Кіріспе

Күн энергиясын пайдаланатын сорғылар фотоэлектрлік (ФЭ) панельдер арқылы туындаған электр энергиясымен немесе жиналған күн сәулесінен алынған жылу энергиясымен жұмыс істейді, электр желісінен немесе дизельдік су сорғыларымен салыстырғанда. Әдетте, күн энергиясымен жұмыс істейтін сорғылар күн панелі массивінен, күн зарядтағышынан, тұрақты ток (DC) су сорғысынан, сақтандырғыштардан/автоматтардан, электр сымдарынан және су сақтағыштан тұрады. Күн энергиясымен жұмыс істейтін сорғыларды пайдалану көбінесе төменгі пайдалану және техникалық қызмет көрсету шығындарына байланысты экономикалық тиімді, сондай-ақ ішкі жану қозғалтқышымен жұмыс істейтін сорғыларға қарағанда қоршаған ортаға тигізетін зиян аз. Күн сорғылары электр желісінің болмауы немесе қолдану қиын жағдайларда, ал балама көздер (әсіресе жел) жеткілікті энергия бере алмайтын жерлерде пайдалы.

Құралымдары

Күн энергиясымен жұмыс істейтін сорғы жүйесінің үш негізгі бөлігі бар: бір немесе бірнеше күн панелі, контроллер және сорғы. Күн панельдері жүйенің басым бөлігін (80%-ға дейін) құрайды. Фотовольтаикалық (ФВ) жүйенің мөлшері тікелей сорғының көлеміне, қажетті су мөлшеріне және қол жетімді күн сәулесіне байланысты. Контроллердің мақсаты екі еселі. Біріншіден, ол сорғыға түсетін шығыс қуатын күн панельдерінен түсетін кіріс қуатына сәйкестендіреді. Екіншіден, контроллер әдетте төмен немесе жоғары кернеуден қорғайды, яғни сорғының жұмыс кернеуі диапазонына сәйкес келмейтін кернеу болған жағдайда жүйе өшіріледі. Бұл сорғының қызмет ету мерзімін ұзартады, соның салдарынан техникалық қызмет көрсету қажеттілігін азайтады. Басқа қосымша функцияларға су көзінің деңгейі төмен болғанда немесе сақтау резервуары толғанда жүйені автоматты түрде тоқтату, су шығару қысымын реттеу, күн панельдері мен электр желісі немесе қозғалтқышпен жұмыс істейтін генератор сияқты баламалы қуат көзі арасында қуатты үйлестіру, сондай-ақ өндіруші ұсынатын бұлттық қызмет ретінде онлайн портал арқылы жүйені қашықтан бақылау және басқару кіреді. Күн сорғысының электрмоторының кернеуі айнымалы ток (АҚ) немесе тұрақты ток (БЖ) болуы мүмкін. БЖ моторлары шамамен 4 кВт дейінгі кішкентай және орташа көлемдегі қолданыстар үшін қолданылады және бақшадағы фонтандар, ландшафтты безендіру, малға ауыз су беру немесе кішкентай суару жобалары сияқты қолданыстарға жарамды. БЖ жүйелері ұқсас өлшемдегі АҚ сорғыларына қарағанда тиімділігі жоғары болғандықтан, шығындар төмендейді, себебі кішкентай күн панельдерін пайдалануға болады. Соңында, егер АҚ күн сорғысы қолданылса, күн панельдерінен түсетін БЖ қуатын АҚ қуатына түрлендіру үшін инвертор қажет. Инверторлардың қолдайтын қуат диапазоны 0,15-тен 55 кВт-қа дейін жетеді және оларды ірі суару жүйелерінде пайдалануға болады. Панельдер мен инверторлардың мөлшері АҚ электрмоторының іске қосылу сипаттамасын ескере отырып дұрыс таңдалуы керек. Дұрыс мөлшерлеуге көмектесу үшін жетекші өндірушілер үшінші тараптан сертификатталған сынақтан өткен, өзіндік мөлшерлеу бағдарламалық жасақтамасын ұсынады. Мөлшерлеу бағдарламалық жасақтамасы маусымдық күн сәулесінің өзгеруіне байланысты өзгеретін ай сайынғы су шығару көлемін қамтуы мүмкін.

Суды сорғылау

Күн энергиясымен жұмыс істейтін су сорғылары ауыз су, малға арналған су немесе суару суын жеткізе алады. Су жылдың кейбір бөлігінде ғана қажет болса, үлкен фотоэлектрлік массив қажет емес артық энергияны өндіреді, бұл жүйені тиімсіз етеді, егер оған баламалы қолданыс табылмайынша. Үндістанда суару және ауыз су үшін күн энергиясын пайдаланатын су сору жүйелері қолданылады. Көптеген сорғылар 4,8 кВт фотоэлектрлік массивтен энергия алатын 2,0–3,7 кВт мотормен жабдықталған. 3,7 кВт жүйелер 50 метрлік жалпы биіктікте және 70 метрлік динамикалық биіктікте күніне шамамен 124 000 литр суды жеткізе алады. 2016 жылдың 30 тамызына дейін әлем бойынша 120 000 күн энергиясымен жұмыс істейтін су сору жүйесі орнатылды. Суды сақтау арқылы энергияны сақтау, күн энергиясымен жұмыс істейтін су сорғылары үшін батареялар арқылы сақтаудан артық, себебі энергияның бір түрін екінші түріне түрлендірудің қажеті жоқ. Ең көп қолданылатын сорғы механизмдері – центробектік сорғылар, көп сатылы сорғылар, ұңғымалық сорғылар және спиральді сорғылар. Сұйық динамикасының маңызды ғылыми ұғымдары, мысалы, қысым мен биіктік арақатынасы, сорғы биіктігі, сорғы қисықтары, жүйе қисықтары және таза сору биіктігі – күн энергиясымен жұмыс істейтін сорғыларды табысты қолдану және жобалау үшін өте маңызды.

Мұнай және газ

Мұнай және газ өнеркәсібі, фоссилді отынның, соның ішінде фрекингтің қоршаған ортаға тигізетін әсеріне байланысты туындаған жағымсыз жарнамамен күресу үшін күн энергиясымен жұмыс істейтін сорғы жүйелерін енгізуде. Көптеген мұнай және газ ұңғымаларының тиімді жұмыс істеуі және өндіріс деңгейін арттыру үшін әртүрлі химиялық заттарды дәл мөлшерде (өлшеп) қысыммен енгізуі қажет. Бұрынғыда, мұндай химиялық инъекциялық сорғылар (ХИС) ұңғыма газының қысымын пайдаланатын газды поршеньді қозғалтқыштармен жұмыс істеп, газдан қалдықтарды атмосфераға шығарып келген. Күн энергиясымен жұмыс істейтін электр сорғылары (күн энергиялы ХИС) осы парниктік газ шығарындыларын азайтуға мүмкіндік береді. Күн панельдері (ФВ элементтері) ХИС-тер үшін ғана емес, сонымен қатар қашықтан басқару және спутниктік/ұялы байланыс арқылы алыс орналасқан жерлерде SCADA жүйесімен диагностика жүргізуге және деректерді жұмыс үстелі немесе ноутбукке жіберуге қажетті электр қуатын қамтамасыз етеді.

Стирлингтік қозғалтқыш

Электр қуатын өндірудің орнына күн сәулесі Стирлинг қозғалтқышының жылу алмастырғышына шоғырландырылып, сорғыны механикалық түрде қозғау үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл күн панельдері мен электр жабдықтарының шығындарын жояды. Кейбір жағдайларда Стирлинг қозғалтқышын жергілікті түрде жасауға болады, бұл жабдықты импорттау қиындықтарынан құтылуға мүмкіндік береді. Стирлинг қозғалтқыштарының бір түрі – флюидинерлік қозғалтқыш, ол сорғыланатын сұйықтықты поршень ретінде тікелей пайдаланады. Флюидинерлік күн сорғылары 1987 жылдан бері зерттеліп келеді. Кем дегенде бір өндіруші күн энергиясымен жұмыс істейтін Стирлинг сорғысын сынақтан өткізді.