26. Күн сәулесін қабылдайтын концентраторлардың түрлері жұмыс істеу принциптері.

На первый взгляд может показаться, что это обычная Линза Френеля, однако это не так и принцип его действия совсем другой.

Необходимость концентраторов была уже рассказана в статье о PlanarSun, поэтому перейду сразу к описанию.

Morgan Solar является канадским энергетическим стартапом, в который вложены десятки миллионов долларов.

В патенте есть множество вариантов фокусировки солнечного излучения с использованием 1-3 асферических поверхностей, но наиболее наглядный представлен на рисунке:

Принцип действия очень прост. Концентратор Sun Simba состоит из асферических бороздок, расположенных по кругу. Они фокусируют параллельно падающее излучение в маленькие «промежутки». Далее излучение попадает в клин, из которого не может выбраться, и распространяется до солнечного элемента.

Кроме явных достоинств:

1. Компактность по сравнению с той же линзой Френеля, параболическим зеркалом и системой Кассегрена

2. Малая потеря энергии

Существует и недостаток:

1. Необходимо строго ориентировать концентратор на солнце, с чем вполне справятся следящие системы.

По сравнению с “PlanarSun” у Sun Simba намного больше концентрация излучения — практически в точку, а не в две противоположные плоскости. С другой стороны, у “PlanarSun” больше угловое поле по одной координате, что облегчает слежение за солнцем.

27. Фотоэлектрге түсінік беріңіз.

Күн батареясы, фотоэлектрлік генератор — Күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына айналдыратын шала өткізгіштіфотоэлектрлік 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 және ол оның ауданына тәуелді емес; 1 см²ауданға келетін қысқа тұйықталу тогының шамасы 35 — 40 мА. Күн батареясындағы ток шамасы оның жарықтану жағдайына байланысты, күн сәулелері Күн батареясы бетіне перпендикуляр түскенде ол ең үлкен мәніне (максимумына) жетеді. Қазіргі Күн батареясының ПӘК 8-10%, олай болса 1 м² ауданға (ғарыш аппаратының Күннен қашықтығы 150 млн. болған кезде) келетін қуат ~130 Вт-қа тең. Температура жоғарылаған сайын (25^oС-ден жоғары) ФЭТ-тегі кернеудің төмендеуіне байланысты Күн батареясының ПӘКкемиді. Күн батареясының жиынтық қуаты ондаған тіпті жүздеген кВт-қа жетеді. Күн батареясы ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау жүйесіндегі негізгі электр энергиясының көзі ретінде қолданылады. Күн батареясы сондай-ақ, тұрмыс пен техникада қолданылатын көптеген бұйымдарды (калькулятор, қол сағаты, т.б.) токпен қоректендіру көзі болып табылады.Фотоэлектрлік құбылыстар, фотоэффект — электрмагниттік сәуленің затпен әсерлесуі нәтижесінде пайда болатын электрлік құбылыстар (электр өткізгіштігінің өзгеруі, ЭҚК-нің пайда болуы не электрондар эмиссиясы). Бұл құбылыс қатты денелерде, сұйықтықтарда, сондай-ақ газдарда да байқалады. Фотоэлектрлік құбылыстар қатарына рентген сәулелерінің фотоэффектісі мен ядролардың фотоэффекті де жатады. Қатты немесе сұйық денелердің жарық сәулесін (фотондарды) жұтуы нәтижесінде электрондардың бөлініп шығу құбылысы сыртқы фотоэффект делінеді. Мұны 1887 ж. Г.Герц ашқан. Сыртқы фотоэффектіні тәжірибе жүзінде А.Г. Столетов (1888) толық зерттеп, оның бірнеше заңдарын тұжырымдап берген. А.Г. Столетов ашқан фотоэффектінің бірінші заңы былайша тұжырымдалады: максимал фотоэлектрлік ток (қанығу фототогы) түскен жарық ағынына тура пропорционал болады. 1905 жылы А.Эйнштейн сыртқы фотоэффект құбылысын жарықтың кванттық теориясы тұрғысынан түсіндіріп берді. Сыртқа қарай бөлініп шыққан электронның максимал кинетик. энергиясының (Емак) шамасы электронға берілген фотонның энергиясы (hv) мен шығу жұмысының (φ) айырымына тең (Емак=hv–φ) екендігі тәжірибе жүзінде дәлелденді. Сыртқы фотоэффектінің бұл екінші заңы, яғни Эйнштейн заңы былайша тұжырымдалады: фотоэлектрондардың максимал энергиясы түскен жарық жиілігіне сызықты тәуелді болып өседі және оның қарқындылығына байланысты болмайды. Ішкі фотоэффект (фотоөткізгіштік) кезінде жартылай өткізгіштер мен диэлектриктерге түскен жарық (фотон) оларда жұтылады да, сыртқа қарай электрондар бөлініп шықпайды. Сөйтіп, жартылай өткізгіштер мен диэлектриктердің электр өткізгіштігі өзгереді. Ішкі фотоэффектіні 1873 ж. америка физигі У.Смит байқаған. Жарық әсерінен кедергісі кемитін жартылай өткізгіштер фотокедергілер деп аталады. Металл электрод пен сұйық шекарасында байқалатын фотогальваникалық эффектіні 1839 ж. француз физигі А.Э. Беккерель ашты. Ал екі қатты дене шекарасындағы мұндай құбылысты 1876 ж. ағылшын физиктері У.Адамс пен Р.Дей байқаған. Екі заттың түйіскен жеріне жарық түсірілген кезде фотоэлектрлік қозғаушы күш пайда болады. Мұндай зат ретінде әр түрлі жартылай өткізгіштер (электрондық және кемтіктік) немесе жартылай өткізгіш пен металл алынады. Фотогальваник. эффектіге негізделіп жасалған фотоэлектрлік құрылғылар вентильді фотоэлементтер деп аталады.

28.29. Жел энергетикасының әлемдегі және Қазақстандағы жағдайы. Қазақстан Республикасының жел энергетикалық ресурстары.Бүгінде зауыт-фабрикалары, яғни өнеркәсібі толық қуатында жұмыс істемей отырғанның өзінде Қазақстан электр энергиясына зәру болып, басқа елдерден әлемдік бағамен сатып алуға мәжбүр болып отыр. Әсіресе оңтүстік пен батыс облыстарды электр энергиясымен қамтамасыз ету аса өткір мәселе. Осыған орай, еліміздің Каспий, Үстірт, Жоңғар, т.б. аймақтарындағы ұлаңғайыр жел энергиясының қорын пайдаланып, бұл мәселені шешудің мүмкіндігі бар деуге болады. Жалпы Қазақстан сарқылмайтын энергия көздерінің қорына өте бай .Қазақстандағы сарқылмайтын энергия көздерінің қоры (млрд.квт.сағ.есебімен/жылына) Су энергиясы-170, Күн энергиясы-1.5, Ыстық сулар энергиясы-10, Жел энергиясы-32200.Мұндағы ең қомақты үлес жел энергиясының еншісінде (жылына 32.2 триллион квт.сағ.). Жоңғар қақпасында желдің жылдамдығы 200км/сағ болатындығы байқалған. Мұндай желдің жылдамдығымен 1 сағатта 1 шаршы метр жерден, пайдалы әсер коэффиценті (ПӘК) 0,4 болатын желэлектрқондырғысынан 200МВт/сағ. энергия өндіруге болады. Жоғарыда айтылған жерлердің бәрінде жел тұрақты, периодты жыл бойы соғып тұратын аудандар. Бірақта Қазақстан бұл шексіз үлкен жел энергетикасының ресурстарын орынды пайдалана алмай отыр. Бұған ең бірінші кедергі болып тұрған жел қондырғыларын шығаратын арнайы өндіріс орындарының болмауы және экономикалық қиыншылықтар. Дайын жел агрегаттарын шет елдерден сатып алатын болсақ, ол өз құнынан 2-3 есе қымбатқа түседі және де Қазақстан технологиялық жағынан сол мемлекетке тәуелді болады.

30. Желдің энергиясы және оның негізгі сипаттамалары. Жел энергиясы атмосферадағы ауа массаларының кинетикалық энергиясын электр энергиясы, жылу немесе басқа да энергия түрлеріне айналдыру үшін қолданылады. Энергияның бір түрден екінші түрге өзгеруі жел генераторлары (электр тоғын алу үшін), жел диірмендері (механикалық энергия үшін) және басқа да агрегаттар көмегімен жүзеге асады. Жел энергиясын өндірудің ең тиімді жерлері ретінде жағалау аймақтары және биік тау шыңдары қарастырылады. Теңізде, жағадан 10-12 км қашықтықта офшорлық жел электр фермалары салынады. Жел генераторларының мұнаралары тереңдігі 30 метрге дейін қағылған қадалы іргетастартарға қондырады. Желдің энергетикалық сипаттамасы. Жел бұрыннан адам қолданылып жүрген қуатты энергия көздерінің біреуі болып табылады. Жел қуатын қазіргі кездегіденде айтарлықтай үлкен аумақтарда халық шаруашылығы, өндіріс жəне үй тұрмысына да көп қолдануға болады.

31. Жоңғар қақпасының жел энергетикалық ресурсы. Жоңғар қақпасындағы игеруге болатын жылдық энергия қуаты.Жетісу қақпасы , Жоңғар қақпасы — батысында Жетісу Алатауы (Жоңғар Алатауы) , шығысында Бірліктау және Майлытау жоталарының аралығындағы тауаралық ойыс, табиғи өткел. Ол Балқаш — Алакөл ойысын Ебінұр көлі арқылы Жоңғар жазығымен жалғастырады.

Абсолют биіктігі 300 — 400 м, ұзындығы 80 км, ең тар жері 10 км.

Солтүстігінде Жалаңашкөл көлі жатыр. Климаты қуаң, күшті Ебі желі соғады. Қыс айларында желдің соғатын бағыты оңтүстік, оңтүстік-шығыстан болса, жаз айларында солтүстік, солтүстік-батыстан. Қыста желдің жылдамдығы 60 — 80 м/с-қа жетеді.

Желден қуаттылығы 5 мың МВт шамасында энергия алуға болатындығы болжанды (қараңыз Жел энергетикасы).

Жетісу қақпасы Еуразия бассейніндегі орасан зор ауа массасы ауысатын Ортa Азиядағы “жел полюсі” саналады.

Жетісу қақпасы ерте заманда Орта Азиямен Қазақстанның көшпелі халықтары бір-бірімен қатынасатын жол болған. П.П. Семенов-Тянь-Шанский, Шоқан Уәлиханов, Н.М. Пржевальский, Л.С. Берг саяхатшы ғалымдар зерттеген. Қақпа арқылы Қазақстан мен Қытайды байланыстыратын Достық — Алашанкоу (Гофузди) темір жолы өтеді.

Расында да 2006 жылы Жоңғар қақпасы маңында қуаттылығы 5 МВт ілкі жел электр стансысының құрылысын бастау жоспарланған еді. Алайда бой көтерген әлі де бірде-бір стансы жоқ. Жалпы қысы-жазы тоқтаусыз соғып тұратын жел өтінің қуаттылығы жағынан Жоңғар қақпасы алдыңғы орындардың бірінде тұр. Жоңғар қақпасынан соғатын желдің жылдық орташа жылдамдығы 9,68 м/с құрайды. Ал, Алматы облысындағы Шелек дәлізінен соғатын желдің жылдамдығы 7,77 м/секундка тең. Сондай-ақ, желдің соғу жылдамдығы Ақтау айлағында 7,83 м/с, Елорданың маңайында - 6,8 м/с, Ерейментауда 7,79 - м/с, Қарқаралыда - 6,26 м/с, Арқалықта 6,93 - м/с, ОҚО Жүзімдік ауылы мен Атыраудағы Қарабатан теміржол стансысы аумағында 7,5 м/с құрайды.