Еліміз бен халқымыз сан қилы қиындықтарды бастан кешіріп, ғасырлар бойы аңсаған арманы - тәуелсіздікке қол жеткізді. Мемлекетіміз өркениеті жоғары елдердің қатарынан қалыспай экономикалық, әлеуметтік және басқа да көптеген салалар бойынша жүйелі жұмыстар атқарып, алдағы күтіп тұрған асуларға көз тігуде. Бұл ғылыми тұрғыда жазылған мақала арқылы қоғамға бірден-бір өзекті экологиялық мәселені шешу жолдарын ұсынып отырмын. Біздің болашағымыз өзіміздің қолымызда...

Күн энергиясы жайлы жалпы түсініктеме. Күн энергиясы планетамыздағы ең маңызды тіршілік көзі. Ол Жер ғаламшарының атмосферасы мен беткі қабатын әрдайым жылытып отырады. Күн энергиясы арқылы желдің соғуы, табиғаттағы судың айналымы, өсімдіктер дамуы, жануарлардың азықпен қамтамасыз етілуі жүзеге асады. Сонымен қатар тікелей Күн энергиясының әсерінен Жер қойнауында қазба байлықтар түзіледі. Күн энергиясын жылуға немесе суыққа, электр энергиясына немесе қозғалтқыш күшке айналдыруға болады.
Жер бетіне күн энергиясы қанша көлемде түседі? Күн секунтына шамамен 1,1x1020 кВт сағ энергия шығарады. Киловатт сағат - бұл қуаты 100 ватт шамның 10 сағат жұмыс істеуіне қажетті энергия мөлшері. Атмосфераның беткі қабаттары жылына Күн шығаратын энергияның 1/1000000 бөлігін ғана алады, ол дегеніміз, 1500 квадрильон (1,5 х 1018) кВт сағ энергия. Алайда шағылу, шашылу және жұтылуға байланысты (атмосфера газдары мен шаңдары жұтады) тек бар энергияның 47%-ы ғана, яғни шамамен 700 квадрильон (7 х 1017) кВт сағ энергия жерге келіп жетеді.
Жер бетінің бірлік ауданына түсетін күн энергиясының көлемі келесі факторлармен анықталады: географиялық бойлық, жергілікті климаттық жағдайлар, жыл мезгілі және берілген жердің Күнге қатысты орналасу бұрышы.
Күн бізді тегін энергиямен қамтамасыз етеді және бүл энергияның мөлшері әлемде тұтынылатын энергия мөлшерінен 10 000 есе артық. Күн коллекторлары арқылы тұрғылықты үйлерді және көлемді ғимараттарды ыстық сумен қамтамасыз етуге болады. Күн сәулесі параболалы айналар (рефлекторлар) арқылы концентрацияланып жылу алуға пайдаланылады (Цельсий шкаласы бойынша бірнеше мың градусқа дейін барады). Ал, жылуды өз кезегінде жылыну үшін немесе электр энергиясына айналдыруға болады. Одан басқа, Күн энергиясын электр тогына айналдырудың тағы да бір түрі белгілі. Ол - фотоэлектрлі технологиялар. Фотохимиялық элементтер бұл - күн радиациясын тікелей электр тогына түрлендіретін құрылғылар.
Күн энергиясының жер бетіне жететін мөлшері Күннің қозғалуына орай өзгеріп отырады. Бұл өзгерістер тәуліктің уақытына және жыл мерзіміне де тікелей байланысты. Әдетте, күндізгі уақытта Жерге кешкі және таңертеңгі уақытқа қарағанда күн сәулесі көбірек түседі. Күндіз Кун көкжиекке қатысты биік орналасады да, Күннен шығатын сәулелердің Жер атмосферасы арқылы жүріп өтетін жолы қысқарады. Яғни, Күн радиациясының шағылу және жұтылу коэффициенті төмендеп, Жер бетіне жететін энергия мөлшері артады.
Бұлттар Күннен келетін сәулелерге қалай әсер етеді?
Ғалымдар тропосфераны зерттеу нәтижесінде Күннен келетін радиацияның (сәулелердің) Жерге жетуіне әсер ететін тағы да бір елеулі факторды анықтап отыр. Ол - бұлттар. Күн бұлтты болса Жерге келіп жететін сәулелердің үлесі де кеми түседі. Демек, бұлттылығы басым жерлерде құмды және шөлді жерлерге қарағанда салыстырмалы түрде түсетін күн сәулесі (сонымен қоса одан алынатын энергия) аз болады. Ал, бұлттардың түзілуіне мынадай жағдайлар әсер етеді: жергілікті жердің рельефі, таулары, өзендері мен көлдері, мұхиттан орналасу қашықтығы. Сондықтан таудың басында және оның етегінде алынатын энергияның мөлшері әр түрлі болады. Себебі, тауға бағытталып соққан желдер төменде орналасқан ауа массасын жоғары көтеріп, ылғалды суытады да, қысымның күрт өзгерісі кезінде бұлттар түзіледі.
Пассивті Күн жүйелі құрылғылар. Пассивті күн энергетикасын пайдаланудың бірнеше модификациясы кездеседі. Олардың түпкілікті идеясы ғимарат архитектурасын жобалау кезінде күн энергиясын пайдалануға негізделген. Онда ғимарат жобасын дұрыс жасау назарға алынады. Сонымен қатар оңтүстікке бағытталған терезелердің көп болуы болуы (тек солтүстік жартышар үшін), бұл қыс кезінде үй бөлмелеріне күн сәулесі көп түсуі үшін жасалады және керісінше шығыс пен батыс жаққа қаратылған терезелер азайтылады. Ғимараттың жылу изоляциясы да өте үлкен рөл атқарады.
Жоғарыда аталған факторлардың барлығы тұтастай бір жүйе құрған кезде ғимараттың пассивті энергетикалық жүйесі қалыптасады. Жылулық изоляцияның бірнеше көрнекті әдістері бар. Ғалымдардың құрастыруымен ойластырылған арнайы тепловизорлардың көмегімен ғимараттың қаншалықты энергияны сыртқа шығаратынын анықтап, осал тұстарын жоюға тырысады.
АҚШ-ның Энергетика департаментінің мәліметінше, алдын-ала ойластырылған ауланың ландшафты келешекте 25% - ға дейін энергия шығынын төмендетеді. Ағаштар жаз кезінде күннен қорғану үшін тиімді жағдай орнатса, жазда алай-дүлей желдерге тосқауыл қызметін атқарады. Сонымен қатар ағаштар, бұталар мен көгалдар ауланың орташа температурасын 50°С - ге дейін төмендете алады. Өйткені ағаштар мен өсімдіктер ылғалды буландырады да, қоршаған орта суыйды.
Ағаштарды отырғызудың өзіндік ерекше технологиясы бар. Оларды отырғызуда жаз кезінде көлеңкелеп, ал, қыс кезінде күн сәулесін қалқаламауын қамтамасыз ету керек. Ағаштар жазда күн көзінен қорғау қызметін атқарса, қыста жапырақтары түскеннен кейін де күн сәулесінің 50 % -ын бөгей алады.
Географиялық ендік. Жерге келіп түсетін күн энергиясының мөлшері орташа жылдық көрсеткіштері бойынша қысқы және жазғы уақытта ерекшеленеді. Мысалы, Солтүстік Еуропада қыста - 0,8 кВт сағ/м2 болса, жазда - 4 кВт сағ/м2 көрсеткішке ие. Алынған өлшем бірлік, яғни, кВт сағ/м2, сағатына алынған жердің шаршы метр ауданына түсетін күн сәулесінің түрленуі кезіндегі беретін қуаты. Қысқы және жазғы уақыттағы айырмашылық экваторға жақындаған кезде жоғала бастайды. Бұл дегеніміз, Орталық Еуропа мен Азияда күн қуаты 1000 кВт сағ/м2 болса, Африка мен Аустралияда ол көрсеткіш 2200 кВт сағ/м2 - ге дейін артады.
Күн энергиясын пайдалану. Көпшілік мемлекеттерде ғимараттардың қабырғалары мен төбесіне түсетін күн энергиясы сол ғимарат тұрғындарының пайдаланатын энергиясынан сан есе артық болады. Күн сәулесі мен жылуын пайдалану-таза, қарапайым және бізге қажетті энергияны алудың табиғи қалыптасқан түрі болып табылады.
Күн радиациясын пайдалы энергияға өзгертудің екі әдісі белгілі: активті және пассивті технология. Активті күн жүйелеріне коллекторлар мен фотоэлектрлі элементтер жатса, пассивті жүйелер ғимараттардың құрылысын жобалау кезінде олардың архитектурасын жоғары энергия алуға бағыттайды.
Күн коллекторлары. Ерте кезден бастап адамзат Күн сәулесін су жылыту мақсатында пайдаланды. Көпшілік Күн энергиясын түрлендіретін жүйелердің жұмысы күн коллекторларына негізделеді. Коллектор Күн энергиясын жұтып, оны жылуға айналдырады. Ал, содан кейін жылу ары қарай сұйықтық немесе газ арқылы тасымалданып, кейін ғимараттарды жылыту, су жылыту, электр энергиясын генерациялау, шаруашылық өнімдерін кептіру, тамақ дайындауға пайдаланылады. Күн коллекторларын жылу пайдаланатын кез келген орында қолдануға болады.
Күн коллекторларының түрлері. Қарапайым күн коллекторы ғимараттардың шатырына орнатылған құбырлар немесе металдан жасалған пластина арқылы күн сәулесін жинақтайды. Әдетте оларды қара түске бояп қояды, оның себебі, қара түс өзінің спектрлік қасиетіне орай жарықты және жылуды өзіне жақсы тартады. Жылу мөлшерін көбейту үшін құбырларды көбінесе шыны конустарға орнатып, сәл оңтүстікке бұрып қояды. Немесе басқаша айтсақ, күн коллекторлары бұл жылыжайлардың шағын үлгісі (екеуінің жұмыс істеу принципі ұқсас), шыны астында жылу жиналады да, кейін ол суды жылытады. Ал, түсетін сәуленің мөлшері арту үшін коллектордың ауданы үлкен болғаны тиімді. Қолданысына қарай коллекторлар бірнеше түрге бөлінеді. Мысалы, коллектор күннен алған жылуды тұрмыстағы суды жылыту үшін немесе үйдегі орнатылған су жылытқыштар үшін судың бастапқы температурасын көтеру үшін пайдаланылады. Яғни, егер тұрмыстағы краннан ағатын су температурасы 300°С болса, коллектор арқылы оны 70-900°С температураға дейін көтеруге болады.
Осы бере алатын температурасына қарай коллекторлар былай жіктеледі: Аса жоғары температураны қажет етпейтін жерлерде, көбінесе бассейндердегі суды жылыту үшін төменгі температуралы коллекторлар пайдаланылады. Олардың бере алатын температурасы 500°С - ден аспайды.
Орта деңгейлі коллекторлар арқылы 500С-ден жоғары температураны алуға болады (60-800°С). Әдетте, бұл шыныландырылған жалпақ коллекторлар, мұнда жылу тасымалдағыш қызметті сұйықтықтар атқарады. Орта деңгейлі коллекторлардың тағы бір түрі концентраторлы коллекторлар. Аты айтып тұрғандай олар күн сәулесін ұзақ жинақтап барып, жоғары жылу бере алады. Осы коллекторлардың бір түрі - вакуумды күн коллекторы. Ол көпшілік жағдайда тұрмыста суды жылыту үшін қолданылады.
Ең қуатты күн коллекторлары параболалы табақ тәрізді болады. Оларды электр энергиясын генерациялаушы алып мекемелер пайдаланады, мұнда күн жылуынан тікелей электр энергиясын алады.
Айтарлықтай қаражатты қажет етпейтін және аз уақыт ішінде өзінің тиімділігін көрсете алатын заманауи құрылғылардан Қазақстан зәрулік көріп жатқан жоқ. Бүгінде Алматы, Қарағанды, Астана қалаларында Күн энергиясының тиімділігін түсінген адамдардың қатары көбеюде.

Дереккөзі: Гүлстан : Республикалық ғылыми-танымдық, көпшілік журналы. - Алматы: "Print House Gerona" баспасы. - 2010 жыл, қараша №11 (69).