Научно-исследовательская работа "Может ли солнце заменить традиционные источники энергии?

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

лицей №1

Конкурс

исследовательских работ и творческих проектов

«Я – ИССЛЕДОВАТЕЛЬ»

Научно-исследовательская работа

Тема: «Может ли солнце заменить традиционные

источники энергии?»

Автор: Губченко Федор, ученик 4 класса «В»

                                   Руководитель: Марченко И. Ю.,

                             учитель начальных классов

г. Апшеронск

2018 г.

Содержание:

1.    Введение. Актуальность выбранной мной темы………………….…..3

2.    Теоретическая часть.

 2.1 Цель и гипотеза моего проекта. ……………………………………….…..4

 2.2 Методы исследования и планирование эксперимента. ……………….…5

 2.3 Описание альтернативных источников энергии………………………….6

 2.4 Выбор альтернативного источника энергии для дома ……………….…..8

 3.    Практическая часть.

  3.1 Подробное описание эксперимента ………………………………………10

  3.2 Выводы………………………………………………………………….…..11

4.   Заключение. ………………………………………………………………...12

5.    Использованная литература и другие источники информации….... 13

6.   Приложения (слайды презентации)

1. Введение.

     Актуальность выбранной мной темы.

  Не секрет, что для многих стран на нашей Зеленой планете в 21 веке вопрос изучения и освоения альтернативной энергии очень важен и актуален. Ведь обыкновенные источники энергии дороги, ресурсы производящие эту энергию не вечны. Экология многих стран очень страдает от электростанций, работающих на углеводородах (газ, уголь и т.п.). У атомных электростанций существует экологическая проблема с переработкой и захоронением радиоактивных отходов топлива /Приложение 2/.

  Большие надежды в мире возлагаются на так называемые альтернативные источники энергии, преимущество которых заключается в их возобновляемости и в том, что это экологически чистые источники энергии.

  Цель поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений.

      В школе я изучаю предмет «Окружающий мир», где рассматриваются  вопросы взаимоотношения человека и природы. Из энциклопедической литературы я узнал, что солнце является огромнейшим источником тепла и света. И его энергию можно использовать в различных направлениях на благо человека. Мне стало интересно, смогу ли я в домашних условиях сконструировать солнечную батарею. Для выяснения этого вопроса проведена практическая работа по сборке в домашних условиях работающей модели солнечной батареи.

         2.    Теоретическая часть.

   2.1 Цель и гипотеза моего проекта. /Приложение 3/

Целью моей работы было исследование доступного в домашних условиях способа преобразования солнечной энергии в электроэнергию и практическое выполнение этой работы через сборку солнечной батареи.

Задачи исследования:

- изучить литературу об альтернативных источниках энергии;

- изучить материалы, необходимые для создания макета солнечной батареи в домашних условиях;

- показать все плюсы и минусы использования солнечной энергии;

- выявить отношение аудитории к данной проблеме.

Предмет исследования:  солнечная батарея.

Для достижения цели проекта я использовал опыт ученых в этой области, а затем применил полученные знания с учетом доступных мне материалов и умений работы с инструментами.

Гипотеза:  я предполагаю, что в домашних условиях можно собрать и практически использовать экологически безопасную установку для получения электроэнергии.

       Далее мне предстояло продумать и спланировать свой эксперимент, затем – провести его, а потом – убедиться в том, права ли моя гипотеза и сделать выводы по теме моего проекта.

2.2 Методы исследования и планирование эксперимента.

Для того чтобы успешно решить все задачи моего проекта, я использовал следующие методы научного исследования:

1. Анализ и синтез, сравнение и обобщение. Этими методами я пользовался, проводя подбор информации и материалов по проекту.

2. Наблюдение
3. Практический

Планирование практической работы по выполнению проекта. 

Практическую часть работы по проекту я планировал провести в следующих этапах:

     1 этап – описание действующей солнечной батареи,

     2 этап – выбор метода сборки солнечной батареи,

     3 этап -  сборка солнечной батареи,

     4 этап – наблюдение за работой солнечной батареи. Итоги и выводы.

       2.3 Описание альтернативных источников энергии.

     Альтернативными (или возобновляемыми) источниками энергии называют источники энергии, позволяющие добывать энергию без использования традиционного ископаемого топлива (нефти, газа, угля и т.п.) /Приложение 4/.

      Все большую популярность в мире приобретают альтернативные источники энергии. Их преимущество заключается в возобновляемости энергетических ресурсов. К таким источникам можно отнести /Приложение 5/:

      энергию солнца,

      энергию ветра,

      энергию воды,

      глубинное тепло Земли.

Солнце.

Вокруг него крутится все: Солнце является излучающим центром нашей планетной системы и неустанным источником света и тепла для всего живого на Земле. Количество солнечной энергии, достигающей Земли, расположенной от него на расстоянии 150 млн. км, в десятки тысяч раз превосходит потребности людей. Энергетический потенциал Солнца не неисчерпаем, но на следующие 4 млрд. лет его должно хватить.

Фотоэлектрический генератор - устройство, непосредственно преобразующее энергию оптического излучения в электрическую на основе явления фотоэффекта.

Солнечный коллектор - это устройство для сбора, содержащейся в солнечном свете энергии. Традиционно так называют термический солнечный коллектор, который благодаря поглощенной солнечной энергии нагревает теплоноситель (воду, масло, смесь воды и антифриза). Солнечные коллекторы применяются для производства тепловой энергии, обогрева промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд. /Приложение 6/

Вода.

Вода занимает 71% поверхности нашей планеты. Теоретически в каждой ее капле содержится энергия. Сегодня примерно пятая часть мирового объема электроэнергии производится на ГЭС. В 66 странах таким образом производится уже до 50% этого вида энергии.

Движущая сила воды – один из старейших источников энергии. В Китае водяное колесо было известно еще за три века до нашей эры. Позднее во всем мире с помощью воды приводились в движение мельничные жернова, лесопилки или кузнечные молоты. Вот уже почти 100 лет водяные турбины с помощью генераторов производят, прежде всего, электроэнергию.

Сегодня рассматриваются новые возможности применения силы воды.

Малая гидроэнергетика может быть одним из наиболее экономически эффективных направлений получения электроэнергии. Малые гидроэлектростанции (ГЭС) имеют большой срок службы и низкие эксплуатационные расходы. Они не оказывают значительного воздействия  на окружающую среду (в отличие от традиционных ГЭС). /Приложение 7/.

Ветер.

В воздухе кое-что носится, например, энергия. И ею пользуются уже давно. Еще у древних египтян водокачки работали за счет ветра. Парусники пересекали океаны не одну сотню лет, используя его тихую силу. А сегодня мы все больше и больше преобразуем энергию ветра в электроэнергию. Наиболее постоянно ветер дует над морями и океанами - день за днем, ночь за ночью.

Ветрогенератор — устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию.

Современные ветрогенераторы являются наследниками ветряных мельниц, используемых уже достаточно давно. /Приложение 8/.

Земля

Геотермия - это использование гигантских запасов тепла в чреве Земли, которое может вырываться наружу в виде гейзеров, горячих источников. Оно имеется всегда и везде, в любое время года, независимо от климата.

/Приложение 9/.

2.4  Выбор альтернативного источника энергии для дома.

Электроэнергия – это один из важнейших источников питания для частного дома. Без электричества современный дом не считается благоустроенным и функциональным. Высоковольтные линии дотягиваются даже до самых отдаленных сел и поселков, снабжая их электричеством. Но все же, остаются места, куда коммуникации не проложены, а монтаж их обойдется в приличную сумму. В данной ситуации выручат альтернативные источники энергии. Они экологически безопасны, полностью автономны и финансово выгодны. Владелец собственного источника электрической энергии не зависит от плановых ремонтных работ, поломок и веерных отключений, которые оставляют без света целые поселки.

  Мы живем в богатом солнечном крае, в котором есть горячие источники, горные реки. На вершинах гор гуляет ветер. Поэтому в нашем городе Апшеронске доступны все рассмотренные виды альтернативных источников энергии, которые можно применить для частного дома.

  Солнечные батареи - один из самых эффективных способов обеспечения домов экологически безопасным видом энергии.

 Солнечная энергия может накапливаться в батареях и коллекторах даже в пасмурную погоду. Зима - не преграда для получения этого источника энергии. Ведь батареи собирают не сам солнечный свет, а определенные лучи. Речь идет об ультрафиолетовом излучении, которое всегда проникает в атмосферу даже через толщу туч. В зимнее время ультрафиолета, конечно, меньше, но его достаточно, чтобы обеспечить дом.

  Именно  поэтому для своей работы я выбрал солнечные батареи в качестве альтернативного источника получения электрической энергии.

        3. Практическая часть.  

        3.1 Подробное описание эксперимента.

Описание действующей модели солнечной батареи

Фотоэлектрический элемент состоит из двух слоев полупроводниковых материалов, в одном из которых имеется избыток отрицательно  заряженных электронов, а в другом — положительно заряженных «дырок». При попадании на такой элемент солнечного света электрон преодолевает P-N переход, за счет чего генерируется электрический ток. Этот эффект был открыт 169 лет назад, но и сегодня ученые и инженеры работают над усовершенствованием его применения. /Приложение 10/

Выбор метода сборки солнечной батареи

           В данной работе я хочу предложить метод сборки солнечной батареи из солнечных панелей, которые нужно соединить последовательно для увеличения напряжения. Папа помог мне посчитать, сколько панелей понадобится для того, чтобы могли засветиться диоды при подключении, и составить схему сборки /Приложение 11/.

           Обычно к солнечным батареям подсоединяют аккумулятор, но в данной работе для чистоты эксперимента аккумулятор будет отсутствовать.

          Можно будет пронаблюдать, как светятся диоды в зависимости от насыщенности солнечного света и померить напряжение в электрической цепи.

   Сборка солнечной батареи

    Прежде чем приступить к работе, мне пришлось научиться спаивать между собой провода /Приложение 12/ .

    Для сборки солнечной батареи мне понадобились материалы:

1. Солнечные панели – 9 штук,
2. Провода для соединения в одну цепь,
3. Клеммы,
4. Часть плиты от широкого подоконника (из обрезков) в качестве основания,
5. Саморезы.

     Для работы по сборке я использовал инструменты:

1. Паяльник,
2. Шуруповерт,
3. Кусачки.

Сначала я спаял солнечные панели между собой /Приложение 13/, потом прикрепил их к основанию /Приложение 14/. Затем прикрепил клеммы. После этого соединил все в одну цепь. Моя солнечная батарея готова /Приложение 15/.

  Наблюдение за работой солнечной батареи.

 Теперь пришло время проверить работу солнечной батареи. Сначала проверили работу батареи вольтметром. Вольтметр показал 26 вольт. Подсоединив к клеммам диоды, они ярко засветились /Приложение 16/.

 Солнечная батарея работает.

Наблюдения за солнечной батареей в разную погоду дали разные результаты, что свидетельствует о разном количестве вырабатываемого тока. Чем больше света попадает на солнечную батарею, тем большее количество тока она вырабатывает.

 Зависимость работы солнечной батареи от погодных условий представлена в таблице /Приложение 17/.

       Если к солнечной батарее подсоединить аккумулятор, то в дневное время энергия будет накапливаться, а в ночное ее можно использовать, допустим, в качестве освещения. А для того, чтобы полностью оснастить дом энергией от солнечных батарей, нужна сеть из последовательно соединенных солнечных батарей. Это получится маленькая солнечная электростанция.

3.2 Выводы.

В результате проведенной работы можно сделать вывод, что солнечную батарею может собрать своими руками, имея определенные навыки и необходимые материалы, даже ребенок.

В нашем солнечном крае солнечные батареи будут очень целесообразны для экологии, экономии природных ресурсов.

4. Заключение.

В результате проведенной работы получилась работающая солнечная батарея, которую можно использовать дома для зарядки мобильного телефона или фонарика.

          В дальнейшем, когда я немного подрасту, мы с папой, может быть, установим на крыше дома полноценные солнечные батареи, которые будут оснащать наш дом электрической энергией. /Приложение 18/

  5. Использованная литература и другие источники информации.

1. Солнечная энергия. http://www.ecomuseum.kz/dieret/solar/solar.html
2. Энергия будущего. http://www.slideshare.net

3. Солнечная энергия для нагрева воды и отопления. http://www.ppu21.ru
4. журнал "Deutschland, RU №2/2004
5. Яков Кузнецов,  http://electrik.info/
6. Electrik.info - электрика в квартире и доме своими руками ©
7. © Строительный портал STROYPORTAL 2011-2015. Статьи о ремонте, строительстве, стройматериалах
8. ЭлектроХобби © 2010-2013 electrohobby.ru
9. ЗАО "Технологический парк Могилев www.technopark.by
10.  Эко-журнал Зеленая Планета
11. /Хлопоты вокруг выхлопов // Экология и жизнь. – 2006. 
12.  Источники энергии Научно-технический энциклопедический словарьt
13.  Материал из Википедии — свободной энциклопедии https://ru.wikipedia.org