Соларна енергија део је таласа „чистих“ или „зелених“ извора енергије 21. века, односно оних који не емитују производе сагоревања угљеника у животну средину у значајним количинама или на све. Ови извори енергије се називају и обновљиви извори, иако то може да збуни јер нуклеарна енергија, иако „чиста“, технички није изведена из обновљивог извора енергије.
Соларна енергија, енергија ветра и повећани нагласак на геотермалној енергији и хидроелектричној енергији су део углавном усклађених светских напора да се смањи емисија гасова са ефектом стаклене баште као што је угљен-диоксид (ЦО2) и на тај начин смањити очекивани утицај климатских промена на глобалну цивилизацију пре краја века.
Одлична идеја за научни пројекат за децу је показивање практичне примене обновљиве енергије користећи ствар или модел соларна кућа, или приказивањем класе једне од радних компоненти соларне мреже за сакупљање.
Шта је "моћ" у физици?
Разлог за панеле на соларној кући је стварање енергије, обично и за електричну енергију и за топлу воду. Ова снага некако долази од сунца. Али како, тачно?
Снага у физици је енергије по јединици времена, или еквивалентно томе, рад у јединици времена. Енергија појављује се у физици у многим облицима, укључујући топлотни, гравитационо-потенцијални, кинетички, електрични и звучни; стандардна јединица је џул (Ј), често изражен еквивалентно њутн-метру (Н⋅м). Остале јединице су калорије, ергови и британске термичке јединице (Бту).
Када се енергија користи за обављање посла, као што је напајање електричног генератора или активирање грејних завојница произвођача топле воде и резервоара, брзина којом се тај посао обавља назива се снага. Стандардна јединица је ват (В) или Ј / с. 745,7 В = 1 коњска снага (КС).
- Када плаћате рачун за комуналне услуге, можда сте приметили да се мере потрошње мере киловат-сати (кВ⋅хр). Ова неконвенционална јединица изгледа као снага, али с обзиром да има јединице снаге помножене временом, то је уствари енергија.
Кад истрчите све што дуже можете, што је око минут, способни сте (у зависности од вашег масе) генерирања око 800 В снаге или близу 1 КС - довољно добро да задржи микроталасну пећницу средње величине одлазак. Али за дуготрајне облике људског вежбања, попут ходања или вожње бицикла, типичнији је излаз од 250 до 400.
Преглед соларне енергије
Соларна енергија је најраспрострањенији и без загађења доступан извор енергије, а заправо је крајњи извор енергије свих биолошких процеса на Земљи. Његова примарна употреба је за производњу електричне енергије, производњу топлоте или обоје. Соларна енергија користи се не само у кући већ и у све већем броју комерцијалних и индустријских окружења.
Постоје три основна начина за хватање соларне енергије: соларно грејање и хлађење (СХЦ) апликације, концентришући соларну енергију (ЦСП) апликације и фотонапонски (ПВ) ћелије. Прва два се углавном користе за производњу топлоте у индустријским или већим окружењима, док су ПВ ћелије главни елементи у карактеристични низови које видите на крову соларне куће или понекад на пољима поред места која користе сунчеву енергију.
Соларни панел изложен директној сунчевој светлости може генерисати до 1.000 в / м2. Укупна количина генерисане енергије је функција броја ПВ ћелија и времена излагања као и угао пада сунчевих зрака, који су у просеку директнији на географским ширинама ближим Земљиним екватор.
Фотонапонска ћелија (ПВ)
Фотонапонске ћелије се лако могу идентификовати као делови соларних панела, али се такође могу наћи у минијатури у калкулаторима на соларни погон и другим преносним уређајима. Они користе фотоелектрични ефекат, што је способност фотона („пакетића“ светлости) да обарају електроне од атома којима припадају. Накнадни ток ових наелектрисаних и напонских електрона може се користити за производњу електричне енергије за тренутну употребу или складиштење.
Елемент силицијум даје се ПВ ћелијама јер се може натерати да делује као изолатор, што је лоше проводник електричне енергије, или се може учинити да делује као проводник, у зависности од потреба инжењера који раде с тим. Ово чини силицијум полупроводником и самим тим критичном компонентом савремених ПВ ћелија.
Што је најважније, електрична струја (проток електрона) створен соларном енергијом и ПВ ћелијама је једносмерна струја (једносмерна струја). Ово је супротно наизменичној струји (АЦ) која улази у већину модерних домова. Тако је уређај назван претварач доступан је власницима соларних кућа или наставницима који желе да покажу ученицима како соларне куће раде.
Пасивна соларна кућа
Нема смисла градити соларни дом ако не поставите целу кућу тако да максимизујете енергетску ефикасност, јер соларна енергија може бити тешка за постизање све време чак иу сунчаним климатским условима. Јасно је да је географија важна. Студенти могу показати како угао соларних панела није окренут право горе у САД, већ горе и према југу; зашто би то било и како би се ово променило за соларни дом, рецимо, на југу Аргентине?
Соларни домови су дизајнирани да пасивно складиште топлоту захваљујући, на пример, високој топлотној маси и великом каменом зидању. Поред правилно поравнатих прозора, треба одабрати и тамније боје како би се максимално искористила присутна топлотна маса.
Можете приказати различите стилове, попут директног добитка, у којем прикупљена енергија и снага струје од југа, попут прозора окренутих ка југу, према остатку куће) и индиректни добитак употребом карактеристика попут зидова Тромбе, у којима се размаци између зидова користе за краткорочно складиштење енергије термин.
Демонстрације соларне енергије за децу
Сви ови концепти могу се приказати деци већине узраста, а старији могу да користе опште информације како би кренули у сопствене пројекте. Изградња ПВ ћелије је вероватно превише амбициозна за већину; боља идеја би била да ученици покушају да пронађу, уз помоћ Интернета и можда својих родитеља, колико је ПВ ћелија у употреби у уређајима у кући или барем на често виђеним местима.
Ученицима је важно да препознају изазове који су својствени складиштењу великих количина електричне енергије у поређењу са, рецимо, подацима или материјалом који се користи у нуклеарним електранама. Ако би батерије могле да држе готово бесконачне количине електричне енергије, како би се могао променити пејзаж света? Да ли би соларне куће морале бити на посебно сунчаним местима?
Соларна и обновљива енергија у 21. веку
Од 2019. године соларна енергија чинила је само 1 проценат америчке енергије. С друге стране, у 2017. години соларна енергија представљала је трећину све „нове“ потрошње енергије, чинећи је индустријом у порасту.
У међувремену, Снага ветра чинила је око 6 процената америчке енергије широм земље, и очекивало се да ће га ускоро с тим у вези престићи хе. Коначно, биомаса је још један новији играч у игри обновљивих извора енергије; сагоревање материјала од мртвих животиња и биљака може покретати турбине, али је не сматра се чистим.
Очекује се да ће ови извори енергије постати све популарнији како народ и владе широм света постају све немогуће порицати климатске промене.