Күн энергиясын пайдалану

Күн энергиясының дәстүрлі органикалық және ядролық отынның алдында талассыз артықшылығы бар. Бұл қоршаған ортаны ластамайтын, пайдаланылуының ешқандай биологиялық қауіптілікпен байланысы жоқ, энергияның ең таза түрі. Күн энергиясын үлкен масштабта пайдалану біздің планетамызда қалыптасқан эволюциялық энергетикалық балансты бұзбайды.

Бұл іс жүзінде таусылмайтын энергия көзі. Оны тікелей (техникалық қондырғылар арқылы) немесе жанама түрде Күн құбылыстары себеп болатын фотосинтез өнімдері, су айналымы, ауа массасының қозғалысы және басқа үдерістер арқылы қолдануға болады.

Күн энергиясын пайдалану — энергетикалық мәселелерді шешудің ең қарапайым және арзан жолы. АҚШ-та үйді жылыту және ыстық сумен қамтамасыз ету үшін елде өндірілген энергияның шамамен 25%-ы жұмсалатыны есептелген. Солтүстік елдерде, соның ішінде Ресейде, Латвияда бұл үлес одан да жоғары. Осы мақсатқа қажет жылудың көп үлесін Күн сәулесінің энергиясын пайдалану арқылы алуға болады. Жер бетіне түсетін тікелей Күн радиациясы жоғары болған сайын, мұндай мүмкіндік те үлкен.

Күн энергиясын төменгі температуралы үдеріс жылуға айналдырып, бөлмені жылыту және ыстық сумен қамтамасыз ету салыстырмалы түрде қарапайым техникалық құралдармен іске асырылады. Оңтүстікте климаты жайлы зоналарда жеке тұтынушылар Күн жылуын өз қажеттілігіне осылай пайдалана алады.

Күн энергиясын әр түрлі коллекторлардың көмегімен ұстау кең етек алған. Қарапайым түрде бұл жылуды қабылдау және жинау мен сақтауға арналған қара түсті беттер. Бұл екі блок тұтас болуы да мүмкін. Коллекторлар парник қағидасы бойынша жұмыс істейтін мөлдір камераға орнатылады. Сонымен бірге энергияның шашырауын төмендететін (жақсы изоляция) және мысалы, ауа немесе су ағындары оны алып кетуге мүмкіндік бермейтін қондырғылары болады.

Ысыту жүйелерінің пассивті типі одан да оңайырақ. Жылу тасығыштардың циркуляциясы мұнда конвекциялық токтың нәтижесінде болады: қызған ауа немесе су жоғары көтеріледі, ал олардың орнын салқындатылған жылу тасығыштар алады. Мүндай жүйеге терезесі күнге қараған және ұзақ уақыт жылуды сақтап тұра алатын изоляциялық материалдары бар бөлме мысалы бола алады. Күндіз қатты ысудан және түнде жылу алмасуы үшін перделер, жалюздер, маңдайшалар және т.б. қорғаныс құралдары қолданылады. Бұл жағдайда Күн энергиясын рационалды пайдалану мәселесі ғимараттарды дұрыс жобалау арқылы шешіледі. Құрылыстың қымбат құны кейде арзан және таза энергияны пайдалану тиімділігімен жабуға болады.

Күн энергиясын пайдалану үлкен дәрежеге жеткен жоқ, бірақ әр түрлі Күн коллекторларының өндірісі өсіп келе жатыр. АҚШ-та қазіргі уақытта осындай мыңдаған жүйе бар, алайда ыстық сумен қамтамасыз етудегі олардың үлесі 0,5%, ал қарапайым қүрылғыларды кейде парник пен басқа құрылыстарда қолданады. Күндіз жылуды көбірек жинау үшін бөлмелерде беті үлкен және жылу сыйымдылығы жақсы материал орнатады. Бұл тастар, ірі құм, майда тас, металл жэне т.с.с. болуы мүмкін. Күндіз олар жылу жинайды, ал түнде біртіндеп жылуды босатады. Мұндай құрылғылар жылыжай шаруашылықтарында пайдаланылады.

Күн энергиясын электр энергиясына айналдыру фотоэлементтерді қолдану арқылы ғана мүмкін, онда Күн энергиясы қосымша қүрылғысыз электр тоғына айналады. Күн энергиясы — Жер бетіндегі қуаты 20 млрд кВт деп бағаланатын шексіз энергия көзі. Жер бетіндегі күн энергиясының жылдық ағысы шартты түрде 1,2*10¹⁴ т отынға тең (эквивалентті). Салыстыру үшін барлық әлемдік органикалық отынның қоры 6«10¹² т шартты отынға тең екенін айтуға болады.

Күн энергиясы көзінің тығыздығы төмен болғандықтан, күн электр станцияларында үлкен масштабта энергия өндірудің біраз қиыншылықтары бар. Күн энергиясын және оның концентрациясын оптикалық жүйелерде жинақтауға қажет аудан шамасы бірнеше ондаған шаршы километрге дейін жетеді. Күн қуатын жинақтайтын модульдің беттік бірліктері құнының үлкен болуынан қуатты КЭС салу көп шығынды қажет етеді.

Қазіргі кезде вольтті фотоэлементтер бар, бірақ бұл жақында ғана сынақтан өтті және әлі саудада таралған жоқ. Мұндай қондырғылардың ПӘК-і әлі төмен, бірақ ешқандай қозғалысқа түсетін бөлшектері болмағандықтан, мұндай қондырғылар ұзақ жұмыс істейді. Фотоэлементтерді қолданудағы басты қиыншылық — олардың қымбаттылығы мен орналасатын жерінің үлкен территорияны алуы. Бұл мәселені металдан жасалған фотоэлементтерді иілгіш жасандылармен алмастыру, батареяларды орналастыру үшін үйлердің қабырғасы мен шатырын пайдалану, энергияны бір түрден екінші түрге айналдырушыларды ғарыш кеңістігіне шығару және т.б. арқылы шешуге болады.

Күн энергиясын электр энергиясына айналдырудың бір жолы — турбогенераторды қозғалысқа келтіретін суды буға айналдыру. Бұл жағдайда Күн сәулесін жинақтап энергия жинау үшін көбіне көп мөлшерлі линзалары бар, сол сияқты арнаулы бөгеті бар энергомұнаралар қолданылады. Бөгеттің мәні мынада: олар екі қабат судан тұрады; төменгі қабат концентрациясы — жоғары тұзды су ерітіндісінен және жоғарғысы мөлдір тұщы су ерітіндісінен тұрады. Энергияны жинақтаушы материалдың рөлін тұзды ерітінді атқарады. Ысыған су төменгі температурада қайнайтын сұйықтарды буға айналдыру немесе жылыту үшін қолданылады.

Кей жағдайда Күн энергиясы «болашақтың отыны» деп аталатын сутегін судан алу үшін тиімді. Гелеқондырғылардан алынған электр тоғын электродтар арасынан өткізу барысында су ыдырайды және су тегі бөлінеді. Мұндай қондырғылардың кемшілігі ПӘК төмен болуымен (сутегіндегі энергия суды электролиздеуге жүмсалған энергиядан тек 20%-ға ғана жоғары) және сутегінің оңай тұтануымен, сол сияқты сақтау ыдысынан диффузиялық жолмен сыртқа шығып кету мүмкіндігіне байланысты.

Қазіргі уақытта аз мөлшерлі энергия қажет болған жағдайда фотоэлементтерді  пайдалану экономикалық жағынан тиімсіз. Б. Небел калькуляторды, кондиционерді, белгі шамдарын, кішігірім су себуші жүйелерді пайдалануды мысал ретінде атап көрсетеді.

Күн радиациясы күшті жерлерде жеке шаруашылық салаларын, мысалы, ауыл шаруашылығын Күн энергиясының есебінен толық электрлендіру жобасы жасалған. Күн энергиясы ағысының 1%-ынан аздауы жыл сайын биомассада жинақталады.

Тікелей биомассаны жағу — фотосинтез энергиясын пайдаланудың ең оңай жолы. Кейбір өндірісі дамымаған елдерде осы әдіс негізгі болып табылады. Осылардың арасынан биомассаны отынның басқа түріне, мысалы, биогаз немесе этил спиртіне өңдеу әдісі өзін-өзі ақтады. Біріншісі анаэробтық (оттектің қатысуынсыз), екіншісі аэробты ашыту (оттекті ортада) нәтижесінде алынады.

Екі мың сиыры бар сүт фермасы қалдықты пайдалана отырып тек қана өз шаруашылығын ғана биогазбен қамтамасыз етпей, сонымен қатар алынған энергияны таратудан елеулі кіріс алатыны туралы мәліметтер бар. Үлкен энергетикалық ресурс тұрмыстық қалдықтарда, канализация батпағында және басқа органикалық қалдықтарда жинақталған.

Биоресурстардан алынған спирт іштен жанатын қозғалтқыштардың жұмысында кеңінен қолданылады. Мысалы, Бразилияда 70-жылдардан автокөліктердің көп бөлігі спирттік отынға немесе спирт пен бензиннің қоспасы — бензоспиртке көшкен. Спиртті энергия беруші ретінде пайдалану тәжірибелері АҚШ және басқа елдерде кездеседі.

Спиртті алу үшін әр түрлі органикалық шикізат қолданылады. Бразилияда- қант қүрағы, АҚШ-тажүгері, ал басқа елдерде әр түрлі астық дақылдары, картофель, ағаш жэне т.б. пайдаланылады. Спиртті энергия беруші ретінде пайдаланудың шектеуші факторы — органикалық массаны алу үшін жердің жетіспеушілігі мен спирт өндіруде ортаның ластануы (қазбалы отынды жағу), сол сияқты қымбаттылығы (ол шамамен бензиннен 2 есе қымбат).

Ағашқа, соның ішінде әсіресе ағаштың жапырақты түрлеріне (қайың, көктерек) бай Ресей осы биомассалардан гидролиз технологиясымен спиртті алуды іс жүзінде пайдаланбайды. Спирттен отын алу үшін үлкен ағаш қорын кесу және ағащ өңдеу кәсіпорындары қажет.

Соңғы кездері әдебиеттерде «энергетикалық дақыл», «энергетикалық орман» деген терминдер кездеседі. Бұл мағынада өсірілетін фитоценоздарды түсінуге болады, ал биомассаларды өңдеп газ немесе сұйық отын алады. «Энергетикалық орман» алу үшін аз уақыт аралығында (5-10 жыл) интенсивті технология бойынша ағаштардың (терек, эвкалип және басқалар) жылдам өсетін түрі егіліп және олардан өнім алынады.

Тұтасынан алғанда биоотын қазіргі уақытта емес, болашақта энергетикалық проблемаларды шешуші фактордың бірі. Бұл ресурстардың басты артықшылығы — олардың түрақты және тез қалпына келуі, ал дұрыс пайдаланса — жұтаңданбауы.

Қолданылған әдебиеттер: Рыскиева Г.Ә., — Алматы: Өнеркәсіп экологиясы, 2011. -262 бет.