КСЭ түрлері және құрылымы
Күн жүйесiнiң негiзгi элементi күн сәуле шығаруының жұтуында болған қабылдағышты болып көрiнедi, және сұйықтық қуатты жеткiзiп беру қызметін атқарады. (КСЭ ) жазық күн коллектор жұмыс iстеу негізі «қара жәшiк» негізделген. Жинағыш бетке құлайтын күн радиациясының көп бөлігі,оның бетін жанайтын,күн шағылысына қарағанда «қара» болып табылады.Келіп түскен энергияның бір бөлігі сұйықтықтың жинағыш арқылы айналысында, ал қалған қоршаған ортамен айырбастың нәтижесiнде жоғалады.Сұйықтықпен кететін жылу пайдалы болып табылады,ол жинакталады немесе жылытуға жұмсалады.
КСЭ негізгі элементтері:
жұтып алатын тақта, күн сәуле шығаруының қамтамасыз ететiн ең жоғары жұтуы металдан әдетте шағылыстырмайтын қара жамылғы;
тұрба немесе арна арқылы айналатын сұйықтық немесе газ күн жиниғыш бетпен арқашан үйкелісте болады;
тактаның түбін және бүйірлерін жылу оқшаулау;
бір немесе бірнеше ауа аралықтары,мөлдір қаптамамен қапталған,тақтаны үстінен жылу оқшаулау үшін;
Қаптама ұзақ уақытқа табиғат әсерінін қорғауға арналған.
7.1-шi сурет. Жазық күн коллекторды құрылысы:
1 — тұрқы; 2-мөлдiр жамылғы; 3 — жинағыштың тұрбасы; 4 — сорып алатын тақта; 5 – оқшаулау
Жазық қабылдағыштар түк және жанама сәулелердіде жинай алады,сол себепті бұлтты күндеде жұмыс жасайды. Осығын орай және бағасының экономикалық тұрғыдын арзан болғандықтан,сұйықтықты 100С төмен температураға қыздыруға тиімді.
Қарапайым қабылдағыштар қыздыруға кереккен барлық сұйықтық көлемде асырайды. Қабылдағыш күрделi құрылымнан астам жүйе жылулық шығындар негiзiнен арзандатылуға рұқсат берген жеке қоймада жинақталған содан соң сұйықтық ғана бiраз мөлшерлi уақытқа қыздырады.
Мөлдiр жамылғы әдетте шыныдан жасайды. Шыны атмосфералық әсерлерге өте жақсы төзімді табандылыққа ие болады және жақсы механикалық қасиеттермен ерекшеленеді. Ол қатысты қымбат емес және биiк мөлдiрлiк аласа темiрде мүмкiн ие болуға тотықтың мазмұнию.
Шынының кемшiлiктерi морт сынғыштық және үлкен масса. Шынымен қатар пластмасса материалдары қолдануға болады. Пластмасса кiшiрек морттыққа ие болады және, жеңіл және жұқа парақтарды түрде қымбат емес. Дегенмен жылдық факторларды әсерге, тән шыны берiктiлiкке сонша ие болмаған . Пластмасса жапырағын бет жағына сызат жеңiл келтiрiледi, және уақыты бар көп пластмассаларды керi кетедi және сарғаяды, нәтижесiнде қатысты күн сәуле шығаруына өткiзушi қабiлеттiлiк олардың арзандатылады және механикалық берiктiк азаяды.
Пластмассалармен салыстырғанда шынының артықшылығы тағы бiр болып көрiнедi онда, шынысын қылғию немесе ол құлайтын сорып алатын тақта шығарылатын (жылулық ) ұзын толқынды сәуле шығару бәрi бейнелеп көрсетедi. Сәуле шығару қоршаған ортаға жылу шығыны жолымен түскен — бұл реттегi тиiмдiрек, қарағанда ұзын толқынды сәуле шығарудың бөлiгi өткiзетiн пластмасса жамылғысымен жағдайда.
Жазық жинағыш ғимаратта әдетте қозғалмай орнатады. Оның бағыты тұрған орынынан бағынышты болады және ағымында күн энергетикалық қондырғы жұмыс iстеуi керек болады.
Жазық жинағыш азтиімділігi қамтамасыз ет сутың қыздыруы үшiн талап етiлетiн жылу және жайдың жылытуы.
Шоғырландыратын күн коллекторлар, параболалық концентратормен сан том немесе Френельдiң концентраторымен, жылумен жабдықтау күн жүйелердегi қолданыла алады. Көбiнесе шоғырландыратын жинағыштар ғана төте күн радиациясты пайдаланады. Шоғырландыратын жинағышты артықшылығы салыстырғанда жазық ол жылу қоршаған ортаға кеткен бет жағы кiшi ауданы болатынында тұрады, қарағанда жазық жинағыштарда, ал демек, жұмысшы сұйықтық биiгiрек температурларға дейiн жылыта алады. Дегенмен жылытудың үшiн және биiгiрек температура ыстық сумен жабдықтау дерлiк немесе мүлдем маңызы болмайды. Жинағыштың шоғырландыратын системдерiн көпшiлiк үшiн күннiң жағдайымен қадағалауы керек. Жүйе күн бейне бермейтiн жылда реттеу қайта әдетте талап етедi.
Күн сәуле шығаруының шоғырлануының дәрежесi күн энергетикалық қондырқтары iс жүзiнде көпшiлiгiнде қолданылатын, үшiн биiк температурларға жету, яғни 10 шақты құрау тиiстi күн радиациястың ағын түзуi тығыздығына қабылдағыштың бет жағындағы сәулелiк ағынның тығыздығының қатынасы немесе аса. Егер шоғырланудың талап етiлетiн дәрежесi жылжымайтын жинағышқа жетсе бұл әр түрлi қадағалайтын системдердi көмекпен жасауға болады, бiрақ бол едәуiр тиiмдiрек. Мiнсiз цилиндрлiк жарық арқылы жинағыш бастапқы аталған концентратордың қызықты бiр түрi уинстонның 1974 жылында ұсынылды. Бұл әзiрлеу сәуле шығарудың эксперименталдi бақылауларына негiзделдi. 7.2-шi сурет құрама параболалық концентратор құрылым, белгiлi атауымен көлденең қима көрсеткен. Егер шоғырланудың дәрежесiнiң ықтимал кiшi мағыналары, мысал бiрақ болса 3 болса, шейiн 10-шi шоғырланудың дәрежесi достигнута мүмкiн тәулiктiк аңду болу, онда мүмкiн талап етiлмесiн тiптi маусымды түзету. 7.2-шi сурет, оң параболаның фокусi көрсетiлгендей сол параболаның негiздеуi керiсiнше үстiнде жатырады. Әр параболаның өсi тiк оптикалық осьқа еңкейген. Iркiлу абсолюттi қара денесiнiң қасиет ие цилиндрлiк жинағыштарды көмекпен мүмкiн жүзеге асыруға жылу және негiздеу жайғастырылған параболалық құрылымдар. Ұқсас құрылымдар да фоклины атауын киюдi әлде немесе фоконы.
7.2-шi сурет. Шоғырландыратын параболалық жинағыш:
1 — оқшаулау:
2-шыны жамылғы;
3 — парабола;
4 — параболаның фокусi;
5 — жинағыштың тұрбасы
Айналма шағылдырғыш аяқтайтын бiржақты параболалық профильға құрама параболалық концентратордың өзгертуi Раблом кескiнделдi және спираль деп аталады немесе жинағыш «ұлу қабыршақтық». 7.3, спираль жинағышы сурет көрсетiлгендей профильдардың шиыршығы арналған қисық тұрады. Шиыршық, төте радиация бiр нәрсеге тию, шек оны ар жағында мүмкiн емес шыққанында емес, шиыршықтың тереңдiгiне бейнелеп көрсетуге жалғастырғанында, қомақты тұрбаны түрде 7.3-шi сурет бейнеленген сорып алатын элементке әзiрше жетпегенiнде.
Смит күн термоэлектрогенераторовтары үшiн шиыршық ауыспалы параболалық кiретiн бөлiмше құруға ұсынды, және жинағыш вакуумдалған аралық айнала. Профилы диффузиялық сәуле шығару қорыта келгенде есептелiнген шағылдырғыш өнертабыс өтiнiмi, немесе құрылғы анығында сорып алатын құралым элементiне түскен тиiстi кiретiн қима арқылы бiр нәрсеге тиютiн айналы, және Австралияда мүмкiн емес сыртқы қайтарып, тiркелетiн болғанында емес, күн жылытуы бойымен Ұлыбританияда мыс өнеркәсiбi даму қауымдастығын 1975 жыл өткiзген байқау қатысушылардың бiрлерi логарифмдiк өңдедi, немесе тең бұрышты, спираль жүйе.
7.3-шi сурет. Шағылдырғышпен күн коллектор, шиыршық арналған қисық:
1 — шағылатын бет жағы;
2 — жинағыштың тұрбасы
Күн энергиясының шамалы ғана концентрациясының деңгейі жер бетіне түсетін сәулелердің азырақ өлшемді ауданға шағылысуы есебінде іске асады. Фокустау керек болмағандықтан, тіке және диффузиялы радиацияны пайдалануға болады. Осы типтегі қарапайым, жасалуы оңай, параллель трапецеидальді қозғалмайтын науа коллектор қатарының коллекторы 7.4 суретінде көрсетілген және шағын концентрация деңгейі бар трапецеидалді коллектор деп аталады.
7.4-сурет. Трапецеидальдікүн коллекторы:
1 –коллектордың жұтқыш пластинасы; 2–әйнек тектес жабын; 3 –шағылу беті; 4 — изоляция
Науаша қабырғаларының шағылдыру биіктігі болады, ал оның негізгі беті коллектордың жұту беті болып саналады. Жұтылу бетінің ауданы коллектордың жалпы бетінен кіші болғандықтан жылу шығыны азаяды. Осы эффектіні көрсету үшін бағытталған селективтілік түсінігін пайдалануға болады, ол Ғ-түрдегі конфигурация науашалары үшін Холландс көрсеткен болатын. Коллектордың мұндай типі абсорбциялы салқындату қондырғыларында қолданылуы мүмкін, себебі жалпақ коллектор көмегімен пайдалы энергияны алу мүмкндігі 100-150°С температурамен шектелген.
7.5 (SRTA)суретінде көрсетілген коллектор түрі қозғалыссыз орналасқан және күнге қаратылған шар түрдегі шағылдырушыға ұқсас. Онда сызықты қабылдағыш болады, ол шағылдырушы қиығының ортасы арқылы қарапайым айналмалы қозғалыс жасау арқылы күннің орналасуын басқара алады. Тәжірибе көрсеткендей қуаты 10-100 МВт осындай қондырғыларды өндіріс аймағында пайдалану АЭС-ке қарағанда, одан да арзан электроэнергияны шығаруға мүмкіндік берер еді. Тұрмыста SRTA қолданудың артықшылығына мыналар жатады: мұндай жүйе тек қана электроэнергиясын алуға ғана емес, ыстық сумен қамтуда да қолданылуы мүмкін. Сонымен қатар жұмыс сұйықтығы өте жоғары температураға дейін қыздырылуы мүмкін, бұл шоғырлаушы жүйенің көлемін азайтуға мүмкіндік береді. Сонымен, үлкен әйнектелген беттердің зақымдалу қауіпі болмайды. Қондырғының негізгі кемшілігі ол тек тіке радиацияда қолданылуы мүмкін. Тіке радиациясы жоғары елдерде SRTA-ны көптеген шағын тұтынушылар қажетін қанағаттандыруда қолданылуы мүмкін.
7.5-сурет. Қозғалмайтын шағылдырушысы мен бақылау қабылдағышы бар күн коллекторы.
7.6-суретте жиі қолданылатын күн энергиясының коллекторлары мен концентраторларының мысалдары көрсетілен.
7.6-сурет.Күн энергиясының концентраторлары:
а) құбырлы сәулелену қабылдағышы бар параболо-цилиндрлі концентратор; б) фоклин;
в) параболоидты концентратор;
г) Френель линзасы;
д) орталық сәулелену қабылдағышы бар гелиостат ағыны; 1 – шағылдырғыш;
2- сәулелену қабылдағышы.