כיצד לבנות בית סולארי מודל לפרויקט של ילד

אנרגיה סולארית היא חלק מגל אנרגיה "נקי" או "ירוק" של המאה ה -21, כלומר אלה שאינם פולטים את תוצרי הבעירה של פחמן לסביבה בכמויות משמעותיות או ב את כל. מקורות אנרגיה אלה נקראים גם מתחדשים, אם כי זה עלול לבלבל מכיוון שכוח גרעיני אמנם "נקי" אינו נגזר טכנית ממקור אנרגיה מתחדשת.

אנרגיה סולארית, אנרגיית רוח ודגש מוגבר על כוח גיאותרמי וכוח הידרואלקטרי הם חלק מהם של מאמץ מתואם לרוב ברחבי העולם להפחתת פליטת גזי חממה כגון פחמן דו חמצני (שיתוף₂) ובכך להפחית את ההשפעה הצפויה של שינויי האקלים על הציוויליזציה העולמית לפני סוף המאה.

רעיון נהדר לפרויקט מדעי ילדים הוא להדגים את היישום המעשי של אנרגיה מתחדשת באמצעות אמיתי או מודל בית סולארי, או על ידי הצגת כיתה אחד ממרכיבי העבודה ברשת איסוף סולארית.

הסיבה לפאנלים על בית סולארי היא לייצר חשמל, בדרך כלל גם לחשמל וגם למים חמים. הכוח הזה איכשהו מגיע מהשמש. אבל איך, בדיוק?

כּוֹחַ בפיזיקה הוא אנרגיה ליחידת זמן, או באופן שווה, עבודה ליחידת זמן. אֵנֶרְגִיָה מופיע בפיזיקה בצורות רבות, כולל תרמי, כוח משיכה-פוטנציאלי, קינטי, חשמלי וקולי; היחידה הסטנדרטית היא הג'אול (J), המתבטאת לעיתים קרובות במקביל למטר הניוטון (N⋅m). יחידות אחרות הן קלוריות, ארגזים ויחידות תרמיות בריטיות (Btu).

כאשר משתמשים באנרגיה לצורך ביצוע עבודה, כגון הפעלת גנרטור חשמלי או הפעלת סלילי חימום של מפיק מים חמים ומאגר, קצב ביצוע העבודה נקרא כוח. היחידה הסטנדרטית היא ה- וואט (W) או J / s. 745.7 W = 1 כוחות סוס (כ"ס).

• כשאתה משלם את חשבון השירות שלך, ייתכן ששמת לב שיחידות הצריכה נמדדות ב קילוואט-שעות (kW⋅hr). יחידה לא שגרתית זו נראית כמו כוח, אך מכיוון שיש לה יחידות כוח המוכפלות בזמן, זו למעשה אנרגיה.

כשאתה מפעיל את כל הזמן כל עוד אתה יכול, שזה בערך דקה, אתה מסוגל (תלוי ב המסה) של הפקת כוח של כ- 800 וואט, או קרוב ל -1 כ"ס - מספיק טוב כדי לשמור על תנור מיקרוגל בינוני הולך. אך עבור צורות ממושכות של פעילות גופנית אנושית, כמו הליכה או רכיבה על אופניים, תפוקה של 250 עד 400 אופיינית יותר.

אנרגיה סולארית היא מקור האנרגיה הנפוץ ביותר וללא זיהום הקיים, ולמעשה הוא מקור האנרגיה האולטימטיבי של כל התהליכים הביולוגיים על פני כדור הארץ. השימושים העיקריים בו הם לייצור חשמל, לייצור חום או שניהם. לאנרגיה סולארית יש שימושים לא רק בבית אלא גם במספר הולך וגדל של מסגרות מסחריות ותעשייתיות.

ישנן שלוש דרכים בסיסיות ללכידת אנרגיה סולארית: חימום וקירור סולארי (SHC) יישומים, ריכוז כוח סולארי (CSP) יישומים פוטו וולטאי (PV) תאים. שני הראשונים משמשים בעיקר להפקת חום בסביבה תעשייתית או גדולה יותר, ואילו תאי PV הם המרכיבים העיקריים ב מערכים אופייניים שאתה רואה על גג בית שמש, או לפעמים בשדות לצד אתרים המשתמשים באנרגיה סולארית.

פאנל סולארי החשוף לאור שמש ישיר יכול לייצר עד 1,000 וואט / מ '². כמות הכוח הכוללת שנוצרת היא פונקציה של מספר תאי ה- PV וזמן החשיפה וכן זווית ההופעה של קרני השמש, שבממוצע ישירות יותר בקווי הרוחב הקרובים יותר לכדור הארץ אֶקְוָטוֹר.

ניתן לזהות בקלות תאים פוטו-וולטאיים כחלקים מפאנלים סולאריים, אך הם נמצאים גם במיניאטורות במחשבונים המופעלים על ידי שמש ובמכשירים ניידים אחרים. הם משתמשים ב- אפקט פוטואלקטרי, שהיא יכולתם של פוטונים ("חבילות" אור) לדפוק אלקטרונים ללא אטומים אליהם הם שייכים. הזרימה הבאה של אלקטרונים טעונים ומונעים יכולה לשמש לייצור חשמל לשימוש מיידי או לאחסון.

היסוד סיליקון מעניק את עצמו לתאי PV מכיוון שניתן לגרום לו להתנהג כמו מבודד, שהוא עני מוליך חשמל, או שניתן לגרום לו להתנהג כמו מוליך, בהתאם לצרכי המהנדסים העובדים עם זה. זה הופך את הסיליקון למוליך למחצה ובכך למרכיב קריטי בתאי PV עכשוויים.

חשוב לציין שה- זרם חשמלי (זרם אלקטרונים) שנוצר על ידי אנרגיה סולארית ותאי PV הוא זרם ישר (DC). זאת בניגוד לזרם חילופין (AC) שרץ לבתים המודרניים ביותר. כך מכשיר שנקרא ממיר מתח זמין לבעלי בתי שמש או למורים המבקשים להראות לתלמידים כיצד פועלים בתי שמש.

אין שום היגיון לבנות בית סולארי אם לא מגדירים את כל הבית כדי למקסם את היעילות האנרגטית, מכיוון שאנרגיה סולארית יכולה להיות קשה להשיג כל הזמן גם באקלים שטוף שמש. ברור שגאוגרפיה חשובה. סטודנטים יכולים להראות כיצד זווית הפאנלים הסולאריים אינה פונה ישר בארה"ב אלא כלפי מעלה ודרומה; מדוע זה יהיה, וכיצד זה ישתנה לבית סולארי, נניח בדרום ארגנטינה?

בתים סולאריים נועדו לאחסון פסיבי בזכות היותם בעלי מסה תרמית גבוהה, למשל, והרבה בנייה מאבן. בנוסף לחלונות מיושרים כראוי, יש לבחור צבעים כהים יותר כדי להפיק את המרב מהמסה התרמית.

אתה עשוי להציג סגנונות שונים, כגון רווח ישיר, שבו האנרגיה והכוח שנאספו זורמים מדרום, כמו מחלונות הפונים דרומה, אל השאר. הבית) ורווח עקיף באמצעות שימוש בתכונות כגון קירות טרומבה, בהם הרווחים בין הקירות משמשים לאחסון אנרגיה בקצרה טווח.

ניתן להציג את כל המושגים הללו לילדים ברוב הגילאים, והגדולים יותר יכולים להשתמש במידע הכללי בכדי לצאת לפרויקטים משלהם. בניית תא PV היא כנראה שאפתנית מדי עבור רובם; רעיון טוב יותר יהיה לגרום לתלמידים לנסות למצוא בעזרת האינטרנט ואולי את הוריהם כמה תאי PV משמשים במכשירים בבית או לפחות במקומות שנראים לעתים קרובות.

חשוב שהתלמידים יכירו באתגרים הגלומים באחסון כמויות גדולות של חשמל, בהשוואה לנתונים, למשל, או לחומר המשמש בתחנות כוח גרעיניות. אם סוללות יכולות להכיל כמויות חשמל אינסופיות כמעט, כיצד יכול נוף העולם להשתנות? האם בתים סולאריים יצטרכו להיות במקומות שטופי שמש במיוחד?

נכון לשנת 2019, אנרגיה סולארית היוותה אחוז אחד בלבד בערך מהאנרגיה האמריקאית. מצד שני, בשנת 2017, אנרגיה סולארית הסתכמה בשליש מכל צריכת האנרגיה "החדשה", מה שהפך אותה לתעשייה במגמת עלייה.

בינתיים, כוח הרוח היווה כשישה אחוזים מהאנרגיה האמריקאית בפריסה ארצית, והיה צפוי שיעוקפו בעניין זה בקרוב על ידי כוח הידרואלקטרי. סוף כל סוף, ביומסה הוא שחקן חדש נוסף במשחק המתחדשים; שריפת חומר מבעלי חיים וצמחים מתים יכולה להניע טורבינות, אך הוא לֹא נחשב נקי.

מקורות אנרגיה אלה צפויים להיות פופולאריים יותר ויותר ככל שהמוטה הרב-שנתי של שינויי האקלים הופך בלתי אפשרי להכחיש עבור אנשים וממשלות בעולם.