Солнечные батареи

Солнечные батареи

Автор: Симонов Егор Сергеевич

Новосибирск,  2018

Содержание

Введение

1. Принцип действия солнечных батарей.

2. Преимущества и недостатки солнечных батарей.

3. Использование солнечных батарей.

4. Практическая часть.

                Заключение

                Используемая литература

Введение

Без энергии жизнь человечества немыслима. Все мы привыкли использовать в качестве источников энергии органическое топливо – уголь, газ, нефть. Однако их запасы в природе, как известно, ограничены. И рано или поздно наступит день, когда они иссякнут. На вопрос «что делать в преддверии энергетического кризиса?» уже давно найден ответ: надо искать другие источники энергии – альтернативные, нетрадиционные, возобновляемые. Всевозможные гелиоустановки используют солнечное излучение как альтернативный источник энергии.

Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет  энергию и до земной поверхности доходит только часть. Эта энергия может использоваться в различных естественных и искусственных процессах.

Цель работы: изучить солнечные батареи как средство преобразования солнечной энергии в электрическую энергию.

Для достижения поставленной цели я определил следующие задачи:
1.Познакомиться с принципом действия солнечных батарей.
2.Изучить область применения солнечных батарей.
3.Провести эксперименты с солнечными батареями, проанализировать полученные данные.

Принцип действия солнечных батарей

        Солнечная батарея является полупроводниковым источником тока, непосредственно преобразующим энергию солнечного излучения в электрическую энергию. Действие солнечных элементов основано на использовании явления фотоэффекта. Фотоэффект ─  явление, при котором происходит увеличение под действием света электропроводности полупроводников. Полупроводник — это кристаллический материал, который проводит электрический ток  не столь хорошо, как металлы, но и не столь плохо, как большинство изоляторов. Это достигается под влиянием определенных факторов: изменения температуры вещества, освещения и др.

        Таким образом, солнечная батарея — объединение фотоэлементов — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.

Величина возможного тока отдаваемого батареей зависит от того, как включены солнечные элементы.  Комбинируя типы соединения элементов, собирают батарею с требуемыми параметрами. Солнечные батареи можно установить где угодно. Солнечный свет есть всегда, даже если на улице пасмурно, батареи все равно получают энергию, пусть и не в полную силу.

Преимущества и недостатки солнечных батарей

Преимущества:

• Общедоступность и неисчерпаемость источника энергии
• Экологическая безопасность
• Длительный срок службы
• Независимость  от цен на топливо
• Бесшумность
• Генерируемая энергия фактически является бесплатной (после того, как солнечная энергосистема окупится)
• Модульность

Недостатки:

• Высокая стоимость (= длительный срок окупаемости)
• Недостаточный КПД
• Зависимость от погодных условий
• Неприменимость для приборов, потребляющих большую мощность
• Использование дополнительного оборудования (аккумуляторов)
• Наличие ядовитых веществ в составе фотоэлементов (свинца, кадмия, галлия, мышьяка и т. д.) + применение токсичных веществ при их производстве → проблема утилизации

Использование солнечных батарей

        Областей применения солнечных батарей становится все больше с каждым днем.

К сожалению, линии электропередач, опутавшие большую часть нашей планеты, всё ещё не могут добраться в самые труднодоступные уголки, которые подключать к ресурсам электростанций оказывается дороже, чем установить солнечную батарею, преобразующую в электроэнергию обычный дневной свет.

        Устанавливать электростанцию на жидком или твердом топливе оказывается дороже и ущербнее для окружающей экологии, чем использовать солнечные батареи. Чаще всего ими укрывают крыши домов, так что в солнечный день они вырабатывают электричество, которого достаточно и для освещения и работы бытовых устройств. Солнечные батареи крупного размера широко используются в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней.

        Солнечные батареи  используют в быту  для обеспечения электричеством и/или подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники — калькуляторов, плееров, фонариков и т. п.

        Солнечные батареи оказались практически единственным источником электроэнергии за пределами Земли. Они работают долгое время без расхода каких-либо материалов, и в то же время являются экологически безопасными, в отличие от ядерных источников энергии.

        Солнечные батареи нашли применение и в наземном транспорте. На крыше автомобиля нового поколения располагаются солнечные батареи, от которых тот при внезапно закончившемся топливе сможет проехать ещё несколько километров. В 2014 году в Нидерландах открылась первая в мире велодорожка из солнечных батарей. В феврале 2017 года в нормандской деревне французским правительством была открыта дорога из солнечных батарей. Километровый участок дороги оборудован 2880 солнечными панелями.

        Солнечные батареи используют даже в медицине. Южнокорейские ученые разработали подкожную солнечную батарею. Миниатюрный источник энергии может быть вживлен под кожу человека с целью бесперебойного обеспечения работы приборов, имплантированных в тело, например, кардиостимулятора. Такая батарея в 15 раз тоньше волоса и может заряжаться, если даже на кожу наносится солнцезащитное средство.

Практическая часть

        I.  Экспериментальная установка.

        Вначале я разобрал светильники, которые работали на солнечных батареях. С помощью паяльника отпаял солнечные батареи, сохранив их параметры. Затем припаял держатель аккумулятора к крыше дома. Этот дом я собрал из конструктора. Чтобы проводить эксперимент нужно освещение. Напряжение на солнечной батарее и на аккумуляторе я измерял мультиметром.

        II. Естественное освещение большой интенсивности.

        Я измерил в течение 20 минут напряжение на солнечной батарее и на аккумуляторе. Чтобы проверить зависимость вырабатываемой солнечной  энергии от площади поверхности солнечной батареи, я уменьшил площадь пластины в 2 раза, закрыв половину поверхности батареи плотной тканью. Результаты измерений представил в таблице №1.

Таблица № 1

        На основании полученных результатов сделал выводы:

1.  При освещенности солнечная батарея вырабатывает энергию. Чем больше площадь солнечной батареи, тем больше энергии она вырабатывает.

2. Солнечная батарея вырабатывает энергию и перераспределяет ее в аккумулятор. Чем больше площадь солнечной батареи, тем быстрее накапливается энергия в аккумуляторе.

III. Естественное освещение малой интенсивности.

        Я повторил предыдущий эксперимент, но уменьшил  мощность светового потока. Результаты измерений представил в таблице № 2.

Таблица №2

        По результатам этого опыта могу сделать выводы:

1. При уменьшении интенсивности светового потока, уменьшается напряжение на солнечной батарее и, следовательно, она вырабатывает меньше солнечной энергии.

2.   При  уменьшении площади поверхности солнечной батареи в 2 раза на аккумуляторе накапливается меньше энергии. В течение 20 минут при слабом световом потоке аккумулятор, рассчитанный на максимальное напряжение 1,2 В, не может накопить максимальную энергию, на которую рассчитан.

Заключение

        В наше время тема развития альтернативных способов получения энергии как нельзя более актуальна. И одним из наиболее перспективных направлений является получение солнечной энергии. Люди получают от солнца количество энергии, превышающее необходимые ресурсы в десять раз. Нужно только взять это энергетическое богатство. Вот этот вопрос и является крайне актуальным для науки. Результатом многолетней работы ученых стало такое устройство как солнечная батарея.

Используемая литература

1. Альтернативные источники энергии [эл. ресурс]. URL: http://electrik.info/main/news/614-alternativnye-istochniki-energii.html
2. Как устроены и как работают солнечные батареи [эл. ресурс]. URL: http://www.youtube.com/watch?v=OWB0CKAQGAg
3. Онлайн – калькулятор [эл. ресурс].  URL: http://planetcalc.ru/320/
4. Преимущества и недостатки солнечных батарей [эл. ресурс].  URL: http://www.solarbat.info/solnechnie-batarei-i-moduli/preimushestva-i-nedostatki-solnechnix-batarei
5. Применение солнечных батарей [эл. ресурс]. URL: http://www.sun-battery.biz/stat/primenenie_solnechnyh_batarej.php
6. Солнечные батареи. Альтернативные источники энергии [эл. ресурс]. URL: http://sunbattery.net/index.php?page=main
7. Типы солнечных панелей [эл. ресурс]. URL: http://teplo.guru/eko/solnechnye-batarei-dlya-doma.html#tipy
8. Физическая энциклопедия [эл. ресурс]. URL: http://phys-encyclopedia.net/
9. Электронная библиотека «Наука и техника» [эл. ресурс]. URL: http://n-t.ru/tp/ie/ts.htm