Bir Çocuk Projesi için Model Güneş Evi Nasıl İnşa Edilir

Güneş enerjisi, 21. yüzyılın "temiz" veya "yeşil" enerji kaynakları dalgasının bir parçasıdır. Karbon yanma ürünlerini çevreye önemli miktarlarda ya da herşey. Bu enerji kaynaklarına yenilenebilir enerji de denir, ancak bu kafa karıştırıcı olabilir çünkü nükleer enerji "temiz" olsa da teknik olarak yenilenebilir bir enerji kaynağından türetilmez.

Güneş enerjisi, rüzgar enerjisi ve jeotermal enerji ile hidroelektrik enerjiye artan vurgu, bunların hepsi birer parçadır. karbondioksit gibi sera gazlarının emisyonunu azaltmak için dünya çapında büyük ölçüde ortaklaşa yürütülen bir çabanın (CO₂) ve böylece yüzyılın sonundan önce iklim değişikliğinin küresel uygarlık üzerindeki beklenen etkisini azaltmak.

Bir çocuk bilim projesi için harika bir fikir, gerçek veya model kullanarak yenilenebilir enerjinin pratik uygulamasını göstermektir. güneş eviveya bir güneş enerjisi toplama ızgarasının çalışan bileşenlerinden birini bir sınıfa göstererek.

Bir güneş evindeki panellerin nedeni, genellikle hem elektrik hem de sıcak su için güç üretmektir. Bu güç bir şekilde güneşten geliyor. Ama tam olarak nasıl?

Güç fizikte birim zaman başına enerjiveya eşdeğer olarak, birim zaman başına iş. Enerji fizikte termal, yerçekimi-potansiyel, kinetik, elektriksel ve sonik dahil olmak üzere birçok biçimde görünür; standart birim joule'dür (J), genellikle eşdeğer olarak Newton-metre (N⋅m) olarak ifade edilir. Diğer birimler kalori, erg ve İngiliz ısı birimleridir (Btu).

Bir elektrik jeneratörüne güç vermek veya bir sıcak su üreticisinin ve rezervuarının ısıtma bobinlerini harekete geçirmek gibi iş yapmak için enerji kullanıldığında, bu işin yapılma hızına güç denir. Standart birim, watt (W) veya J/s. 745.7 W = 1 beygir gücü (hp).

• Elektrik faturanızı ödediğinizde, tüketim birimlerinin şu şekilde ölçüldüğünü fark etmiş olabilirsiniz. kilovat-saat (kW⋅hr). Bu alışılmamış birim güce benziyor, ancak zamanla çarpılan güç birimlerine sahip olduğundan, aslında enerjidir.

Mümkün olduğu kadar uzun süre koştuğunuzda, ki bu yaklaşık bir dakikadır, yeteneklisinizdir (sizin durumunuza bağlı olarak). kütle) yaklaşık 800 W veya 1 hp'ye yakın güç üreten - orta boy bir mikrodalga fırını tutmak için yeterince iyi gidiyor. Ancak yürüyüş veya bisiklete binme gibi uzun süreli insan egzersizleri için 250 ila 400'lük bir çıktı daha tipiktir.

Güneş enerjisi, mevcut en bol ve kirlilik içermeyen enerji kaynağıdır ve aslında dünyadaki tüm biyolojik süreçlerin nihai enerji kaynağıdır. Birincil kullanımları elektrik üretmek, ısı üretmek veya her ikisi içindir. Güneş enerjisi sadece evde değil, artan sayıda ticari ve endüstriyel ortamda da kullanılmaktadır.

Güneş enerjisini yakalamanın üç temel yolu vardır: güneş ısıtma ve soğutma (SHC) uygulamaları, yoğunlaştırılmış güneş enerjisi (CSP) uygulamaları ve fotovoltaik (PV) hücreler. İlk ikisi, esas olarak endüstriyel veya daha büyük ortamlarda ısı üretmek için kullanılırken, PV hücreleri, dünyadaki ana unsurlardır. bir güneş evinin çatısında veya bazen güneş enerjisinden yararlanan sitelerin yanındaki tarlalarda gördüğünüz karakteristik diziler.

Doğrudan güneş ışığına maruz kalan bir güneş paneli 1.000 w/m'ye kadar üretebilir². Üretilen toplam güç miktarı, PV hücre sayısının ve maruz kalma süresinin bir fonksiyonudur. ortalama olarak Dünya'ya daha yakın enlemlerde daha doğrudan olan güneş ışınlarının gelme açısı ekvator.

Fotovoltaik hücreler, güneş panellerinin parçaları olarak kolayca tanımlanabilir, ancak güneş enerjisiyle çalışan hesap makinelerinde ve diğer taşınabilir cihazlarda minyatür olarak da bulunurlar. Onlar kullanır fotoelektrik etkifotonların ("ışık paketleri") elektronları ait oldukları atomlardan serbest bırakma yeteneğidir. Bu yüklü ve enerjilendirilmiş elektronların sonraki akışı, anında kullanım veya depolama için elektrik üretmek için kullanılabilir.

Silisyum elementi, zayıf bir yalıtkan gibi davranabileceği için PV hücrelerine uygundur. çalışan mühendislerin ihtiyaçlarına göre elektrik iletkeni veya iletken gibi davranabilir. Bununla. Bu, silikonu bir yarı iletken ve dolayısıyla çağdaş PV hücrelerinin kritik bir bileşeni yapar.

Önemli olan, elektrik akımı Güneş enerjisi ve PV hücreleri tarafından oluşturulan (elektron akışı) doğru akımdır (DC). Bu, çoğu modern eve giren alternatif akıma (AC) karşıdır. Böylece bir cihaz olarak adlandırılan bir çevirici öğrencilere güneş evlerinin nasıl çalıştığını göstermek isteyen güneş enerjisi evi sahipleri veya öğretmenler tarafından kullanılabilir.

Güneş enerjisinin güneşli iklimlerde bile her zaman elde edilmesi zor olabileceğinden, tüm evi enerji verimliliğini en üst düzeye çıkaracak şekilde ayarlamazsanız bir güneş enerjisi evi inşa etmenin bir anlamı yoktur. Elbette coğrafya önemlidir. Öğrenciler, ABD'de güneş panellerinin açısının nasıl dümdüz yukarıya değil de yukarıya ve güneye baktığını gösterebilirler; bu neden olur ve örneğin güney Arjantin'deki bir güneş enerjisi evi için bu nasıl değişir?

Güneş evleri, örneğin yüksek termal kütle ve çok sayıda taş duvar sayesinde ısıyı pasif olarak depolamak için tasarlanmıştır. Düzgün hizalanmış pencerelere ek olarak, mevcut termal kütleden en iyi şekilde yararlanmak için daha koyu renkler seçilmelidir.

Toplanan enerjinin ve gücün güneye bakan pencereler gibi güneyden diğerlerine aktığı doğrudan kazanç gibi farklı stiller gösterebilirsiniz. evin) ve duvarlar arasındaki boşlukların kısa sürede enerji depolamak için kullanıldığı Trombe duvarları gibi özelliklerin kullanımı yoluyla dolaylı kazanç. terim.

Bu kavramların tümü, çoğu yaştaki çocuğa gösterilebilir ve daha büyük olanlar, kendi projelerine başlamak için genel bilgileri kullanabilir. Bir PV hücresi inşa etmek muhtemelen çoğu için fazla iddialı; Daha iyi bir fikir, öğrencilerin internetin ve belki de ebeveynlerinin yardımıyla evdeki cihazlarda veya en azından sık görülen yerlerde kaç tane PV hücresinin kullanıldığını bulmaya çalışmasıdır.

Öğrencilerin, örneğin verilere veya nükleer santrallerde kullanılan malzemeye kıyasla, büyük miktarda elektrik enerjisi depolamanın doğasında var olan zorlukları tanımaları önemlidir. Piller neredeyse sonsuz miktarda elektrik tutabilseydi, dünyanın manzarası nasıl değişebilirdi? Güneş evlerinin özellikle güneşli yerlerde olması gerekir mi?

2019 itibariyle, güneş enerjisi ABD enerjisinin yalnızca yüzde 1'ini oluşturuyordu. Öte yandan, 2017'de güneş enerjisi, tüm "yeni" enerji tüketiminin üçte birini oluşturdu ve bu onu yükselen bir sektör haline getirdi.

O esnada, rüzgar enerjisi ülke çapında ABD enerjisinin yaklaşık yüzde 6'sını oluşturuyortarafından yakında bu konuda geçilmesi bekleniyordu. hidroelektrik güç. En sonunda, biyokütle yenilenebilir enerji oyununda daha yeni bir oyuncu; ölü hayvanlardan ve bitkilerden gelen malzemenin yakılması türbinleri çalıştırabilir, ancak dır-dir değil temiz sayılır.

Bu enerji kaynaklarının giderek daha popüler hale gelmesi bekleniyor, çünkü iklim değişikliğinin çok yönlü belası, dünyanın dört bir yanındaki insanlar ve hükümetler için giderek daha da imkansız hale geliyor.