III Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
БЕЗОПАСНОЕ ТОПЛИВО БУДУЩЕГО.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Описание проблемы
Энергообеспечение в наши дни - основа нормального функционирования всей человеческой цивилизации. И самым востребованным видом энергии сегодня является электричество. Однако получение столь необходимой электроэнергии слишком дорого обходится человечеству. Для ее получения ежегодно сжигается такое количество угля, нефти и газа, которое природа сможет восполнить за 2 млн. лет. По прогнозам ученых оставшихся запасов этих ископаемых на планете осталось от силы на сотню лет. Что же потом? Ответ на этот вопрос заботит многих ученых и инженеров. И с каждым годом они все больше интересуются одним из самых мощных источников энергии, благодаря которому в течение миллионов лет существует сама жизнь на нашей планете. Этот источник – Солнце. Энергия Солнца огромна. И если бы человек смог взять у Солнца хотя бы один процент поступающей от него энергии, то энергетическая проблема не вставала бы перед человечеством еще многие столетия. Уже более полувека Солнце обеспечивает энергией космические аппараты на орбите. Экологически чистая и неиссякаемая энергия Солнца – это будущее и земной энергетики. Исходя из этого, у нас возникло желание познакомиться с принципом работы солнечных электростанций и устройством солнечных батарей. Изучив соответствующую литературу, мы решили сконструировать демонстрационный стенд, представляющий собой полностью работоспособную солнечную электростанцию с её основными элементами. На его примере мы хотим показать, из чего состоят и как функционируют установки для получения электричества, работающие с использованием энергии солнца.
Цель работы
Изготовить солнечную батарею, изучить принцип работы солнечной батареи, найти способы повышения эффективности её работы.
Задачи работы
-
Изучить устройство и принципы действия солнечной батареи;
-
Сделать солнечную батарею;
-
Получить исследовательские навыки при выполнении практической работы по изготовлению солнечной электростанции;
-
Содействовать воспитанию уважения к природным ресурсам, стремлению к их сохранению за счет использования готовых природных возобновляемых источников энергии.
Объект исследования
Источник солнечной электроэнергии – батарея из солнечных элементов на основе поликристаллического кремния.
Методы исследования
Работа с научной и научно-популярной литературой, Интернет-ресурсами, эксперимент.
Обзор литературы
В поисках новых источников энергии люди все чаще обращаются к солнечным батареям.
Сегодня цена на солнечную батарею не очень высокая и она окупается всего за пару лет, при том что срок их службы порядка 50 лет. При этом батареи могут без проблем обеспечить энергией загородный дом разной площади, в зависимости от мощности.
Использование солнечных батарей становится все более актуальным сегодня, когда запасы топлива постепенно заканчиваются. Нефти и газа становится все меньше, соответственно, цена на них растет. А со временем запасов не хватит большинству. Да и электричество дорожает с каждым днем.
Тогда как батареи позволяют получить необходимую энергию из постоянного и, что главное, абсолютно бесплатного источника - солнца.
Солнечные панели представляют собой несколько фотоэлементов, объединенных между собой. Они преобразуют солнечную энергию в постоянный электрический ток благодаря фотоэлектрическому эффекту.
В основе солнечной панели лежит кремниевый элемент. Именно из-за него стоимость на этот вид оборудования для получения энергии такая высокая. Так как цена кремния остается немалой.
Но есть и более экономичные варианты, с использованием селенидов меди, галлия, индия, полимерной пленки и т.д.
Солнечные батареи состоят не из одного элемента, а из нескольких сразу, так как одной панели бывает недостаточно, чтобы снабдить энергией целый дом. Поэтому несколько штук собирают в одну конструкцию.
Общая мощность солнечной батареи зависит от числа соединенных между собой элементов. Чем их больше — тем больше и энергии, которую можно получить и использовать для своего дома.
Рекомендуется использовать батареи не только для получения дополнительной энергии. Их использование выгодно не только для пользователей, но и для всей планеты в целом, так как экономятся природные ресурсы.
А самое главное это оборудование экологически чистое, не вредит окружающей среде.
Экспериментальная часть
Исходя из изученного нами материала, мы задались вопросом «Возможно ли собрать солнечную батарею собственными руками и самим проверить от чего зависит ее мощность»
Для этого мы использовали самые простые пленочные полимерные батареи.
Измерив напряжение и силу тока на одной из них мы получили значения 0,3 В и 0,1 мА соответственно.
Для увеличения этих показателей мы объединили несколько элементов в одну солнечную батарею.
При помощи паяльника, соединяя их параллельно друг другу, нам удалось собрать одну небольшую целостную солнечную батарею.
Далее мы решили проверить, как будут меняться показатели напряжения и силы тока при различных источниках освещения.
Так от солнечного света в помещения Вольтметр показал 1В, амперметр 0,5 мА.
От карманного фонарика напряжение 1,5В, сила тока 1мА
Больше всего показания подскочили от солнечного света на улице - напряжение 2,4В, сила тока 58 мА.
|
Источник света |
Напряжение, В |
Сила тока, мА |
|
Свет в помещении |
1 |
0,5 |
|
Фонарик |
1,5 |
1 |
|
Уличное освещение |
2,4 |
58 |
табл. 1
Вывод
Нам удалось собрать рабочую солнечную батарею, способную питать устройства мощностью 0,14 Вт.
Из проведенным опытов мы пришли к заключению, что мощность солнечной батареи напрямую зависит от ее размера (т.е. количества элементов) и от интенсивности солнечного света.
Солнечная батарейка хороша тем, что её можно использовать в любом месте, при её работе не образуются отходы. Для её работы не требуются дополнительных затрат. Недостатки ее в том, что она очень хрупкая и занимает много места.
Литература
-
Энергосберегающие технологии и источники альтернативной энергии [электронный ресурс http://www.solarbat.info], дата обращения 03.04.2017.
-
СуперОкс. Солнечная энергетика [электронный ресурс http://www.superox.ru], дата обращения 01.04.2017.
- М.В.Голицын, А.М.Голицын, Н.В.Пронина. «Альтернативные энергоносители» Изд. Наука, Москва, 2004 г.
- Л.М. Четошникова. «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии» Издательский центр ЮУрГУ, учебное пособие, 2010 г.
8