен бiрге бiр отбасының электр энергиясына қажеттiлiгiн күн сәулесi энергиясы арқылы осылай қамтамасыз ететiндiгi дәлелденгенде, онда бұл технологияны елiмiздiң қалалары мен ауыл отбасыларына қолдануға болатындығы дәлелденедi.
Қарапайым жолмен есептейтiн болсақ, бiр отбасының күнделiктi тұрмысына ай сайын 300 В ток қуаты жұмсалатын болса, қазiргi баға бойынша 1 ватт токтың құны 10 тенге деп есептейтiн болсақ: 300*10=3000т, бiр жылда: 3000*12=36000тг болады. Күн нұры энергиясынан толық пайдаланатын болсақ, бiр отбасына жылына орта есеппен 36000 теңгенi, он жылда 36000*10=360000 теңгенi үнемдеп қалуға болады. Бiр отбасын электр энергиясымен толық қамтамасыз ететiн фотоэлемент тақтайшасының құны ең жоғары болғанда 100000 теңгеден аса қоймайды, оны 50 жыл пайдалануға болады. Олай болса 50 жылда күн сәулесi энергиясынан тегiн пайдалану арқылы бiр отбасы 36000тг*50=1 800 000 теңге үнемдейдi. Ал ендi тұтас мемлекет жөнiнен айтатын болсақ, 2010 жылғы халық санағындағы мәлiмет бойынша Қазақстанда үш жарым миллион отбасы бар екендiгi анықталған. Олай болса елiмiздегi жалпы отбасының 30 пайызы күн сәулесi энергиясын пайдалануды iске асыра алатын болса, бiр жылда мемлекетке: 3 500 000*0,3=1 050 000 отбасы * 36000т=37 800 000 000тг үнемдеп қалуға болады.
Қорытынды
"Қайта қалпына келетiн энергия көздерiн күнделiктi тұрмыста пайдалану"ғылыми жобасын орындау барысында қазiргi заманғы дәстүрлi энергия көздерiнiң (көмiр, мұнай, табиғи газ және т.б.) орнына қайта қалпына келетiн, сарқылмайтын энергия көзi - күн сәулесiнен электр қуатын шығару және оны күнделiктi тұрмыста пайдалану амалдарына қысқаша шолу жасалды. Соның iшiнде энергияның таусылмас көзi болып табылатын күн сәулесi энергиясының тиiмдiлiгi, оның қолдану тарихы және күнделiктi тұрмыста пайдалану жолдары қарастырылды. Сондай-ақ әлемдегi барлық мемлекеттердiң күн сәулесi энергиясын пайдалану жағдайы туралы қысқаша мәлiмет жасалды. Жобада күн сәулесi энергиясын күнделiктi тұрмыста қолданудың қарапайым үлгiсiн нақты iс-тәжiрибеде көрсету мақсатында жасалған модель ұсынылды. Модель қалада немесе ауылда iске асыруға әбден болатын бiр отбасындық тұрғын үй ауласының негiзгi үлгiсi болып табылады. Ұсынылған модельдiң ең басты ерекшелiгi - бiр отбасына қажеттi әртүрлi электр жабдықтарын күн сәулесi арқылы толық токпен қамтамасыз ету. Модель жасау барысында картон қағазы және жұқапленкалы фотоэлемент материалы пайдаланылды. Жұқапленкалы фотоэлемент тақтайшасы өзi сiңiрген күн сәулесiн тiкелей токқа айналдыра алады. Ұсынып отырған модельдiң тиiмдiлiгi және маңыздылығы қазiргi кезде өте жоғары болып табылады. Күн сәулесi энергиясын пайдалану технологиясын елiмiздiң қалалары мен ауылдарында қазiргi кезде қаржы және энергия тапшылығын шешу, экологиялық ортаны қорғау, мемлекетке және жалпы халыққа игiлiк ке жаратуда өте көкейтестi мәселе болып табылады.
ӘДЕБИЕТТЕР
1. Дүкенбаев К. Қазақстанның энергетикасы. Алматы: Ғылым, 1998 - 8-134 бет.
2. Арыстанов А., Ысқақов К., Омаров Қ. Қазақстан энергетикасының бүгiнi мен ертеңi.
Алматы: Қазақстан, 1976 - 7-8, 55-63 бет.
3. Едресов Т. Энергетика ресурстары. Алматы: Қазақстан, 1987 - 3-128 бет.
4. Дүкенбаев К. Өмiр өзегi. Алматы: Б, 1996 - 272 бет.
5. Жадраев Ұ., Жамалов А. Күн энергетикасы. Алматы: Қазақстан, 1976 - 3-25 бет.
6. Қазақстан Республикасы энциклопедиялық анықтамалық. Бас редактор: Нысанбаев Ә.
Қазақстан энциклопедиясы. 2001 - 206-222 бет.
7. Қазақстан ұлттық энциклопедиясы. Қазақстан энциклопедиясы. 1998 - 1 том, 522-524 бет; 2 том, 669 бет; 3 том, 639-640 бет; 5 том, 23-25, 134 бет; 6 том, 609-610 бет; 8 том, 88-89 бет.
8. Дэнь Шаньшэнь. Тай яң ның зай шың хуо жуң ды ли юң. Хуа шуе гоң е. 2010 - 50-54 бет.
9. Шэ Уйшуань. Тай яң ның. Сиань. 2009 - 69-72 бет.
10. Луй Фань. Тай яң ның фа дян. Хуа шуе гоң е. 15-18 бет.
11. Сунь Сиао. Тай яң ның ды ли юң. Гоң е. 91-96 бет.
12. Ли Минтэ. Тай яң ның ды жи бын юан ли. Кы шуе. 72 бет.
13. Зиань Уаньчуан. Шин ның юан - тай яң ның. Шуаң е. 2006 2 бет.
14. http://baike.baidu.com/view/21294.htm
15. http://www.ofweek.com/SEARCH/WENZHANG/56267.HTM 16. http://news.bjx.com.cn/zt.asp?topic=854. Htm
Смаилова К.Д.
Заново восстанавливаемые и применяемые в быту источники энергии
В данной научной работе описывается замена традиционных видов топлива (уголь, газ, природный газ и т.д) другим видом получения за счет него электрической энергии и ее использование в быту и технике.
В связи с этим демонстрируется простейшая модель источников за счет энергии Солнца. Основная особенность модели - это обеспечения электроэнергии квартиры за счет энергии Солнца. В настоящее время данное модель может найти широкое применение т.к. это более экономный источник, а также решаются и вопросы экологии окружающего среда.
Smailova K.D.
Power sources newly restored and applied in a life
In this research project, it is briefly introduced how to convert the solar energy, which account for renewable and non- depletable sources to replace the conventional sources (coal, oil, natural gas, ect.), directly into electrical energy, the wide application of solar energy in our daily lives. The main speciality of the introduced model is to supply the requested electrical equipment of the family through the solar energy. That is to say, nowadays the introduced model is very useful and important.
The implementation of solar energy is a way of solving the serious problems such as the shortage of finances and energy, ecological protection, and it could bring the benefit to people and the state.
Редакцияға 11.10.12 қабылданды Басылымға 26.10.12 жiберiлдi
