Бақылау сұрақтары:

1. Күн радиациясының горизонталь беттікке күндізгі уақытта келіп түсуінің орташа айлық мәні қалай анықталады?

2. Күндізгі уақытта жер беті атмосферасының шектігінен тыс горизонталды беттікке келіп түсетін күн радиациясының орташа айлық шамасы қандай?

3. Күн қондырғысының негізгі көрсеткіштері және п.ә.к. қалай анықталады?

4. Күн коллекторының жылу теңдеуін анықта.

5. Күн коллекторында жұтылған күн энергиясы шамасын анықта.

6. Күн коллекторынан жоғалатын толық жылу энергиясының теңдеуі.

7. Конвективті Q_конв және сәулелік Q_сәу жылу жоғалысы қалай анықталады?

8- ДӘРІС

Тақырып: Күн электрстансасы(кэс) және күн пештері (кп)

Жоспар: Мұнаралы және модульді күн электр стансасы.

Күн фотоэлектр стансасы

Күн электр стансасының әдістемелік есебі

Мұнаралы және модульді күн электр стансасы

Үлкен гелиоэнергетикасының тәжірибелі түрде дамуы, модулдік түрдегі жинақталған жылуқабылдағышты және мұнаралық түрдегі орталықтанған қабылдағышты термодинамикалық айналым түрлендірулері негізінде жұмыс істейтін түрлері бар күн электр стансаларына негізделген [1, 5, 11, 23].

Күн электрстансасы (КЭС) және күн пештерінің (КП) негізгі қондырғылары:

– оптикалық жүйе (гелиосаттар);

– бу қазаны; жылу аккумляторы;

– электр энергиясын өндіргіш (электр генератор);

– автоматты және ЭЕМ-мен басқару жүйе.

Оптикалық жүйе (гелиостатар)

Жазық және дөңес айналармен күн сәулесін шоғырландыруға болатын әртүрлі жүйелер бар. Бұл КЭС-тің негігі бөлігі болып табылады. Күн электрстансаларында және күн пештерінде арнайы дайындалған – шыны айналар немесе алюминийден жасалған айналар жүйесі қолданылады.

Күн сәулесі шоғырлағыштарының пішіндері:

а) парабола цилиндрлік шоғырландырғыш иіндеме;

б) параболойд шоғырландырғыш иіндемесі ;

в) жазық-сызықты Френель линзасы;

г) жазық айналардың жүйесі.

11.1-сурет. Күн шоғырлағыштарының сыртқы пішіндері -

А) парабола цилиндірлі, Б) параболоид, В) Френель линзасы.

А) Мұнаралы күн электр стансасы

Олардың ішіндегі ең үлкені жобаланған қуаты 10 МВт-қа тең, Барстоуда (Америка) орналасқан Solar -1 КЭС-і. КЭС-тің алаңқайы эллипс тәріздес, оның осьтері 685 және 585 болатын, ауданы 0,31км² тең. Гелиостат аланының ауданы 0,28 км², онда 1818 гелиостаттар, айналар бетінің ауданы 73,2 мың м². Жер аумақшаларын айналармен толтырудың орташа коэффициенті – 0,26. Айнаның шағылу коэффициенті – 0,9. Цилиндрлік пішіндегі күн сәулесін қабылдағыштың бу қазанының биіктігі 13 м, диаметрі – 7,2 м сәулелендіретін бет-тақталардың ауданы – 294 м². Гелиостаттың тоқтаусыз жұмыс істеу дәрежесі – 98%. КЭС автоматты ЭЕМ көмегімен жұмыс атқарады [1, 11, 23, 29].

Бұл жүйеде күн сәлесін шоғырландыратын гелиостаттар жүйесі қолданады. Гелиостатар компьютермен басқарылатын екі осьтік бақылау жүйесі арқылы гелиостат айнасынан шағылған күн сәулесін қозғалмайтын және әрқашан мұнара басындаға қабылдағышқа-бу қазанына түсетіндей етіп жұмыс атқарады.

а) б)

11.2-сурет. а) Мұнарлы күн электрстансасы, б) оптикалық жүйесі

Бу қазанына өндірілген жылу энергиясын жинақталып оның дағдарасынан бу құбыры арқылы бу шығырына – турбинаға беріледі, соның салдарынан жылу энергиясы, механикалық энергияға, ал электр өндіргіште-генераторда электр энергиясына түрленеді. Бу қазанында будың температурасы 560⁰С-ден 1482⁰С дейін қызады.

АҚШ-тың энергетикалық компанияларының консорциумы жылу тасымалдағыш сұйық ретінде ерітілген тұздар бірнеше түрлерін пайдалануды ұсынып отар.

Мұндай жүйеде ерітілген тұз «суық» бак-күбіден температурасы 288⁰С жылу қабылдағыш арқылы өтіп, онда 565⁰С дейін қыздырылады, қайтадан «ыстық» бак-күбіге барады. Бұл қондырғының жаңа түрлерінде жылу 3-13 сағат сақталады, осыған орай станса энергияны күндіз-түні және кез келген ауа райында өндіре алады [5, 23, 33].

11.3-сурет. Мұнара тәріздес күн электр стансасы (қуыс қазанды)

11.4-сурет. Мұнара тәріздес күн электр стансасы ( оптикалық жүйесі сектор тәріздес жинақталған)

Олар CESA-1 және CRS. Қуаты 1,2 МВт CESA-1КЭС-і. Секторлы пішіндегі айналар алқабы, әрқайсысы 38 м сайын 300 Martin Marietta Aerospase (АҚШ) гелиостаттарынан тұрады. Айналардың қосынды ауданы 11,4 мың м². Айнаның шағылу коэффициенті – 0,87. Биіктігі 60 м мұнарада қуысты қазан-қабылдағыштың кіретін тесігінің ауданы – 11,6 м, ол 520⁰ қызады, ал жылу тасығыш 53% KNO₂ 40% Na NO₂ және 7% Na Nо₂ тұздар- қоспасынан тұрады [23,25].

Б) Модульді күн электр стансасы

Мұнаралық КЭС-мен қатар дүниежүзінде модульдік жылу КЭС-лары салынып жатыр. Мұндай КЭС-да жұмыстық дене әдетте суды пайдаланады, стансаның шоғырландырғыш-концентраторлары парабола цилиндрлік, параболойд және Френель линзасы пішіндес иіндемелер болып келеді.

Парабола цилиндрлі модулді КЭС

Көбіне мұндай модулдік жүйелер Ренкин, Брайтон және Стирлинг айналымдарымен-циклімен жұмыс істеді. Мұнаралық КЭС сияқты модулді КЭС-да жылулық аккумуляторлармен жабдықталады.

11.5-сурет. Парабола цилиндрлі модулді КЭС

Бұл қондырғаларда цилиндрлік иіндемелі айналар қолданылады, олар қабылдағыш түтіктерде күн көзін сәулесін шоғырлайды, сұйық жылу қабылдағышта 400⁰С дейін қызады да, бірнеше қабылдағыштан өтеді. Электр энергиясын өндіру үшін қолданылатын аса қызған бу өндіргіш-турбогенераторды жұмысқа келтіретін. Мұндай қондырғылар бір және екі осьті күнді автоматты бағдарлайтын жүйесінен тұрады. Кейбір жағдайларда олардың жүйесі тұрақты (стационарлы) болып келеді [25,29].

Lus Industries Ltd (Израиль) компаниясы өте қуатты күрделі параболацилиндрлі-концентратор иіндемелі қондырғысынан, күн сәулесінің шоғырламасын қабылдайтын вакуумды қабылдағыш-бу қазанынан және электр өндіргіш-турбогенератордан тұратын модульді КЭС-нын іске қосты. Бір осьті цилиндрлі иіндеме шағылдырғыштың жалпы ұзындығы 5,2 м, апертурасы 2,57 м тең. Бет қосындысы 72 мың м² болғанда жалпы модуль саны 560-қа тең [25, 33].

Параболоид пішіндес модульді КЭС

Бұл гелиоқондырғыда айналар параболойд-иіндеме түрінде орналасады (парабола тарелкасына ұқсас), ол күн энергиясын әрбір тарелканың фокусында орналасқан қабылдағышқа шоғырлайды. Қабылдағыш-қазанда сұйықты 1000⁰С және одан да жоғары температураға дейін қыздыруға болады, одан алынған жылу өнімінің көмегі арқылы қабылдағыш-бетқазанмен байланысқан, электр өндіргіш (турбогенератордан) электр энергиясын өндіруге болады. Қазіргі кезде Стирлинг және Брайтон қозғалтқыштарының бірлік модулдік қуаты 7-ден 25 кВт-қа жететін бірнеше тәжірибелі жүйелер жұмыс істейді 11.6-сурет.

11.6-сурет. Параболоид түріндегі модульді КЭС

Бұл технологиялар көптеген жобаларда жүзеге асырылып жатыр. Оның біреуі STEP (Solar Total Energy Project) жобасы америкалық Джорджия штатында жүзеге асырылуда. Ол әрқайсысының диаметрі 7 м болатын 114 айнадан тұрады.

Күн фотоэлектр стансасы

Қазіргі заманғы күн фотоэлектрлік стансаларында күннің энергиясы жартылай өткізгішті күн элементтерінің көмегімен тікелей электрлікке түрленеді (фотоэлектрлік элементтер). Олар өз кезегінде фотоэлементтерді бір-бірімен модульдерге жалғап, ірі фотоэлектр станцияларын салуға болады.

Фотоэлектрлік элементтің және модульдің сипаттамасы

Фотоэлектрлік элементтер – жарықтық немесе күн энергиясын электр энергияға тікелей түрлендіретін қондырғы.

11.7-сурет КФЭ вольтамперлік көрсеткіштері

Жартылай өткізгіштен жасалған, фотоэлемент күн сәулесін тікелей электр энергиясына түрлендіруі күн радиациясы деңгейіне байланысты өзгереді.

Фотоэлектрлік модульдер (ФМ)

ФМ жүйесі жұмыс істеу тәртібіне сәйкес ондағы фотоэлементтер белгі тәсілде жинастырылған тізбектермен жалғастыралады (тізбекті, параллельді қосылыс). Элементтері, жүйелікпен қосылатын және шыңдалған қорғаныс шынысынан, текстолиттен немесе алюминийден жасалған тағандағы ламинация арқылы герметизацияланады. Фотоэлемент бұл кезде герметизациялайтын пленкалардың қос қабатының арасында, ауаның саңылауынсыз орналасады. Бұған вакуумды ламинациялау технологиясын пайдалану арқылы қол жеткізіледі.

ФМ-дің электрлік параметрлері стандартты жағдайлардағы вольтамперлі қисық сызық түріндегі жеке күн элементі ретінде де көрінеді, яғни күн радиациясында 1000 Вт/м², температурада - 25°С және 45°(АМ1,5) ендіктегі күн спектрінде [1,5,33].

Қисық сызықтың кернеу осімен қиылысу нүктесі бос жүріс кернеуі – Uxx деп аталады, тоқтар осімен қиылысу нүктесі – қысқа тұйықталу нүктесі Iқт деп аталады. Максималды қуаттылыққа сәйкес келетін кернеу – максималды қуаттылық кернеуі деп аталады (жұмыстық кернеуі - Uж), ал сәйкес тоқ – максималды қуаттылық тоғы деп аталады (жұмыстық тоғымен – Iж).