Hvordan man bygger et model solhus til et barns projekt

Solenergi er en del af et 21. århundredes bølge af "rene" eller "grønne" energikilder, det vil sige dem der ikke udsender produkter fra kulforbrænding i miljøet i betydelige mængder eller ved alle. Disse energikilder kaldes også vedvarende energi, selvom dette kan være forvirrende, fordi kernekraft, selvom den er "ren", ikke teknisk stammer fra en vedvarende energikilde.

Solenergi, vindkraft og en øget vægt på geotermisk energi og vandkraft er alle en del af en overvejende samlet verdensomspændende indsats for at reducere udledningen af ​​drivhusgasser såsom kuldioxid (CO₂) og dermed reducere den forventede virkning af klimaændringer på den globale civilisation inden slutningen af ​​århundredet.

En god idé til et børns videnskabelige projekt er at demonstrere den praktiske anvendelse af vedvarende energi ved hjælp af en ægte eller model solhus, eller ved at vise en klasse en af ​​arbejdskomponenterne i et solopsamlingsnet.

Årsagen til panelerne på et solhus er at generere strøm, normalt til både elektricitet og varmt vand. Denne magt kommer på en eller anden måde fra solen. Men hvordan, nøjagtigt?

Strøm i fysik er energi pr. tidsenhedeller tilsvarende arbejde pr. tidsenhed. Energi vises i fysik i mange former, herunder termisk, tyngdepotentiale, kinetisk, elektrisk og lyd; standardenheden er joule (J), ofte udtrykt ækvivalent som newtonmeter (N (m). Andre enheder er kalorier, ergs og britiske termiske enheder (Btu).

Når energi bruges til at udføre arbejde, såsom strømforsyning til en elektrisk generator eller aktivering af varmepuler fra en varmtvandsproducent og reservoir, kaldes den hastighed, hvormed dette arbejde udføres, magt. Standardenheden er watt (W) eller J / s. 745,7 W = 1 hestekræfter (hk).

• Når du betaler din regning, har du måske bemærket, at forbrugsenhederne måles i kilowatt-timer (kW⋅hr). Denne ukonventionelle enhed ligner magt, men da den har magtenheder ganget med tid, er den faktisk energi.

Når du kører all-out så længe du kan, hvilket er cirka et minut, er du i stand (afhængigt af din masse) ved at generere ca. 800 W effekt eller tæt på 1 hk - god nok til at holde en mellemstor mikrobølgeovn går. Men for langvarige former for menneskelig træning, såsom at gå eller cykle, er en produktion på 250 til 400 mere typisk.

Solenergi er den mest rigelige og forureningsfri energikilde, der er tilgængelig, og er faktisk den ultimative energikilde for alle biologiske processer på jorden. Dens primære anvendelser er til at generere elektricitet, generere varme eller begge dele. Solenergi har ikke kun anvendelser i hjemmet, men også i et stigende antal kommercielle og industrielle omgivelser.

Der er tre grundlæggende måder at fange solenergi på: solvarme og køling (SHC) applikationer, koncentrere solenergi (CSP) applikationer og solceller (PV) celler. De to førstnævnte bruges hovedsageligt til at generere varme i industrielle eller større indstillinger, mens PV-celler er hovedelementerne i karakteristiske arrays, du ser på taget af et solhus eller nogle gange i felter ved siden af ​​steder, der bruger solenergi.

Et solpanel udsat for direkte sollys kan generere op til 1.000 w / m². Den samlede genererede mængde strøm er en funktion af antallet af solceller og eksponeringstid såvel som indfaldsvinklen for solens stråler, som i gennemsnit er mere direkte på breddegrader tættere på jordens ækvator.

Solceller kan let identificeres som dele af solpaneler, men de findes også i miniature i soldrevne regnemaskiner og andre bærbare enheder. De gør brug af fotoelektrisk effekt, hvilket er fotons ("pakke" af lys) evne til at banke elektroner fri for de atomer, som de hører til. Den efterfølgende strøm af disse ladede og strømforsynede elektroner kan bruges til at generere elektricitet til øjeblikkelig brug eller opbevaring.

Elementet silicium egner sig til PV-celler, fordi det kan fås til at fungere som en isolator, som er en dårlig leder af elektricitet, eller det kan fås til at fungere som en leder afhængigt af de ingeniørers behov, der arbejder med det. Dette gør silicium til en halvleder og dermed en kritisk komponent i moderne PV-celler.

Vigtigere er, at elektrisk strøm (strøm af elektroner) skabt af solenergi og solceller er jævnstrøm (DC). Dette er i modsætning til vekselstrøm (AC), der løber ind i de fleste moderne hjem. Således kaldes en enhed en inverter er tilgængelig for solhusejere eller lærere, der søger at vise eleverne, hvordan solhuse fungerer.

Det giver ingen mening at oprette et solhus, hvis du ikke indstiller hele huset for at maksimere energieffektivitet, da solenergi kan være svært at komme til hele tiden, selv i solrige klimaer. Det er klart, at geografi er vigtig. Studerende kan vise, hvordan vinklen på solpaneler ikke vender lige op i USA, men snarere op og mod syd; hvorfor ville dette være, og hvordan ville dette ændre sig for et solhus i f.eks. det sydlige Argentina?

Solhuse er designet til passivt at opbevare varme takket være f.eks. En høj termisk masse og masser af stenmur. Ud over korrekt justerede vinduer skal mørkere farver vælges for at få mest muligt ud af den termiske masse.

Du kan muligvis vise forskellige stilarter, såsom direkte forstærkning, hvor den indsamlede energi og kraft strømmer fra syd, såsom fra sydvendte vinduer, til resten af huset) og indirekte gevinst ved brug af funktioner såsom Trombe-vægge, hvor mellemrum mellem væggene bruges til at lagre energi på kort semester.

Alle disse begreber kan vises til børn i de fleste aldre, og de ældre kan bruge de generelle oplysninger til at gå i gang med deres egne projekter. Opbygning af en PV-celle er sandsynligvis for ambitiøs for de fleste; en bedre idé ville være at få eleverne med hjælp fra Internettet og måske deres forældre til at finde ud af, hvor mange solceller der er i brug i enheder i hjemmet eller i det mindste steder, der ofte ses.

Det er vigtigt for studerende at erkende de udfordringer, der er forbundet med at opbevare store mængder elektrisk energi i sammenligning med f.eks. Data eller det materiale, der bruges i atomkraftværker. Hvis batterier kunne rumme næsten uendelige mængder elektricitet, hvordan kan verdens landskab ændre sig? Skal solhuse være særlig solrige steder?

Fra og med 2019 tegnede solenergi sig kun for 1 procent af den amerikanske energi. På den anden side udgjorde solenergi i 2017 en tredjedel af alt "nyt" energiforbrug, hvilket gjorde det til en industri, der er stigende.

I mellemtiden vindkraft tegnede sig for ca. 6 procent af amerikansk energi landsdækkendeog forventedes snart at blive overhalet i denne henseende vandkraft. Langt om længe, biomasse er en anden nyere spiller i spillet med vedvarende energi; afbrænding af materiale fra døde dyr og planter kan drive turbiner, men er ikke betragtes som ren.

Det forventes, at disse energikilder bliver mere og mere populære, efterhånden som den mangesidige bane af klimaændringer bliver mere og mere umulig for folk og regeringer overalt i verden at benægte.