მზის ენერგია არის 21-ე საუკუნის ტალღის "სუფთა" ან "მწვანე" ენერგიის წყაროები, ესენია რომ მნიშვნელოვანი რაოდენობით ან არ გამოყოფენ გარემოში ნახშირბადის წვის პროდუქტებს ყველა ენერგიის ამ წყაროებს განახლებადი ენერგიებიც ეწოდება, თუმცა ეს შეიძლება გაუგებარი იყოს, რადგან ბირთვული ენერგია, ”სუფთა”, ტექნიკურად არ არის განახლებადი ენერგიის წყაროდან.
მზის ენერგია, ქარის ენერგია და გეოთერმული ენერგიისა და ჰიდროელექტროსადგურის გაზრდილი ყურადღება გამახვილებულია მსოფლიოში ძირითადად შეთანხმებული მცდელობისკენ, სათბურის გაზების ემისიის შესამცირებლად, როგორიცაა ნახშირორჟანგი (CO2) და ამით შეამციროს კლიმატის ცვლილების მოსალოდნელი გავლენა გლობალურ ცივილიზაციაზე საუკუნის ბოლომდე.
საბავშვო სამეცნიერო პროექტის შესანიშნავი იდეაა განახლებადი ენერგიის პრაქტიკული გამოყენების დემონსტრირება რეალური ან მოდელის გამოყენებით მზის სახლი, ან მზის კოლექციის ქსელის ერთ-ერთი სამუშაო კომპონენტის კლასის ჩვენებით.
რა არის "ძალა" ფიზიკაში?
პანელების მიზეზი მზის სახლში არის ენერგიის გამომუშავება, ჩვეულებრივ როგორც ელექტროენერგიის, ასევე ცხელი წყლისთვის. ეს ძალა რატომღაც მზიდან მოდის. მაგრამ ზუსტად როგორ?
Ძალა ფიზიკაში არის ენერგია ერთეულის დროზე, ან ეკვივალენტურად, სამუშაო ერთეულზე. ენერგია ფიზიკაში ჩნდება მრავალი ფორმით, მათ შორის თერმული, გრავიტაციული პოტენციალი, კინეტიკური, ელექტრო და ბგერითი; სტანდარტული ერთეული არის ჯოული (J), რომელიც ხშირად გამოხატულია ექვივალენტურად, როგორც ნიუტონის მეტრი (N⋅m). სხვა ერთეულებია კალორიები, ერგები და ბრიტანული თერმული ერთეულები (Btu).
როდესაც ენერგია გამოიყენება სამუშაოს შესასრულებლად, მაგალითად ელექტროენერგიის გენერატორის ჩართვა ან ცხელი წყლის მწარმოებლისა და რეზერვუარის გათბობის ხვიების გააქტიურება, ამ სამუშაოს შესრულების სიჩქარეს ენერგიას უწოდებენ. სტანდარტული ერთეულია ვატი (W) ან J / s. 745,7 W = 1 ცხენის ძალა (ცხენის ძალა).
- კომუნალური გადასახადის გადახდისას შეიძლება შენიშნეთ, რომ მოხმარების ერთეულები იზომება კილოვატ საათს (კვტ). ეს არატრადიციული ერთეული ჰგავს ენერგიას, მაგრამ რადგან მას აქვს ენერგიის ერთეულები გამრავლებული დროზე, ეს სინამდვილეში არის ენერგია.
როდესაც ყველაფრის გაშვებას შეძლებთ რაც შეიძლება მეტხანს, რაც დაახლოებით ერთი წუთია, თქვენ შეძლებთ (დამოკიდებულია თქვენსზე) მასა) დაახლოებით 800 ვტ ენერგიის გამომუშავება, ან 1 ცხენისძალთან ახლოს - საკმარისია საშუალო ზომის მიკროტალღური ღუმელის შესანარჩუნებლად მიდიოდა. მაგრამ ადამიანის ვარჯიშის გაჭიანურებული ფორმებისათვის, როგორიცაა ფეხით სიარული ან ველოსიპედით სეირნობა, 250-დან 400-მდე შედეგი უფრო დამახასიათებელია.
მზის ენერგიის მიმოხილვა
მზის ენერგია არის ენერგიის ყველაზე უხვი და დაბინძურებისგან თავისუფალი წყარო, და სინამდვილეში არის დედამიწაზე არსებული ყველა ბიოლოგიური პროცესის ენერგიის საბოლოო წყარო. მისი ძირითადი მიზნებია ელექტროენერგიის წარმოება, სითბოს გამომუშავება ან ორივე. მზის ენერგია გამოიყენება არა მხოლოდ სახლში, არამედ მზარდ კომერციულ და სამრეწველო გარემოში.
მზის ენერგიის აღების სამი ძირითადი გზა არსებობს: მზის გათბობა და გაგრილება (SHC) პროგრამები, მზის ენერგიის კონცენტრირება (CSP) პროგრამები და ფოტოვოლტაიკი (PV) უჯრედები. ეს ორი გამოიყენება ძირითადად სითბოს წარმოსაქმნელად სამრეწველო ან უფრო დიდ გარემოში, ხოლო PV უჯრედები ძირითადი ელემენტებია აქ დამახასიათებელ მასივებს ხედავთ მზის სახლის სახურავზე, ან ზოგჯერ მინდვრებში იმ ადგილებში, რომლებიც იყენებენ მზის ენერგიას.
მზის პანელს, რომელსაც მზის პირდაპირი სხივები ექნება, შეუძლია წარმოქმნას 1000 ვტ / მ2. გამომუშავებული ენერგიის საერთო რაოდენობა არის PV უჯრედების რაოდენობისა და ექსპოზიციის დროის ფუნქცია მზის სხივების სიხშირის კუთხე, რომლებიც საშუალოდ უფრო პირდაპირი გრძედია დედამიწის სიახლოვეს ეკვატორი.
Photovoltaic (PV) უჯრედი
ფოტოოლტაური უჯრედები ადვილად იდენტიფიცირდება, როგორც მზის პანელების ნაწილები, მაგრამ ისინი ასევე გვხვდება მინიატურში მზის ენერგიით მომუშავე კალკულატორებში და სხვა პორტატულ მოწყობილობებში. ისინი იყენებენ ფოტოელექტრული ეფექტი, რაც არის ფოტონის (სინათლის "პაკეტის") შესაძლებლობა, დაანგრიონ ელექტრონები, ატომებისაგან, რომელთაც მიეკუთვნებიან. ამ დამუხტული და ენერგიული ელექტრონების შემდგომი ნაკადი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტროენერგიის წარმოსაქმნელად დაუყოვნებლად გამოყენებისთვის ან შესანახად.
სილიციუმი ემსახურება PV უჯრედებს, რადგან მისი მოქმედება შეიძლება იყოს იზოლატორის მსგავსად, რომელიც არის ღარიბი ელექტროენერგიის გამტარი, ან ის შეიძლება იქცეს ისე, როგორც კონდუქტორი, მოქმედი ინჟინრების საჭიროებების გათვალისწინებით მასთან ერთად. ეს სილიციუმს ქმნის ნახევარგამტარად და, ამრიგად, თანამედროვე PV უჯრედების კრიტიკულ კომპონენტად.
მნიშვნელოვანია ელექტრო მიმდინარე (ელექტრონების დინება) შექმნილია მზის ენერგიისა და PV უჯრედების მიერ არის პირდაპირი მიმდინარე (DC). ეს ეწინააღმდეგება თანამედროვე ალტერნატიულ სახლებში ალტერნატიული დენის (AC) გადინებას. ამრიგად მოწყობილობას ე.წ. ინვერტორული ხელმისაწვდომია მზის სახლის მფლობელების ან მასწავლებლებისთვის, რომლებიც ცდილობენ აჩვენონ სტუდენტებს, თუ როგორ მუშაობს მზის სახლები.
პასიური მზის სახლი
აზრი არ აქვს მზის სახლის აშენებას, თუ მთელ სახლს არ მოაწყობთ ენერგოეფექტურობის მაქსიმალურად გაზრდისთვის, რადგან მზის ენერგიის მიღება რთულია მუდმივად მზიანი კლიმატის პირობებშიც კი. ცხადია, გეოგრაფია მნიშვნელოვანია. სტუდენტებს შეუძლიათ აჩვენონ, თუ როგორ არ გამოიყურება მზის პანელების კუთხე პირდაპირ ზემოთ აშშ – ში, არამედ ზემოთ და სამხრეთით; რატომ იქნებოდა ეს და როგორ შეიცვლებოდა ეს მზის სახლისთვის, ვთქვათ, სამხრეთ არგენტინაში?
მზის სახლები შექმნილია სითბოს პასიურად შესანახად, მაღალი თერმული მასის, მაგალითად, და უამრავი ქვის ქვის წყალობით. სწორად გასწორებული ფანჯრების გარდა, მუქი ფერები უნდა ავირჩიოთ, რომ მაქსიმალურად იყოს წარმოდგენილი თერმული მასა.
თქვენ შეიძლება აჩვენოთ სხვადასხვა სტილი, მაგალითად, პირდაპირი მომატება, რომელშიც შეგროვებული ენერგია და ენერგია მიედინება სამხრეთიდან, მაგალითად სამხრეთისკენ მიმავალი ფანჯრებიდან დანარჩენამდე სახლი) და არაპირდაპირი მოგება ისეთი მახასიათებლების გამოყენებით, როგორიცაა ტრომბის კედლები, რომელშიც კედლებს შორის სივრცე გამოიყენება ენერგიის შესანახად მოკლედ ვადა
მზის ენერგიის დემონსტრაციები ბავშვებისთვის
ყველა ეს ცნება შეიძლება ნაჩვენები იყოს ყველაზე ასაკის ბავშვებისთვის და უფროსებს შეუძლიათ გამოიყენონ ზოგადი ინფორმაცია საკუთარი პროექტების დასაწყებად. PV უჯრედის აშენება ალბათ ძალიან ამბიციურია უმეტესობისთვის; უკეთესი იდეა იქნებოდა ის, რომ მოსწავლეები შეეცადნენ ინტერნეტისა და, ალბათ, მათი მშობლების დახმარებით, იპოვონ რამდენი PV უჯრედი გამოიყენება მოწყობილობებში სახლში ან თუნდაც ხშირად ნანახ ადგილებში.
სტუდენტებისთვის მნიშვნელოვანია გაითვალისწინონ დიდი რაოდენობით ელექტროენერგიის შენახვის თანდაყოლილი გამოწვევები, მაგალითად, მონაცემებთან ან ბირთვულ ელექტროსადგურებში გამოყენებულ მასალათან შედარებით. თუ ელემენტებს თითქმის უსასრულო ელექტროენერგია შეეძლოთ, როგორ შეიძლება შეიცვალოს სამყაროს ლანდშაფტი? დასჭირდება მზის სახლები განსაკუთრებით მზიან ადგილებში?
მზის და განახლებადი ენერგია XXI საუკუნეში
2019 წლის მონაცემებით, მზის ენერგიას აშშ – ს ენერგიის დაახლოებით 1 პროცენტი შეადგენდა. მეორეს მხრივ, 2017 წელს მზის ენერგიამ შეადგინა მთლიანი „ახალი“ ენერგიის მოხმარების მესამედი, რაც მას მრეწველობაში ზრდის.
ამასობაში, ქარის ენერგიას შეადგენდა აშშ – ს ენერგიის დაახლოებით 6 პროცენტი ქვეყნის მასშტაბით, და სავარაუდოდ, ამ მხრივ მალე გაუსწრებს ჰიდროელექტრო ენერგია. დაბოლოს, ბიომასა არის კიდევ ერთი ახალი მოთამაშე განახლებადი ენერგიის წყაროების თამაშში; მკვდარი ცხოველებისა და მცენარეებისგან მასალების დაწვას შეუძლია ტურბინების გაძლიერება, მაგრამ არის არა ითვლება სუფთა.
ენერგიის ეს წყაროები, სულ უფრო პოპულარული გახდება, რადგან კლიმატის ცვლილების მრავალმხრივი უბედურება ხდება უფრო მეტად შეუძლებელი, რომ ხალხმა და მთავრობებმა უარყონ.