1 Күн электр станцияларының түрлері және оны модернизациялау

Қазақстанның барлық аумақтарындағы негізгі проблема қашықта орналасқан ауылшаруашылық тұтынушыларын электрмен жабдықтау болып табылады. Қазақстанның аумағының үлкен болуы және ауыл тұрғындарының орналауының тығыздығының төмен болуы 360 мың км созылатын әуе тарату сымдарын қажет етеді. Ұзақ қашықтықтағы ауыл шаруашылық электр желілерін құруда оның шығындары (25-50%) артуы электр энергия құнының да артуына септігін тигізеді, бұл қашықта орналасқан ауыл шаруашылық тұтынушыларын электрмен жабдықтау желілерін тиімсіз етеді. Сондықтан қашықта орналасқан ауыл шаруашылықы тұтынушыларын дәстүрлі емес энергия көздерімен жабдықтау тиімді болып саналады.

Жылу энергетикасы, әсіресе көмір энергетикасы қоршаған ортаға және тұғындар денсаулығына едәуір зиян келтіреді. Қазақстандағы отыны көмір болып табылатын электр станциялардағы түтінді газдардағы зиянды заттар концентрациясы халықаралық стандарттан бірнеше есе жоғары болады. Электр станциялардың атмосфераға тастайтын зиянды заттары жылына 1 млн. тонна, ал жалпы қоршаған ортаға тасталатын зиянды заттар көлемі жылына 11 тонна болады. Қазақстандағы эксперттер жасаған баға бойынша

энергия құнының өзінен асып түседі. Қазақстан Республикасы климаттың өзгеруіне байланысты БҰҰ Рамалық Конвенция мүшесі болып табылады және энергетиканың оның әсерінің төмендеуіне міндеттеме алған. Осыған байланысты энергосектор арқылы зиянды парниктік газдарды тастауды қысқарту талаптары генерацияланатын қуаттардың құрылымын өзгерту, оның энергия тиімділігін арттыру және дәстүрлі емес энергия көздерін қолдануды арттыру арқылы орындалады.

Табиғи ресурстарды аз қолдануда, қоршаған ортаның деградациялық азаюында күн энергиясына елеулі үлес қосу керек.

Қазақстан Республикасында күннің нұр шашу ұзақтығы 1280-2300 кВт с/м2 аралығында бір жыл ішінде барлық 8760(8736) сағаттан 2000-нан 3000 дейінгі сағатты құрайды. Қазақстан территориясындағы бір жыл ішіндегі суммарлық күн энергиясының потенциалы 340 млрд.тонна меншікті отынды құрайды. Сәулелі энергия көзі – Күн радиусы 696 мың км тесілген плазмалық шар. Казақстан өз аумағындағы күн энергиясының жоғары техникалық потенциалынa жуық, химиялық құрамы: сутегі-90% жуық, гелий – 10%, басқа элементтер –0,1% кем.

Күн энергиясының көзі – температурасы 15 млн. К құрайтын күннің ортаңғы ауданында сутегінің гелииге ядролық айналуы. Энергия күн қойнауынан оның бетіне сәулелену арқылы, содан кейін сыртқы қабатында конвекция арқылы тасымалданады. Күн бетінде болатын плазмалық процестер қарқындылығы 11 жыл сайын өзгеріп тұрады.

Күннен 149млн. км арақашықтықта орналасқан Жер бетіне күн энергиясының сәуле Күн сәулесінің спектрі гамма сәулелерінен метрлік радиотолқындарға дейінгі диапазонды қамтиды. Күн спектрі көрінетін ауданда температурасы 6000 К абсолютті қара дененің сәулеленуіне жуық болып келеді және энергетикалық максимумы 430-500 нм.

Толқын ұзындығы 400 ден 700 нм аралығындағы сәулелену «Жарық» мағынасын білдіреді, грекше-Фотос. Бұл диапазон аралығына ұзынтолқынды инфрақызыл сәулелену және қысқатолқынды ультракүлгін сәулелену кіреді. Атмосфералық массаның сәулеленуді жұту ,яғни су парларымен-бұлттармен (инфрақызыл сәулелену), озонмен (ультракүлгін сәулелену), шаң бөлшектерімен, күлмен, түтін және аэрозольмен, негізінде күннің жарығы атмосфера арқылы өткенде босаңсиды. Бұл сәуле жұтулардың барлығы –

атмосфераның оптикалық тығыздығы мәнін береді. Атмосфераның жоғарғы шекарасында және ғарыш кеңістігінде сәулелену мынаған тең = 1360 Вт\м².

Осыған байланысты қазіргі уақытта күн сәулесін қолданудың тұрақты тенденциясы қабылданған, яғни жылу энергиясын да электр энергиясын алу үшін де қолданылады. Әртүрлі елдерде қуаты 1 кВт-қа дейінгі он мыңдаған фотоэнергетикалық қондырғылар,электромобильдер үшін күн заправкалық станциялар пайдалануға берілген. Қуаты 100 кВт-қа дейін күн электр станциялары жобалануда. Гелиоқондырғылар үлкен емес қашықтағы орталықтарды электрмен жабдықтау үшін табысты қолдануда. Гелиоэнергетика мен гелиотехниканы дамыту туралы ұлттық бағдарламалар 70-тен жоғары елдерде қабылданған. Басқа энергиямен қоректендіретін көздермен салыстырғанда негізгі тоқталатын жай, ПӘК төмен болуы және фотоэлектрлік приборлардың құнының жоғары болуы. Сонымен бірге кейінгі жарты ғасыр уақыттан бері ФЭП құны 50 % -ке әрбір 5 жыл сайын түсіп отырады, ал ПӘК артуы 4-6 %-тен 28,2 %- ке дейін болды. Алғашқы ФЭП 1 мың доллар 1 Вт-қа болса, ал қазіргі уақытта 5 доллар 1 Вт-қа болады. Поликристалдық кремниийден керамикалық подложкадағы ФЭП (АҚШ) өндірудің конвейерлік технологиясы оның ПӘК 15 % болғанда 2 доллар 1 Вт құнын алуға құнын 1 доллар 1 Вт-қа төмендетуге мүмкіндік береді. Оптикалық элементтерді (линзалар, сфер алық айналар, Френел торлары) қолданатын түрлендіргіштердің ПӘК 20 % болады. /8/ Сонымен бірге Қазақстанның басқа өнеркәсіптік салаларында да күн энергиясын қолдану мүмкін болады.

Күн радиациясын электр энергиясына айналдыру біршама шығындармен жүргізіледі, олар концентраторлардың толық зерттелмегенімен және олардың толқын ұзындығы бойынша сәулелерді дифференциялай алмайтын қабілеттерімен белгілі, ол күн сәулесімен жарық ағынының белгілі бір ұзындығында тиімді жұмыс істейтін жартылай өткізгішті түрлендіргіштердің жұмысы үшін қажетті болып табылады. Күн энергетикалық қондырғылардың төмендегідей ерекшеліктері бар:

- электр энергиясын экологиялық таза өндіру, парник газдарының қалдықтарының толығымен болмауы;

- қолданудың көп салалығы;

- құрылымының қарапайымдылығы мен салмағының аздығы;

- жұмыс істегенде шудың болмауы;

- қуат жинақтаудың модульдік принципі;

- жоғaры сенімділік.

Күн батареясы – күн электр магнитті сәулесін электр энергиясына түрлендіретін альтернативті энергия түрінің бір генераторы болып табылады.

Ең тиімді қондырғы ретінде энергетикалық көзқараспен қарайтын болсақ, күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын құрылғы жартылай өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштер болады, себебі олар тікелей, бір сатылы энергияның өтуін қарастырады. ФЭП-та біртекті емес жартылай өткізгіштік құрылымдағы оларға күн сәулесі әсер еткендегі ФЭП оптикалық қасиеттері мен біртекті емес жартылай өткізгішті құрылымның фотовольттік тиімділіктің энергияның түрлену тиімділігіне негізделген электр физикалық сипаттамаларына байланысты болады. Теориялық ФЭП ПӘК ФЭП-қа қарағанда жоғары болады, себебі олардағы тиым салынған аумақтың қалыңдығы күн энергиясын жартылай түрлендіргіштер үшін, тиым салынған аумақтың тиімді енімен 25 °С-тан бір градус қызғанда ол кернеудің 0,002 В жоғалтады, яғни 0,4 %/градус.Кремний элементтері 60–70 °С температураға дейін қызғанда олардың әр қайсысы 0,07– генерацияланатын элементінің төмендеуіне әкеледі.Заманауи күн энергия қондырғыларын құру концепциясы – концентрацияланған сәулелердің фотоэлектрлік түрлендіргіштері үшін, наногетероқұрылымы негізінде жаңа заманғы каскадты күн элементтерін қолдану болып табылады. Гелиоқондырғылар үшін күн энергиясының концентраттары – бұл бірнеше айналар (сәуле шағылтқыштар),олардың ауданы күн панельдерінң ауданынан бірнеше есе төмен болады. Олар күн панельдерінде әр түрлі иілу бұрыштарымен монтаждалады, сәулелік ағындарды концентрациялап және ФЭП-қа (гелиоэлемент) бағыттау бойынша таңдалады.Гелиоқондырғыларда сәулелік энергия ағыны концентраторларын қолдану күн энергиясын 40 %-тен жоғары ұстауға мүмкіндік береді, бірақ концентрациялауда температура 100 °С-н жоғары көтеріледі. Арсенид-галлий ФЭП гетероқұрылымдары кремниий ФЭП-на қарағанда жоғары температураларға (180 °С-қа дейін) төзімді болады, сондықтан оларды күн сәулесінің концентраторларымен, жылу қозғалтқыштарымен және бу турбиналармен пайдалануға болады, олар өз ПӘК ФЭП арсенид-галлиевых гетероқұрылымдарын 30 %-тен (150 °C-та) 50–60 %-ке дейін көтеруге мүмкіндік береді.

Бірақ кремний арсенид галлийға қарағанда арзан, табуға оңай және өндірісте игерілген. ФЭП арсенид галлий негізінде төмендету тәсілдері қарастырылуда. Арсенид галлий гелиоэлемент қалыңдығы бірнеше микрон құрайтын және каскадтар саны материал шығынына әсер етпейтін каскадты жүйелерде қолданылады. Қазіргі уақытта күн энергиясы фотоэлементтерінің түрлендіру ПӘК гелиоқондырғыларды құрудағы шығындары тек қана фотоэлементтерді өндірудегі шығындарды ескергенде катом, жылу,гидроэлектр станцияларды құрудағы шығындардан асып түседі. Бұл күн сәулесінің төмен тығыздығымен түсіндіріледі. Күн сәулесін үлкен аудандарда жинақтау және оларды қымбат тұратын фотоэлементтермен жабдықтау қажет.

Өндірілетін электр энергия құны дәстүрлі түрде өндірілетін электр энергия құнына қарағанда жоғары болады. Уақыт өте келе күн элементтерінің құны төмендейді, ең бастысы жартылай өткізгішті материалдарының құнының төмендеуіне байланысты Күн электр энергиясының құнын төмендету тәсілдерінің бірі сәулелену концентраторларын қолдану болып табылады. Бұл жағдайда қажетті күн элементтерінің ауданы және олардың құны күннің айналармен немесе линзалармен шағылуының әсерінен концентрациялау еселігіне пропорционал түрде төмендеуі мүмкін.Бірақ бұл жағдайда бірнеше проблемалар болуы мүмкін. Ең алдымен сәулелену қуаты артқанда генерацияланатын фототоктың тығыздығы артуы мүмкін, ол омдық шығындарды төмендету үшін, күн элементтерінің құрылымын қиындатуды талап етеді. Екіншіден күн элементтеріне жылу жүктемесі арттырылады, ол жылу бөлудің тиімді жүйесін құруды талап етеді. Үшіншіден тиімділігі жоғары және арзан сәулелену концентраторларын өңдеу талап етіледі. Төртіншіден күнді жоғары дәлдікте бақылау қажет етіледі. Сонымен концентраторлар тиімділігін анықтауда жоғарыда көрсетілген проблемаларды шешуде анықталған шығындар мен фототүрлендіргіштердің ауданын төмендету есебінен құралдардың экономиясының айырмашылығын анықтау қажет. Қазіргі уақытта жылу қозғалтқыштарын қолданатын күн электр станцияларын мұнаралық түрдегі КЭС немесе турбогенераторлық түрдегі КЭС ретінде құрады. Мұнаралық КЭС күн сәулесін концентрациялаудың жоғары дәрежесін қамтамасыз ететін гелиостат өрістері бар орталық қабылдағыш қолданылады. Жүйені басқару компьютор көмегімен жүргізіледі. Жылу қозғалтқышта жұмыс денесі ретінде температурасы 550°С-қа дейін су буы, ауа және басқа газдар 1000°С-қа дейін, төмен қайнайтын органикалық сұйықтықтар (сонымен бірге фреондар) − 100°С-қа дейін, сұйық металлдағы жылу тасымалдағыштар – 8000°С-қа дейін қолданылады.

Модульдік түрдегі КЭС көптеген модульдер санын қолданады, олардың әр қайсысында күн сәулесінің параболоцилиндрлік концентраторы және концентратор фокусында орналасқан, жұмыс сұйықтығын қыздыру үшін қолданылатын, электр генераторымен жалғанған жылу қозғалтқышқа берілетін қабылдағыш бар. Қуаты жоғары болмаса модульді типтегі КЭС мұнаралық түрдегі КЭС-қа қарағанда тиімді болып саналады. Модульды түрдегі КЭС-та максималь концентрациялау дәрежесі бар күн энергиясының сызықты концентраторлары қолданылады. фотоэлектрлік түрлендіргіштер Жартылай өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштер – бұл приборлар, олардың жұмыс принципі фотогальваникалық эффектіде негізделген, яғни электрлік р-n өткелдегі оны жарық ағынымен сәулелендіргендегі фотоЭҚК пайда болу құбылысы арқылы сипатталаады. Ең көп қолданысқа кремний мен арсенид галлийден жасалынған күн фотоэлементтері болып табылады.

Ең жақсы монокристалдық кремниилік күн фотоэлементтерінің ПӘК 10-15%-ті құрайды. Мұндай төмен ПӘК-і түрлендіргіш қондырғы ретінде күн фотоэлементінің жақсы дамымағаны болады, онда пайдалы түрлендірумен бірге пайдасыз оның шашырауымен болатын үрдістер болады.

Күн фотоэлементіндегі барлық шығындар түрін екі топқа бөлуге болады:

- түрлендірілетін энергия сәулелік энергия болатын үрдістермен байланысқан

энергия шығындары – сәулелену шығындары;

- жартылай өткізгіштің ішінде болатын қозғалыс уақытында болатын электрондар

мен тесіктердің сәулелену генерациялануындағы энергия шығындары;

- электр шығындары.

Бірінші топтың шығындары фотоэлементтің жазықтығынан түсетін сәуленің кескінінің нәтижесінде болады, сәуленің өтуі тең салмақты емес заряд тасығыштарының диффузиялық ұзындықтан жоғары тереңдікте, өткізгіштегі сәулеленуді фотоэлектрлік емес жұту, тең салмақты емес заряд тасығыштарының жұп құрылмай жұтуы.

Кремнийден жасалынған күн элементі үшін, фотоэлектрлік емес жұтынуға толқын сәулесінің фотоэлектрлік емес жұтынуна байланысты шығындарды төмендету үшін, тиым салынған аумақтың әр түрлі қалыңдығында жартылай өткізгіштердің арасында гетероөткізгіштер өңделуде. Күн фотоэлементтерінің спектрлік сипаттамаларын кеңейту саласы тиым салынған аумақтың енін бірқалыпты өзгерту жүйесін қолдану арқылы

жеткізуге болады. Екінші топтың шығындары: - тордың энергия тасымалдауымен жүргізілетін заряд тасымалдағыштарының

жұбының генерацияланатын сәулелерінің рекомбинациялары;

- тең салмақты емес заряд тасымалдағыштарымен энергияның шашырауы;

- жүктемеде кернеуді төмендететін фотоэлементтің ішкі, тізбектей кедергілерінің болуы;

- өткелді шунттайтын резистор кедергісінен болатын фототок ағымдары.

Рекомбинацияға шығындарды төмендету үшін, тең салмақты емес заряд тасымалдағыштарының жұптары құрылатын қабаттың қалыңдығы негізгі емес заряд тасымалдағыштарының диффузиялық ұзындығынан артпауы қажет. Бірақ жартылай өткізгіштің жіңішке сыртқы қабатында сәулелену аз жұтылады. Екі талаптарды да қанағаттандыру үшін күн элементтерін жартылай өткізгіштің жиілігі мен оның құрылымының реттелетінімен байланысты негізгі емес заряд тасымалдағыштарының диффузиялық ұзындықтарынан үлкен материалдарынан орындау қажет. Сонымен бірге жазықты рекомбинация жылдамдығын минимумға келтіру қажет. Барлық электрлік шығындар түрлері 50-55% құрайды. Фототүрлендіргіштердің қысқа тұйықталуының ток тығыздығы 200-250 А/м2, тиімді жүктемедегі ток тығыздығы Монокристалдар базасындағы күн фотоэлементтер кемшілігі жоғары жұмыс жазықтықтарын алу мүмкіндігінің жоқтығы, салмағына шығыс қуатының төмен қатынасы және де құнының жоғары болуы. Мұндай көрсеткіштеріне байланысты пленкалық фотоэлементтерден олар қалып отырады. Сульфид кадмий мен теллурид кадмийден тұратын пленкалық фотоэлементтер жоғары қуатының оның салмағына қатынасы арқылы (айырмашылығы 4 есе жоғары) анықталады, монокристалды кремний фотоэлементтеріне арзан, жоғары радиациялық тұрақтылығы жеткілікті және қызмет ету мерзімі жоғары. Бірақ олардың ПӘК монокристалдық фототүрлендіргіштерге қарағанда жоғары болады. Кремниийдің төмен оммдық арзан положкадағы зерттелетін жоғары Oммдық эпитаксиалдық кремний құрылымы жоғары тиімділікті және арзан фототүрлендіргіштердің құру негізі болуы мүмкін.Эпитаксиалдық құрылым негізіндегі фотоэлементтердің төмендегідей ерекшеліктері бар: жоғары фотосезгіштігі,

волть-амперлік сипаттамасының жоғары шектері (фототүрлендіргіштің тогының сәулелену қуатына байланысты), жарықтың өсуіне байланысты бос жүріс режимінің кернеуі логарифмдік артады (қанығу болмайды). Мұндай фотоэлементтердің ПӘК монокристалдық фототүрлендіргіштердің ПӘК бірдей болады.

Күн фотоэлементтері белгілі бір сұлба бойынша монтаждалған және электрлік байланыста болады, күн фотобатереясын құрайды. Фотобатареялар басқа жеке фотоэлементтерге қарағанда коммутациялық шығындар мен фотоэлементтерінің вольт-амперлік сипаттамалары бірдей болғандықтан, төмен ПӘК болады, соның есебінен оларды батареяға жалғағанда әрбір фотоэлементтің жұмыс режимінің бұзылуына әкеледі.

Күн фотоэлектрстанцияларының бақылаушы жетектері екі координаталар осі бойынша жұмыс істейді. Жоғарыда СФЭС бағыттары үшін электр жетектерінің жүйелері түрлері көрсетілді. Қазіргі уақытта компьюторлық басқару жоғары дәлдікті, ілу бұрышы кең және жоғары сенімділікті қамтамасыз ететін энергетикалық гелиоқондырғылардың барлық түрлері үшін, келісім датчиктеріне кейін қалып отыр. Қазіргі уақытта келісім датчиктері турбогенраторлық гелиоқондырғылардың бақылаушы электр жетектерінде және фототүрлендіргіштер базасындағы гелиоқондырғылардың бақылауша электр жетектерінде кең орын алған.

Қазіргі уақытқа дейін адымды электр жетек күрделі, қымбат эәне энергетикалық тиімді емес болып саналған. Сонымен бірге КЭС тұрақты токты өңдейді, сонан соң оны айнымалы токқа айналдыру қажет. Осыны негізге ала отырып, КФЭС күнді бақылаушы үрдістерін жүргізу үшін, тиімді фотодатчикпен кезеу жүйесінен басқарылатын тұрақты ток электр жетегі болады деп, қорытынды жасауға болады.

Электр энергиясының бірден-бір негізгі тұтынушылары - электр жетегі –машинаның жұмысшы органдарын қозғалысқа келтіретін және оның технологиялық процесін басқаратын электр механикалық құрылғы.Қазіргі заманғы өнеркәсіптік және ауыл шаруашылығы өндірісіндегі технологиялық процестердің көпшілігі электр механикалық түрлендіру көмегімен алынатын механикалық энергияның көмегімен іске асады. Энергияны электр механикалық түрлендіру жүйесінің, электр жетегінің кемелдену нәтижесі қоғамдық өндірістің тиімділігімен байланысты.Кемелденген электр жетегін жасау электр механикалық құрылғыны және технологиялық процестің ерекшелігін есепке алып оны басқару жүйесін, машина жұмысының шарттары мен осы процесте әрекет ететін оның бөлек механизмдерін таңдау бойынша принциптік шешімдерді қабылдауға негізделген. Бұл технологиялық процестердің көптігімен, олардың өзара байланысуымен және олардың халық шаруашылығының әртүрлі салаларына жатуымен түсіндіріледі. Сонымен бірге, бір технологиялық процесте көптеген әртүрлі жұмысшы машиналары қатысуы мұмкін, сол сәтте бір машинаның өзі тіпті бөлек технологиялық процестерде жұмыс істеуі мүмкін. Келісілген жұмысшы бөліктері бар механикалық құрылғы ретінде анықталатын, энергияны, материалдар мен ақпаратты түрлендіру үшін белгілі бір мақсатқа бағытталған қозғалыстарды орындайтын машиналар атқаратын функцияларының түрі бойынша энергияны түрлендіру үшін алдын-ала тағайындалған энергетикалық (мысалы, электр қозғалтқыштары, электр генераторлары, турбиналар, және т.б.) және еңбек өнімінің пішінін, қасиетін, күйін өзгертуді немесе ақпаратты жинау, қайта өңдеу және қолдануды орындайтын жұмысшы болып екіге бөлінеді. Жұмысшы машиналарға технологиялық машиналар – құралдар (металл кесуші станок типтері, ауыл шаруашылығы, тігін, құрылыс машиналары) жатады. Берілген күштер әсерімен белгілі бір мақсаттағы қозғалыстарды жасайтын қозғалмалы - қосылған денелердің бір тұтастығы ретінде механизмдер басты (жұмысшы) немесе басты қозғалыспен бірге технологиялық немесе көтеру - транспорттық амалдарды іске асыратын көмекші қозғалыстарды орындайды. Атап өту керек, белгілі бір механизм әртүрлі технологиялық немесе жұмысшы машиналар құрамында болуы мүмкін.

Бақылау электр жетегінің басқару жүйелері (БЭЖ БЖ) – кірісте уақыт бойынша өзгеретін айнымалы сигналды қабылдайтын және шығыста оны бақылау қателігі берілген мәннен жоғарлап кетпес үшін өңдейтін тұйық динамикалық жүйе. Өндірістік механизмнің бақылау электр жетегі тағайындалуы бойынша бұрышпен бақылау электр жетегі немесе ЖМАО сызықты орын ауыстыруы болып бөлінеді. Қолданылуы бойынша электрлі тұрақты токты және айнымалы токты қозғалтқыштар, басқару жүйесі бойынша қосындылау күшейткіштерінен тұратын жүйе және координатты бағыныңқы реттеу жүйесі, әсер ету принципі бойынша аналогты, дискретті (релелік және импульсті) және санды жүйелер болып бөлінеді. БЭЖ БЖ кірісінде уақыт бойынша өзгеретін бұрыш түріндегі және объектіні талап етілген заңмен басқаруды қамтамасыз ететін беру әсері (БӘ) берілген. Электр жетегі мен басқару объектісіне беру әсерінен басқа берілген басқару заңынан реттеу шамасының ауытқуы болатын әртүрлі сыртқы қоздырушы әсерлер ҚӘ әсер етеді. Сыртқы қоздыруға электр қозғалқыш білігінің жүктемесінің өзгеруі, ал ішкі қоздырғышқа БЭЖ БЖ құрылғыларына әсер ететін әртүрлі кездейсоқ кедергілер және өзгерістер жатады.

БЭЖ БЖ әсер етуі бойынша қоздыру әсерлерімен және жүйенің параметрлерімен анықталатын қателігі төмен басқару әсерін толық өңдейтін астатикалық болып саналады. Басқарулар кезінде БЭЖ БЖ жұмысының дәлдігін зерттеулерде тұрақты үдеумен немесе гармоникалық заңмен, тұрақты жылдамдықпен өзгертілген берілген сигналды қайта қалпына келтірудің дәлдігімен бағалайды.

БЭЖ БЖ орындау құрылғылары ретінде тұрақты, айнымалы токты тиристорлы және транзисторлы электр жетектері қолданылады. Тұрақты токты электр жетектерінде ТМҚ және ПБВ сериялық жоғарғы моментті қозғалтқыштар кең қолданылады. Олар білік моментінің инерциялары мен орамдардың индуктивтілігінің аздығына байланысты тез әсерді қамтамасыз етеді, сонымен қатар номиналды мәнді сегіз есе жоғарылататын жоғарғы іске қосу моменттермен қамтамасыз етеді.

Бақылау электр жетектерін қоректендіру өндірістік тізбекте 50Гц жиілікті айнымалы токпен және тұрақты токтың өзіндік қоректендіру көздерімен жүзеге асады. Аз қуатты электр жетектері 400 Гц жиілікті қоректендіру көзімен қоректенеді. Өлшеу, түрлендіргіш құрылғылары және аралық күшейткіштер 400 Гц жиілікті айнымалы токпен қоректенеді.

Сондықтан бұл құрылғылардың көлемі мен инерциялығы төмендетеді. Шығыс координатындағы негізгі кері байланыстың жүйесі қарапайым түзетілмеген БЭЖ БЖ болып саналады. Оны пропорционалды реттеу жүйесі деп те атайды. БЭЖ БЖ синтездеу мен талдау кезінде шығыс координаты ретінде өлшеу құрылғысында қабылдағышпен өлшенетін координатты айтады. Егер қабылдағыш ЖМАО тәуелсіз орналасқан болса, онда біліктің орын ауыстыруы немесе айналу бұрышы шығыс координаты болып саналады. Көп жағдайда бақылау электр жетегінде өлшеу құрылғысындағы қабылдағыш қозғалтқыш білігіне орналасады, ал жоғарғы моментті қозғалтқыштарда қабылдағыш қозғалтқышқа орналасады. Бұл жағдайда шығыс координаты ретінде айналу бұрышына немесе ЖМАО орын ауыстыруына сәйкес келетін қозғалтқыштың айналу бұрышы қолданылады.

Қазіргі заманғы ЭМС электр жетегі мен электр энергиясын генерациялау ақпараттық жүйесін генерациялауды анаогтық басқару мен реттеу қондырғыларына қарағанда типтік арифметикалық және логикалық функцияларды орындайтын микроконтроллерлік құралдар құрайды. Қазіргі микроконтроллерлер бір кристалды микро-ЭВМ, сандық сигналдау процессорлары, интегралдау қондырғылар қатарының: аналогты датчик сигналын енгізу үшін аналогты-сандық түрлендіргіштер, күштік түрлендіргіштерді сандық басқару үшін шығыс ШИМ-сигналын қалыптағыштар, жоғары деңгейдегі басқару жүйесімен ілесетін порттардың және т.б. нақты уақытындағы басқару мәселелеріне үйренген.

Микроконтроллерлер ерекшеліктерін атап өтуге болады:

-басқару жүйесінің параметрлері мен алгоритмдерінің, құрылымдарының оперативті өзгеру мүмкіндігі туралы түсіндірілетін иілгіштігі;

- аналогтық жүйелерде қабылданған дәстүрлі басқару алгоритмдерімен қатар

адаптивті, өздігінен реттелетін, өз ара байланысты және көп контурлы басқару жүйесімен сипатталатын күрделі алгоритмдерді іске асыру мүмкіндігі;

- зақымдарды ерте анықтайтын және апаттардың алдын алатын басқару жүйесі мен оның элементтерінің ағымды күйін диагностикалау және оперативті тестілеу;

- ақпараттарды өңдеудің өте жоғары дәлдігі, себебі сандық жүйелерде аналогтық басқару қондырғыларына тән қателік көздерінің сандық жүйелерінде болмауы;

- басқару үрдісінің есте сақтау, сақтау және көзбен шолу параметрлерінің қарапайымдылығы, қызмет көрсететін персоналмен оперативті араласу мүмкіндігі;

- микроконтроллерлік және компьюторлық басқару жүйесінің жоғары сенімділігі, салмағының, өлшемі мен құнының аздығы.

Үлкен көлемді есте сақтау қондырғыларының микропроцессорлар құрамындаболуы күрделі мәліметтерді өңдеу алгоритмдерінің іске асыруға мүмкіндік береді және энергетикалық обьектілерді ақпарааттық тұнықтық етеді. Сонымен бірге шамаларды басқару үшін қажет болатын тікелей өлшеу әдісін қолдану мүмкін болады, яғни бірнеше датчиктер саны мен бірінші ақпараттарды жинау каналдарын болғандықтан нақты уақыт масштабындағы модеельдерді қолдана отырып, қосымша ақпаратты анықтау қажет және әр түрлі бақылаушы сұлбалары көмегімен басқару сапасын арттыру қажет. Мұндай тенденция қазіргі уақытта электр жетектің реттеу мәселелерін шешу үшін, датчиктер сигналын тікелей қолдануда кемшіліктер болуымен бекітіледі, яғни:

- алғашқы өлшегіштердің рұқсат етілетін тәсіліне қойылатын жоғары талаптар;

- сандық басқару жүйесінің тез әрекет етуіне жоғары талаптар;

- бір реттеу контурында әр түрлі датчиктердің ілесу мүмкіндігінің жоқтығы.

Практикада электр жетектердің құралдарының энергияны сақтау мүмкіндігі келесі жолдармен іске асырылады. Бірінші жол – ұзақ уақытты жұмыс режимі үшін электр жетектердің қуаты бойынша қозғалтқыштарды таңдау ең үлкен мәнге ие болады. Екінші жолы – арнаулы энергия сақтағыш қозғалтқыштарды қолдану ( қуаты бойынша таңдаудың дұрыс шартында), оларда актив материалдардың (болат, мыс) салмағын арттырғанда ПӘК мен соsφ жоғарылаған. Бұл жол тұрақты жүктемеде жұмыс істейтін қозғалтқыштар үшін маңызды болады. Үшінші жолы – энергияның минимум шығындарының критериі бойынша электр жетектерді тиімділеу. Қазіргі уақытта энергетикалық проблемалардың шиеленісуіне байланысты мұндай мәселелерді шешу қажеттілігі артуда, ал техниканың күштік түрлендіргіштері мен микроэлектрониканың дамуы оларды шешу үшін қажетті алғы шарттарды құрды.

Кейінгі кездегі зерттеулердің нәтижелерінде механизмдердің технологиялық сипаттамаларын жақсартумен байланысты реттелетін электр жетекке өту электр қозғалтқыштар тұтынатын электр энергиясын орташа 20-30% төмендетуге мүмкіндік береді, ол өндірілетін электр энергияны 10% -ке тиімділігеуге мүмкіндік береді.

Реттелетін электр жетекті қолдануға байланысты қосымша шығындар бір жыл мен үш жыл арасында өзін өзі ақтап шығады. Жоғарыда келтірілген экономикалық болжамдарды ескере отырып, бұл мәселе тұрақты немесе аз өзгеретін жүктемелердің статикалық режимдерінде жұмыс істейтін реттелетін электр жетектердің энергетикалық көрсеткіштері бойынша тиімділеуге әкеледі. Тағы да энергетикалық тиімділіе және позициялау критериилері бойынша ЭМС жұмыс режимдерінің тиімділігін таңдауға мүмкіндік береді.

Қазіргі микропроцессорлық басқару жүйелерінде процессорлық басқару специфифкасын ескеру бола бермейді, басқару сигналдарының кешігу есептеуіштері ескеріле бермейді.

Микропроцессорлар негізінде микропроцессорлық есептеуші жүйелер (МПЖ) жасалады. егер сұлбалық логика принципімен құралған құрылғыларда орындалушы функциялардың кез келген өзгеруі немесе кеңейуі бұрынғы құрылғының орнына жаңа сұлба бойынша жасалған басқа құрылғы қоюды қажет ететін болса, онда МПЖ бағдарламалық логика принципін пайдаланатындықтан ойда сақталған бағдарламаны құрылғының жаңа функциясына сәйкес келетін жаңа бағдарламамен ауыстырып орындауға болады.

БИС пайдалануға байланысты басқа да құндылығымен бірге икемділігінің ұқсастығы, сондай-ақ сандық әдістерге тән жоғары дәлдігі мен бөгеттік қорғаныстығы, МПЖ өндірістің әртүрлі салаларына, ғылыми зерттеу және тұрмыстық техникаға қарқынды енгізуге мүмкіндік жасады.

Бағдарламалық логикасы бар микропроцессорлардың барлық элементтері – микробағдарламаларды жазу үшін арналған естелігі бар, басқарушы құрылғы және микробағдарламалық басқарушы блок бір кристалда орналасуы мүмкін, яғни бүкіл микропрцессор бір микросхема түрінде жазлуы мүмкін. Мұндай түрдегі микропроцессорлардың басқарушы естелігі, оған микропроцессорды зауыдта жасаған кезде жазылған микробағдарламалар жинағын сақтайды. Әрбір микробағдарлама, кейбір күрделі емес операциялардың орындалуын қамтамасыз ететін микробұйрықтар тізбегін көрсетеді. Микропроцессорға ЕҚ-дан бұйрық түскен кезде БҚ-да бұйрыққа сәйкс келетін микробағдарлама болады және оның микробұйрықтарын біртіндеп оқу жолымен ЕҚ –дан операндтарды қабылдау, олармен қарапайым әрекеттерді орындау және кезектегі бұйрықты шақыру іске асырылады.

Қазіргі уақыттағы практикалық өңдеулерде және ғылыми зерттеулерде жаңа басқару алгоритмін іске асыруға мүмкіндік беретін электр жетектің құрамды бөлігін дамытудағы сипаттық тенденцияларды атап өтуге болады. Электр жетектердің энергетикалық сипаттамаларына талаптардың өсуі және олардың желіге әсерінен электр жетектің басқаруының тиімді тәсілін қамтамасыз ететін түрлендіргіштердің дамуын аламыз.

Заманауи электр жетек басқару мүмкіндігіне байланысты жоғары дәрежеде энергияны тиімді шығындауда технологиялық үрдістердің сапасы мен өнімділікті арттыруға мүмкіндік береді.

Қазіргі уақытта ОҚО күн электр станциясы салынуда. Бірақ, біріншіден, бұл сала қазір де даму кезеңінде тұр және күн электр станциясының ПӘК-і 30-40%-ен аспайды, ол экономикалық тиімді болып саналмайды, екіншіден өндірілетін электр энергиясының өзіндік құны жоғары, яғни дәстүрлі энергия көздеріне қарағанда электр энергия құны да жоғары болады.

Жеке зерттеулер жүргізе отырып, біздің республиканың оңтүстік бөлігі күн электр станциясын құруға ең қолайлы мүмкіндік болып табылады. Бұл регионда күн электр станциясы болғанымен энергиямен кәсіпорындарды толығымен қамтамасыз ету үшін, күн электр станцияларын салу жоспарын әрі қарай өңдеу қажет. Қазіргі уақытта Қазақстанда көптеген фирмалар күн энергиясымен суды қыздыру мен жылытуға арналған күн батареяларын шығарумен айналысады.

Күн аккумуляторлары басқа электр энергиясын өндірудегі қондырғыларға қарағанда ерекше орын алады.

ОҚО күн электр станцияларды орналастыруды жоспарлауда кәсіпорындардың ПӘК арттыруға мүмкіндік пайда болады, ол еліміздің экономикасына да едәуір әсерлерін береді. Сондықтан, менің ойымша Қазақстан ең бірінші кезекте альтернативті энергия көздерін қолдануды дамытудың алдыңғы қатарында болуы қажет.

Барлық метеорологиялық станцияларда тіркелген аралық шамалар негізінде есептеу әдісі көмегімен күн энергиясының шамасын есептеуге болады.

Жанама есептеулер үшін эмпирикалық формулалардың бірнеше түрлері бар.

Q = Q0·[1+(1-a)·S/S0], (1)

Q=a+b·S, (2)

Q=Q0·(a·cosφ+b·(S/S0)), (3)

Q=Q0·(a+b·(S/S0)). (4)

Мұндағы;

Q0 – Жер атмосферасының шегіне түсетін күн энергиясы – (күн тұрақтысы);

S – күн сәулесінің нақты ұзақтығы, сағ;

S0 – күннің шығуы мен батуы аралығындағы уақыттың ұзақтығымен анықталатын нақты күн сәулесінің ұзақтығы, сағ;

а және b – регрессия коэффициенттері, күн сәулесінің ұзақтығының арасындағы байланысты көрсетеді.
Жалпы күн энергиясы мен күн сәулесі аралығындағы байланысты кескіндейтін актинометриялық станциялары бойынша жинақталған статикалық материалдарды сараптау негізінде қорытынды жасауға болады. Дәл осылай энергетикалық жарықтандыру мен күн сәулесінің ұзақтығы бойынша материалдар жинақталған. (2) формула арқылы а және b мәндерін қолдана отырып, ОҚО жалпы күн энергиясының мәндері есептелінген.

Төменде көрсетілген тәжірибелі мәселелер көптеген ақпараттарды терең зерттеу нәтижесінде алынған, сондықтан олар аумақтағы жалпы күн энергиясының өзгеруін кескіндейтін мәлімет болып табылады. Түсетін күн энергиясының алынған мәндері күн энергиясын қолдану мүмкіндігі туралы алғашқы қорытындыларды жасауға мүмкіндік береді. Бірақ дәлірек қорытындылау үшін, әр айдың бір тәулігіндегі күн сәулесінің ұзақтығының бағалауды білу қажет. негізгі жұмыс режимдері.

Бақылаушы электр жетек – орындаушы электр қозғалтқыш арқылы басқарылатын басқарылатын обьектідегі кейбір механикалық ығысуларды қамтамасыз ететін бақылаушы жүйе болып табылады. Бақылаушы электр жетек құрамында тапсырыс беру қондырғысы, өлшегіш түрлендіргіші, салыстыру органы, күшейткіш және ИЭ болады. Тапсырма беру құрылымы бастапқы сигналды (әдетте, еркін заң бойынша өзгеретін) өңдейді. Өлшегіш түрлендіргіші басқару обьектісіндегі өзгеретін шаманың нақты мәнін үзіліссіз өлшейді, салыстыру органының көмегі арқылы берілгенімен салыстырылады. Әдетте өлшегіш түрлендіргіші және басқару органы бір қондырғыда біріктірілген, олар келісілмеген электр сигналын (СР) өңдейді. СР туындайтын шаманың берілген және нақты мәндерінің айырмашылығына пропорционал болады. Ол күшейткіштің кірісіне (кернеу мен ток түрі ретінде) беріледі, сонан соң СР төмендейтін басқару обьектісінің мұндай қозғалысын беретін ИЭ-ге беріледі. СР болмаса электр қозғалтқыш роторы тыныш күйде болады.

СЭП –тің үзіліссіз және дискретті басқару түрлері болады. Біріншісінің негізгі ерекшелігі ретінде СР функциясындағы ИЭ кернеуін (қуатын) үзіліссіз реттеу болып табылады. Қалыпты жағдайда бұл тәуелділік сызықтық болады. Дискретті басқарудағы бақылау электр жетегі релелік және импульсік болып бөлінеді. Релелік бақылау электр жетегін күшейткіш ретінде түйіспесіз релені қолданады, ол СР белгілі бір шамасында ИЭ толық қуатқа қосады. Импульсті бақылау электр жетегінде ИЭ қосу периодикалық түрде болады, ол кез-келген уақыт аралығында ток пен амплитуданың басқару импульстарының СР функциясы болып табылатын ұзақтығы мен жиілігіне байланысты болады.

СФЭС электр жетегіне жүктемені кинематикалық тізбектегі үйкеліс күші мен желдің жүктемесі құрайды. Механикалық берілістегі үйкеліс күштері арқылы жұтылатын қуат кинематикалық тізбектің шығысындағы қуаттан бірнеше есе артуы мүмкін. Желдің жүктемесі тұрақты болмайды, болжалынбайтын сипатта болады. СФЭС электр жетегінің элементтері берілген ауданның температурасының барлық диапазонындағы пайдалануды береді және атмосфералық құбылыстар мен ылғалдың түсуінен қорғалған болуы керек.

Көптеген бақылауша электр жетектерде тапсырылатын шама ретінде білік кірісіндегі айналу бұрышы болып табылады, ал реттелетін – басқарылатын обьект тәуелді болатын білік шығысындағы айналу бұрышы болады. Өлшегіш түрлендіргіштер ретінде мұндай қондырғыларда потенциометрлер мен индукциялық айнымалы ток машиналарының түрлері болып табылатын сельсиндер немесе айналмалы трансформаторлар болады. СЭП әр түрлі басқару, ақпараттарды беру және өлшеу жүйелерінде қолданылады.

Электр жетектердің құрылымы туралы мәселелерді шешенде төмендегі талаптарды ескеру қажет: сенімділік; қызмет көрсету қарапайымдылығы; адамның басқаруынсыз СФЭС-ті пайдалануда ұзақ уақытта жұмыс істейтін автоматтандырудың жоғары деңгейінің болуы; жоғары дәлдіктегі көрсеткіштерді қамтамасыз ету; жетектің күштік бөлігіндегі соққылау жүктемелерін шектеу; минималл капитал кірістер; энергияны сақтау;жел жүктемелерінен қорғау.СФЭС электр жетектерінің негізгі ерекшеліктері жұмыс органының жылжуының жылдамдықтары төмен болатындығында. Күннің қозғалысын бақылаудың ең үлкен қозғалтқыштардың қажетті қуатын бағалау үшін, эмпирикалық тәуелділікті – 10 Вт электр қозғалтқыштың қуатын 1000 Вт күнді үзіліссіз бақылау режиміндегі СФЭС шығысындағы электр қуатын қолданады. Бұл қуат қосымша режимдерге жеткіліксіз болады. Дегенмен жоғары СФЭС-тер үшін, төмен қуатты қозғалтқыштар қолданылады, оларда электромагниттік уақыт тұрақтысы электр механикалық уақыт тұрақтысынан едәуір төмен болады. Сонымен қозғалтқыш динамикалық тұрақтылығы бойынша едәуір қоры бар екіенші тәртіптегі апериодикалық буын болып табылады.

Бақылаушы жетек дегенімізі жетек функциясын орындай алмайтын аз қуатты өлшеу органдарымен берілетін механикалық ығысулардың жоғары дәрежелі дәлдікті көрсететін жетек болып табылады. Бақылаушы жетек бағдарламалаушы регулятор, яғни механикалық ығысуларды өңдейтін регулятор болып табылады. Бірақ бағдарлама көптеген жағдайларда алдын ала анықталған болып табылмайды. Сондықтан реттеу жүйелерінің параметрлері анықтайтын еркін қозғалыстарды сипаттайтын бақылау жетектерінің регуляторларынан басқа мәжбүрлік қозғалыстар бар.

Бақылау электр жетегінің екі түрі бар: үзілісті әсердегі (түйіспелік-релелік) және үзіліссіз әсердегі бақылаушы электр жетектер. СФЭС үшін бірінші түрін қолданамыз және оны қарастырамыз.

Жұмыс машинасының жұмыс органының ығысуы тапсырылатын осьтің айналуына сәйкес орындау қозғалтқыштарының ИД әсерінен жүргізіледі. Бақылау жетегіндегі оқшауламалық аралықтың болуы кейбір сезгіштік емес аумағын береді. Сондықтан берілген бұрышты өңдеудің дәлдігін арттыру үшін, оқшауламалық аралықтың азаюына ұмтылу қажет. Мұнда біршама кинетикалық энергия қорында тепе-теңдік жағдайында кейбір тербелістер болуы мүмкін. Сондықтан жүйе сөнгеннен кейін лезде тоқтауы мүмкін емес, әрі қарай сол бағытта қозғалады. Жүйе теңдік күйіне бірнеше тербелістерден кейін келуі мүмкін.

Қозғалтқыштың моментінің шамасы келісілмеу бұрышына байланысты болмайды.Щетка жартылай сақинамен тұйықталғанда қозғалтқыш зәкірі бірден толық кернеуге қосылады; қозғалтқыш моменті өте жоғары болады және жүйе едәуір үдеуді алады. Энергетикалық СФЭС бақылау электр жетегін кері теріс байланыстағы бір контурлы етіп орындау жеткілікті болады. СФЭС механикалық бөлігін екі массалы жүйе ретінде есептеуге болады. Еркін тербелістер жиілігі жоғары болмайды және 1,2 Гц құрайды. Механикалық бөлігінде туындайтын тербелістің резонансты жиіліктері, фазалары және амплитудалары қозғалтқыш параметрлеріне аз байланысты болады. Әдетте энергетикалық гелиоқондырғыларда тербелісті төмендетудің қосымша түзетулері қажеттілігі болмайды.

Жетектің механикалық бөлігінде люфтті қарымталатын қондырғыларды қолдану мәселелері қарсы әсерлерді есептеу нәтижелерінде болады.