Aurinkovoima on osa 2000-luvun "puhtaiden" tai "vihreiden" energialähteiden eli niiden lähteitä jotka eivät vapauta hiilen palamistuotteita ympäristöön merkittävinä määrinä tai kaikki. Näitä energialähteitä kutsutaan myös uusiutuviksi energialähteiksi, vaikka tämä voi olla hämmentävää, koska vaikka ydinvoima on "puhdasta", se ei ole teknisesti peräisin uusiutuvista energialähteistä.
Aurinkovoima, tuulivoima ja maalämpö- ja vesivoiman korostaminen ovat kaikki osa maailmanlaajuisesti pyrkimyksistä vähentää kasvihuonekaasupäästöjä, kuten hiilidioksidia (CO2) ja vähentää siten ilmastonmuutoksen odotettua vaikutusta maailmanlaajuiseen sivilisaatioon ennen vuosisadan loppua.
Hieno idea lasten tiedeprojektille on osoittaa uusiutuvan energian käytännön soveltaminen todellisen tai mallin avulla aurinko talotai näyttämällä luokassa yksi aurinkokeräinverkon toimivista komponenteista.
Mikä on "voima" fysiikassa?
Syy aurinkokennon paneeleihin on sähkön tuottaminen, yleensä sekä sähkölle että kuumalle vedelle. Tämä voima tulee jotenkin auringosta. Mutta miten?
Teho fysiikassa on energiaa yksikköä kohtitai vastaavasti työtä aikayksikköä kohti. Energia esiintyy fysiikassa monissa muodoissa, mukaan lukien terminen, gravitaatiopotentiaali, kineettinen, sähköinen ja ääninen; standardiyksikkö on joule (J), joka ilmaistaan usein vastaavasti newtonmetrinä (N⋅m). Muita yksiköitä ovat kalorit, ergit ja brittiläiset lämpöyksiköt (Btu).
Kun energiaa käytetään työtehtäviin, kuten sähkögeneraattorin virtalähteeseen tai kuuman veden tuottajan ja säiliön lämmityspatterien aktivointiin, työn nopeutta kutsutaan tehoksi. Vakioyksikkö on wattia (W) tai J / s. 745,7 W = 1 hevosvoimaa (hv).
- Kun maksat yleislaskun, olet ehkä huomannut, että kulutusyksiköt mitataan kilowattituntia (kW⋅hr). Tämä epätavanomainen yksikkö näyttää voimalta, mutta koska sillä on tehoyksiköt kerrottuna ajalla, se on itse asiassa energiaa.
Kun suoritat kaiken loppuun niin kauan kuin pystyt, mikä on noin minuutti, pystyt (riippuen massa) tuottaa noin 800 W tehoa tai lähes 1 hv - tarpeeksi hyvä pitämään keskikokoinen mikroaaltouuni menossa. Mutta pitkittyneille ihmisen liikunnan muodoille, kuten kävelylle tai pyöräilylle, 250-400-tuotos on tyypillisempi.
Katsaus aurinkovoimaan
Aurinkovoima on käytettävissä oleva eniten ja saastuttamattomin energialähde, ja itse asiassa se on kaikkien maapallon biologisten prosessien lopullinen energialähde. Sen ensisijaiset käyttötarkoitukset ovat sähkön, lämmön tai molempien tuotanto. Aurinkovoimaa on käytetty paitsi kotona myös yhä useammassa kaupallisessa ja teollisessa ympäristössä.
Aurinkovoimaa voidaan kaapata kolmella tavalla: aurinkolämmitys ja -jäähdytys (SHC) -sovellukset, keskittämällä aurinkoenergiaa (CSP) -sovellukset ja aurinkosähkö (PV) -solut. Kaksi edellistä käytetään pääasiassa lämmön tuottamiseen teollisissa tai suuremmissa ympäristöissä, kun taas PV-kennot ovat pääelementtejä tyypilliset taulukot, jotka näet aurinkotalon katolla tai joskus pelloilla aurinkoenergiaa käyttävien sivustojen vieressä.
Suoralle auringonvalolle altistunut aurinkopaneeli voi tuottaa jopa 1000 w / m2. Tuotetun tehon kokonaismäärä riippuu PV-solujen lukumäärästä ja altistumisajasta sekä auringon säteiden tulokulma, jotka ovat keskimäärin suorempia lähempänä leveyttä kuin Maan päiväntasaaja.
Aurinkosähkökenno
Aurinkosähkökennot voidaan helposti tunnistaa aurinkopaneelien osina, mutta ne löytyvät myös pienoiskoossa aurinkoenergialla toimivista laskimista ja muista kannettavista laitteista. He käyttävät valosähköinen ilmiö, joka on fotonien ("valopakettien") kyky lyödä elektroneja niistä atomista, joihin ne kuuluvat. Näiden varattujen ja jännitteisten elektronien myöhempää virtausta voidaan käyttää sähkön tuottamiseen välitöntä käyttöä tai varastointia varten.
Pii-elementti soveltuu itsestään PV-soluihin, koska se voidaan saada toimimaan eristyksen tavoin, mikä on huono tai se voidaan saada toimimaan johtimen tavoin työskentelevien insinöörien tarpeiden mukaan sen kanssa. Tämä tekee piistä puolijohteen ja siten kriittisen komponentin nykyaikaisille PV-soluille.
Tärkeää on, että sähkövirta (elektronien virta), jonka aurinkovoima ja PV-kennot tuottavat, on tasavirta (DC). Tämä on vastoin sitä, että vaihtovirta (AC) kulkee useimpiin moderneihin koteihin. Siten laite, jota kutsutaan invertteri on saatavana aurinkokotien omistajille tai opettajille, jotka haluavat näyttää opiskelijoille kuinka aurinkokodit toimivat.
Passiivinen aurinkotalo
Ei ole mitään järkeä rakentaa aurinkokotia, jos et aseta koko taloa maksimoimaan energiatehokkuuden, koska aurinkovoimaa voi olla vaikea saada koko ajan jopa aurinkoisissa ilmastoissa. Maantiede on selvästi tärkeää. Opiskelijat voivat osoittaa, kuinka aurinkopaneelien kulma ei ole suoraan ylöspäin Yhdysvalloissa, vaan ylöspäin ja etelään; miksi tämä olisi, ja miten tämä muuttuisi aurinkokodiksi esimerkiksi Etelä-Argentiinassa?
Aurinkokodit on suunniteltu varastoimaan passiivisesti lämpöä esimerkiksi suuren lämpömassan ja paljon kivimuurien ansiosta. Oikein kohdistettujen ikkunoiden lisäksi on valittava tummemmat värit, jotta läsnä oleva lämpömassa voidaan hyödyntää parhaalla mahdollisella tavalla.
Voit näyttää erilaisia tyylejä, kuten suoran voiton, jossa kerätty energia ja voima virtaa etelästä, kuten etelään päin olevista ikkunoista, loput talon) ja epäsuora hyöty käyttämällä ominaisuuksia, kuten Trombe-seinät, joissa seinien välisiä tiloja käytetään energian varastointiin lyhyessä ajassa termi.
Aurinkoenergian esittelyt lapsille
Kaikki nämä käsitteet voidaan näyttää useimpien ikäisten lapsille, ja vanhemmat voivat käyttää yleistä tietoa omien projektien aloittamiseen. PV-kennon rakentaminen on todennäköisesti liian kunnianhimoista useimmille; parempi idea olisi saada opiskelijat yrittämään Internetin ja ehkä heidän vanhempiensa avulla selvittää, kuinka monta aurinkokennoa on käytössä kodin laitteissa tai ainakin usein näkemissä paikoissa.
Opiskelijoiden on tärkeää tunnistaa suurten sähkömäärien varastointiin liittyvät haasteet verrattuna esimerkiksi ydinvoimaloissa käytettävään dataan tai materiaaliin. Jos paristot mahtaisivat lähes rajattoman määrän sähköä, miten maailman maisema voisi muuttua? Pitäisikö aurinkotalojen olla erityisen aurinkoisissa paikoissa?
Aurinko ja uusiutuva energia 2000-luvulla
Vuodesta 2019 aurinkovoiman osuus oli vain noin prosentti Yhdysvaltain energiasta. Toisaalta vuonna 2017 aurinkoenergian osuus oli kolmasosa kaikesta "uudesta" energiankulutuksesta, mikä teki siitä nousevan teollisuuden.
Sillä välin, tuulivoiman osuus oli noin 6 prosenttia Yhdysvaltain energiasta valtakunnallisesti, ja sen odotettiin ohittavan tältä osin pian vesivoima. Lopuksi, biomassa on uusi uusiutuvien energialähteiden pelaaja; kuolleiden eläinten ja kasvien materiaalin polttaminen voi käyttää turbiineja, mutta On ei pidetään puhtaana.
Näiden energialähteiden odotetaan yleistyvän yhä enemmän, kun ilmastonmuutoksen monitahoinen kielto on yhä mahdotonta kieltää ihmisten ja hallitusten ympäri maailmaa.