Проект "Создание солнечной батареи и исследование ее свойств"
проект

Проект "Создание  солнечной батареи и исследование  ее  свойств"

Скачать:

ВложениеРазмер
Файл sozdanie_solnechnoy_batarei_i_issledovanie_ee_svoystv1.docx712.44 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Лицей им. Г.Ф. Атякшева»

Индивидуальный  проект

Создание  солнечных  батарей  и  исследование  ее  свойств

                                                                   Выполнил: Кулаев  Ринат Русланович

        Руководитель: Кадргулов Расиль                        

        Рафилович, учитель  физики

Город Югорск, 2022 год


Оглавление

Введение

2

Часть 1:  Солнечная  батарея  и  ее  устройство

3

1.1

Немного  о истории солнечной  батареи  и  ее  устройстве

3

1.2

Использование солнечной энергии

4

Часть 2: Изготовление    солнечных  батарей  на  фотоэлементах.

6

2.1

Изготовление  солнечной  батареи  на  диодах.

6

2.2

Изготовление  солнечной  батареи  на  транзисторах.

7

Часть 3: Исследование  возможностей  солнечных  батарей.

10

3.1

Исследование  зависимости напряжения и силы тока

от площади рабочей поверхности солнечной батареи.  

10

3.2

Исследование  зависимости напряжения и силы тока от расстояния до источника света.

10

3.3

Исследование   зависимости напряжения и силы тока солнечной  батареи от угла падения лучей.

11

3.4

Исследование  зависимости  КПД  от  плотности

потока  солнечного  излучения.

11

Заключение

13

Литература

15

Приложение

16


Введение

          Ежегодно человечество потребляет огромное количество электроэнергии, а именно 20,1 трлн кВт/ч.   Чаще всего, для получения электроэнергии используются ГЭС и АЭС, но это отрицательно сказывается на экологии. За последнее десятилетие появились альтернативные источники энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования и, как правило, низкого риска причинения вреда окружающей среде. Например, ветряные электростанции, которые питаются кинетической энергией ветра, геотермальные станции, которые питаются тепловой энергией горячих источников планеты, а также солнечные электростанции, питающиеся электромагнитными излучениями Солнца. Человечество вплотную подошло к решению мировых экологических проблем, путем внедрения альтернативных источников энергии.

           По сути, солнце даёт нам почти всё: свет, тепло, углеводороды, питание. Если использовать энергию солнца с КПД, близким к 1%, то можно забыть про парниковый эффект, АЭС и т. п.  Почему  же  тогда,  у  нас  в  Сибири  так  мало  используются  солнечные  батареи?  В  чем  причина?  Исходя из этого, я решил самостоятельно собрать солнечную батарею, чтобы доказать преимущество такого способа добычи энергии, и  исследовать  ее  свойства.

           Поэтому  целью  своей  работы я  выбрал: изготовить  солнечную  батарею и  исследовать  ее  возможности.

Гипотеза: Использование  солнечных  батарей  на  фотоэлементах  не  выгодно  у  нас  на  Севере из-за  погодных  условий.

Задачи,  которые  ставил  перед  собой:

  1. Узнать  об  устройстве  солнечных  батарей.
  2. Изготовить  солнечную батарею  из  имеющихся  материалов.
  3. Исследовать  ее  возможности  по  сравнению  с  готовой (заводской)  батареей.
  • рассчитать  ее  мощность  и  КПД;
  • исследовать  зависимость  силы  тока  от  площади  батареи,  угла  падения  солнечного  света.
  1. Сделать  выводы.

          Методы,  которые  я  использовал:

  • Эмпирические:  наблюдение,  эксперимент, определение рейтинга;
  • Теоретические:  сравнение,  анализ, синтез,  моделирование, обобщение, систематизация.

           Литературы  по  данной  теме не мало,  но  найти  реальные  способы  изготовления  солнечных  батарей оказалось  совсем  не  просто.  Кроме  этого,  в  продаже  нет  полупроводниковых  элементов,  поэтому  разбирали  разные  полупроводниковые  бытовые  приборы.

Часть 1:  Солнечная  батарея  и  ее  устройство

  1. Немного  о истории солнечной  батареи  и  ее  устройстве

          Еще в древности люди  задумывались о возможностях применения солнечной энергии. По легенде, великий греческий ученый Архимед для обороны родных Сиракуз, атакованных с моря галерами римского полководца Марцелла, сжег неприятельский флот с помощью системы зажигательных зеркал. Известно, что около 3000 лет назад султанский дворец в Турции отапливался водой, нагретой солнечной энергией. Однако настоящий "солнечный бум" начался в XVIII столетии. Человек с самых древних времён учился пользоваться дарами Солнца. Большой шаг к использованию энергии солнца был сделан с созданием солнечной батареи.

        Начальной точкой развития солнечных батарей является 1839 год, когда был открыт фотогальванический эффект. Это открытие было сделано Александром Эдмоном Беккерелем. Через 44 года после открытия Беккереля, в 1883 году, Фриттс  сконструировал первый модуль с использованием солнечной энергии. Исследователь пришёл к выводу, что его модуль лишь минимально (не более одного процента) может преобразовывать солнечную энергию в электричество. В течение последующих десятилетий это направление научных исследований развивалось.

          Солнечная батарея – несколько соединённых фотоэлектрических преобразователей – полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.

           25 апреля 1954 года, специалисты компании Bell Laboratories заявили о создании первых солнечных батарей на основе кремния для получения электрического тока. Это открытие было сделано тремя сотрудниками компании – Кельвином Соулзером Фуллером, Дэрилом Чапин и Джеральдом Пирсоном. Уже через 4 месяца, 17 марта 1958 года, в США был запущен первый спутник с солнечными батареями.

           В наше время практически каждый может собрать независимый источник энергии на солнечных батареях. Распространены два типа фотоэлектрических преобразователей: сделанные из монокристаллического и поликристаллического кремния. Они отличаются технологией производства. Первые имеют КПД до 17,5%, а вторые – 15%. Наиболее важным техническим параметром солнечной батареи является её полезная мощность. Она определяется напряжением и выходным током. Эти параметры зависят от интенсивности солнечного света, попадающего на батарею.

           Солнечная батарея обычно состоит из кристалла кремния р-типа, покрытого кристаллом n-типа. Световое излучение вызывает высвобождение электронов и создает разность потенциалов, так что ток может течь между электродами, присоединёнными к этим двум кристаллам. Все волны, длиной короче одного микрометра, могут вырабатывать электроэнергию. Солнечные батареи преобразуют в полезную энергию более 10% солнечного света. Панели из нескольких тысяч батарей могут вырабатывать энергию мощностью несколько сотен ватт.

Фотоэлектрическая солнечная батарея состоит из нескольких фотоэлектрических солнечных модулей, электрически и механически соединённых друг с другом. Фотоэлектрический солнечный модуль – устройство, конструктивно объединяющее электрически соединённые между собой фотоэлектрические солнечные элементы и имеющее выходные клеммы для подключения внешнего потребителя  (Приложение 1, рис.1). Фотоэлектрический элемент состоит из двух слоёв полупроводникового материала: один с незначительной примесью, которая придаёт ему свойства проводника отрицательных зарядов (область n), второй также с примесью, но она превращает его в проводник положительных зарядов (область р). Когда на солнечный элемент попадает солнечный свет, материал солнечного элемента поглощает часть солнечного света (фотоны). Каждый фотон имеет малое количество энергии. Когда фотон поглощается, он инициирует процесс освобождения электрона в солнечном элементе. Вследствие того, что обе стороны фотоэлектрического элемента имеют токоотводы, в цепи возникает ток, когда фотон поглощается. Солнечный элемент генерирует электричество, которое может быть использовано сразу или сохранено в аккумуляторной батарее.

1.2   Использование солнечной энергии

          Земля каждый день получает от Солнца в тысячу раз больше энергии, чем её вырабатывается всеми электростанциями мира. Задача состоит в том, чтобы научиться практически использовать хотя бы ее небольшое количество. Нельзя утверждать, что широкомасштабное использование солнечной энергии не будет иметь никаких последствий для окружающей среды, но все же они будут несравненно меньшими, чем в традиционной энергетике.

         Также в странах, где электрическая энергия стоит дорого и достаточное количество солнечных дней в году, хозяева частных домов и владельцы офисов устанавливают солнечные батареи на крышах зданий и используют солнечное электричество без ущерба для собственного бюджета. Солнце заменяет 40-60% всех затрат на другие энергоносители. Иногда солнечного электричества полностью хватает на нужды дома и даже вырабатывается больше необходимого. Тогда хозяева продают его сервисным компаниям, пополняя свой семейный бюджет и окупая установку солнечных батарей. В Германии правительство покупает солнечное электричество, произведенное днем у частных лиц, а вечером продает его обратно по более низкой цене.

В наше время использование солнечного электричества уже широко распространено. В отдаленных местах, куда дотянуть кабель от электростанций стоит очень дорого, используют солнечную энергию. Это отдаленные фермерские хозяйства, отдельно стоящие обитаемые острова, морские и космические станции. На данный момент примерно 7 миллионов домов по всему миру оборудованы солнечными батареями.  (Приложение 1, рисунок 2).

Основными странами-потребителями солнечной энергии являются Китай Германия, США, Швейцария.


Часть 2: Изготовление    солнечных  батарей  на  фотоэлементах.

          В Интернете  предложено для  изготовления  несколько видов  солнечных  батарей  на  фотоэлементах. Фотоэлементы – это  полупроводниковые  приборы  (диоды, транзисторы), основой  которых  является  p-n- переход (Приложение 1, рисунок 3).

2.1 Изготовление  солнечной  батареи  на  диодах.

         В основе всего лежит тот факт, что под действием солнечных лучей диод вырабатывает напряжение. Именно это знание и послужило толчком к тому, что на свет родилась идея изготовления солнечных модулей из диодов. Но проблема в том, что величина вырабатываемого напряжение крайне мала, поэтому для получения более или менее мощной батареи понадобится неограниченное количество диодов.

         Диод – это кристалл, заключенный в пластиковый корпус, который выступает в роли линзы, концентрирующей солнечный свет на небольшом проводнике. Имеет  один  p-n-переход.  Сначала лучше избавиться от корпуса  диода, если  он  непрозрачный. Диоды  в  прозрачном  корпусе  я достал  из  обыкновенных  потолочных  светодиодных ламп.  В качестве платы можно использовать обычный картон, в котором делаются небольшие отверстия,  в  которые  вставляются  «ножки – проводники» диодов  и  спаиваются  между  собой  в  нужной  последовательности (Приложение 1, рисунок 4).  

        Способов  соединения  элементов в батарее  несколько – параллельное, последовательное  и  смешанное. При параллельном соединении диодов суммируется их сила тока, а при последовательном – напряжение. Наибольший эффект дает сочетание обоих этих видов. Кроме того, при таком способе соединения выход из строя одного из солнечных элементов не приводит выходу из строя всей цепочки, т.е. повышает надежность работы всей батареи.

        Таким образом, солнечная батарея состоит из параллельно-последовательно соединенных солнечных элементов. Величина максимально возможного тока отдаваемого батареей прямо пропорциональна числу параллельно включенных,  а электродвижущая сила - последовательно включенных солнечных элементов. Так, комбинируя типы соединения, собирают батарею с требуемыми параметрами. Оказывается, что фотоэлементы могут работать от любого источника света, не только от солнечного. Батареи укладывают на стол, подключают клеммы и подают свет. Если напряжение есть, значит, цепочка из пластин собрана правильно. Осталось поместить солнечные элементы в герметичную пленку и положить под стекло, пропускающее ультрафиолет.      

          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.

Получаемая электрическая энергия накапливается в аккумуляторах, а затем отдается в нагрузку.

         Аккумуляторы – химические источники тока. Заряд аккумулятора происходит тогда, когда к нему приложен потенциал, который больше напряжения аккумулятора. Число последовательно и параллельно соединенных солнечных элементов должно быть таким, чтобы рабочее напряжение, подводимое к аккумуляторам с учетом падения напряжения в зарядной цепи, немного превышало напряжение аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи обеспечивал требуемую величину зарядного тока. Например, для зарядки свинцовой аккумуляторной батареи 12 В необходимо иметь солнечную батарею состоящую из 36 элементов. При слабом солнечном свете заряд аккумуляторной батареи, уменьшается и батарея отдает электрическую энергию электроприемнику, т.е. аккумуляторные батареи постоянно работают в режиме разрядки и подзарядки.

          После  сборки солнечной батареи из светодиодов  проверяем ее показатели. Чем большее количество диодов  используем, тем большее напряжение будет выдавать  солнечная батарея, при этом 100 диодов выдали нам ток всего в 0,3 мА, и стоило ради этого столько возиться?! Если сравнить самодельную батарею  с заводской, мы получим крайне неутешительные результаты. Площадь в 7 раз больше, стоимость в 3 раза, а мощность на выходе в 8 раз меньше.  В теории напряжение должно возрастать пропорционально количеству используемых светодиодов, но на практике все совсем не так. Соединяя последовательно несколько светодиодов в надежде поднять напряжение, ничего не получится из-за внутреннего сопротивления такого источника тока, которое нарастает с каждым дополнительным элементом.  Тоже касается и параллельного соединения - когда увеличивая количество диодов, вы просто будете уменьшать сопротивление в цепи генерирующих элементов и терять ток (Приложение 1, Таблица 1). Еще одна проблема – самопроизвольное свечение. Некоторая часть светодиодов будет генерировать электроэнергию, а другая наглым образом ее потреблять. И устранить этот недостаток невозможно. Ну и 3-я проблема – выработка энергии диодами возможна лишь под прямыми солнечными лучами, небольшое облачко на небе – и напряжение на выходе равно нулю. Тем более, чем больше количество, тем большая площадь потребуется для их размещения, а значит, возрастут потери при их соединении.

          Вывод напрашивается сам собой: идея изготовления солнечной батареи из доступных диодов с самого начала обречена на провал. Выгоднее переплатить и приобрести заводской модуль, чем изготовить его своими руками.  (Приложение 1, таблица 1).

2.2  Изготовление  солнечной  батареи  на  транзисторах.

          Самодельная солнечная батарея, которая  также  будет генерировать электрическую энергию, делается из полупроводниковых транзисторных элементов. Для этих целей хорошо подойдут биполярные транзисторы и, в частности, советского производства. Для изготовления солнечной батареи своими руками лучше всего использовать транзисторы серии КТ (кремневые транзисторы).  Транзисторы  отличаются  от  диодов   количеством  p-n- переходов.  В  транзисторе  их  два, а  «ножек – выводов» - три.

         Данные радиокомпоненты можно брать от старых телевизоров, радиоприёмников, а также от других радиоэлектронных устройств, которые уже отслужили свой срок и являются частично неработающими. Необходимо выпаять транзисторы оттуда с помощью электрического паяльника. Далее, чтобы получить полноценный фотоэлемент, корпус транзистора (верхнюю часть) необходимо  отпилить или сточить. Это можно сделать при помощи надфиля или ножовки по металлу. Делать это необходимо очень аккуратно, чтобы не повредить полупроводниковый элемент внутри.

           Таким образом необходимо подготовить несколько полупроводниковых транзисторов для их дальнейшего электромонтажа в последовательную электрическую цепь. Чтобы дополнительно увеличить силу отдаваемого тока этой солнечной батареи, можно скомпоновать транзисторы попарно. Своими руками монтаж можно сделать как навесным монтажом, так и на платах из фольгированного текстолита или гетинакса – метод печатного радиомонтажа.

        Транзисторы  у  меня  разные,  из  старых  радиоприемников. У  всех  спилил  корпус  и  отсортировал  по  напряжению (так  легче  их  объединять  в  группы).  Для  повышения  напряжения  транзисторы  соединяют  последовательно, а ток  можно  увеличить  параллельным  соединением.  В итоге,  для  солнечной  батареи  на  транзисторах  также  использовал   смешанное  соединение (Приложение 1, рисунок 3). В  каждой группе элементов одного напряжения база одного транзистора припаивается к коллектору или эмиттеру следующего транзистора. И в таком порядке собирается вся солнечная батарея. Полученную конструкцию со стороны фотоэлементов желательно прикрыть прозрачным элементом (стекло, прозрачный пластик, обычное оконное стекло). Это необходимо для прикрытия фотоэлементов от попадания на них пыли и воды, а также от возможных механических повреждений в процессе эксплуатации. Кроме  того,  транзисторы  крупнее  диодов, т.е. батарея  по  размеру  будет  больше.  Элементы  нагреваются  при  работе  и  их  эффективность  падает,  поэтому  нужно  крепить  их  на некотором  расстоянии  на  пластине  (для  естественного  охлаждения),  что  также  увеличивает  размер  батареи.

           Сами транзисторы со срезанной верхней частью корпуса, крепятся на диэлектрической пластине (пластик), и в последующем производится пайка выводов транзисторов согласно электрической схеме. Данная самодельная,   солнечная батарея довольно быстро изготавливается при наличии всех необходимых компонентов и инструментов под рукой.

          У транзисторов со срезанным верхом производят замер тестером по выводам, с каких выводов (база, эмиттер и коллектор) получается выход большего напряжения. Замер производится меду базой и эмиттером или коллектором. После этого производится установка на пластиковую пластину всех полупроводниковых транзисторов, и все выводы припаиваются по установленной радиоэлектронной схеме. База одного транзистора припаивается к коллектору или эмиттеру следующего транзистора. И в таком порядке собирается вся солнечная батарея. Полученную конструкцию со стороны фотоэлементов желательно прикрыть прозрачным элементом (прозрачный пластик, обычное оконное стекло). Это необходимо для прикрытия фотоэлементов от попадания на них пыли и воды, а также от возможных механических повреждений в процессе эксплуатации.

       Полученная таким образом солнечная батарея не обеспечит дом или квартиру электроэнергией ввиду низкого КПД (коэффициент полезного действия). (Приложение 1, таблица 2).


Часть 3: Исследование  возможностей  солнечных  батарей.

           Для  исследования  возможностей собранной  солнечной  батареи,  для сравнения  я  приобрел  готовую  заводскую  солнечную  батарею.  

3.1 Исследование  зависимости напряжения и силы тока

от площади рабочей поверхности солнечной батареи.  

           Оборудование: солнечная батарея, амперметр, вольтметр, непрозрачная для солнечных лучей диафрагма, источник прямых лучей (солнце). Использовал  (только !)  заводскую  батарею.

С помощью вольтметра и амперметра я измерил напряжение и силу тока при прямых солнечных лучах. Затем, накрывал некоторую часть солнечной батареи и повторял опыт.

Батареи имеют  прямоугольную  форму,  поэтому  рассчитать  площадь  труда  не  составит.

Результаты опытов представлены  в  таблице:

S, часть

0,75S

0,(6)S

0,5S

0,25S

S

U, В

1,8

1,7

1,5

1

32

I, мА

24

20

15

5

35

 Вывод: Чем больше площадь поверхности фотоэлемента, на которую падает солнечный свет, тем больше напряжение и сила тока.

3.2 Исследование  зависимости напряжения и силы тока от расстояния до источника света.

         Оборудование: солнечная батарея  (заводская), амперметр, вольтметр, источник прямых лучей (фонарь), штатив с муфтой и лапкой.

На некоторой высоте крепился фонарь и с помощью вольтметра и амперметра я измерил напряжение и силу тока. Затем я менял высоту  источника  света и повторял опыт.

Результаты опытов:

h, см

5

10

15

20

25

U, В

1,1

0,9

0,8

0,7

0,6

I, мА

2,5

2,25

2,1

2

1,9

Вывод: Чем ближе источник света к поверхности пластины, на которую падает солнечный свет, тем больше напряжение и сила тока.

3.3 Исследование   зависимости напряжения и силы тока солнечной

батареи от угла падения лучей.

          Оборудование: солнечная батарея  (заводская), амперметр, вольтметр, источник прямых лучей (фонарь), транспортир, штатив с муфтой и лапкой.

На некоторой высоте крепился фонарь и с помощью вольтметра и амперметра я измерил напряжение и силу тока. Затем я менял угол наклона пластины фотоэлемента  и повторял опыт.

Результаты опытов:

Угол наклона фотоэлемента

20°

45°

70°

90°

U, В

1,1

1,1

1,1

1

1

I, мА

2,5

2,4

1,5

1,4

1,25

Вывод: Чем больше угол наклона пластины, от прямого попадания солнечных лучей, тем меньше напряжение и сила тока. Самый большой ток возникает при падении луча под углом 900 на фотоэлемент.  Опираясь на проведенное исследование, можно сделать вывод, что имеет смысл создание установки, позволяющей снизить влияние внешних факторов (наклона и освещенности) на солнечную батарею. Планируемая установка, на которую будет крепиться солнечная батарея, должна вращаться по двум осям, чтобы максимально долгое время в течение светового дня поворачивать батарею за солнцем, стараясь удерживать угол падения солнечных лучей на нее близким к 90 градусам.

3.4 Исследование  зависимости  КПД  от  плотности

потока  солнечного  излучения.

            Коэффициент полезного действия (КПД) — это отношение количества полезной энергии, полученной от какого-либо ее преобразователя, к количеству подводимой к нему энергии. КПД солнечной батареи  — это отношение количества энергии, выдаваемой источником света, к количеству энергии выработанной батареей.

        Как уже было сказано при описании различных типов батарей, средний КПД у них достаточно низкий. Это связано с тем, что батареи способны эффективно поглощать и перерабатывать только определенные участки спектра, начиная с некоторой энергии. Для самых распространенных кремниевых солнечных батарей, как уже было сказано, эта величина не достигает 30 процентов.

         Выясним зависимость КПД от плотности потока солнечного излучения.

Для  этого  используем  следующее  оборудование:  солнечные батареи  (заводская, на  диодах  и  транзисторах), амперметр, вольтметр, солнечные лучи.  

С помощью вольтметра и амперметра измерим напряжение и силу тока при прямых солнечных лучах и рассеянном свете. Затем, по формуле P=U·I, вычислим мощность батареи. Если КПД=(Ап/Аз)·100%, а A=P·t, то КПД=(Pп/Pз)·100% (tп=tз)

         Результаты опытов:

  • КПД  заводской  солнечной  батареи при рассеянном свете: I=0,7мА, U= 1В. КПД= 2%. Прямые солнечные лучи: I=334мА, U=12В,  КПД= 7%
  • КПД батареи  на  диодах  при  прямых  солнечных  лучах: I=0,002 мА, U=0,38 В, КПД=0,001%.
  • КПД  батареи на  транзисторах  при  прямых  солнечных  лучах: I=0,001мА, U=0,14 В, КПД=0,0002%.

Вывод: чем концентрирование поток солнечных лучей, тем больше КПД солнечной батареи.  Рассеянный  свет  дает  низкий  КПД.

                                 


Заключение

          Все  знают, что в мире сокращается запас природных ископаемых для производства электричества. В поисках альтернативных источников энергии человечество давно обратило свой интерес к Солнцу. Ежедневно Земля получает огромное количество солнечной энергии — 173000 Тераватта. Это в 10000 раз больше всей электроэнергии, потребляемой населением планеты. Но для сбора  солнечной энергии и ее преобразования нужно специальное оборудование,  одна  из  необходимых  частей  которого – солнечная  батарея. Работая  над  проектом, я  хотел  понять  почему  же  у  нас, на  Севере, так  мало  их  используют?

         В  результате  своей  работы  могу  выделить  следующие  достоинства и  недостатки  солнечных  батарей:  

Достоинства: 

  • Общедоступность и неисчерпаемость источника энергии
  • Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить характеристику отражающей способности земной поверхности и привести к изменению климата
  • Экологическая безопасность
  • Длительный срок службы  (от  5  до  15  лет)
  • Независимость от цен на топливо
  • Бесшумность
  • Генерируемая энергия фактически является бесплатной (после того, как солнечная энергосистема окупится)
  • Модульность  (если  часть  батареи  будет  повреждена,  то  не  нужно  менять  всю  батарею,  достаточно  заменить  только некоторый  кусок)

Недостатки:

  • Зависимость от погоды и времени суток  (особенно  у  нас, на  Севере).
  • Сезонность в средних широтах и несовпадение периодов выработки энергии и потребности в ней. Не рентабельность в высоких широтах.
  • Необходимость аккумуляции энергии.
  • При промышленном производстве – необходимость дублирования солнечных ЭС маневренными ЭС сопоставимой мощности  (Неприменимость для приборов, потребляющих большую мощность).
  • Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (индий, теллур).
  • Недостаточный КПД.
  • Необходимость периодической очистки отражающих/поглощающих поверхностей от загрязнения.
  • Наличие ядовитых веществ в составе фотоэлементов (свинца, кадмия, галлия, мышьяка и т. д.), а  также - применение токсичных веществ при их производстве
  • Проблема утилизации  солнечных  батарей,  аккумуляторов  с  ними  связанными.

       В  своей  работе  я  также  выяснил, от чего зависят характеристики тока солнечной батареи,  измерил коэффициент полезного действия солнечных батарей. Для этого я изучил солнечные батареи как средство преобразования солнечной энергии в электрическую, изготовил  две батареи на фотоэлементах  исследовал  их  возможности, измерил  КПД,  и могу  сделать  следующие  выводы:

  • Батареей можно пользоваться как на улице, так и в помещении, но лучше всего она работает в ясный день, под прямыми лучами солнца.
  • Мощность солнечной батареи увеличивается или уменьшается  в зависимости от источника света, его яркости, погодных условий, угла падения солнечных лучей, поэтому  использовать  ее в  быту в  нашей  местности  не целесообразно.
  • Недостатки ее в том, что она очень хрупкая и для получения тока, необходимой для работы бытовых и промышленных приборов мощности, рабочая площадь фотоэлементов занимает много места.
  • В ходе экспериментов подтвердилась моя гипотеза о том, что в фотоэлементах используется очень маленькая часть мощности солнечного излучения,  поэтому  использовать  диоды  для  создания  солнечных  батарей – нет  смысла.  А  транзисторов  нужно  много  для  создания  «полноценной»  батареи,  при  этом  размер  батареи  будет  -  существенным  недостатком.  

      Солнечные батареи могут использоваться во многих отраслях производства, не нанося значительного вреда экологии. Конечно  солнечные батареи не столь мощны, как работающие на топливе, но наука не стоит на месте, и я надеюсь, что со временем  все  изменится. Конечно, этот источник энергии имеет недостатки, но их можно устранить путем усовершенствования конструкции, при условии достаточного финансирования и с учетом погодных условий каждой страны.


Литература

1. Ершов А.А., Умаров Г.Я., Солнечная энергетика, М.: Знание,

2. Кашкаров А.П. Ветрогенераторы «Солнечные батареи и другие полезные инструкции». Изд.ДМК Пресс,

3. Тимошкин С. Е. Солнечная энергетика и солнечные батареи. М.: Знание

4.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%B5

%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B1%D0%B0%D1%82%D0%B0

%D1%80%D0%B5%D1%8F

5.https://pandia.ru/text/78/409/11176.php

6.http://mfina.ru/skolko-stoit-solnechnaya-batareya-dlya-chastnogo-doma/

7. https://motocarrello.ru/jelektrotehnologii/solnechnye-batarei/1879-solnechnye-

batarei-nochju.html/

8. https://www.gismeteo.ru/catalog/russia/nizhny-novgorod-oblast/

9. https://pandia.ru/text/78/409/11176.php

10. http://mfina.ru/skolko-stoit-solnechnaya-batareya-dlya-chastnogo-doma/


Рисунок 1

Приложение 1

               Рисунок 2:  Процесс преобразования солнечной энергии в электроэнергию.http://www4.picturepush.com/photo/a/11741402/img/Anonymous/solar-home.jpg

Рисунок 3: Принцип действия солнечной фотоэлектрической батареи.

http://alliance-neva.ru/common/htdocs/upload/import/pvprinciple.jpg

Рисунок  4:  Батарея  на  диодах.

Диоды + картонка = солнечная батарея

http://altenergiya.ru/wp-content/uploads/2019/09/631f3919f53f3bdf39a33bcc720f35cc.jpg

Рисунок 5: Солнечная  батарея  на  транзисторах

Таблица 1: Последовательное  соединение  диодов

U напряжение

U общее

I общее, мА (измеряется  при  нагрузке)

1 светодиод

0,38

0,002

2 светодиод

0,45

0,44

0,002

3 светодиод

0,35

0,41

0,002

4 светодиод

0,10

0,38

0,002

           

Таблица 2:  Опыт с тремя транзисторами  (Последовательное соединение)  

U напряжение

U общее

I общее, мА

(измеряется  при нагрузке)

1 тр

0,11

0,001

2 тр

0,11

0,22

0,001

3 тр

0,07

0,14

0,001

Таблица 2:  Сравнение  данных  солнечных  батарей.

Вид  батареи

Способ  соединения

Количество  используемых  элементов, шт

I, мА

U, В

Рпол,  Вт

КПД, %

1

Заводская

Смешанный

4  панели

334

12

4

7

2

На диодах

Смешанный

3

0,002

0,38

0,76 *10-6

0,001

3

На транзисторах

Смешанный

3

0,001

0,14

0,14*10-6

0,0002


По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Свойства карбоновых кислот на примере уксусной кислоты. Лабораторная работа по химии.

Разработка лабораторной работы по теме: Свойства корбоновых кислот на примере уксусной кислоты.в разработку включены цель и задачи лабораторной работы и практический материал для проведения лабораторн...

Презентация "Свойства алгоритмов"

В презентации рассматриваются основные свойства алгоритмов - дискретность, понятность, точность, результативность, массовость...

Применение свойств модуля при решении задач и построении графиков функции.

ВведениеСущественной характеристикой числа, как в действительной, так и в комплексной области, является понятие его абсолютной величины или модуля.Это понятие имеет широкое распространение в раз...

Конспект коррекционно-развивающего занятия по ознакомлению с окружающим миром "Свойства воды"

Конспект предназначен  для воспитателей и рекомендован для проведения занятия в виде лабораторных опытов для ознакомления со свойствами воды детей с патологией в развитии....

«Физика на кухне» Урок повторения и обобщения знаний по теме «Свойства паров, жидкостей и твёрдых тел»

Обобщающий урок по теме: «Свойства паров, жидкостей и твёрдых тел» проводится для будущих поваров-кондитеров в форме физического турнира. Турнир называется «Физика на кухне». Цель урока –...

Тест по информатике. Тема « Алгоритмы и их свойства»

В этой работе мой ученик предлагает тест для самопроверки по теме " Алгоритмы"....

«Свойства строительных материалов, их физические свойства. Стандартизация материалов»

Урок изучения новых знаний разработан для лиц с ограничеными возможностями здоровья и направлен для обобщения  и систематизации знаний о связи состава, строения и свойств строительных матер...