Дослідницька робота - Енергія Сонця, Соціальна мережа працівників освіти

Існує багато напрямів альтернативної енергетики, Славу ж зацікавила найбільше геліоенергетика. Оскільки отримання цієї енергії буде можливим ще більше 4-х мільярдів років.

Мета роботи : вивчити основні напрями геліоенергетики, виділити найперспективніший з них і в домашніх умовах застосувати цей напрям для вилучення енергії.

Вкладення Розмір
Дослідницька робота "Енергія Сонця"745.5 КБ

Управління освіти Кунгурського муніципального району

IХ муніципальний конкурс досліджень учнів

МБОУ «Плеханівська ЗОШ»

Карпова Людмила Валентинівна,

МБОУ «Плеханівська ЗОШ»

вчитель початкових класів

Глава 2. Географія сонячного випромінювання…………………………….…6

Глава 3. Способи отримання энергии………………………………….…..7

Глава 5. Сонячні батареї з підручних средств……………….. …. 10

Використані джерела та література………………………………..13

Скільки ще на планеті залишається головного ресурсу, завдяки якому стала можливою сучасна цивілізація? За оцінкою Всесвітньої енергетичної ради, запасів нафти у світі вистачить на 56 років, а газу – на 55 років. На думку більшості експертів, світ рухається до катастрофічної кризи в галузі енергетики. Дефіцит традиційних енергоносіїв, що зростає, почне відчуватися значно раніше, ніж через 50 років. Дефіцит нафти може створити гостру нестачу та інших необхідних життєдіяльності людства ресурсів.

Єдиний вихід із цієї ситуації - застосування альтернативних джерел енергії. Альтернативна енергетика - поєднання перспективних способів отримання, передачі та використання енергії, якіпоширені, негаразд широко, як традиційні. Вони становлять інтерес через вигідність їх використання та не заподіяння шкоди навколишньому середовищу. Енергія для таких способів називається – відновлювана або «Зелена енергія».

Існує багато напрямів альтернативної енергетики, мене ж найбільше зацікавила геліоенергетика. Оскільки отримання цієї енергії буде можливим ще більше 4-х мільярдів років.

Мета роботи: вивчити основні напрями геліоенергетики, виділити найперспективніший з них і в домашніх умовах застосувати цей напрямок для отримання енергії.

А для цього я поставив перед собою такі завдання:

  1. Вивчити літературу на цю тему.
  2. Провести експерименти та спостереження в домашніх умовах.
  3. Зробити висновки.
  4. Узагальнити та оформити роботу.
  5. Ознайомити з цією темою однокласників.

Дану роботу можна використовувати на уроках навколишнього світу та класній годині.

Розділ 1. Енергія сонця

Сонячна енергетика - напрямок нетрадиційної енергетики, заснований на безпосередньому використанні сонячного випромінювання для отримання енергії у будь-якому вигляді. Ще одна назва цієї галузі – геліоенергетика. Походить від грецького слова helios – сонце.

Сонячна енергетика є екологічно чистою, тобто не виробляє жодних шкідливих відходів і не завдає шкоди навколишньому середовищу.

Сонячна енергетика використовує невичерпне джерело енергії – Сонце. Випромінювання Сонця - основне джерело енергії на Землі. Ця енергія може використовуватись у різних природних та штучних процесах. Так, рослини, використовуючи її, синтезують органічні сполуки із кисню. Пряме нагрівання сонячним промінням може бутивикористано для електроенергії (сонячними електростанціями) або виконання іншої корисної роботи. Ультрафіолетове випромінювання Сонця має антимікробні властивості, що дозволяють використовувати його для знезараження води та різних предметів. Воно також викликає засмагу і має інші біологічні ефекти, наприклад, стимулює виробництво в організмі вітаміну D.

Розділ 2. Географія сонячного випромінювання

Сонячне випромінювання розподіляється територією Землі нерівномірно. Адже якщо в одних місцях сонячне світло - це досить рідкісний і довгоочікуваний гість, то в інших його надлишок діє на все живе пригнічує. Середньорічна кількість сонячного випромінювання залежить від широти, де знаходиться той чи інший район. Рекордні дози денного світла одержують країни, наближені до екватора (Додаток, рис. 1). Обсяги сонячного світла багато в чому пов'язані і з кількістю ясних днів, а вони визначаються кліматом місцевості. Крім того, багато залежить від течій, напрямків повітряних потоків та інших особливостей регіону.

Найбільшу дозу сонячного випромінювання щорічно одержує:

  • північно-східна Африка, деякі центральні та південно-західні області континенту;
  • східне узбережжя Африки;
  • Аравійський півострів;
  • південні субекваторіальні ділянки Атлантичного та Тихого океанів;
  • північний захід Австралії, деякі острови Індонезії;
  • західне узбережжя Південної Америки.

Заміри в Україні показали, що найбільші дози сонячного випромінювання отримують зовсім не чорноморські курорти країни. Насправді, рекордсменами за цим показником виявилися прикордонні з Китаєм території та Північна Земля (Додаток, рис. 2). Мінімальна доза сонячного світла посідає північно-західнийрегіон Укаїни – Санкт-Петербург та прилеглі до нього райони.

Глава 3. Способи одержання енергії

Існує кілька способів отримання енергії із сонячного випромінювання. Розглянемо основні їх:

  1. Геліотермальна енергетика - нагрівання поверхні, що поглинає сонячні промені, та подальший розподіл та використання тепла. Перетворення сонячної енергії на електрику здійснюється за допомогою теплових машин. Це парові машини (поршневі або турбінні), що використовують водяну пару або різні гази.
  2. Термоповітряні електростанції - перетворення сонячної енергії в енергію повітряного потоку, що спрямовується на турбогенератор.
  3. Сонячні аеростатні електростанції - генерація водяної пари всередині балона аеростату за рахунок нагрівання сонячним випромінюванням поверхні аеростату, покритою поглинаючим покриттям.
  4. Фотовольтаїка - метод вироблення електричної енергії шляхом використання світлочутливих елементів для перетворення сонячної енергії на електрику. На мій погляд, це найперспективніший напрямок сонячної енергетики. Тож зупинюся на ньому докладніше.

Глава 4. Фотовольтаїка

«Фотовольтаїка» (від ін. грецького photo – світло та вольт – одиниця виміру електричної напруги) означає звичайний робочий режим фотоелемента, при якому електричний струм виникає завдяки перетвореній енергії світла. Фактично всі фотовольтаїчні пристрої є різновидами фотодіодів.

Що таке фотоелемент? Фотоелемент – електронний прилад, який перетворює енергію світла на електричну енергію. Перший фотоелемент, що ґрунтується на зовнішньому фотоефекті, створив український фізик Олександр Столетов наприкінці XIX століття.

Найбільш ефективними пристроями дляперетворення сонячної енергії на електричну є фотоелектричні перетворювачі (ФЕП).

Залежно від матеріалу, конструкції та способу виробництва прийнято розрізняти три покоління ФЕП:

  • ФЕП першого покоління на основі пластин кристалічного кремнію;
  • ФЕП другого покоління з урахуванням тонких плівок;
  • ФЕП третього покоління з урахуванням органічних матеріалів.

ФЕП збираються у модулі. Такі модулі називають "сонячна батарея". Сонячні батареї бувають різного розміру: від вбудованих в мікрокалькулятори до автомобілів і будівель, що займають дахи. Для встановлення та передачі електроенергії сонячні модулі комплектуються різними пристроями:

  • інверторами, для створення напруги потрібного споживача
  • акумуляторами, для накопичення електричної енергії,
  • іншими елементами електричної та механічної підсистем.

Залежно від застосування розрізняють такі види встановлення сонячних систем:

  • приватні станції малої потужності, що розміщуються на дахах будинків;
  • комерційні станції малої та середньої потужності, що розташовуються, як на дахах, так і на землі;
  • промислові сонячні станції, які забезпечують енергопостачання багатьох споживачів.

Розділ 6. Сонячні батареї із підручних засобів.

У журналах «Радіо» за 80-ті роки часто описується, як напівпровідникові прилади використовуються як фотоелементи. Я вирішив скористатися цією технологією.

За основу взяв кремнієві напівпровідникові транзистори великої потужності. За розрахунками, наведеними у журналі, мені знадобиться 16 транзисторів. Нам їх охоче подарували працівники телемайстерні зі старих запасів.

Акуратно, кусачками, зрізаємоверхні захисні кришки із приладів. Уважно розглянувши начинки, помічаю, що робочий елемент – це невелика пластина з кремнію з роздільними доріжками. Закріплюємо транзистори на шматку пластику і з'єднуємо їх висновки, у певному порядку, за допомогою паяння (з татковою допомогою). Зверху кріпимо захисну плівку, яка захистить батарею від випадкового пошкодження. Наш елемент готовий (Додаток, рис. 3).

Досвід 1. Проведемо польові випробування. Споживачем енергії для наочності досвіду використовуємо двигун старого іграшкового вертольота. З'єднуємо дроти, дотримуючись полярності. Нам пощастило – у цей день була ясна погода. І при попаданні прямих сонячних променів сонячна батарея почала виробляти електрику, електромоторчик став плавно набирати обертів. Вертоліт ожив (Додаток, рис. 4).

Висновок: завдяки цьому досвіду я наочно переконався, що з сонячного світла можна отримати електроенергію. А також освоїв виготовлення ФЕП першого покоління із підручних засобів.

Досвід 2. ФЕП другого покоління я вирішив протестувати на основі вже готової сонячної батареї дитячої іграшки. Приєднуємо її до того ж двигуну вертольота. Все добре працює, так само як і з саморобною сонячною батареєю (Додаток, рис. 5).

Висновок: ФЕП другого покоління працює так само добре, як першого. Але цей перетворювач набагато легший і має менші розміри порівняно з ФЕП першого покоління, а електричної енергії вони виробляють приблизно однаково.

Досвід 3. Щоб продемонструвати досвід однокласникам, я вирішив приготуватися до гіршого. Не завжди бувають зрозумілі дні. І тому довелося знайти тимчасову заміну сонцю (для досвіду). У нагоді потужна лампа розжарювання, яка на близькій відстані дає приблизно таку жосвітленість, як сонячне проміння. При пробних запусках перетворювачів я помітив, що при наближенні до лампи двигун починає обертатися швидше. А при віддаленні від неї – повільніше (Додаток, рис. 6).

Висновок: інтенсивність сонячного випромінювання впливає кількість виробленої електроенергії.

Глава 7. Висновок.

Провівши вивчення даного матеріалу:

  • Познайомився з багатьма видами геліоенергетики, особливо найперспективнішим з них – фотовольтаїкою.
  • Дізнався про основні типи фотоелектричних перетворювачів.
  • Познайомився із улаштуванням систем сонячного електропостачання.
  • Виготовив сонячну батарею своїми руками із підручних засобів.
  • Провів експерименти з ФЕП першого та другого покоління.

Думаю, що у старших класах, коли наберуся більше знань, я проведу глибше дослідження цієї теми. І можливо сконструюю потужнішу установку, наприклад, для забезпечення електроенергією мого будинку.