Бахтияр Б. Т., Бергенжанова Г. Р.

Алматы, Қазақстан Республикасы

КҮН ЭНЕРГИЯСЫНЫҢ ҚАРҚЫНДЫЛЫҒЫН ЕСЕПТЕУ ЖОЛДАРЫ

Мәтінді сөздер: күн энергиясы, радиация, үнемдеу, сәуле қарқындылығы, органикалық отын.

Қазіргі таңда елімізде және бүкіл әлемде энергияны үнемдеу проблемалары, қоршаған ортаны қорғау проблемалары өзекті мәселелердің бірі болып табылады. Органикалық отындарды қолданудың экологиялық зардабы жоғары, әрі органикалық отын жаңғыртылмайды. Ал, Қазақстанда экологиялық таза және таусылмайтын күн энергиясын қолданудың мүмкіндігі жоғары. Жердегі негізгі жаңғыртылатын энегия көздерінің бірі күн энергиясы болып табылатындығы баршаға мәлім.

Күннен жерге дейінгі ара қашықтық шамамен 149,5 млн.км. Күн радиациясы – бұл Күннің электромагниттік және корпускулярлық сәуле бөлуі. Электромагниттік радиация электромагниттік толқын түрінде, жарықтың жылдамдығы түрінде таралады және атмосфераға өтеді. Күн радиациясы – барлық физико-географиялық процестер үшін негізгі энергия көзі болып табылады. Жер бетінің айналасындағы күн сәулесінің спектрі 6000 К температураға жақын болады. Жердің жыл бойы қозғалуы кезінде атмосферадан тыс күн сәулесінің интенсивтілігі орташа есеппен (күн тұрақтысы) құрайды.

Күн сәулесінің түсуі жер бетінің географиялық ендігіне, оның теңіз деңгейіне қатысты биіктігіне, жылдың уақытына және тәулігіне, бұлттылығына тәуелді болады. Сәуленің түсу интенсивтілігінің ең жоғарғы мәні 1000 Вт/м² асуы мүмкін. Аспан бұлтсыз ашық болғандағы күн сәулесінің тікелей түсуінің сипаттамасы ретінде атмосферадан өтетін сәуленің өту жолының ұзындығына байланысты «атмосфералық масса» деген ұғым пайдаланылады. Атмосфералық массаның бірлігі Жердің горизонталды бетіне перпендикуляр бағытталған сәуленің өту жолына сәйкес келеді. Күн радиациясының 44^о ендікті жазық бетке түсуінің орташа жылдық шамасы 1-суретте келтірілген.

1-сурет. Күн радиациясының 44^о ендікті жазық бетке түсуінің орташа жылдық шамасы Вт/м² тәу

Алматы бойынша күн энергиясының әр бір ай бойынша есептелген интенсивтілігінің шамасы 1 - кестеде келтірілген.

1 к е с т е - Аспан ашық болғанда күн радиациясының орташа интенсивтілігі (Вт/м²)

Алматы	Айлар
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	280	413	581	728	791	812	770	700	616	504	364	266

Күн энергиясын қабылдап, түрлендіретін қондығылардың бірі күн коллекторлары. Күн қоллекторларының түрлері сан алуан, соның ішінде жазық күн коллекторларын жатық немесе көлбеу орналастырады. Күн энергиясының қондырғыларын есептеу кезінде күн сәулесінің қабылдағыштың көлбеу бетіне келіп түсуі жайлы мәліметтерді есептеу қажет. Осыған байланысты бұл көлбеу беттікке түсетін күн энергиясы ағындарының арасындағы қатынасты табу мәселесі туындайды.

Жалпы жағдайда, көлбеу беттікке күн сәулесінің компененттерінің үшеуі де түседі, яғни күн сәулесінің қарқындылықпен тікелей түсуі, қарқындылықпен диффузиялық шашырап түсуі және әр түрлі бұрыштық сипаттамамен жер бетінен қарқындылықпен шағылысып түсуі.

Тікелей бағытталған күн сәулесі параллель ағынды, яғни тек бір бағытқа бағытталған болып саналады. Күн сәулесінің диффузиялық құраушысының изотропты бұрыштық таралуы болады, ал бұрыштық шағылысып таралған құраушысы қарастырылып отырған жердің (орынның) бетінен шағылысудың оптикалық сипаттамаларымен анықталады.

Күн сәулесінің жатық беттікке (жазықтыққа) , Вт/м және көлбеу беттікке (жазықтыққа) , Вт/м² тікелей түсу интенсивтіліктерінің арасындағы қатынастар келесі өрнектермен анықталады:

, (1)

, (2)

мұндағы: , Вт/м² – қалыпты орналасқан беттікке (жазықтыққа) күн сәулесінің тікелей түсу қарқындылығы; - күнге және зенитке бағытталған бағыттардың арасындағы бұрыш (горизонтал беттікке түсу бұрышы); - күнге бағытталған бағыт пен оңтүстікке қараған көлбеу беттікке бағытталған нормальдың арасындағы бұрыш (көлбеу беттікке түсу бұрышы):

, (3)

, (4)

мұндағы: - иілу бұрышы, яғни ол талтүс кезіндегі Күннің экватор жазықтығына қатысты бұрыштық тұрғысы; - жергілікті ендік; - тал түс кезіндегі күн қозғалысының сағаттық бұрышы (бұл жағдайда 0 тең), ол уақыттың әр сағатының ұзақтығының 15⁰ сәйкес келеді және де сағаттық бұрыштың мәні түске дейін оң, ал түстен кейін теріс болып есептеледі:

, (5)

Бұл Күннің шығу және бату кезеңдерінде бірдей мәнде болатын және шартымен анықталатын шамасымен өрнектеледі және Күннің шығуы үшін оң, батуы үшін теріс деп есептеледі:

, (6)

мұндағы - қарастырылып отырған беттіктің (жазықтықтың) горизонтқа көлбей түсу бұрышы.

Күннің иілу бұрышының мәнін Купер формуласы бойынша анықтауға болады:

, (7)

мұндағы: - 1–ші қаңтардан бастап есептелетін жылдың күндерінің реттік нөмірі.

Энергияның бір ай бойғы келіп түсуі күн сәулесінің орташа интенсивтілігінің ай ішіндегі күндізгі сағат санына сәйкесті көбейтіндісі ретінде анықталады. Осылайша өлшеніп алынған шамалар арқылы оңтүстік астана өңіріндегі күн энергиясының түсу қарқындылығын және қандай мезгілде қанша энергия беретіндігін анықтауға болады.

Қорытынды. Күн энергиясының түсу қарқындылығының есептік алгоритімі құрылды. Қазіргі таңда Қазақстанда күн энергиясы арқылы жылу және электр энергиясын өндірудің мәселелері жоғары. Күн энергиясын жылумен және ыстық сумен қамтамасыз ету жүйесінде пайдалануда тиімді жолын таңдау үшін оңтүстік астана өңірінде 44⁰ ендікке келіп түсетін күн энергиясының қарқындылығының өлшеніп алынған шамалары келтірілді.

Әдебиетер тізімі

1. Бекман У., Клейн С., Дж.Даффи Расчет систем солнечного теплоснабжения. М.:Энергоиздат, 1992.

2. Сарнацкого Э. В. Использование солнечной энергии для теплоснабжения зданий. Киев.: БУДIВЕЛЬНИК 1985.

3. Дж. Твайделл, А.Уэйр Возобновляемые источники энергии. М.:Энергоатомиздат, 1990

4. Харченко Н. В. Индивидуальные солнечные установки. М.:Энергоатомиздат, 1991