Quyosh issiqlik energiyasi: Yig'ish va saqlash tizimlari yordamida quyosh issiqligini o'zlashtirish

Quyosh issiqlik texnologiyasi quyosh energiyasini o'zlashtirishning kuchli va ko'p qirrali yo'lini taklif etadi. Quyosh nurini to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylantiradigan fotovoltaik (PV) tizimlardan farqli o'laroq, quyosh issiqlik tizimlari issiq suv, issiq havo yoki bug' hosil qilish uchun quyosh issiqligini ushlab qoladi. Bu issiqlik energiyasi keyinchalik to'g'ridan-to'g'ri isitish va sovutish uchun yoki bug' turbinalari orqali elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Bundan tashqari, quyosh issiqlik energiyasining asosiy afzalligi uning issiqlik energiyasini saqlash (IES) tizimlari bilan integratsiyalashish qobiliyatidir, bu esa quyosh nuri mavjud bo'lmaganda energiyani saqlash va ishlatish imkonini beradi, boshqa qayta tiklanuvchi energiya manbalari duch keladigan uzilishlar muammosini hal qiladi.

Quyosh issiqlik energiyasini yig'ishni tushunish

Har qanday quyosh issiqlik tizimining yadrosi quyosh nurlanishini yutish va uni foydali issiqlikka aylantirish uchun mas'ul bo'lgan kollektordir. Har biri o'ziga xos ilovalar va harorat diapazonlariga mos keladigan turli xil kollektorlar mavjud.

Quyosh issiqlik kollektorlarining turlari

• Yassi kollektorlar: Bular quyosh issiqlik kollektorlarining eng keng tarqalgan turi bo'lib, odatda maishiy issiq suv va binolarni isitish uchun ishlatiladi. Ular qora rangli yutuvchi plastinkadan iborat bo'lib, unga ko'pincha quvurlar yoki kanallar biriktirilgan va shaffof shisha bilan qoplangan. Yutuvchi plastinka quyosh nurlanishini yutadi va issiqlikni quvurlar orqali aylanib yuruvchi suyuqlikka (suv yoki antifriz eritmasi) o'tkazadi. Yassi kollektorlar dizayni bo'yicha nisbatan sodda, tejamkor va past haroratli ilovalar uchun (80°C gacha) mos keladi.
• Vakuumli quvurli kollektorlar: Bu kollektorlar yassi kollektorlarga qaraganda yuqori samaradorlikni taklif qiladi, ayniqsa sovuq iqlim sharoitida va yuqori haroratlarda. Ular ichida vakuum bo'lgan alohida shisha quvurlardan iborat. Vakuum konveksiya va o'tkazuvchanlik orqali issiqlik yo'qotilishini minimallashtiradi, bu esa yuqori ish haroratlariga erishish imkonini beradi. Vakuumli quvurli kollektorlar ko'pincha maishiy issiq suv, binolarni isitish va sanoat jarayonlari uchun issiqlik ilovalarida qo'llaniladi.
• Konsentratsiyalangan quyosh kollektorlari (KQE): Bu kollektorlar quyosh nurini kichikroq qabul qilgichga jamlash uchun ko'zgular yoki linzalardan foydalanadi, bu esa quyosh energiyasini konsentratsiyalash va ancha yuqori haroratlarga erishish imkonini beradi. KQE texnologiyalari odatda elektr energiyasini ishlab chiqarish va sanoat jarayonlari uchun issiqlik hosil qilishda ishlatiladi. KQE texnologiyalariga misollar:
  • Parabolik tarnovli kollektorlar: Bu kollektorlar quyosh nurini tarnovning fokal chizig'i bo'ylab joylashgan qabul qiluvchi quvurga jamlash uchun egri ko'zgulardan foydalanadi. Moy yoki eritilgan tuz kabi issiqlik tashuvchi suyuqlik (ITS) qabul qiluvchi quvur orqali aylanib, konsentratsiyalangan quyosh energiyasini yutadi. Parabolik tarnov tizimlari elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun keng qo'llaniladi.
  • Quyosh energiyasi minoralari: Bu tizimlar quyosh nurini minora tepasida joylashgan markaziy qabul qilgichga aks ettirish uchun ko'zgular maydoni (geliostatlar) dan foydalanadi. Konsentratsiyalangan quyosh energiyasi qabul qilgichdagi ishchi suyuqlikni (suv, eritilgan tuz yoki havo) qizdiradi, so'ngra u elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
  • Disk/Dvigatel tizimlari: Bu tizimlar quyosh nurini qabul qilgichga jamlash uchun parabolik disk reflektorlaridan foydalanadi, bu qabul qilgich to'g'ridan-to'g'ri issiqlik dvigateliga (masalan, Stirling dvigateli) ulanadi. Issiqlik dvigateli issiqlik energiyasini mexanik energiyaga aylantiradi, so'ngra u elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Kollektor samaradorligiga ta'sir qiluvchi omillar

Quyosh issiqlik kollektorlarining samaradorligiga bir necha omillar ta'sir qiladi, jumladan:

• Quyosh nurlanishi: Kollektor yuzasiga tushadigan quyosh nurlanishi miqdori yutilgan issiqlik miqdoriga bevosita ta'sir qiladi.
• Atrofdagi harorat: Yuqori atrof-muhit harorati kollektorning samaradorligini pasaytirishi mumkin, chunki kollektor va atrof-muhit o'rtasidagi harorat farqi kamayadi.
• Kollektor yo'nalishi va qiyaligi: Kollektorning quyosh holatiga nisbatan burchagi va yo'nalishi ushlab qolinadigan quyosh nurlanishi miqdoriga sezilarli darajada ta'sir qiladi. Optimal yo'nalish va qiyalik burchaklari kenglik va yil fasliga qarab o'zgaradi.
• Kollektor samaradorligi: Kollektorning samaradorligi tushayotgan quyosh nurlanishining qancha qismi foydali issiqlikka aylantirilishini belgilaydi.
• Ob-havo sharoitlari: Bulutli yoki tumanli sharoitlar quyosh nurlanishini kamaytiradi va kollektor samaradorligiga salbiy ta'sir qiladi.

Issiqlik energiyasini saqlash (IES) tizimlari

Issiqlik energiyasini saqlash (IES) ko'plab quyosh issiqlik tizimlarining muhim tarkibiy qismi bo'lib, issiqlikni keyinchalik ishlatish uchun saqlash imkonini beradi. Bu quyosh energiyasini hatto quyosh nuri mavjud bo'lmaganda, masalan, tunda yoki bulutli kunlarda ham ishlatish imkonini beradi. IES quyosh issiqlik energiyasining ishonchliligi va boshqariluvchanligini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin, bu esa uni qazib olinadigan yoqilg'ilarga nisbatan hayotiyroq muqobilga aylantiradi.

Issiqlik energiyasini saqlash turlari

• Sezgir issiqlikni saqlash: Bu IESning eng keng tarqalgan turi bo'lib, suv, moy, tosh yoki beton kabi saqlash muhitining haroratini ko'tarish orqali issiqlik energiyasini saqlashni o'z ichiga oladi. Saqlangan energiya miqdori saqlash materialining solishtirma issiqlik sig'imiga, uning massasiga va harorat o'zgarishiga bog'liq. Sezgir issiqlikni saqlash nisbatan oddiy va tejamkor, lekin katta saqlash hajmlarini talab qilishi mumkin.
• Yashirin issiqlikni saqlash: Bu turdagi IES materialning faza o'zgarishi, masalan, erish yoki muzlash paytida yutilgan yoki chiqarilgan issiqlikdan foydalanadi. Faza o'zgaruvchan materiallar (FOM) sezgir issiqlik saqlash materiallariga qaraganda hajm birligiga sezilarli darajada ko'proq energiya saqlashi mumkin. Keng tarqalgan FOMlarga parafin mumlari, tuz gidratlari va organik birikmalar kiradi. Yashirin issiqlikni saqlash sezgir issiqlikni saqlashga qaraganda yuqori energiya zichligini taklif qiladi, lekin FOMlar qimmatroq bo'lishi va samarali issiqlik uzatishni ta'minlash uchun ehtiyotkorlik bilan dizayn qilinishi kerak.
• Termokimyoviy saqlash: Bu turdagi IES qaytar kimyoviy reaksiyalar orqali energiyani saqlashni o'z ichiga oladi. Issiqlik qo'llanilganda, kimyoviy reaksiya energiyani yutadi va reaksiya teskari bo'lganda energiya chiqariladi. Termokimyoviy saqlash juda yuqori energiya zichligi va uzoq muddatli saqlash imkoniyatini taqdim etadi, ammo bu hali ham ishlab chiqilayotgan murakkabroq texnologiyadir.

IES samaradorligiga ta'sir qiluvchi omillar

Issiqlik energiyasini saqlash tizimlarining samaradorligiga bir necha omillar ta'sir qiladi, jumladan:

• Saqlash sig'imi: Saqlash tizimi ushlab turishi mumkin bo'lgan issiqlik energiyasi miqdori.
• Saqlash samaradorligi: Qayta tiklanishi mumkin bo'lgan saqlangan energiyaning foizi.
• Zaryadlash va zaryadsizlantirish tezligi: Energiyani saqlash va chiqarish mumkin bo'lgan tezlik.
• Saqlash muddati: Energiyani sezilarli yo'qotishlarsiz saqlash mumkin bo'lgan vaqt davomiyligi.
• Saqlash materialining xususiyatlari: Saqlash materialining issiqlik o'tkazuvchanligi, solishtirma issiqlik sig'imi va boshqa xususiyatlari.

Quyosh issiqlik texnologiyasining qo'llanilishi

Quyosh issiqlik texnologiyasi turar-joy, tijorat, sanoat va kommunal miqyosdagi sektorlarni qamrab olgan keng ko'lamli ilovalarga ega.

Maishiy va tijorat maqsadlarida qo'llanilishi

• Quyosh suv isitgichlari: Bu quyosh issiqlik texnologiyasining eng keng tarqalgan qo'llanilishi bo'lib, uylar va korxonalar uchun maishiy issiq suvni isitish uchun ishlatiladi. Quyosh suv isitish tizimlari energiya sarfini sezilarli darajada kamaytirishi va kommunal to'lovlarni pasaytirishi mumkin. Misollar qatoriga Isroil va Kipr kabi mamlakatlarda keng qo'llaniladigan quyosh suv isitgichlari kiradi.
• Quyosh bilan binolarni isitish: Quyosh issiqlik tizimlari binolarni to'g'ridan-to'g'ri isitish uchun ham ishlatilishi mumkin, bunda quyosh havo isitgichlari yoki radiatorlar yoki pol ostidan isitish tizimlari orqali issiq suv aylantiriladi.
• Quyosh bilan sovutish: Quyosh issiqlik energiyasi binolarni konditsionerlash uchun absorbsion chillerlar yoki qurituvchi sovutish tizimlarini ishlatish uchun foydalanilishi mumkin. Bu ayniqsa quyosh nurlanishi mo'l bo'lgan issiq iqlimlarda jozibador. Misollar qatoriga Yaqin Sharqdagi ba'zi universitetlardagi quyosh energiyasi bilan ishlaydigan sovutish tizimlari kiradi.
• Quyosh bilan basseynlarni isitish: Quyosh kollektorlari suzish havzalarini isitish, suzish mavsumini uzaytirish va energiya xarajatlarini kamaytirish uchun ishlatilishi mumkin.

Sanoatda qo'llanilishi

• Sanoat jarayonlari uchun quyosh issiqligi: Quyosh issiqlik tizimlari oziq-ovqat mahsulotlarini qayta ishlash, to'qimachilik ishlab chiqarish va kimyoviy ishlab chiqarish kabi turli sanoat ilovalari uchun jarayon issiqligini ta'minlashi mumkin. Bu qazib olinadigan yoqilg'iga bo'lgan ishonchni kamaytirishi va issiqxona gazlari emissiyasini pasaytirishi mumkin. Konsentratsiyalangan quyosh energiyasi (KQE) sanoat uchun yuqori haroratli jarayon issiqligini hosil qilish uchun tobora ko'proq foydalanilmoqda.
• Quyosh bilan tuzsizlantirish: Quyosh issiqlik energiyasi tuzsizlantirish qurilmalarini ishlatish uchun foydalanilishi mumkin, bu esa qurg'oqchil va suv tanqis hududlarda toza suv bilan ta'minlaydi. Misollar qatoriga Avstraliya va Yaqin Sharqdagi quyosh bilan tuzsizlantirish loyihalari kiradi.

Kommunal miqyosdagi qo'llanilishlar

• Konsentratsiyalangan quyosh energiyasi (KQE) stansiyalari: KQE stansiyalari quyosh nurini qabul qilgichga jamlash uchun katta ko'zgular massivlaridan foydalanadi, bu esa bug' turbinalari orqali elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan yuqori haroratli issiqlikni hosil qiladi. KQE stansiyalari hatto quyosh porlamayotganda ham elektr energiyasini ta'minlash uchun issiqlik energiyasini saqlashni (IES) o'z ichiga olishi mumkin. Misollar qatoriga Marokashdagi Nur Varzazat quyosh elektr stansiyasi va AQSh, Kaliforniyadagi Ivanpa quyosh elektr ishlab chiqarish tizimi kiradi.
• Quyosh yordamida markazlashtirilgan isitish: Quyosh issiqlik tizimlari markazlashtirilgan isitish tarmoqlari bilan birlashtirilishi mumkin, bu esa jamiyatdagi bir nechta binolarni isitish va maishiy issiq suv bilan ta'minlaydi. Misollar qatoriga Daniya va Germaniyadagi quyosh issiqlik energiyasini o'z ichiga olgan markazlashtirilgan isitish tizimlari kiradi.

Quyosh issiqlik texnologiyasining afzalliklari

Quyosh issiqlik texnologiyasi ko'plab afzalliklarni taklif etadi, bu esa uni barqaror energiya kelajagi uchun jozibali yechimga aylantiradi:

• Qayta tiklanuvchi va barqaror: Quyosh issiqlik energiyasi qayta tiklanuvchi va barqaror energiya manbai bo'lib, qazib olinadigan yoqilg'iga bog'liqlikni kamaytiradi va iqlim o'zgarishini yumshatadi.
• Energiya samaradorligi: Quyosh issiqlik tizimlari yuqori energiya samaradorligiga ega bo'lishi mumkin, bu esa quyosh nurlanishining muhim qismini foydali issiqlikka aylantiradi.
• Uglerod chiqindilarini kamaytirish: Quyosh issiqlik texnologiyasi qazib olinadigan yoqilg'iga asoslangan energiya tizimlariga qaraganda uglerod chiqindilarini sezilarli darajada kamaytiradi.
• Energetik xavfsizlik: Quyosh issiqlik tizimlari import qilinadigan qazib olinadigan yoqilg'iga bog'liqlikni kamaytirish orqali energetik xavfsizlikni oshirishi mumkin.
• Ish o'rinlarini yaratish: Quyosh issiqlik sanoati ishlab chiqarish, o'rnatish, texnik xizmat ko'rsatish va tadqiqot va ishlanmalar sohalarida ish o'rinlarini yaratadi.
• Tarmoq barqarorligi: Issiqlik energiyasini saqlash (IES) tizimlariga ega bo'lgan quyosh issiqlik stansiyalari dispetcherlik quvvatini ta'minlashi, tarmoq barqarorligi va ishonchliligiga hissa qo'shishi mumkin.
• Iqtisodiy samaradorlik: So'nggi yillarda quyosh issiqlik texnologiyasining narxi sezilarli darajada pasaydi, bu esa uni qazib olinadigan yoqilg'iga asoslangan energiya manbalari bilan tobora raqobatbardosh qilib qo'ymoqda.

Quyosh issiqlik texnologiyasining qiyinchiliklari

Ko'plab afzalliklariga qaramay, quyosh issiqlik texnologiyasi ba'zi qiyinchiliklarga ham duch keladi:

• Uzluksizlik: Quyosh energiyasi uzlukli, ya'ni uning mavjudligi ob-havo sharoitlari va kunning vaqtiga qarab o'zgaradi. Issiqlik energiyasini saqlash (IES) bu muammoni yumshatishga yordam berishi mumkin, ammo bu tizimning narxi va murakkabligini oshiradi.
• Yerdan foydalanish: Konsentratsiyalangan quyosh energiyasi (KQE) stansiyalari katta yer maydonlarini talab qiladi, bu esa ba'zi joylarda muammo bo'lishi mumkin.
• Suv iste'moli: Ba'zi KQE stansiyalari sovutish uchun suv ishlatadi, bu esa qurg'oqchil hududlarda muammo bo'lishi mumkin. Quruq sovutish texnologiyalari suv iste'molini kamaytirishi mumkin, ammo xarajatlarni ham oshirishi mumkin.
• Yuqori boshlang'ich xarajatlar: Quyosh issiqlik tizimlarining dastlabki investitsiya qiymati an'anaviy energiya tizimlariga qaraganda yuqori bo'lishi mumkin, garchi bu xarajat tezda pasayib bormoqda.
• Texnik xizmat ko'rsatish: Quyosh issiqlik tizimlari optimal ishlashni ta'minlash uchun muntazam texnik xizmat ko'rsatishni talab qiladi.

Quyosh issiqlik texnologiyasining kelajagi

Quyosh issiqlik texnologiyasining kelajagi porloq, samaradorlikni oshirish, xarajatlarni kamaytirish va ilovalarni kengaytirishga qaratilgan doimiy tadqiqot va ishlanmalar mavjud. Innovatsiyalarning asosiy yo'nalishlari quyidagilardan iborat:

• Ilg'or kollektor dizaynlari: Samaraliroq va tejamkor quyosh kollektorlarini ishlab chiqish.
• Yaxshilangan issiqlik energiyasini saqlash: Yuqori energiya zichligi va uzoqroq saqlash muddatiga ega bo'lgan ilg'or IES materiallari va tizimlarini ishlab chiqish.
• Konsentratsiyalangan quyosh energiyasi (KQE) yutuqlari: KQE stansiyalarining samaradorligini oshirish va narxini pasaytirish.
• Boshqa qayta tiklanuvchi energiya manbalari bilan integratsiya: Quyosh issiqlik energiyasini shamol va geotermal kabi boshqa qayta tiklanuvchi energiya manbalari bilan birlashtirib, gibrid energiya tizimlarini yaratish.
• Aqlli tarmoq integratsiyasi: Energiya taqsimoti va boshqaruvini optimallashtirish uchun quyosh issiqlik energiyasini aqlli tarmoqlarga integratsiya qilish.
• Yangi ilovalar: Quyosh yoqilg'isi ishlab chiqarish va quyosh yordamida sanoat jarayonlari kabi quyosh issiqlik texnologiyasining yangi ilovalarini o'rganish.

Global misollar va tashabbuslar

Dunyo bo'ylab turli mamlakatlar va tashkilotlar quyosh issiqlik texnologiyalarini faol ravishda targ'ib qilmoqda va joriy etmoqda. Mana bir nechta misollar:

• Marokashdagi Nur Varzazat quyosh elektr stansiyasi: Bu konsentratsiyalangan quyosh energiyasi (KQE) stansiyasi dunyodagi eng yiriklaridan biri bo'lib, quyosh botgandan keyin ham elektr energiyasini ta'minlash uchun issiqlik energiyasini saqlashdan foydalanadi. Bu Marokash uchun qayta tiklanuvchi energiyaga qilingan muhim sarmoyani ifodalaydi.
• Daniyaning markazlashtirilgan isitish tizimlari: Daniya markazlashtirilgan isitish bo'yicha yetakchi bo'lib, uning ko'plab tizimlari uylar va korxonalarga issiq suv yetkazib berish uchun quyosh issiqlik energiyasini o'z ichiga oladi. Bu Daniyaga qazib olinadigan yoqilg'iga bo'lgan ishonchni kamaytirishga va uglerod chiqindilarini pasaytirishga yordam berdi.
• Avstraliyaning quyosh bilan tuzsizlantirish loyihalari: Qurg'oqchil iqlimi tufayli Avstraliya jamoalarga toza suv yetkazib berish uchun quyosh bilan tuzsizlantirish loyihalariga sarmoya kiritdi. Ushbu loyihalar suv ishlab chiqarishning atrof-muhitga ta'sirini kamaytirish uchun tuzsizlantirish qurilmalarini ishlatish uchun quyosh issiqlik energiyasidan foydalanadi.
• Hindistonning Milliy Quyosh Missiyasi: Hindistonning Milliy Quyosh Missiyasi mamlakat bo'ylab quyosh energiyasi texnologiyalarini, shu jumladan quyosh issiqlik energiyasini joriy etishni rag'batlantirishga qaratilgan. Missiya quyosh suv isitgichlari, sanoat jarayonlari uchun quyosh issiqligi va konsentratsiyalangan quyosh energiyasi (KQE) bo'yicha maqsadlarni o'z ichiga oladi.
• Yevropa Ittifoqining Quyosh issiqlik energiyasi yo'l xaritasi: Yevropa Ittifoqi Yevropa bo'ylab quyosh issiqlik texnologiyalarini joriy etishni ko'paytirish strategiyalarini belgilab beruvchi quyosh issiqlik energiyasi yo'l xaritasini ishlab chiqdi. Yo'l xaritasi quyosh suv isitgichlari, quyosh bilan binolarni isitish va quyoshli markazlashtirilgan isitish bo'yicha maqsadlarni o'z ichiga oladi.

Xulosa

Quyosh issiqlik texnologiyasi quyosh energiyasini keng ko'lamli ilovalar uchun o'zlashtirishning isbotlangan va ko'p qirrali yo'lini taklif etadi. Quyosh issiqligini ushlab qolish va saqlash orqali bu tizimlar uylar, korxonalar va sanoat uchun ishonchli va barqaror energiya manbai bo'lishi mumkin. Texnologiya rivojlanib, xarajatlar pasayib borar ekan, quyosh issiqlik energiyasi toza energiya kelajagiga global o'tishda tobora muhim rol o'ynashga tayyor. Issiqlik energiyasini saqlash (IES) ning integratsiyasi uzilishlarni bartaraf etish va quyosh issiqlik energiyasining boshqariluvchanligini oshirish uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega bo'lib, uning diversifikatsiyalangan va barqaror energiya portfelining asosiy tarkibiy qismi sifatidagi mavqeini yanada mustahkamlaydi.