Cara Membangun Model Rumah Tenaga Surya untuk Proyek Anak

Tenaga surya adalah bagian dari gelombang sumber energi "bersih" atau "hijau" abad ke-21, yaitu: yang tidak mengeluarkan produk pembakaran karbon ke lingkungan dalam jumlah yang signifikan atau pada semua. Sumber energi ini juga disebut energi terbarukan, meskipun hal ini dapat membingungkan karena tenaga nuklir, meskipun "bersih", secara teknis tidak berasal dari sumber energi terbarukan.

Tenaga surya, tenaga angin dan peningkatan penekanan pada tenaga panas bumi dan tenaga air adalah bagian dari sebagian besar upaya bersama di seluruh dunia untuk mengurangi emisi gas rumah kaca seperti karbon dioksida (BERSAMA₂) dan dengan demikian mengurangi dampak yang diharapkan dari perubahan iklim pada peradaban global sebelum akhir abad ini.

Ide bagus untuk proyek sains anak-anak adalah mendemonstrasikan aplikasi praktis energi terbarukan menggunakan model atau nyata rumah surya, atau dengan menunjukkan kelas salah satu komponen kerja grid pengumpul surya.

Alasan panel di rumah surya adalah untuk menghasilkan tenaga, biasanya untuk listrik dan air panas. Kekuatan ini entah bagaimana berasal dari matahari. Tapi bagaimana tepatnya?

Kekuasaan dalam fisika adalah energi per satuan waktu, atau ekuivalen, kerja per satuan waktu. Energi muncul dalam fisika dalam berbagai bentuk, termasuk termal, potensial gravitasi, kinetik, listrik dan sonik; satuan standar adalah joule (J), sering dinyatakan secara ekuivalen sebagai newton-meter (N⋅m). Satuan lainnya adalah kalori, ergs dan British thermal unit (Btu).

Ketika energi digunakan untuk melakukan pekerjaan, seperti menyalakan generator listrik atau mengaktifkan koil pemanas dari produsen dan reservoir air panas, tingkat di mana pekerjaan itu dilakukan disebut daya. Satuan standar adalah watt (W) atau J/s. 745,7 W = 1 tenaga kuda (hp).

• Ketika Anda membayar tagihan listrik Anda, Anda mungkin telah memperhatikan bahwa unit konsumsi diukur dalam kilowatt-jam (kW⋅hr). Satuan yang tidak biasa ini terlihat seperti daya, tetapi karena ia memiliki satuan daya yang dikalikan dengan waktu, itu sebenarnya adalah energi.

Ketika Anda habis-habisan selama Anda bisa, yaitu sekitar satu menit, Anda mampu (tergantung pada kemampuan Anda). massa) menghasilkan sekitar 800 W daya, atau mendekati 1 hp – cukup baik untuk menyimpan oven microwave berukuran sedang pergi. Tetapi untuk bentuk latihan manusia yang berlarut-larut, seperti berjalan atau bersepeda, output 250 hingga 400 lebih khas.

Tenaga surya adalah sumber energi yang paling melimpah dan bebas polusi yang tersedia, dan pada kenyataannya adalah sumber energi utama dari semua proses biologis di Bumi. Kegunaan utamanya adalah untuk menghasilkan listrik, menghasilkan panas atau keduanya. Tenaga surya telah digunakan tidak hanya di rumah tetapi juga dalam peningkatan jumlah pengaturan komersial dan industri.

Ada tiga cara dasar untuk menangkap tenaga surya: pemanasan dan pendinginan matahari (SHC) aplikasi, memusatkan tenaga surya (CSP) aplikasi dan fotovoltaik (PV) sel. Dua yang pertama digunakan terutama untuk menghasilkan panas dalam pengaturan industri atau yang lebih besar, sedangkan sel PV adalah elemen utama dalam susunan karakteristik yang Anda lihat di atap rumah surya, atau kadang-kadang di ladang di samping situs yang menggunakan tenaga surya.

Panel surya yang terkena sinar matahari langsung dapat menghasilkan hingga 1.000 w/m². Jumlah total daya yang dihasilkan adalah fungsi dari jumlah sel PV dan waktu pemaparan serta sudut datang sinar matahari, yang rata-rata lebih langsung pada garis lintang yang lebih dekat dengan bumi khatulistiwa.

Sel fotovoltaik mudah diidentifikasi sebagai bagian dari panel surya, tetapi mereka juga ditemukan dalam bentuk mini di kalkulator bertenaga surya dan perangkat portabel lainnya. Mereka menggunakan efek fotoelektrik, yang merupakan kemampuan foton ("paket" cahaya) untuk menjatuhkan elektron bebas dari atom-atom tempatnya berada. Aliran selanjutnya dari elektron bermuatan dan berenergi ini dapat digunakan untuk menghasilkan listrik untuk penggunaan atau penyimpanan segera.

Elemen silikon cocok untuk sel PV karena dapat dibuat untuk bertindak seperti isolator, yang buruk konduktor listrik, atau dapat dibuat seperti konduktor, tergantung pada kebutuhan para insinyur yang bekerja dengan itu. Hal ini membuat silikon menjadi semikonduktor dan dengan demikian merupakan komponen penting dari sel PV kontemporer.

Yang penting, arus listrik (aliran elektron) yang diciptakan oleh tenaga surya dan sel PV adalah arus searah (DC). Ini bertentangan dengan arus bolak-balik (AC) yang mengalir ke sebagian besar rumah modern. Jadi perangkat yang disebut an inverter tersedia untuk pemilik rumah surya atau guru yang ingin menunjukkan kepada siswa bagaimana rumah surya bekerja.

Tidak masuk akal untuk membangun rumah tenaga surya jika Anda tidak mengatur seluruh rumah untuk memaksimalkan efisiensi energi, karena tenaga surya bisa sulit didapat sepanjang waktu bahkan di iklim cerah. Jelas, geografi itu penting. Siswa dapat menunjukkan bagaimana sudut panel surya tidak menghadap lurus ke atas di AS melainkan ke atas dan ke selatan; mengapa ini terjadi, dan bagaimana ini akan berubah untuk rumah tenaga surya di, katakanlah, Argentina selatan?

Rumah surya dirancang untuk menyimpan panas secara pasif berkat memiliki massa termal yang tinggi, misalnya, dan banyak pasangan batu. Selain jendela yang disejajarkan dengan benar, warna yang lebih gelap harus dipilih untuk memaksimalkan massa termal yang ada.

Anda dapat menunjukkan gaya yang berbeda, seperti penguatan langsung, di mana energi dan daya yang terkumpul mengalir dari selatan, seperti dari jendela yang menghadap ke selatan, ke bagian lainnya. rumah) dan keuntungan tidak langsung melalui penggunaan fitur seperti dinding Trombe, di mana ruang di antara dinding digunakan untuk menyimpan energi dalam waktu singkat. istilah.

Semua konsep ini dapat ditunjukkan kepada anak-anak dari segala usia, dan yang lebih tua dapat menggunakan informasi umum untuk memulai proyek mereka sendiri. Membangun sel PV mungkin terlalu ambisius untuk kebanyakan orang; ide yang lebih baik adalah meminta siswa mencoba menemukan, dengan bantuan Internet dan mungkin orang tua mereka, berapa banyak sel PV yang digunakan di perangkat di rumah atau setidaknya di tempat yang sering terlihat.

Penting bagi siswa untuk mengenali tantangan yang melekat dalam menyimpan sejumlah besar tenaga listrik, dibandingkan dengan, katakanlah, data, atau bahan yang digunakan dalam pembangkit listrik tenaga nuklir. Jika baterai dapat menampung listrik dalam jumlah yang hampir tak terbatas, bagaimana lanskap dunia bisa berubah? Apakah rumah surya perlu berada di tempat yang sangat cerah?

Pada 2019, tenaga surya hanya menyumbang sekitar 1 persen dari energi AS. Di sisi lain, pada tahun 2017, tenaga surya mencapai sepertiga dari semua konsumsi energi "baru", menjadikannya industri yang sedang meningkat.

Sementara itu, tenaga angin menyumbang sekitar 6 persen dari energi AS secara nasional, dan diharapkan akan segera disusul dalam hal ini oleh kekuatan hydroelectric. Akhirnya, biomassa adalah pemain baru lainnya dalam game energi terbarukan; pembakaran bahan dari hewan dan tumbuhan yang mati dapat menggerakkan turbin, tetapi aku s tidak dianggap bersih.

Sumber energi ini diharapkan menjadi semakin populer karena banyak cabang dari kutukan perubahan iklim menjadi semakin mustahil untuk disangkal oleh orang dan pemerintah di seluruh dunia.