Экология | Қазақстанда күн энергиясының болашағы

Қазақстанда күн энергиясының болашағы

Егер жер бетіндегі барлық құрлықтың тек оннан бір бөлігін ғана алып, оған күннен түсетін-жылу энергиясын тек 10% пайдалы әсер коэффицентпен, яғни оның оннан бір бөлігін ғана пайдаланса, онда 4,18 • 1021 Дж энергия алынған болар еді. Ол қазіргі уақытта жер шарында пайдаланып отырған барлық энергиядан 100 еседей көп.
Осыған байланысты күн энергиясын пайдалану мәселелерімен шұғылданатын ғылымның жаңа саласы — гелиоэнергетика (күн энергетикасы) пайда болды. Күннің жылу энергиясын адам игілігіне жарату бүгінгі күннің кезек күттірмес маңызды мәселелерінің бірі болып отыр. Күн аса таза-әрі тегін энергия көзі болып табылады.
Күнді энергия көзі ретінде пайдалануды адамзат ежелден армандап келеді. Әйгілі грек ғалымы Архимед екінші Пуничек соғысында Сиракузах қаласында үлкен айнаның көмегімен Рим кемелерін жандырып жіберген деген аңыз бар. Ал Циолковскийдің өзі ғарыш сапарында жермен байланыс жасау үшін айнаны пайдалануды ұсынған. 1923 жылы Москвада өткен алғашқы ауыл шаруашылық көрмесінде Циолковскийдің жобасы негізінде жасалған күн қозғалтқышы көрсетілді. Мұндай мысалдарды тарихтан көптеп келтіруге болады.
Дегенмен қол жеткен жетістіктер мен табыстарға қарамастан, күн энергиясын күнделікті тіршілікке, тұрмысқа тікелей пайдалану мәселесі әлі де тиянақты шешімін тапқан жоқ. Оның көптеген объективті және субъективті себептері бар. Мәселен, күн сәулесі жер бетіне шашыраңқы түрде түседі. Әрбір шаршы метр жер бетінен тек жүз елу вольт шамасында энергия жинауға болады.
Қазір күн энергиясын пайдаланудың негізгі 4 бағыты белгіленіп отыр. Олар — жылу-техникалык, фото-электрлік, биологиялық және химиялық бағыттар.
Күн энергиясын пайдаланудың жылу техникалық әдісі – күннің жылу энергиясын әр түрлі техникалық құралдармен пайдалануға негізделген. Мысалы, суды күн энергиясымен арнайы құралдарда — коллекторларда қыздыруға болады. Коллектор дегеніміз бір жақ беті жақсы оқшауланған қара плита. Ол тек жарық сәулесін ғана өткізеді, шынымен немесе пластмассамен қапталады. Плита мен шыны аралығындағы кеңістікке су, май, сынап және тағы басқа заттар ағатын қара түсті трубалар орналастырылады. Әлгі шыны (немесе пластмасса) арқылы коллекторға өткен күн-сәулесі трубаға немесе плитаға сіңіп, оны қыздырады. Коллекторға түскен күн энергиясының сәулесі сыртқа шығып кете алмайтындықтан, ішкі температурасын 200—500°С-қа дейін көтереді. Өзіміз білетін кәдімгі бау-бақша парниктері де күн сәулесінің қарапайым коллекторлары болып саналады.
Шашырап түсетін күн сәулелерін бір нүктеге жинап алатын ойыс айна — әрі күрделі, әрі қымбатқа түсетін коллектор болып табылады. Айнаның шағылысатын беті металданған пластмассадан немесе бірнеше тегіс айнадан параболоид пішінінде құрастырылады. Коллектордың мұндай түрлері белгілі бір механизмдердің көмегімен үнемі күнге қарай бағытталынып, оның сәулесін мүмкіндігінше мол жинайды. Айналы коллектордың температурасы 3000°С, кейде одан да жоғары болуы мүмкін.
Күн энергиясын пайдалаңудың тағы бір тәсілі— фотоэлектрлік тәсіл, яғни күн фотондарын электр энергиясына түрлендіру тәсілі; Егер арнайы құрастырылған металл қабатқа күн фотонымен әсер етіп, одан босап шыққан электрондарды белгілі бір тізбекке қосса, онда осы тізбек бойымен ток жүретіні байқалды. Осындай әдіспен электр энергиясын өндіретін қондырғы фотоэмиссиялық генератор деп аталады. Әрине, бұл осы салада жасалған алғашқы сәтті қадамдардың бірі ғана.
Сонғы 10-20 жыл ішінде физика мен жартылай өткізгіштер химиясы саласында ашылған жаңалықтар негізінде күн сәулесінің жарық және жылу энергияларын тікелей электр энергиясына айналдыратын фотоэлектрлік түрлендіргіш – күн батареялары жасалды.
Күн сәулесі энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыру тәсілі бізге «фотоэлектрлік эффект» деген атпен мәлім. Бұл құбылыс "тек металдардан ғана емес, сонымен бірге жартылай өткізгіштерден де байқалады. Мәселен, кремнийден жасалған фотоэлементті жартылай өткізгіштердің сондай қасиеті бар. Егер бір-біріне түйістірілген екі түрлі жартылай өткізгіштің арасына жарық түсетін болса, онда электр кернеуі пайда болады.
Ендігі бір ерекше көңіл бөлерлік бағыт — өсімдіктердің фотосинтез арқылы жарық энергиясын химиялық энергияға айналдыру құбылысы. Бүкіл жер шары бойынша бұл түрлендірудің пайдалы әсер коэффициенті 1%-тен аспайды. Ал балдырлар (мысалы, хлорелла), бұл көрсеткішті 6%-ке дейін өсіре алады. Бұл процесті ғылым кәдемізге асыра аларма екен? Бұл бағытта Ресей ҒА-ның фотосинтез, биохимия, өсімдіктер физиологиясы институттары, МГУ жане шетел ғылыми-зерттеу институттары зерттеулер жүргізуде. Сондай-ақ кейбір биологиялық түрлендіргіштерді практикада пайдаланудың екі сатылы жолы белгіленді. Бірінші сатыда күн сәулесімен жылдам өсетін микробалдырлар немесе басқа өсімдіктердің органикалық биомассасын жинап, екініші сатыда арнайы бактериялардың көмегімен оларды жоғары калориялы отынға, мысалы, метанға айналдыру қажет. Қазір, осы негізде, лабораториялық қондырғылар жасалып, тәжірибеден өткізілуде.
Күн энергиясын пайдаланудың тағы бір бағыты — химиялық бағыт деп аталады. Жарық сәулесінің әсерінен судың сутек пен оттекке айрылу құбылысының келешегі зор. Себебі, сутек — аса бағалы химиялық шикізат. Басқасын айтпағанның өзінде ол таптырмайтын таза отын, әрі жер шарында оның таусылмас көзі — судың мол қоры бар. Ғалымдардың тұжырымдауынша, сутекті құбыр арқылы алыс қашықтыққа жеткізуге де болады, оған кететін шығыгн электр энергиясын жеткізудегі шығын мөлшеріндей. Жерге түсетін күн энергиясы жылдың әр мерзімінде әр түрлі болғандықтан, аккумуляторларды пайдалану керек. Ал әлгі сутек жанды аккумулягор бола алады.
Күн көзі Қазақстан жерін орта есеппен алғанда жылына 2000 сағ өз шапағына бөлейді. Бір тәулікте әрбір квадрат метр жерге 554—677 Вт күн энергиясы келіп жетеді, бұл тұрмыста қолданылатын 2 тоңазытқыштың бір күн жұмыс жасауына жеткілікті энергия мөлшері. Күн энергиясын, әсіресе, шөлді аймақ Бетпақдалада, Жезқазған, Атырау, Шымкент, Талдықорған және Алматы облыстарында пайдалану тиімді. 40—50° солтүстік белдеулікте орналасқан Оңтүстік Қазақстанда күн жерді бір жылда 2600—3000 сағ өз шуағына бөлейді. Әрбір квадрат метрге 1000 Вт-қа жуық күн энергиясы келеді. Әуелден бұл аймақтарда көшпелі мал шаруашылығы дамыған, қазір де оны дамыту көзделіп отыр. Күн энергиясын шаруашылықтың осы саласында кең қолдануды күн тәртібіне қояр уақыт жетті. Республикамызда 14 мың шалғайдағы шопан бригадалары бар, ал олардың 9 мыңы электр жүйесіне қосылмаған.
Республикамызда күн энергиясын пайдаланудың келешегі жоғары бағалануда. 2000 жылы мал шаруашылығы шамамен 26 млн. Гкал жылу энергиясын қажет ететін болады, оның 34—52%-ін күн энергиясы бере алады. Бұл көрсеткішке жету үшін көптеген жұмыстар жасалуы қажет, ал олардың негізі бүгін жасалуда. Қазақстан жерінде пайдалануға тиімді ҚС-1 күн коллекторы жасалды. Күн тәртібінде тұрған келелі міндеттердің бірі —көптеген ғылыми жұмыстардың ңәтижесін өндірісте кеңінен қолдану. Бұл тек ғалымдардың ғана емес, көпшілік жағдайда өндірісте, шаруашылықта еңбек ететін мамандардың ынта жігеріне тәуелді болады. Өзара тиімді келісім шарт жасасу негізінде КС-1 күн коллекторыа халық игілігіне кеңінен қолдануға болады.
Шет елдердің, негізінен АҚШ, Франция, Италия ғалымдарының ғылыми –жетістіктерін пайдалана отырып, Ақтау қаласындағы 200 адамдық профилакторийді жылумен қамтамасыз етуге арналған кешенді күн қондыр-ғысының жобасы жасалған. Бұл қондырғы тәулігіне 29 м2 ыстық су дайындай алады. Ол жаз күндері дара жұмыс жасап, ал салқын уақытта органикалық отынмен жұмыс жасайтын қазанмен бірге қосылып жұмыс атқа-рады. Бұл күн қондырғысы жалпы ауданы 500 м2 болатын 600 күн коллекторынан тұрады. Осы қондырғыны пайдалану арқылы жылына 28 т.ш.о. үнемдеуге болатыны анықталып отыр.
«Средазкурортпроект» жобалау ипститутында Алматы қаласының таулы аймағында орналасқан «Алмаараcaн» санаторийін күн энергиясын пайдалану арқылы ыстық сумен қамтамасыз ету жүйесінің жобасы жасалған. Бұл «Күн қазаны» мамыр-қазан айларында жұмыс жасайтын болады. Күн шуағымен қыздырылған су арнайы жасалған ыстық су жиналатын бакке беріледі. Ал одан санаторийді толық қамтитын ыстық су жүйесі тарайды.
Күн энергиясын тек жылу энергиясын өндіру үшін ғана емес, электр энергиясын өндіру үшін де пайдалану мақсатында атқарылатын жұмыстардың маңыздылығы күн өткен сайын арта түсіп отырғаны жоғарыда айтылды. Бүкілодақтық «Күн» және «Квант» бірлестіктерімен бірге осынша күрделі жұмыстардың тиімді шешімдеріп табу жолыңда ҚазМУ-дың физика факультетінің ғалымдары да мақсатты ізденіс жұмыстарын бастап отыр. ....