Kā izveidot Saules māju paraugu bērnu projektam

Saules enerģija ir daļa no 21. gadsimta “tīru” vai “zaļu” enerģijas avotu viļņa, tas ir, no tiem kas vidē neizdala oglekļa sadegšanas produktus ievērojamā daudzumā vai pie visi. Šos enerģijas avotus sauc arī par atjaunojamiem enerģijas avotiem, lai gan tas var būt mulsinošs, jo kodolenerģija, kaut arī "tīra", tehniski nav iegūta no atjaunojamiem enerģijas avotiem.

Daļa ir arī saules enerģija, vēja enerģija un lielāks uzsvars uz ģeotermālo enerģiju un hidroelektrisko enerģiju lielākoties saskaņoti centieni visā pasaulē samazināt siltumnīcefekta gāzu, piemēram, oglekļa dioksīda, emisiju (CO₂) un tādējādi mazinātu gaidāmo klimata pārmaiņu ietekmi uz globālo civilizāciju pirms gadsimta beigām.

Lieliska ideja bērnu zinātnes projektam ir demonstrēt atjaunojamās enerģijas praktisko pielietojumu, izmantojot reālu vai modeli saules māja, vai parādot klasei vienu no saules kolektora režģa darba sastāvdaļām.

Saules mājas paneļu iemesls ir enerģijas ražošana, parasti gan elektrībai, gan karstajam ūdenim. Šis spēks kaut kā nāk no saules. Bet kā tieši?

Jauda fizikā ir enerģija laika vienībāvai līdzvērtīgi - darbs laika vienībā. Enerģija fizikā parādās daudzos veidos, ieskaitot termisko, gravitācijas potenciālu, kinētisko, elektrisko un skaņas; standarta mērvienība ir džouls (J), ko bieži izsaka līdzvērtīgi kā ņūtonmetru (N⋅m). Citas vienības ir kalorijas, ergi un Lielbritānijas termiskās vienības (Btu).

Ja enerģija tiek izmantota darba veikšanai, piemēram, elektriskā ģeneratora darbināšanai vai karstā ūdens ražotāja un rezervuāra sildīšanas spoles aktivizēšanai, šī darba veikšanas ātrumu sauc par jaudu. Standarta vienība ir vatu (W) vai J / s. 745,7 W = 1 zirgspēks (ZS).

• Apmaksājot komunālo pakalpojumu rēķinu, iespējams, pamanījāt, ka patēriņa vienības tiek mērītas kilovatstundas (kW⋅hr). Šī netradicionālā vienība izskatās kā jauda, ​​bet, tā kā tai ir jaudas mērvienības, kas reizinātas ar laiku, patiesībā tā ir enerģija.

Kad jūs visu izmantojat tik ilgi, cik vien iespējams, tas ir apmēram minūti, jūs esat spējīgs (atkarībā no jūsu masa), kas rada apmēram 800 W jaudu vai tuvu 1 ZS - pietiekami labs, lai saglabātu vidēja izmēra mikroviļņu krāsni iet. Bet ilgstošām cilvēka vingrinājumu formām, piemēram, staigāšanai vai riteņbraukšanai, tipiskāka ir jauda no 250 līdz 400.

Saules enerģija ir visplašākais un bez piesārņojuma pieejamais enerģijas avots, un faktiski tas ir visu Zemes bioloģisko procesu galvenais enerģijas avots. Tās galvenie izmantošanas veidi ir elektroenerģijas ražošana, siltuma ražošana vai abi. Saules enerģiju izmanto ne tikai mājās, bet arvien vairāk arī komerciālos un rūpnieciskos apstākļos.

Ir trīs galvenie veidi, kā iegūt saules enerģiju: saules sildīšana un dzesēšana (SHC) lietojumprogrammas, koncentrējot saules enerģiju (CSP) lietojumprogrammas un fotoelementu (PV) šūnas. Pirmie divi tiek izmantoti galvenokārt siltuma ražošanai rūpnieciskos vai lielākos apstākļos, turpretī PV elementi ir galvenie elementi raksturīgie bloki, kurus redzat uz saules mājas jumta vai dažreiz laukos blakus vietnēm, kurās tiek izmantota saules enerģija.

Saules panelis, kas pakļauts tiešiem saules stariem, var radīt līdz 1000 w / m². Kopējais saražotās enerģijas daudzums ir atkarīgs no PV šūnu skaita un iedarbības laika, kā arī Saules staru krituma leņķis, kas vidēji ir tiešāks platuma grādos, kas ir tuvāk Zemei ekvators.

Fotoelementu elementi ir viegli identificējami kā saules paneļu daļas, taču miniatūrā tie ir atrodami arī ar saules enerģiju darbināmos kalkulatoros un citās pārnēsājamās ierīcēs. Viņi izmanto fotoelektriskais efekts, kas ir fotonu (gaismas "paku") spēja izsist elektronus no atomiem, kuriem tie pieder. Turpmāko šo uzlādēto un strāvā esošo elektronu plūsmu var izmantot elektroenerģijas ražošanai tūlītējai lietošanai vai uzglabāšanai.

Elements silīcijs sevi piesaista PV šūnām, jo ​​to var likt darboties kā izolatoru, kas ir slikts elektrības vadītājs, vai arī to var likt darboties kā vadītājam, atkarībā no strādājošo inženieru vajadzībām ar to. Tas padara silīciju par pusvadītāju un tādējādi kritisku mūsdienu PV šūnu sastāvdaļu.

Svarīgi, ka elektriskā strāva (elektronu plūsma), ko rada saules enerģija un PV šūnas, ir līdzstrāva (DC). Tas ir pretrunā ar maiņstrāvas (maiņstrāvas) nokļūšanu lielākajā daļā mūsdienu māju. Tādējādi ierīce, ko sauc par invertors ir pieejama saules māju īpašniekiem vai skolotājiem, kuri vēlas parādīt studentiem, kā darbojas saules mājas.

Nav jēgas būvēt Saules māju, ja visu māju nepielādējat, lai maksimāli palielinātu energoefektivitāti, jo saules enerģiju visu laiku var būt grūti iegūt pat saulainā klimatā. Skaidrs, ka ģeogrāfija ir svarīga. Studenti var parādīt, kā saules paneļu leņķis ASV nav vērsts tieši uz augšu, bet gan uz augšu un uz dienvidiem; kāpēc tas tā būtu un kā tas mainītos pret saules mājām, teiksim, Argentīnas dienvidos?

Saules mājas ir paredzētas pasīvai siltuma uzkrāšanai, pateicoties, piemēram, lielai siltuma masai un daudzām akmens mūrēm. Papildus pareizi izlīdzinātiem logiem jāizvēlas tumšākas krāsas, lai maksimāli izmantotu esošo siltuma masu.

Jūs varat parādīt dažādus stilus, piemēram, tiešu pieaugumu, kurā savāktā enerģija un enerģija plūst no dienvidiem, piemēram, no dienvidiem vērstiem logiem, uz pārējiem mājas) un netiešu ieguvumu, izmantojot tādas funkcijas kā Trombe sienas, kurās telpas starp sienām izmanto enerģijas uzkrāšanai īsā laikā jēdziens.

Visus šos jēdzienus var parādīt lielākās daļas bērniem, un vecāki var izmantot vispārīgo informāciju, lai uzsāktu savus projektus. PV kameras celtniecība, iespējams, lielākajai daļai ir pārāk vērienīga; labāka ideja būtu panākt, lai skolēni ar interneta un, iespējams, viņu vecāku palīdzību mēģinātu atrast, cik daudz PV elementu tiek izmantots ierīcēs mājās vai vismaz bieži redzamās vietās.

Studentiem ir svarīgi atpazīt problēmas, kas raksturīgas liela apjoma elektroenerģijas uzglabāšanai, salīdzinot, piemēram, ar datiem vai atomelektrostacijās izmantoto materiālu. Ja baterijas varētu uzņemt gandrīz bezgalīgi daudz elektrības, kā varētu mainīties pasaules ainava? Vai Saules mājām būtu jāatrodas īpaši saulainās vietās?

Sākot ar 2019. gadu saules enerģija veidoja tikai aptuveni 1 procentu no ASV enerģijas. No otras puses, 2017. gadā saules enerģija bija viena trešdaļa no visa "jaunā" enerģijas patēriņa, padarot to par industriju, kurai ir tendence pieaugt.

Tikmēr vēja enerģija veidoja aptuveni 6 procentus no ASV enerģijas visā valstī, un bija paredzams, ka to šajā sakarā drīz apsteigs hidroelektriskā enerģija. Visbeidzot, biomasa ir vēl viens jaunāks spēlētājs atjaunojamās enerģijas spēlē; materiāla sadedzināšana no beigtiem dzīvniekiem un augiem var darbināt turbīnas, bet ir nē uzskatāms par tīru.

Paredzams, ka šie enerģijas avoti kļūs arvien populārāki, jo klimata pārmaiņu daudzveidīgo slāni cilvēkiem un valdībām visā pasaulē arvien vairāk nav iespējams noliegt.