CC BY
7Научная статья / Original article
УДК 620
https://doi.org/10.34130/2306-6229-2022-4-25
Важность повышения эффективности солнечных элементов
в Туркменистане
Аллакулыев Шаназар Рахманязович1, Данатарова Мяхри Сылапбердиевна2,
Байчыева Ширин Тойлыевна3
1 2 Государственный энергетический институт Туркменистана, Мары, Туркменистан,
745400, ул. Байрамхана, 62 Международный университет нефти и газа им. Я. Какаева, Ашхабад, Туркменистан,
744036, пр-т Арчабил, 8
Аннотация. В статье анализируются методы эффективного использования возобновляемых источников энергии, особенно солнечной энергии, в Туркменистане. Излагаются возможности экономии потребляемой электроэнергии за счёт использования солнечных водонагревательных коллекторов в сельском хозяйстве. Обоснована важность внедрения экологически чистых технологий для защиты окружающей среды и здоровья человека, а также повышения электроэнергетического потенциала страны.
Ключевые слова: солнечная энергетика, солнечный коллектор, гелиосистема, нагрев воды
Для цитирования: Аллакулыев Ш. Р., Данатарова М. С., Байчыева Ш. Т. Важность повышения эффективности солнечных элементов в Туркменистане // Вестник Сыктывкарского университета. Серия 2. Биология, геология, химия, экология. 2022. № 4 (24). С. 25-30. https://doi.org/10.34130/2306-6229-2022-4-25
The importance of increasing the efficiency of solar cells in Turkmenistan Shanazar R. Allakulyyev1, Mahri S. Danatarova2 and Shirin T. Baychyyeva3
12 State Energy institute of Turkmenistan, Mary, Turkmenistan, 745400, Bajramhana street, 62. international University of Oil and Gas named after Ya. Kakaev, Ashgabat, 744036,
Archabil Avenue, 8
Abstract. This scientific article analyzes methods for the efficient use of renewable energy sources, especially solar energy, in Turkmenistan. The possibilities of saving the consumed electricity due to the use of solar water-heating collectors in agriculture are outlined. The importance of introducing environmentally friendly technologies for protecting the environment and human health, as well as increasing the country's electric power potential is substantiated.
Keywords: Solar energy, solar collector, solar system, water heating
For citation: Allakulyyev Sh. R., Danatarova M. S., Baychyyeva Sh. T. Sh. T. The importance of increasing the efficiency of solar cells in Turkmenistan. Vestnik Syktyvkarskogo universiteta. Seriya 2. Biologiya, geologiya, himiya, ekologiya = Syktyvkar University Bulletin. Series 2. Biology, geology, chemistry, ecology, 2022. 4(24): 25-30 (In Russ.). https://doi.org/10.34130/2306-6229-2022-4-25
Введение. В ходе реализации Национальной программы социально-экономического развития Туркменистана на 2022-2052 годы реализуется целый ряд индустриально-инновационных направлений в основных отраслях экономики. В частности, развивается солнечная энергетика на основе полупроводникового кремния, по-
лупроводниковых материалов и фотоэлектрических модулей, а также развиваются соответствующие промышленные отрасли, связанные с производством зеркал, которые являются неотъемлемой частью солнечной технологии.
Энергетический потенциал возобновляемых источников энергии в Туркменистане оценивается в 110 миллиардов тонн условного топлива в год. Наиболее эффективными направлениями считаются солнечная и ветровая энергетика. Особое внимание уделяется инновационному развитию, внедрению в экономику цифровых технологий, созданию высокоэффективной, безопасной и экологически чистой энергетики.
Климатические и географические условия Туркменистана чрезвычайно благоприятны для широкого использования возобновляемых источников энергии. Продолжительность солнечного излучения в Туркменистане составляет 2768-3081 часов в год. Годовой энергетический потенциал солнечной энергетики составляет 1.4 миллиарда тонн условного топлива[1]
В данной статье рассматриваются способы использования солнечной энергии в стране, которая является одним из наиболее эффективных источников возобновляемой энергии. В частности, солнечные водонагревательные коллекторы предлагаются для использования в сельском хозяйстве. Солнечная энергия является лучшим источником тепла. Его можно использовать не только для выработки электроэнергии, но и в бытовых целях. Солнечные тепловые системы - это системы, которые на первом этапе преобразуют солнечное излучение в тепловую энергию. Солнечные тепловые системы делятся на активные и пассивные. Активная солнечная тепловая система включает коллектор преобразования солнечной энергии с аккумуляторной батареей. Пассивная солнечная тепловая система представляет собой компоненты структурной конструкции здания, например люк на южном фасаде или люк, который летом затеняется крышей здания. В настоящее время подогрев воды и воздуха за счет использования солнечной энергии считается очень важным в нашей стране. Существует множество актуальных технических решений, позволяющих использовать солнечную энергию в горячем водоснабжении, отоплении, опреснении воды, сушке и даже охлаждении сельскохозяйственной продукции. Для хозяйственных нужд наиболее распространены установки, используемые для горячего водоснабжения.
В статье представлена принципиальная схема гелиосистемы, которая обеспечивает теплом систему горячего водоснабжения и отопления в сельскохозяйственном секторе с использованием солнечной энергии (рис. 1).
Работа устройства. Солнечный коллектор (1) - часть солнечной установки, позволяющая преобразовывать солнечную энергию в тепловую. Тепловая энергия передается через теплообменник (3) в бак (2) - аккумулятор горячей воды с теплоносителями (вода, антифриз) по магистральным трубам. Таким образом происходит накопление тепловой энергии. Также тепловая энергия передается через теплообменник (3) в объемные емкости (4) системы отопления с теплоносителями (вода, антифриз) по магистральным трубам. Затем в двух накопительных баках горячего водоснабжения нагревается холодная вода (8). Полученная теплая вода (9) используется в хозяйственных целях. Если солнечная система недостаточно нагревает воду, она нагревается с помощью дополнительных нагревателей (6). Затем тепло, аккумулированное в объемной емкости системы отопления (4), используется для
нагрева воды, поступающей от системы отопления (7). В холодное время года, если тепла недостаточно для нагрева воды, подключается дополнительный котел (5) [2].
Рис. 1. Принципиальная схема гелиоустановки, обеспечивающей теплом системы отопления
и горячего водоснабжения. 1 - коллектор; 2 - емкость для сбора горячей воды; 3 - теплообменник; 4 - объемная емкость системы отопления; 5 - дополнительный котел; 6 - дополнительный подогреватель бытовой воды; 7 - система отопления; 8 - место подвода холодной воды 9 - место отвода теплой хозяйственно-питьевой воды
В статье приведены результаты исследования эксплуатационных характеристик гелиосистемы, обеспечивающей теплом системы горячего водоснабжения и отопления, используемых в сельскохозяйственном секторе.
Уравнение теплового баланса коллектора можно записать в виде:
Приведена его часть, характеризуемая коэффициентом пропускания кр который принимается равным 0.85, Л - площадь поверхности, освещаемой коллектором, в М-; т —коэффициент солнечного пропускания поверхности, принимается равным 0.9 для стеклянного покрытия, ОТ - коэффициент солнечного поглощения поверхности коллектора, принимается равным 0.91 для стеклянного покрытия; I - излучение поверхности солнечного коллектора, Вт/М", Тп - температура приемной поверхности коллектора, К (градусы Кельвина]-, - температура окружающего воздуха, К\ термическое сопротивление приемной поверхности коллектора, для аналогичных коллекторов равно 0.13 М" "К/Вт для одинарного стекла и 0.22 м- ■ К/Вт для двойного стекла; для селективного стекла - 0.4 М- шК/Вт. Тк- конечная температура воды, К;
— начальная температура воды, К; р - плотность воды, равная 1000 кг/М3; С-теплоемкость воды, равная 4200 Дж/кг"К; £ - объемный расход воды в МЭ/с.
Из уравнения теплового баланса коллектора объемный расход воды в таковых с различной площадью поверхности можно определить по следующим формулам [3]:
7682,69 75 ■ Ю-6
10,24 ■ 10-ьм7с;
11524,03 75 10-6
= 15,36 ■ Ю_5МЭ/С;
38413,46 „ _ _
76826,92 с „
75-Ю-6 =10^43-10"5м3/с.
Объемный расход воды в коллекторах с разной площадью поверхности
Таблица
№ Площадь поверхности коллектора, 2 1 4 Начальная температура воды, Т°С Температура воды на выходе, Т° Температура окружающег о воздуха, Т° Освещенност ь поверхности солнечного коллектора, Вт/ Расход воды, МЭ/С
1 2 12 30 20 750 10.24 ■ 1С"5
2 3 12 30 20 750 15.36 ■ Ю-5
3 6 12 30 20 750 30.73 ■ 10"5
4 10 12 30 20 750 51.2 ■ Ю-5
5 20 12 30 20 750 102,43 ■ 10"5
Рис. 2. Расход воды в солнечных коллекторах с разной площадью поверхности.
По вертикальной оси отложен расход воды в М3 /с,
по горизонтальной оси - площадь поверхности коллектора, M ~
Из рис. 2 видно, что объемный расход воды в коллекторе с площадью поверхности А = 2 М" составляет 10,24 ■ 10_&М3/с, расход воды в коллекторе с площадью поверхности А = 3 К" равен 15,36 ■ 10-а м3/с, в коллекторе площадью А = 6 М2 -30.73 ■ Ю-5 м3/с, в коллекторе с А = 10 м2: - 51.2 ■ Ю-5 м3/с, с А = 20 м2-102.43 ■ Ю-5 м3/с.
Итак, наблюдается прямо пропорциональная зависимость между площадью поверхности коллектора и объемом расходуемой воды, то есть чем больше поверхность коллектора, тем больший объем горячей воды, при прочих равных условиях, можно получить.
Список источников
1. Государственная программа по энергосбережению на 2018-2024 годы. Ашхабад, 2018. 24 с.
2. Данатарова М., Сарыев М., Аллакулыев Ш. Теоретические основы нетрадиционной и возобновляемой энергетики. Ашхабад: Наука, 2020. 258 с.
3. Сухоцкий А. Б. Вторичные энергетические ресурсы. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Минск: Изд-во Белорусского государственного технологического университета (БГТУ), 2012. 92 с.
References
1. Gosudarstvennaya programma energosberezheniya na 2018-2024gody [State Program for Energy Saving for 2018-2024]. Ashkhabad, 2018. 24 p. (In Russ.).
2. Danatarova M., Sariyev M., Allakulyyev SH. Teoreticheskiye osnovy netraditsionnoy i vozobnovlyayemoy energetiki [Theoretical foundations of non-traditional and renewable ener-gy].Ashkhabad: Publishing House of the «Nauka», 2020. 258 p. (In Russ.).
3. Sukhotskiy A. B. Vtorichnyye energoresursy. Netraditsionnyye i vozobnovlyayemyye istochniki ener-gii [Secondary energy resources. Non-traditional and renewable energy sources]. Minsk: Publishing House of the Belarusian State Technological University (BSTU). 2012. 92p. (In Russ.).
Информация об авторах/ Information about the authors
Аллакулыев Шаназар Рахманязович
старший преподаватель Государственного энергетического института Туркменистана
Государственный энергетический институт Туркменистана, Мары, Туркменистан, 745400, ул. Байрамхана, 62
Данатарова Мяхри Сылапбердиевна
старший преподаватель Государственного энергетического института Туркменистана
Shanazar R. Allakulyyev
Senior lecturer of the State energy institute of Turkmenistan
State Energy institute of Turkmenistan, Mary, Turkmenistan, 745400, Bayramhana street, 62
Mahri S. Danatarova
Senior lecturer of the State energy institute of Turkmenistan
Государственный энергетический институт Туркменистана, Мары, Туркменистан, 745400, ул. Байрамхана, 62
Байчыева Ширин Тойлыевна
преподаватель Международного университета нефти и газа имени Я. Какаева
Международный университет нефти и газа имени Я. Какаева, 744036, Туркменистан, г. Ашхабад, проспект Арчабил, 8
State Energy institute of Turkmenistan, Mary, Turkmenistan, 745400, Bayramhana street, 62
Shirin T. Baychyyeva
Lecturer of the International University of Oil and Gas named after Ya. Kakaev,
International University of Oil and Gas named after Ya. Kakaev, Ashgabat, 744036, Archabil Avenue, 8
Статья поступила в редакцию / The article was submitted Одобрена после рецензирования / Approved after reviewing Принята к публикации / Accepted for publication
05.10.2022 07.10.2022 12.10.2022
