A napenergia része a 21. századi "tiszta" vagy "zöld" energiaforrások hullámának, vagyis azoknak amelyek nem bocsátják ki jelentős mennyiségben vagy a szén-dioxid égési termékeit a környezetbe minden. Ezeket az energiaforrásokat megújuló energiaforrásoknak is nevezik, bár ez zavaró lehet, mert az atomenergia, bár "tiszta", technikailag nem megújuló energiaforrásból származik.
A napenergia, a szélenergia, valamint a geotermikus és a hidroelektromos erő fokozott hangsúlyozása mind része az üvegházhatású gázok, például a szén-dioxid kibocsátásának csökkentésére irányuló, többnyire összehangolt világméretű erőfeszítés (CO2), és ezzel csökkenteni kell az éghajlatváltozás várható hatását a globális civilizációra a század vége előtt.
A gyerekek tudományos projektjének remek ötlete a megújuló energia gyakorlati alkalmazásának bemutatása valós vagy modell segítségével napenergia ház, vagy a szolárgyűjtő rács egyik működő alkatrészének bemutatásával.
Mi a "hatalom" a fizikában?
A napelemes ház paneljeinek oka az áramtermelés, általában mind az áram, mind a meleg víz számára. Ez az erő valahogy a napból származik. De hogyan, pontosan?
Erő a fizikában az energia egységnyi idő alatt, vagy ennek megfelelő munka időegységenként. Energia a fizikában sokféle formában jelenik meg, beleértve a termikus, a gravitációs potenciált, a kinetikát, az elektromos és a szonikusat; a standard mértékegység a joule (J), amelyet gyakran ekvivalensen fejeznek ki, mint a newtonmétert (N⋅m). Egyéb egységek a kalória, az erg és a brit termikus egység (Btu).
Ha energiát használnak munkára, például elektromos generátor meghajtására vagy melegvíz-termelő és -tartály fűtőtekercseinek aktiválására, akkor a munka sebességét teljesítménynek nevezzük. A standard egység a watt (W) vagy J / s. 745,7 W = 1 lóerő (LE).
- Amikor befizeti a közüzemi számláját, észrevehette, hogy a fogyasztási egységeket mérték kilowattóra (kW⋅hr). Ez a nem konvencionális egység hatalomnak tűnik, de mivel a hatalom egységei szorozva vannak az idővel, valójában energia.
Amikor mindent elfogy, ameddig csak lehet, ami körülbelül egy perc, képes vagy (az ön képességétől függően) tömeg) körülbelül 800 W teljesítmény elérése, vagy közel 1 LE - elég jó egy közepes méretű mikrohullámú sütő megtartásához haladó. De az emberi test elhúzódó formái, például a gyaloglás vagy a kerékpározás esetében a 250–400-as teljesítmény jellemzőbb.
A napenergia áttekintése
A napenergia a rendelkezésre álló leggyakoribb és szennyezésmentes energiaforrás, és valójában a Föld összes biológiai folyamatának végső energiaforrása. Elsődleges felhasználása villamosenergia-termelés, hőtermelés vagy mindkettő. A napenergiát nemcsak otthon használja, hanem egyre több kereskedelmi és ipari környezetben is.
A napenergia megkötésének három alapvető módja van: napenergiával történő fűtés és hűtés (SHC) alkalmazások, a napenergia koncentrálása (CSP) alkalmazások és fotovoltaikus (PV) sejtek. Az előbbi kettőt főként hőtermelésre használják ipari vagy nagyobb környezetben, míg a PV cellák a fő elemei a jellegzetes tömbök, amelyeket a napenergia házának tetején vagy néha a napenergiát hasznosító helyszínek melletti mezőkön lát.
A közvetlen napfénynek kitett napelem akár 1000 w / m-t is képes előállítani2. Az előállított teljes energiamennyiség a PV-cellák számának és az expozíció idejének függvénye, valamint a napsugarak beesési szöge, amelyek átlagosan közvetlenebbek a Föld széléhez közelebb eső szélességeken egyenlítő.
A fotovoltaikus (PV) cella
A fotovoltaikus cellák könnyen azonosíthatók a napelemek részeként, de miniatűrben megtalálhatók a napelemes számológépekben és más hordozható készülékekben is. Használják a fotoelektromos hatás, amely a fotonok ("fénycsomagok") azon képessége, hogy az elektronokat megsemmisítsék azoktól az atomoktól, amelyekhez tartoznak. Ezen feltöltött és feszültség alatt álló elektronok későbbi áramlása felhasználható villamos energia előállítására azonnali felhasználás vagy tárolás céljából.
A szilícium elem önmagát kölcsönzi a PV-celláknak, mert rá lehet tenni arra, hogy szigetelőként viselkedjen, ami gyenge áramvezető, vagy a vezető mérnököktől függően működtethető, a dolgozó mérnökök igényeitől függően ezzel. Ez a szilícium félvezetővé, és ezáltal a korabeli PV cellák kritikus elemévé válik.
Fontos, hogy a elektromos áram (az elektronok áramlása), amelyet a napenergia és a PV cellák hoznak létre, egyenáram (DC). Ez ellentétes azzal, hogy a váltakozó áram (AC) a legtöbb modern otthonba bejárjon. Így egy an nevű eszköz inverter elérhető a napenergia-ház tulajdonosai vagy tanárai számára, akik meg akarják mutatni a diákoknak, hogyan működnek a napenergia-otthonok.
A passzív napenergia ház
Nincs értelme napenergia-otthont építeni, ha nem az egész házat állítja be az energiahatékonyság maximalizálására, mivel a napenergia napos éghajlaton is nehéz lehet. Nyilvánvaló, hogy a földrajz fontos. A hallgatók megmutathatják, hogy a napelemek szöge nem egyenesen felfelé néz az Egyesült Államokban, hanem inkább felfelé és dél felé; miért lenne ez, és hogyan változna ez egy napenergia otthonra mondjuk Argentína déli részén?
A napelemes házakat úgy tervezték, hogy passzívan tárolják a hőt, például nagy hőtömegük és sok kőfalazat révén. A megfelelően beállított ablakok mellett sötétebb színeket kell választani, hogy a lehető legtöbbet hozzák ki a jelenlévő hőtömegből.
Különböző stílusokat mutathat, például a közvetlen nyereséget, amelyben az összegyűjtött energia és energia délről, például déli fekvésű ablakokból áramlik a többihez ház) és közvetett nyereség olyan funkciók használatával, mint a Trombe-falak, amelyekben a falak közötti tereket az energia rövid kifejezés.
Napenergia bemutatók gyerekeknek
Mindezek a fogalmak megmutathatók a legtöbb életkorú gyerekeknek, az idősebbek pedig az általános információkat felhasználva elindíthatják saját projektjeiket. A PV-cella építése valószínűleg a legtöbb számára túl ambiciózus; jobb ötlet lenne, ha a diákok megpróbálnák az Internet és talán szüleik segítségével megkeresni, hogy hány PV-cellát használnak az otthoni eszközök, vagy legalábbis gyakran látható helyeken.
Fontos, hogy a hallgatók felismerjék a nagy mennyiségű villamos energia tárolásában rejlő kihívásokat, például az atomerőművekben használt adatokhoz vagy anyaghoz képest. Ha az elemek majdnem végtelen mennyiségű áramot tudnak eltartani, hogyan változhat a világ tája? A napelemes házaknak különösen napos helyeken kellene lenniük?
Napenergia és megújuló energia a 21. században
2019-től a napenergia csak körülbelül 1 százalékát tette ki az Egyesült Államok energiájának. Másrészről 2017-ben a napenergia az összes "új" energiafogyasztás egyharmadát tette ki, ezzel növekvő iparággá vált.
Közben, a szélenergia az Egyesült Államokban országosan mintegy 6 százalékot tett ki, és várhatóan hamarosan megelőzte ebben a tekintetben hidroelektrikus erő. Végül, biomassza a megújuló energiák játékának újabb újabb szereplője; az elhullott állatokból és növényekből származó anyagok elégetése turbinákat működtethet, de van nem tisztának tartják.
Ezek az energiaforrások várhatóan egyre népszerűbbek lesznek, mivel a klímaváltozás sokoldalú sávját egyre lehetetlenebb tagadni az emberek és a kormányok szerte a világon.