Исследовательская работа "Энергия Солнца"

Опубликовано Карпова Людмила Валентиновна вкл 15.03.2015 - 20:39

Автор:

Попов Слава, 4 класс

Существует много направлений альтернативной энергетики, Славу же заинтересовала больше всего гелиоэнергетика. Так как получение этой энергии будет возможно еще более 4-х миллиардов лет.

Цель работы: изучить основные направления гелиоэнергетики, выделить самое перспективное из них и в домашних условиях применить данное направление для извлечения энергии.

Скачать:

Вложение	Размер
Исследовательская работа "Энергия Солнца"	745.5 КБ

Предварительный просмотр:

Управление образования Кунгурского муниципального района

IХ муниципальный конкурс исследовательских работ учащихся

Физика

Энергия Солнца

Автор работы:

Попов Вячеслав,

МБОУ «Плехановская СОШ»

4 «б» класс

Руководитель работы:

Карпова Людмила Валентиновна,

МБОУ «Плехановская СОШ»

учитель начальных классов

2014 год

Оглавление

Введение……………………………………………………………….….. ..3

Глава 1. Энергия солнца…..…………………………………………….….5

Глава 2. География солнечного излучения…………………………….…6

Глава 3. Способы получения энергии………………………………….…..7

Глава 4. Фотовольтаика ………….………………………………………... 8

Глава 5. Солнечные батареи из подручных средств……………….. …...10

Заключение…………………………………………………………………12

Использованные источники и литература………………………………..13

Приложение………………………………………………………………...14

Введение

Сколько еще на планете остается главного ресурса, благодаря которому стала возможной современная цивилизация? По оценке Всемирного энергетического совета, запасов нефти в мире хватит на 56 лет, а газа - на 55 лет. По мнению большинства экспертов, мир движется к катастрофическому кризису в области энергетики. Растущий дефицит традиционных энергоносителей начнет ощущаться значительно раньше, чем через 50 лет. Дефицит нефти может создать острую нехватку и других необходимых для жизнедеятельности человечества ресурсов.

Единственный выход из данной ситуации - применение альтернативных источников энергии. Альтернативная энергетика — сочетание перспективных способов получения, передачи и использования энергии, которые распространены, не так широко, как традиционные. Они представляют интерес из-за выгодности их использования и не причинения вреда окружающей среде. Энергия для таких способов называется - возобновляемая или «Зеленая энергия».

Существует много направлений альтернативной энергетики, меня же заинтересовала больше всего гелиоэнергетика. Так как получение этой энергии будет возможно еще более 4-х миллиардов лет.

Цель работы: изучить основные направления гелиоэнергетики, выделить самое перспективное из них и в домашних условиях применить данное направление для извлечения энергии.

А для этого я поставил перед собой следующие задачи:

Изучить литературу по данной теме.
Провести эксперименты и наблюдения в домашних условиях.
Сделать выводы.
Обобщить и оформить работу.
Познакомить с данной темой одноклассников.

Данную работу можно использовать на уроках окружающего мира и классном часе.

Глава 1. Энергия солнца

Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Еще одно название данной отрасли – гелиоэнергетика. Произошло от греческого слова helios – солнце.

Солнечная энергетика является экологически чистой, то есть не производящей ни каких вредных отходов и не наносит вред окружающей среде.

Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии – Солнце. Излучение Солнца — основной источник энергии на Земле. Эта энергия может использоваться в различных естественных и искусственных процессах. Так, растения, используя её, синтезируют органические соединения с выделением кислорода. Прямое нагревание солнечными лучами может быть использовано для производства электроэнергии (солнечными электростанциями) или выполнения другой полезной работы. Ультрафиолетовое излучение Солнца имеет антимикробные свойства, позволяющие использовать его для обеззараживания воды и различных предметов. Оно также вызывает загар и имеет другие биологические эффекты — например, стимулирует производство в организме витамина D.

Глава 2. География солнечного излучения

Солнечное излучение распределяется по территории Земли неравномерно. Ведь если в одних местах солнечный свет – это достаточно редкий и долгожданный гость, то в других, его избыток действует на все живое угнетающе. Среднегодовое количество солнечного излучения зависит от широты, на которой находится тот или иной район. Рекордные дозы дневного света получают страны, приближенные к экватору (Приложение, рис. 1). Объемы солнечного света во многом связаны и с числом ясных дней, а они, определяются климатом местности. Кроме того, многое зависит от течений, направлений воздушных потоков и других особенностей региона.

Наибольшую дозу солнечного излучения ежегодно получает:

северо-восточная Африка, некоторые центральные и юго-западные области континента;
восточное побережье Африки;
Аравийский полуостров;
южные субэкваториальные участки Атлантического и Тихого океанов;
северо-запад Австралии, некоторые острова Индонезии;
западное побережье Южной Америки.

Замеры в России показали, что наибольшие дозы солнечного излучения получают вовсе не черноморские курорты страны. На самом деле, рекордсменами по данному показателю оказались пограничные с Китаем территории и Северная Земля (Приложение, рис. 2). Минимальная доза солнечного света приходится на северо-западный регион России – Санкт-Петербург и прилегающие к нему районы.

Глава 3. Способы получения энергии

Существует несколько способов получения энергии из солнечного излучения. Рассмотрим основные из них:

Гелиотермальная энергетика — нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла. Преобразование солнечной энергии в электричество осуществляется с помощью тепловых машин. Это паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар или различные газы.
Термовоздушные электростанции - преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор.
Солнечные аэростатные электростанции - генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой поглощающим покрытием.
Фотовольтаика — метод выработки электрической энергии путем использования светочувствительных элементов для преобразования солнечной энергии в электричество. На мой взгляд, это самое перспективное направление солнечной энергетики. Поэтому остановлюсь на нем подробнее.

Глава 4. Фотовольтаика

«Фотовольтаика» (от др. греческого photo – свет и вольт – единица измерения электрического напряжения) означает обычный рабочий режим фотоэлемента, при котором электрический ток возникает благодаря преобразованной энергии света. Фактически, все фотовольтаические устройства являются разновидностями фотодиодов.

Что же такое фотоэлемент? Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию света в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал русский физик Александр Столетов в конце XIX века.

Наиболее эффективными устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются фотоэлектрические преобразователи (ФЭП).

В зависимости от материала, конструкции и способа производства принято различать три поколения ФЭП:

ФЭП первого поколения на основе пластин кристаллического кремния;
ФЭП второго поколения на основе тонких пленок;
ФЭП третьего поколения на основе органических материалов.

ФЭП собираются в модули. Такие модули называют «солнечная батарея». Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий. Для установки и передачи электроэнергии солнечные модули комплектуются различными устройствами:

инверторами, для создания напряжения нужного потребителю
аккумуляторами, для накопления электрической энергии,
прочими элементами электрической и механической подсистем.

В зависимости от применения различают следующие виды установки солнечных систем:

частные станции малой мощности, размещаемые на крышах домов;
коммерческие станции малой и средней мощности, располагаемые, как на крышах, так и на земле;
промышленные солнечные станции, обеспечивающие энергоснабжение многих потребителей.

Глава 6. Солнечные батареи из подручных средств.

В журналах «Радио» за 80-е годы часто описывается, как полупроводниковые приборы используются в качестве фотоэлементов. Я решил воспользоваться этой технологией.

За основу взял кремниевые полупроводниковые транзисторы большой мощности. По расчетам, приведенным в журнале, мне понадобится 16 транзисторов. Нам их охотно подарили работники телемастерской из старых запасов.

Аккуратно, кусачками, срезаем верхние защитные крышки с приборов. Внимательно рассмотрев внутренности, замечаю, что рабочий элемент – это небольшая пластина из кремния с разделительными дорожками. Закрепляем транзисторы на куске пластика и соединяем их выводы, в определенном порядке, при помощи пайки (с папиной помощью). Сверху крепим защитную пленку, которая защитит батарею от случайного повреждения. Наш элемент готов (Приложение, рис. 3).

Опыт 1. Проведем полевые испытания. Потребителем энергии, для наглядности опыта, используем двигатель старого игрушечного вертолета. Соединяем провода, соблюдая полярность. Нам повезло – в этот день была ясная солнечная погода. И при попадании прямых солнечных лучей солнечная батарея начала вырабатывать электричество, электромоторчик стал плавно набирать обороты. Вертолет ожил (Приложение, рис. 4).

Вывод: благодаря этому опыту, я наглядно убедился, что из солнечного света можно получить электроэнергию. А также освоил изготовление ФЭП первого поколения из подручных средств.

Опыт 2. ФЭП второго поколения я решил протестировать на основе уже готовой солнечной батареи от детской игрушки. Подсоединяем ее к тому же двигателю вертолета. Все хорошо работает, точно также как и с самодельной солнечной батареей (Приложение, рис. 5).

Вывод: ФЭП второго поколения работает так же хорошо, как и первого. Но этот преобразователь гораздо легче и имеет меньшие размеры, по сравнению с ФЭП первого поколения, а электрической энергии они вырабатывают примерно одинаково.

Опыт 3. Что бы продемонстрировать опыт одноклассникам, я решил приготовиться к худшему. Не всегда бывают ясные дни. И поэтому пришлось найти временную замену солнцу (для опыта). Пригодилась мощная лампа накаливания, которая на близком расстоянии дает примерно такую же освещенность, как солнечные лучи. При пробных запусках преобразователей, я заметил, что при приближении к лампе, двигатель начинает вращаться быстрее. А при удалении от нее – медленнее (Приложение, рис. 6).

Вывод: интенсивность солнечного излучения влияет на количество вырабатываемой электроэнергии.

Глава 7. Заключение.

Проведя изучение данного материала:

Познакомился со многими видами гелиоэнергетики, особенно самым перспективным из них – фотовольтаикой.
Узнал об основных типах фотоэлектрических преобразователей.
Познакомился с устройством систем солнечного электроснабжения.
Изготовил солнечную батарею своими руками из подручных средств.
Провел эксперименты с ФЭП первого и второго поколения.

Думаю, что в старших классах, когда наберусь больше знаний, я проведу более глубокое исследование данной темы. И возможно сконструирую более мощную установку, например, для обеспечения электроэнергией моего дома.

Список использованной литературы

Деловая газета «Взгляд» - http://vz.ru/economy/2012/11/2/605487.html.
Свободная энциклопедия «Википедия» - http://ru.wikipedia.org.
Ликум А., Шалаева Г.П. «Всё обо всём» Популярная энциклопедия для детей, «Ключ - С», М. 1995 год.
Потому. ру – детская энциклопедия - http://www.potomy.ru.
Экологический дайджест - http://facepla.net.
Сайт компании «ВИЭКо» - www.viecosolar.com.
Подписка журналов «Радио» 1981 – 1989 г. г.