Kyн батареясының әлемдегі өндірісі

Аңдатпа

Қазақстан энергетиканы дамытуға өз үлесін қосуға және Астанада альтернативтік энергетика саласында таңдаулы ойшылдар мен жобаларды жинауға ұмтылып отыр. Бұл тақырып энергия сақтау бойынша таңдаулы әлемдік технологиялармен, әлемде бар альтернативтік күн, жел, теңіз, мұхит және термалдық су энергияларын пайдалану бойынша жаңа жобалар мен технологиялармен кеңінен таныстыруға мүмкіндік береді деген ойдамыз.

Кун энергиясын пайдалану дәстүрлі қуат көздерімен салыстырғанда қымбат. Сондықтан бұл жобаны жүйелі түрде жүзеге асыру үшін мемлекет тарапынан арнайы бағдарламалар қабылданып, инвестиция тарту шаралары мен ынталандыру болуы қажет. Мәселен ірі компанияларға бұл бағдарламаларды қаржыландырған үшін салық төлеуден жеңілдіктер қарастыру немесе мемлекеттік маңызы бар өндіріс саласына бюджеттен қаржыландыру сияқты шаралар қолданған жөн деп есептеймін.

Қорыта айтқанда, мұндай үлкен жобаға саналы түрде сенімді қадам басу, үлкен қаржыландыруға қарамастан, болашақта шығындарын ақтап, энергия көзіне деген тәуелділікті жойып, еліміздің даму деңгейінің бірден бір сатысы болып табылады демекшімін.

Кун батареясы, 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 B және ол оның ауданына тәуелді емес; 1 см2 ауданға келетін қысқа түйықталу 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 (25оС-ден жоғары) ФЭТ-тегі кернеудің төмендеуіне байланысты Күн батареясының ПӘК кемиді. 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.

Күн батареясы және оның нақты мүмкіндіктері

Күн батареяларының өнімділігі неге темен екенін білесіздер ме? Себебі олар жылу энергиясын жоғалтып, қоршаған ортаға оны, өзі үшін пайда жасамай, береді. Жылу энергиясын «жоғалтпай», оны адамның пайдасына жарату үшін қандай бір шешім табылуы керек.

Стэнфорд университетінің бір топ ғалымдары, күн энергиясын электроэнергияға жарататын құрылғының жаңа типін қоғам көпшілігінің назарына ұсынды. Жаңа күн түрлендіргішінің прототипі былай жұмыс істейді: күн сәулесі электрондарды қоздырады, ал, жылу бұл электрондардар вакуум арқылы басқа электродқа секіріп шығуына итермейледі. Сөйтіп, электроқуат пайда болады. Конструкция, сондай-ақ, артық жылуды бу қозғалтқышына жібереді де, күн энергиясының 50% электроқуатқа жаратады. Мұндай көрсеткіштіер, қазірде қолданып жүрген, күн батареялардың көрсеткшінен екі есе артық.

Кремний күн батареяларының басым бөлігі, батареяға түсіп тұратын, күн сәулесінің 20 пайызын ғана электроқуатқа жаратады. Күн энергиясын пайдаланудың мұндай тиімсізділігін оңай түсіндіруге болады. Батареяның белсенді элементтері тек белгілі бір алабтың күн спектрін сезеді. Фотондардың бұл алабқа сәйкес келмегендігі, электроэнергиясының емес, жылу энергиясының пайда болуына ықпал етеді. Сөйтіп, потенциалды энергияның көбі текке кетеді.

Қисынсыз шығындарды болдырмау үшін, күн энергиясының бірнеше спектрін пайдаға жарата алатын құрылғыны жасап көруге болады. Нақты шешім - көпқабатты күн батареяларын ойлап табу. Мұндай батареялармен күн энергиясының 40 пайызын түрлендіруге болады. Бірақ, шынына келетін болсақ, мұндай қондырғылар, кәдімгілерге қарағанда, едәуір қымбат болмақ.

Жылу және күн энергиясының түрлендіру принциптері әртүрлі, сондықтан олар бір мезетте электроқуатқа айналмайды. Неғұрлым температура жоғары болса, соғұрлым жылу энергиясының түрлендірілуі тиімді болады. Ал, жоғары температуралар күн батареяларын құртып тастайды.

Үнемі қатарлас жүретін, бұл электроқуат көздерінің пайдасын бір мезетте іске жарату үшін, Стенфорд университетінің зерттеушілері термоэмиссиялық түрлендіргішіне назарын аударды. Оның жұмысы термоэлектрондық эмиссияның әсерінде негізделеді. Қондырғының құрамында, шағын аралықпен бөлінген, екі электрод бар. Катод жылынғанда (жиі жағдайда катодты цезийден жасайды) оның электрондары қоздырылады да, бос кеңістікті «секіріп өтіп» анодқа «секіріп шығады». Нәтижесінде, сыртқы тізбегінде электрикалық тоқ пайда болады.

Мұндай түрлендіру жоғары температураларда орын алады. Цезийдің әсерінен. Стенфорд тобы катодты жасау үшін, цезийді емес, тек жылумен ғана емес, жарықпен де жұмыс жасайтын, жартылай өткізгіш материалдан шығарылған тілімшені пайдаланды. Осының арқасында, түрлендіруге әкеле алатын, температуралар біршама төмендеді.

Прототиптен өнеркәсіптік үлгісіне дейін жету үшін құрылғы ұзақ жол өту керек екенін, жоба авторлары жақсы түсінеді. Бірақ, қазірдің өзінде мұндай батареялардың болашағы бар деуге болады.

Бірақ уақыт өте келе неміс менеджерларының келеңсіз стратегияларының арқасында олар өздеріне конкурент тапты, ол - Қытай. Неміс компанияларының банкротқа түсуі Қытай елін біршама қуантты. Соңғы жылда 4 ірі компания өздерін банкротқа түскенін пайымдады. Бұл жағдай, әрине, Қытай еліне үлкен талпыныс әкеліп, жоғары көтерілуіне көмек болды және қазіргі таңда Қытай елі әлемдегі күн батареясы өндірісінде бірінші орында ешкімге бермес. Тіпті Қытай өнімі Германияда 50 % арзан сатылуда. Мысал үшін, күн батареясы Германияда 800$ болса, Қытайда 500$ болады (екеуінің техникалық сипаттамалары бірдей).

Адамзат баласы жылдан жылға, күннен күнге даму үстінде. Күн сайын күнделікті қажеттілігімізді қанағаттандыру электр энергиясымен жүзеге асып отырады. Сондықтан энергия көздерін алудың балама жолдарын іздестіру қазіргі таңның ең өзекті мәселелері деп білемін.

Елбасымыз Нурсултан Әбішұлы Назарбаев халыққа жолдауларының бірінде, елімізде алдыңғы қатар технологиясы мен инновациялық өндіріс саласын дамыту керек екендігін атап өткен болатын. Сонымен қатар елбасымыз біздің еліміздегі мұнай мен газ қорының шектеулі, сондықтан бізден кейінгі ұрпағымыздың ертеңгі күні энерго тапшылық мәселесіне шалдықпас үшін, «болашақтың энергиясын» дамытуымыз қажет екендігін ерекше айтып өткен болатын [1].

Әлемдегі энергия көзін алу ресурстары шектеулі болып келеді. Қазіргі таңдағыдай әлемдегі ірі кен орындарынан үнемсіз отын өндіру салдарынан алдағы 100 жыл көлемінде энергия көзі болып табылатын ресурстардың сарқылуына әкеліп соғады. Бұл әрине өз кезегінде қоршаған ортаға және энерготасымалдау көзінен айырылған ұрпағымызға үлкен зардаптар әкеледі. Сондықтан ертеңгі күні кеш қалмас үшін қазіргі кезеңнен бастап балама энергия көздерін іздестіру, әрі ендіру бұл жағдайдың алдын алудың бірден бір жолы болып келеді.

Қазақстан электр энергияға әлі де болса тәуелді. Ал еліміздің келешегі электр энергетикасы мен инфрақұрылымның даму деңгейімен байланысты болып келеді. Сонымен қатар еліміздің стратегиялық міндеттерінің шешілуі мен бәсекеге қабілеттілігін арттыруда, ең алдымен мемлекеттің өз ішінде инвестициялар жасалуы тиіс деп ойлаймын.

Балама энергияны табиғаттың әртүрлі көздерінен алуға болады, алайда солардың ішінде күн энергиясына ерекше тоқталып өткім келіп отыр.

Ерте кезеңде адамдар күн энергиясын қолдану мүмкіндігі жайлы ойлана бастаған болатын. 1953 жылы АҚШ Ұлттық аэроғарыштық агенттігі күн энергиясын электрге ауыстыратын құрылғы, күн батареясын ойлап тапты [2].

Жер бетінде күн энергиясын электрде қолдануы шынайы жүзеге асуы үшін, ғалымдарға көптеген кедергілерден өту керек болды. Тек қана қазір 100 жылдан астам уақыт өткеннен кейін ғана, күн энергиясын электрлік қолдану мәселесімен айналысатын жаңа ғылым саласы - гелиоэнергетика пайда болды. Тек қана бүгінгі таңда ғана бұл саладағы жетістіктер жайлы сөз етуге болады.

Күн энергиясы адамның қатысуынсыз, табиғи түрде қалпына қайта келетін энергия көзі болып табылады. Бұл қоршаған ортаны ластамайтын, экологиялық қауіпсіз энергия көзі болып табылады. Күн энергиясын қолдану аясы шексіз болып келеді, сондықтан дүниежүзі ғалымдары күн энергиясының қолдану аясын арттыратын жүйені жетілдіру бойынша жұмыс істеп жатыр.

104

Күннің бір шаршы метрі 62 900 кВт энергияны шашыратады. Бұл шамамен 1 миллион электр шамының жұмыс істеу қуатымен сәйкес келеді. Күн жерге секунд сайын 80 мың миллиард кВт береді, яғни дүние жүзінің электрстанциясынан бірнеше есе көп деген сөз [2].

Күн энергетикасы әлемдегі болашағы бар балама энергетика түрі болып табылады. Сіз үйіңіздегі қарапайым тұрмыстық техниканы қолдану үшін қанша қаражат кететіндігі жайлы және бұл рахат сізге қаншалықты зиян екендігі туралы ойланып көрдіңіз ба? Электрдің розеткаға түсуі үшін мұнай мен газды өндіру қажет, оларды электростанцияға жеткізу қажет, ауаны оттегімен жандырып, бу алу керек, оны бу турбинасы арқылы электрогенераторға өткізеді, трансформатор арқылы жоғарғы вольтті электрөткізгіш желісімен тұтыну ауданына беру қажет, трансформатор арқылы ток кернеуін тұрмыстық 220В дейін азайту, 50Гц айналу жиілімен, сымдар немесе кабельмен үйлерге бағыттау, энергия счетчигі арқылы өткізіп және тек содан кейін ғана розетка мен ажыратқышқа әкеледі. Электрді берудің бұндай ұзақ жолында электростанция өндірген энергияның жартысына дейін жоғалтады, бұл өз кезегінде отын энергиясының жартысынан көбіне жоғалуына әкеледі, яғни шығын деңгейін арттырады. Қорыты айтқанда, соңғы тұтынуға 20-25%-нан артық емес отын энергиясы келіп түседі, қалған 75-80% атмосфераны жылытады, бұл өз кезегінде ғаламдық жылыну процесін жеделдетеді.

Альтернативті энергия көздерін пайдалану орталықтандырылған энергиямен жабдықтау жүйесіне нақты балама, әсіресе электр энергиясының тапшылығын көріп отырған алыс аудандарға тиімді болмақшы. Сондай-ақ Қазақстанның энергия қоры болып табылатын қазба байлықтары мен қалпына келетін энергия көздерінің зор әлеуетін иелене отырып, қазіргі уақытта энергия үнемдеу саласында ең соңғы орындардың бірін иеленіп отыр. Біз электр және жылу энергиясын өндіру, жеткізу, тарату және пайдалану кездерінде де энергияны үнемдеудің қарапайым ережелерін сақтамаудың куәсі болып жүрміз. Осылай қалыптасқан жағдайда энергияны үнемдеу мәселесіне қаражат белу жаңа энергетика көздерін салумен бара-бар болар еді, себебі энергияны үнемдеудің өзі пайдалану тұрғысынан қарағанда жаңа энергия көзін ашумен бірдей. Қазақстанда энергия үнемдеу әлеуеті 30-35 пайызды ғана құрайды. Қоғамымыздың барлық салаларында энергия үнемдеу саясатын дұрыс жүргізу жедел қолданысқа енгізілетін сапалы заңның бекітілуін және тұтас іс- шаралар кешенін орындауды қажет етеді.

Сондықтан қалыптасқан осындай проблемаларды шешу FTP заманында өте өзекті. Әрине дәстүрлі энергия көзін пайдалану біздің толық электр энергиясына деген сұранысымызды шеше алмайды. Сондықтан әлем тәжірибелеріне көз жүгіртіп өтейік.

Дүние жүзінің көптеген елдерінде күн энергиясын қолдану аясын кеңейту мақсатында, түрлі бағдарламалар қабылданған болатын. Мысал ретінде, Германиядағы «100 күн шатыры» және осыған ұқсас АҚШ-тағы «Миллион күн шатыры» атты бағдарламаларды атап өтсек болады. Сонымен қатар, 1996 жылы Германия, Австрия, Ұлыбритания, Греция және тағы да басқа елдер сәулетшілері құрылыс және сәулеттегі күн энергиясы туралы Европалық хартияны құрған болатын. Ал Азияда Қытай мемлекеті қазіргі заман технологиясы аясында ғимараттар құрылысында күн коллекторы жүйесін ендіру және өндірісте күн энергиясын қолдану жөнінде көшбасшылық етіп отыр. Ал, Жапония 833 МВт, АҚШ 153 МВт және Германия 353 МВт-қа балама энергия қорын ұлғайтып үлгерді. Осы елдер тәжірибесіндегідей үлгі алып, бұл салаға жаңа мамандар тартып, елдегі жетекші энергетика компанияларын альтернативті энергияға деген қызығушылықтарын арттырып және шетелдік әрі отандық инвестициялардың тартылуына қолайлы жағдай жасау арқылы біз отандық балама энергия көзін жаңғырта аламыз. Ол әрине мемлекетке, отандық энергетика өндіретін компанияларға және қарапайым халыққа өте тиімді болар еді [3].

 

ГІайдаланылған әдебиеттер тізімі:

  1. ҚР Президентінің «Қазақстан-2050» стратегиясы қалыптасқан мемлекеттің жаңа саяси бағыты» атты Қазақстан халқына Жолдауы
  2. Аккумуляторы, батарейки и другие источники питания// солнечная энергия //http://www.powerinfo.ru/sun-power.php
  3. Информационный портал Казахстанагакоп.кг //http://www.zakon.kz/161467-u-kazakhstana-est-vse-neobkhodimoe-dlia.html
Жыл: 2017
Қала: Атырау
Категория: Экология