Опыты с солнечными батареями для детей

Солнечная батарейка. Занятие для дошкольников

Здравствуйте, дорогие мои читатели. Сегодня я расскажу вам о своём занятии, посвящённом энергии солнца вообще и солнечным батарейкам, в частности. И хотя, погода в этот день была пасмурная, это ничуть нам не помешало)

Начали мы с разговора о солнце, рассматривания таблицы солнечных даров. Посидели немного с закрытыми глазами, представляя, что было бы, будь так всегда.

Потом рассматривали другую таблицу, на которой были изображены предметы, которые могут работать с помощью солнечной батареи. Вспомнили и Фиксиков. Помните, в этом мультфильме есть серия, посвященная этим батареям.

Калькулятор, к стати говоря, у нас тоже был.

А потом перешли к игре-демонстрации.

По фотографии понятно только, что игра была очень оживлённая, поэтому расскажу, что мы делали.

Я держу коробку. Это солнечная батарея. На ней так и написано. У детей в руках мячики бело-красного цвета. Это фотоны-светики. Они кидают их в солнечную батарею. То есть делают то же самое, что происходит, когда солнечные лучи попадают на эту батарею.

В дне коробки дырка, в которую от сильных толчков начинают выпадать маленькие шарики-электроны. Так и в солнечной батарее происходит. Фотоны выбивают электроны, которые потом «ловит» электрическое поле и гонит по проводам. Так и получается наш ток!

После игры мы снова сели за стол и стали наглядно смотреть, как же эта батарея работает и что делает.

Для этого использовали конструктор на солнечных батарейках. Сначала собрали вентилятор и, конечно, каждому захотелось «управлять солнцем», держа у руках лампу.

С ребятами постарше нарисовали схематически процесс выбивания фотонами-светиками электронов из солнечной батареи. Каждый рисовал, как понял и как представляет.

Я первый раз такое упражнение решила попробовать и хочу применять его и дальше, только нужно, видимо, сначала рисовать мне и проговаривать, а потом уже им давать задание нарисовать, хотя, они тогда просто перерисуют…

Как вы думаете? И можно и детям 4-5 лет такое задание предложить?

Потом все вместе собирали собачку. Мы-то думали она ходить будет, а она, как оказалось, только хвостом крутила)

Да, и ещё была машинка. Я её дома собрала ещё. А потом все её ловили на столе и на полу) В пределах куда шнур лампы доставал, конечно)))

Источник

Энергия солнца

У вас когда-нибудь был солнечный ожог? Если был, то вы на себе ощутили, насколько мощным может быть солнечное тепло. Знаете ли вы, что это тепло может быть превращено в электрическую энергию? Возможно, вы слышали о солнечных элементах, но как насчет солнечной башни восходящего потока? Эта очень простая конструкция, которая использует солнце для нагрева воздуха, и затем приводит в движение турбину в большой башне. В этом опыте вы сами построите одну из таких башен. Как вы думаете, можете ли вы добиться вращения ветряной турбины только горячим воздухом? Начните, чтобы узнать!

Для опыта понадобится:

• Плотная бумага черного цвета
• Карандаш
• Ножницы
• Клейкая лента
• Пластилин
• Деревянная палочка
• Швейная игла
• Лампа накаливания или нагревательная лампа (светодиодная лампа слишком холодная, чтобы выделять достаточно тепла)
• Солнце и защищенная от ветра зона снаружи (опционально)
• Термометр (по желанию)
• Секундомер (опционально)
• Белая бумага (по желанию)

Подготовка и проведение опыта:

• Сверните черную конструкционную бумагу в конус с небольшим отверстием вверху (диаметр 5 см) и большим отверстием внизу (диаметр 10 см).
• Используйте клейкую ленту, чтобы склеить конус. Затем ножницами выровняйте верхний и нижний края конуса, чтобы сделать их прямыми. Конус должен быть примерно от 25 до 70 см в высоту и уверенно стоять на поверхности.
• В нижней части конуса вырезаем три равноудаленные арки размером 5×2 см. Это будут ваши воздухозаборники. Убедитесь, что конус все еще может стоять на оставшемся ободе.
• Вырежьте пропеллер диаметром 7 см из белой бумаги. Вы можете найти шаблоны пропеллера онлайн либо скачать с нашей странички. Согните лопасти винтов под углом 45° вниз.
• С помощью клейкой ленты осторожно прикрепите иглу к верхней части деревянной палочки острым концом вверх.
• Сделайте шарик из пластилина.

• Найдите защищенное от ветра место в помещении, чтобы установить солнечную восходящую башню. Важно, чтобы во время опыта не было внешнего воздушного потока. Почему ваше рабочее место должно быть защищено от ветра?
• Расположите черный бумажный конус над пластилином так, чтобы он (пластилин) находился в центре конуса.
• Воткните деревянную палочку в пластилин через верхнее отверстие башни, чтобы шампур располагался в центре конуса. Игла на вершине палочки должна находиться в 3-5 см от края конуса.
• Возьмите пропеллер и установите его на острие иглы. После того, как вы установите пропеллер, он должен быть сбалансирован и иметь возможность свободно вращаться. Вам может потребоваться некоторое время, чтобы убедиться, что пропеллер правильно опирается на иглу. Что происходит с пропеллером, опирающимся на иглу? Он движется?
• Поместите лампу рядом с башней и направьте ее свет к основанию. Не оставляйте включенную лампу без присмотра во время эксперимента. Как вы думаете, что будет происходить с лампой?
• Включите лампу и понаблюдайте за башней восходящего потока. Потребуется немного терпения. Что вы видите?
• Выключите лампу и продолжайте наблюдать за вашей башней в течение 5-10 минут. Что происходит, когда вы выключаете лампу?
• Дополнительно:Как быстро вы сможете вращать пропеллер? Пометьте один из лопастей винта карандашом, а затем подсчитайте количество оборотов за 15 секунд с помощью секундомера. Умножьте число оборотов на четыре, и вы получите скорость вращения вашего пропеллера об / мин (оборотов в минуту).
• Дополнительно: вы можете повторить эксперимент, но на этот раз используйте белую бумагу для сборки вашей солнечной башни восходящего потока. Цвет бумаги имеет значение? Почему «да» или почему «нет»?

Наблюдения и результаты:

Ты заставил свой винт вращаться? В начале пропеллер не должен был двигаться. Если это произошло, винт, скорее всего, движет внешний поток воздуха от двери или ветра. Температура воздуха внутри и снаружи башни должна была быть примерно одинаковой. Это изменилось, когда вы включили лампу. Лампа накаливания излучает свет и тепло, как солнце. Вы заметите это, когда будете держать руку рядом с ней. Когда свет падает на черную бумагу, она поглощает большую часть света и начинает нагреваться. Тепло задерживается внутри конуса, что повышает там температуру воздуха. Поскольку теплый воздух менее плотный, чем холодный, он начинает подниматься вверх по бумажному конусу. Этот восходящий поток заставляет вращаться винт на вершине конуса, что вы наблюдали через некоторое время.

Поднимающийся воздух снижает давление внутри конуса, поэтому свежий воздух всасывается в бумажный конус через воздухозаборники, которые вы вырезаете внизу. Этот новый воздух нагревается, и создается непрерывный восходящий поток, который поддерживает вращение пропеллера. Цикл прерывается только при выключении лампы. Поскольку нет источника тепла, воздух внутри конуса начинает медленно охлаждаться и через некоторое время возвращается к той же температуре, что и наружный воздух. В этот момент пропеллер перестает вращаться, потому что больше нет восходящего потока.

Солнце — очень мощный источник энергии. Фактически, менее чем за 15 секунд оно может дать Земле столько энергии, сколько люди используют за один день! Большая часть этой энергии достигает Земли в форме света и тепла. Неудивительно, что люди долго думали, как эту энергию можно собрать и использовать с пользой. В течение последних двух столетий ученые исследовали и разработали технологии для преобразования энергии солнца непосредственно в электрическую энергию. Сегодня существует много различных методов производства солнечной энергии, таких как солнечные батареи, солнечные тепловые коллекторы и солнечные концентрационные системы.

Одна из этих систем, называемая солнечной башней восходящего потока, представляет собой технологию солнечного теплового коллектора. Башня на солнечной энергии может генерировать электричество из солнечного тепла. Научные концепции, лежащие в основе этой идеи, основаны на парниковом эффекте и эффекте дымовой трубы или дымохода. Такие электростанции состоят из большой коллекторной конструкции и очень высокой башни. Конструкция коллектора напоминает гигантскую теплицу и состоит из массивного прозрачного навеса, который подвешен на высоте от 2-х до 20 м над землей. Башня расположена в центре конструкции навеса и имеет большие воздухозаборники в основании. Внутри башни большие ветряные турбины для производства электроэнергии.

Когда солнце светит на структуру коллектора, его тепло попадает в ловушку внизу, как в теплице, которая нагревает воздух и землю под конструкцией купола. Поскольку горячий воздух менее плотный, чем холодный, он начинает подниматься, вызывая воздушный поток, также называемый тепловой конвекцией. У воздуха нет другого выхода, кроме пути через башню. Поднимающийся воздух в башне создает низкое давление в нижней части башни, и больше горячего воздуха из коллектора всасывается внутрь башни через ее воздухозаборники у основания. В результате солнечная энергия вызывает в башне непрерывный восходящий поток. Ветряные турбины, установленные внутри башни, преобразуют энергию, содержащуюся в восходящем потоке, в механическую, перемещая его лопасти. На следующем этапе это движение преобразуется в электрическую энергию генераторами.

Несмотря на то, что технология кажется довольно простой и может генерировать много энергии, полномасштабные устройства пока не работают. Несколько прототипов моделей, однако, были построены и изучены.

Источник

Исследовательская работа «Энергия Солнца»

Существует много направлений альтернативной энергетики, Славу же заинтересовала больше всего гелиоэнергетика. Так как получение этой энергии будет возможно еще более 4-х миллиардов лет.

Цель работы: изучить основные направления гелиоэнергетики, выделить самое перспективное из них и в домашних условиях применить данное направление для извлечения энергии.

Скачать:

Вложение	Размер
Исследовательская работа «Энергия Солнца»	745.5 КБ

Предварительный просмотр:

Управление образования Кунгурского муниципального района

IХ муниципальный конкурс исследовательских работ учащихся

МБОУ «Плехановская СОШ»

Карпова Людмила Валентиновна,

МБОУ «Плехановская СОШ»

учитель начальных классов

Глава 2. География солнечного излучения…………………………….…6

Глава 3. Способы получения энергии………………………………….…..7

Глава 5. Солнечные батареи из подручных средств……………….. …. 10

Использованные источники и литература………………………………..13

Сколько еще на планете остается главного ресурса, благодаря которому стала возможной современная цивилизация? По оценке Всемирного энергетического совета, запасов нефти в мире хватит на 56 лет, а газа — на 55 лет. По мнению большинства экспертов, мир движется к катастрофическому кризису в области энергетики. Растущий дефицит традиционных энергоносителей начнет ощущаться значительно раньше, чем через 50 лет. Дефицит нефти может создать острую нехватку и других необходимых для жизнедеятельности человечества ресурсов.

Единственный выход из данной ситуации — применение альтернативных источников энергии. Альтернативная энергетика — сочетание перспективных способов получения, передачи и использования энергии, которые распространены, не так широко, как традиционные. Они представляют интерес из-за выгодности их использования и не причинения вреда окружающей среде. Энергия для таких способов называется — возобновляемая или «Зеленая энергия».

Существует много направлений альтернативной энергетики, меня же заинтересовала больше всего гелиоэнергетика. Так как получение этой энергии будет возможно еще более 4-х миллиардов лет.

Цель работы : изучить основные направления гелиоэнергетики, выделить самое перспективное из них и в домашних условиях применить данное направление для извлечения энергии.

А для этого я поставил перед собой следующие задачи :

1. Изучить литературу по данной теме.
2. Провести эксперименты и наблюдения в домашних условиях.
3. Сделать выводы.
4. Обобщить и оформить работу.
5. Познакомить с данной темой одноклассников.

Данную работу можно использовать на уроках окружающего мира и классном часе.

Глава 1. Энергия солнца

Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Еще одно название данной отрасли – гелиоэнергетика. Произошло от греческого слова helios – солнце.

Солнечная энергетика является экологически чистой, то есть не производящей ни каких вредных отходов и не наносит вред окружающей среде.

Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии – Солнце. Излучение Солнца — основной источник энергии на Земле. Эта энергия может использоваться в различных естественных и искусственных процессах. Так, растения, используя её, синтезируют органические соединения с выделением кислорода. Прямое нагревание солнечными лучами может быть использовано для производства электроэнергии (солнечными электростанциями) или выполнения другой полезной работы. Ультрафиолетовое излучение Солнца имеет антимикробные свойства, позволяющие использовать его для обеззараживания воды и различных предметов. Оно также вызывает загар и имеет другие биологические эффекты — например, стимулирует производство в организме витамина D.

Глава 2. География солнечного излучения

Солнечное излучение распределяется по территории Земли неравномерно. Ведь если в одних местах солнечный свет – это достаточно редкий и долгожданный гость, то в других, его избыток действует на все живое угнетающе. Среднегодовое количество солнечного излучения зависит от широты, на которой находится тот или иной район. Рекордные дозы дневного света получают страны, приближенные к экватору (Приложение, рис. 1) . Объемы солнечного света во многом связаны и с числом ясных дней, а они, определяются климатом местности. Кроме того, многое зависит от течений, направлений воздушных потоков и других особенностей региона.

Наибольшую дозу солнечного излучения ежегодно получает:

• северо-восточная Африка, некоторые центральные и юго-западные области континента;
• восточное побережье Африки;
• Аравийский полуостров;
• южные субэкваториальные участки Атлантического и Тихого океанов;
• северо-запад Австралии, некоторые острова Индонезии;
• западное побережье Южной Америки.

Замеры в России показали, что наибольшие дозы солнечного излучения получают вовсе не черноморские курорты страны. На самом деле, рекордсменами по данному показателю оказались пограничные с Китаем территории и Северная Земля (Приложение, рис. 2) . Минимальная доза солнечного света приходится на северо-западный регион России – Санкт-Петербург и прилегающие к нему районы.

Глава 3. Способы получения энергии

Существует несколько способов получения энергии из солнечного излучения. Рассмотрим основные из них:

1. Гелиотермальная энергетика — нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла. Преобразование солнечной энергии в электричество осуществляется с помощью тепловых машин. Это паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар или различные газы.
2. Термовоздушные электростанции — преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор.
3. Солнечные аэростатные электростанции — генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой поглощающим покрытием.
4. Фотовольтаика — метод выработки электрической энергии путем использования светочувствительных элементов для преобразования солнечной энергии в электричество. На мой взгляд, это самое перспективное направление солнечной энергетики. Поэтому остановлюсь на нем подробнее.

Глава 4. Фотовольтаика

«Фотовольтаика» (от др. греческого photo – свет и вольт – единица измерения электрического напряжения) означает обычный рабочий режим фотоэлемента, при котором электрический ток возникает благодаря преобразованной энергии света. Фактически, все фотовольтаические устройства являются разновидностями фотодиодов.

Что же такое фотоэлемент? Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию света в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал русский физик Александр Столетов в конце XIX века.

Наиболее эффективными устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются фотоэлектрические преобразователи (ФЭП).

В зависимости от материала, конструкции и способа производства принято различать три поколения ФЭП:

• ФЭП первого поколения на основе пластин кристаллического кремния;
• ФЭП второго поколения на основе тонких пленок;
• ФЭП третьего поколения на основе органических материалов.

ФЭП собираются в модули. Такие модули называют «солнечная батарея». Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий. Для установки и передачи электроэнергии солнечные модули комплектуются различными устройствами:

• инверторами, для создания напряжения нужного потребителю
• аккумуляторами, для накопления электрической энергии,
• прочими элементами электрической и механической подсистем.

В зависимости от применения различают следующие виды установки солнечных систем:

• частные станции малой мощности, размещаемые на крышах домов;
• коммерческие станции малой и средней мощности, располагаемые, как на крышах, так и на земле;
• промышленные солнечные станции, обеспечивающие энергоснабжение многих потребителей.

Глава 6. Солнечные батареи из подручных средств.

В журналах «Радио» за 80-е годы часто описывается, как полупроводниковые приборы используются в качестве фотоэлементов. Я решил воспользоваться этой технологией.

За основу взял кремниевые полупроводниковые транзисторы большой мощности. По расчетам, приведенным в журнале, мне понадобится 16 транзисторов. Нам их охотно подарили работники телемастерской из старых запасов.

Аккуратно, кусачками, срезаем верхние защитные крышки с приборов. Внимательно рассмотрев внутренности, замечаю, что рабочий элемент – это небольшая пластина из кремния с разделительными дорожками. Закрепляем транзисторы на куске пластика и соединяем их выводы, в определенном порядке, при помощи пайки (с папиной помощью). Сверху крепим защитную пленку, которая защитит батарею от случайного повреждения. Наш элемент готов (Приложение, рис. 3) .

Опыт 1. Проведем полевые испытания. Потребителем энергии, для наглядности опыта, используем двигатель старого игрушечного вертолета. Соединяем провода, соблюдая полярность. Нам повезло – в этот день была ясная солнечная погода. И при попадании прямых солнечных лучей солнечная батарея начала вырабатывать электричество, электромоторчик стал плавно набирать обороты. Вертолет ожил (Приложение, рис. 4) .

Вывод: благодаря этому опыту, я наглядно убедился, что из солнечного света можно получить электроэнергию. А также освоил изготовление ФЭП первого поколения из подручных средств.

Опыт 2. ФЭП второго поколения я решил протестировать на основе уже готовой солнечной батареи от детской игрушки. Подсоединяем ее к тому же двигателю вертолета. Все хорошо работает, точно также как и с самодельной солнечной батареей (Приложение, рис. 5) .

Вывод: ФЭП второго поколения работает так же хорошо, как и первого. Но этот преобразователь гораздо легче и имеет меньшие размеры, по сравнению с ФЭП первого поколения, а электрической энергии они вырабатывают примерно одинаково.

Опыт 3. Что бы продемонстрировать опыт одноклассникам, я решил приготовиться к худшему. Не всегда бывают ясные дни. И поэтому пришлось найти временную замену солнцу (для опыта). Пригодилась мощная лампа накаливания, которая на близком расстоянии дает примерно такую же освещенность, как солнечные лучи. При пробных запусках преобразователей, я заметил, что при приближении к лампе, двигатель начинает вращаться быстрее. А при удалении от нее – медленнее (Приложение, рис. 6) .

Вывод: интенсивность солнечного излучения влияет на количество вырабатываемой электроэнергии.

Глава 7. Заключение.

Проведя изучение данного материала:

• Познакомился со многими видами гелиоэнергетики, особенно самым перспективным из них – фотовольтаикой.
• Узнал об основных типах фотоэлектрических преобразователей.
• Познакомился с устройством систем солнечного электроснабжения.
• Изготовил солнечную батарею своими руками из подручных средств.
• Провел эксперименты с ФЭП первого и второго поколения.

Думаю, что в старших классах, когда наберусь больше знаний, я проведу более глубокое исследование данной темы. И возможно сконструирую более мощную установку, например, для обеспечения электроэнергией моего дома.

Источник