Возобнавляемые источники

Жаһандану процессі дамуының негізгі  шарты болып энергия көздерін пайдалану болып табылады. Мамандардың болжамы бойынша 2020 жылға дейін электр энергиясының қажеттілігі дүниежүзі бойынша бірінеше есеге дейін өседі және жылдық шартты отынды пайдалану 34 млрд. т жетеді. Қайта жандандырылатын энергия тасымалдаушыларды үнемі, үздіксіз пайдалану қоршаған ортаның жылулық, радиоактивті, химиялық ластануы сияқты жағымсыз эффектілерге, сонымен қатар мұнай, газ, көмір сияқты тез алынатын отын қорларының азаюына  әкеліп соғып жатыр.

Қазіргі кездегі Қазақстан Республикасының алдындағы тұрған негізгі мәселелердің бірі- экономиканы энергия қорларын сақтау, дамыту жолына өзгерту. Экологиялық проблемаларды шешу мен отын қорларын үнемді пайдалану дәстүрлі емес қайта жаңғырылатын энергия көздерін, соның ішінде күн энергиясын пайдалану масштабын арттырып отыр.

Жылына 300- ден астам шуақты күндер болатын Оңтүстік Қазақстан облысының табиғи ауа- райы тұрғындарды жеткілікті мөлшерде жылумен қамтамасыз етуге мүмкіндік беріп отыр. Күн жылуымен қамтамасыз ету жүйесі жылумен қамтамасыз етуге кететін жылдық отын шығынын 25-30% , ал ыстық сумен қамтамасыз ету жүйесінің шығынын 50-70% азайта алады.

   Күн жылуымен қамтамасыз ету жүйесінің таңдау, құрам және компоновка элементттері климаттық факторлармен, объект типімен, жылуды қажет ету режимімен, экономикалық көрсеткіштермен анықталады. Бұл жүйенің спецификалық элементтері болып күн коллекторы, жылу алмасу құрылғысы, аккумулятор, сантехникалық арматура, насостар және автоматтар болып табылады.

Біріккен Ұлттар Ұйымының жоғарғы Ассамблеясының шешіміне байланысты  дәстүрлі емес жаңғырылатын энергия көздеріне :  күн жарығы, жел, су , су толқыны, геотермиялық, теңіз суларының, мұхиттар мен биомассаның энергияларыжәне үлкен, кіші су ағарлардың энергия көздері жатады.

Күннің ғаламшараралық кеңістікке шығаратын бүкіл энергиясының Жер атмосферасы шекарасына жуықтап алғанда екі миллиардтан бір бөлігі жетеді. Жер бетіне түсетін Күн энергиясының үштен біріне жуығы шағылысып ғаламшараралық кеңістікке тарайды. Күн – энергияның аса қуатты көзі, оның энергиясы электромагниттік толқындар спектрінің барлық бөлігінде – рентген және ультракүлгін сәулелерден бастап радиотолқындарға шейін ұдайы сәуле шығарып, таратып тұрады. Бұл сәулелер Күн жүйесіндегі барлық денелерге күшті әсер етеді: оларды қыздырады, планеталардың атмосферасына әсер етеді, жердегі тіршілікке қажетті жарық пен жылу береді. Күннің орташа температурасы 8•106 К-ге жақын, ал Күн бетінде 6000 К-ге тең. Неғұрлым дәл есептеулер Күн центріндегі температура 15 млн Кельвинге жететінін көрсетті. Оның ядросының түйреуіштің басындай бір түйірін Жер бетіне орналастырар болсақ, бұл «шағын пешке» 140 шақырымнан артық жақындай алмаған болар едік. Күн әр секунд сайын жүздеген миллион ядролық бомбаның жарылысына тең энергия бөліп шығарады. Күннің ірі болғаны соншалық, оның ішіне біздің Жеріміз сияқты 1 300 000 планета сиып кете алады. Күннің бір килограмм затының бір секундта шығаратын энергиясы, бір қарағанда 2•10-4 Вт/кг – ға тең, бұл шама көп емес, ол шамамен бір килограмм шіріген жапырақтардан шыққан жылу мөлшеріне тең. Бірақ жапырақта жинақталған химиялық энергия осылайша энергия бөлгенде, бір жылға әзер жетеді.  
 Қазіргі мәліметтерге қарағанда Күн 5 млрд  жыл шамасында өмір сүрді, бұл уақыт оның жарықтығы пәлендей өзгерген жоқ, Күн затының ішкі энергиясындағы қор әлі миллиардтаған жылдарға жетуге тиіс. Күннің жарқырауын 4•102 Вт деп және жарқырау өмірінің ұзақтығын t=5•109 жыл = 1,5•1017 с екенін біле отырып, Күннің осы уақыт аралығындағы энергиясын жеңіл табуға болады:  4•1026 Вт •1,5•1017с = 6•1043Дж.  
Осы энергияны Күн массасына бөлу арқылы бұл уақыт ішінде оның Күн затының әрбір килограмының 3•1013 Дж энергия бөлгенін табамыз. Ең калориялы химиялық жанармай- бензиннің жанғандағы салыстырмалы жылуы  4,6•107 Дж/кг-ға тең, 1 кг Күн заты бөлген ішкі энергиядан едәуір аз.

  Күн жарық шығаруын демеп ұстап тұрған жалғыз тиімді энергия көзі– сутегі ядроларынан гелий атомдарының ядролары пайда болғанда (синтезделгенде) бөлінетін термоядролық энергия. Есептеулер массасы 1кг сутегінен термоядролық реакция синтезі кезінде массасы 0,99 кг гелий түзілетінін және 9•1014 Дж-ға жуық энергия бөлетінін көрсетті. Егер осы шаманы Күннің 5 млрд жылдық ғұмырындағы әрбір килограмм сутегі бөлген энергиямен 3•1013 Дж салыстырсақ, ондағы қалған сутегі 150 млрд жылға жетуі тиіс болады. Бірақ синтез реакциялары оның барлық массасының шамамен оннан бір бөлігі болып табылатын Күн ядросында ғана жүретіндіктен ядролық отын қоры әлі 10 млрд жылға жетеді.  
 Қазіргі кезде Күн энергиясы халық шаруашылығында – гелиотехникалық құрылғылар (жылыжай, саяжай, суқайнатқыш, сужылытқыш, кептіргіш сияқты әр түрлі қондырғылар) өте жиі қолданылады. Ойыс айнаның фокусында жиналған Күн сәулесі ең берік деген металдарды балқытады. Күн электр бекеттерін жасау, үйлерді жылытуда Күн энергиясын қолдану т.с.с. жолында жұмыстар атқарылуда. Күн энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыратын шама өткізгіштерден құрастырылған Күн батареялары күнделікті өмірде қолданылуда.

Біздің заманымызда табиғи таза энергия қоры – Күн энергиясын пайдаланудың негізгі екі бағыты бар: 1) күн энергиясын ішкі энергияға түрлендіру арқылы жылумен қамтамасыз ету және 2)күн энергиясын электр энергиясына түрлендіру. Осындай күн сәулесінің энергиясын пайдалануға негізделген гелиотехникалық қондырғылардың жұмыс істеу принциптерін қарастырайық, ол өте қарапайым, жеңіл де әрі түсінікті.

а) Жылулық -сәулелік қондырғылар

         1) Коллектор.  
 Күн энергиясын ішкі энергияға айналдыруды қалай жүзеге асыруға болады? Бәрімізге белгілі күн сәулесі денеге өткенде жұтылады, кері жағдайда жұтылған энергия қоршаған ортаға сәулесін шығарады (сәулеленеді). Біздің жағдайымызда осы энергияны пайдалану мақсаты көзделіп отыр. Күн энергиясын тұтынатын қарапайым қабылдағыштың, яғни жазық күн коллекторының жұмысы осы принципке негізделген. Жазық күн коллекторы жұқа пластинадан тұрады. Ол жылу өткізбейтін және жұтылу қабілеті жоғары материалдан жасалынады. Сәуле пластинаға түскенде температура 70°С-қа дейін өседі (жаз айларында). Жетілдірілген жаңа түрін селективті жұтылдырғыш деп атайды. Металл пластинаға жұқартып никель оксидін немесе мыс қабатын жалтыратып өңдеп қаптайды. Бұл кезде Е жұт/ Е шығ = 9, ал температурасы 154°С-қа шейін көтеріледі екен. Селективті жұтылдырғыштың кемшілігі шаң-тозаңға сезімтал, сондықтан көп қолдануға тиімсіз. Ал оның жұмысын жақсарту мақсатында оның сыртын шыны немесе таза пластмассамен қаптайды. Бұндай қабаттан жасаған коллектор күн сәулесін жақсы өткізіп қана қоймай, энергия шығынын азайтады екен, ал температурасы 194°С-қа шейін барады.  
 Жазық коллектордың мысалы ретінде Күн бассейнін алуға болады. Бассейннің резервуарының 50 м² ауданын сумен толтырып, бетін жұтылу қабілеті жоғары материалмен қаптаймыз. Осындай бассейнді әрі арзан және көп күн энергиясын тұтынатын жылуқабылдағыш ретінде пайдалануға болады.  
 Енді біз мектеп, фабрика, больница, үйлерді жылыту, ыстық сумен қамтамасыз ету мақсатында жұмыс істейтін жылулық сәулелік қондырғылар- дың конструкцияларымен таныстырайық. Айналып жүретін сужылытқыштың жұмыс істеу принципі суретке айқын бейнеленген.