Классный час: «Солнечная энергия – энергия будущего» (стр. 1 )

Всероссийский фестиваль педагогического творчества
(2015/2016 учебный год)
Номинация: Организация досуга и внеклассной деятельности
Название работы: Классный час: «Солнечная энергия - энергия будущего».
Автор:
Место выполнения работы: МБОУ-В(С)ОШ №9г. Асино

Классный час: «СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ – ЭНЕРГИЯ БУДУЩЕГО»

Цель: углубить круг знаний по физике обучающихся, расширить их кругозор, повысить интерес обучающихся к урокам физики.

Задачи: представить материал в интересной форме по изучению строения солнца, выяснить распределение солнечной радиации по поверхности Земли, а именно по территории Томской области, составить прогноз спроса и предложений на солнечные модули, выявить потенциал солнечной энергии, научиться правильному использованию солнечной энергии и привести примеры ее использования в современной жизни.

Каждый день эволюции приносит человечеству много приятных и не очень приятных сюрпризов. За покорение очередной вершины прогресса обязательно приходится чем-то платить. Известная еще со школьной скамьи истина о безграничном характере потребностей человека, для реализации которых требуется неимоверное количество отнюдь не безграничных ресурсов, заставляет нас ежедневно искать новые пути восполнения запасов благ, необходимых одним людям для существования, а другим - для удовольствия.

И речь здесь идет не только о предметах роскоши, но и о простых средствах поддержания жизнедеятельности каждого из нас. Возьмем, к примеру, электроэнергию. К сожалению, сегодня человек уже не замечает своей абсолютной зависимости от электроэнергии, а значит, и от ее источников, которые иногда просто подводят в самый неподходящий момент. Ярким примером могут служить аварии на электростанциях, когда города на несколько часов остаются без «света». Панический страх, свет фонариков и полная беспомощность – вот что значит оказаться без поддержки энергии на час-другой. Жаль, но у человека не всегда хватает времени подумать, что же будет дальше? Среди множества предложенных вариантов перехода к «безопасной энергетике» особое значение ученые придают энергии Солнца. Почему? Чтобы найти ответ на этот вопрос, попробуем разобраться, есть ли у солнечной энергетики шансы на будущее, каковы перспективы отрасли, чем актуален переход к «солнечным» технологиям в наше время для индивидуального потребителя.

Солнце.

Солнце — центральная и единственная звезда Солнечной системы, вокруг которой обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеороиды, кометы и космическая пыль. Масса Солнца составляет 99,8 % от суммарной массы всей Солнечной системы. Температура поверхности Солнца достигает 6000 K, поэтому Солнце светит почти белым светом, но из-за более сильного рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый жёлтый оттенок. Солнце находится на расстоянии около 26 000 световых лет от центра Млечного Пути и обращается вокруг него, делая один оборот примерно за 225—250 миллионов лет. Орбитальная скорость Солнца равна 217 км/с — таким образом, оно проходит один световой год за 1400 земных лет, а одну астрономическую единицу за 8 земных суток

Земля и Солнце (фотомонтаж с сохранением соотношения размеров)

Излучение Солнца — основной источник энергии на Земле. Его мощность характеризуется солнечной постоянной — количеством энергии, проходящей через площадку единичной площади, перпендикулярную солнечным лучам. На расстоянии в одну астрономическую единицу (то есть на орбите Земли) эта постоянная равна приблизительно 1370 Вт/м². Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м² (при ясной погоде и когда Солнце находится в зените). Эта энергия может использоваться в различных естественных и искусственных процессах. Так, растения с помощью фотосинтеза перерабатывают её в химическую форму (кислород и органические соединения). Прямое нагревание солнечными лучами или преобразование энергии с помощью фотоэлементов может быть использовано для производства электроэнергии (солнечными электростанциями) или выполнения другой полезной работы. Путём фотосинтеза была в далёком прошлом получена и энергия, запасённая в нефти и других видах ископаемого топлива.

Строение Солнца. В центре Солнца находится солнечное ядро. Фотосфера — это видимая поверхность Солнца, которая и является основным источником излучения. Солнце окружает солнечная корона, которая имеет очень высокую температуру, однако она крайне разрежена, поэтому видима невооружённым глазом только в периоды полного солнечного затмения.

Немного истории…

В далеком 1839 году Александр Эдмон Беккерель (Весquerel) открыл фотогальванический эффект. Спустя 44 года Чарльзу Фриттсу (Charles Fritts) удалось сконструировать первый модуль с использованием солнечной энергии, а основой для него послужил селен, покрытый тончайшим слоем золота. Ученый установил, что такое сочетание элементов позволяет, хоть и в минимальной степени (около 1%), преобразовывать энергию солнца в электричество. Именно 1883 год принято считать годом рождения эры солнечной энергетики. Однако так думают не все. В научном свете бытует мнение, что «отцом» эпохи солнечной энергии является не кто иной, как сам Альберт Эйнштейн. В 1921 году Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии. Многие считают, что эту награду великий ученый XX века получил за обоснование сформулированной им теории относительности, но это не так. Оказывается, премию физик получил именно за объяснение законов внешнего фотоэффекта. В течение ста лет развитие отрасли переживало то резкие, стимулированные учеными, инвестициями частных и государственных структур подъемы, то горькие падения, заставившие общество забыть о «солнечных технологиях» на годы.

Фотовольтаика

  Развитие современной энергетики тесно связано с использованием возобновляемой энергии. Одним из ведущих направлений в сфере возобновляемой энергетики является фотовольтаика, т. е. непосредственное преобразование солнечного света в электричество. Фотовольтаика (photovoltaics) – наука, изучающая процесс преобразования солнечного света в электрическую энергию.

 Процесс представляет собой прямое преобразование солнечного излучения в электрическую энергию с помощью специальных полупроводниковых элементов – фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). В её физической основе лежит явление фотоэффекта – «вырывания» электронов из вещества (кремния) под действием частиц света (фотонов), обладающих необходимой энергией (длиной волны). Солнечный свет преобразовывается фотоэлектрическими преобразователями (ФЭП).

Процесс производства и устройство солнечного модуля

Фотоэффект – испускание электронов с поверхности вещества на которую падает электромагнитное излучение. На основе фотоэффекта работают электрические преобразователи. Фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии в электрическую (ФЭП) являются наиболее перспективными среди нетрадиционных, возобновляемых источников электрической энергии. Они эффективно используются на космических аппаратах в качестве источников электроэнергии (солнечные батареи) и зарекомендовали себя как надежные, экологически чистые источники электроэнергии. В наземной энергетике, ФЭП имеют широкое применение в сельском хозяйстве и в быту. ФЭП имеет широкий спектр применения, начиная от питания калькуляторов и часов до создания центральной солнечной электростанции. Модульное строение солнечных батарей позволяет создавать источники электропитания на различные мощности и напряжения, что обеспечивает преимущество перед другими поставщиками электроэнергии. С целью повышения мощности установки солнечные элементы, как правило, объединяют в модули – солнечные батареи. В зависимости от количества ФЭПов и используемой технологии создаются модули с различными параметрами и характеристиками. Мощность солнечных модулей (СМ) измеряется в Ваттах. Ведущие мировые компании, такие как “Sun Power”, “BP Solar”, “Sharp”, “Sanyo” и т. д. производят СМ мощностью от 10 до 300 Вт. Солнечные модули в комплексе с другими комплектующими (контроллерами заряда, аккумуляторными батареями, инверторами) объединяют в автономные системы энергообеспечения (АСЭ).  До недавнего времени автономные системы энергообеспечения встречались лишь в отдаленных от центральных сетей энергообеспечения районах, как правило, в сельской местности, либо в местах, не имеющих доступа к центральной сети. Однако в последнее время масштабы использования данного источника энергии серьезно расширились. Все чаще автономные системы энергообеспечения встречаются в населенных пунктах с полноценным энергообеспечением Автономные системы энергообеспечения  на основе солнечной энергии - превосходное решение производства электричества независимо от вашего местонахождения. Энергия солнца может быть успешно использована, как в крупномасштабных проектах, так и в качестве небольших систем энергообеспечения. В некоторых регионах фотоэлементы повышают конкурентоспособность систем, подключенных к электросети. Однако главное - что и в отдаленных, и в подсоединенных к электросетям местностях фотоэлектрические системы вырабатывают чистую энергию, получение которой не сопровождается загрязнением окружающей среды, в отличие от привычных электростанций. Модули солнечной батареи, как правило, конструируются для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12-24В. При этом последовательно соединяются  солнечные элементы (ФЭП), и далее собираются в модуль. Полученный пакет, как правило, обрамляют в алюминиевую раму, облегчающую крепление к несущей (опорной) конструкции. Мощность модулей солнечной батареи может достигать 10-300Вт. Электрические параметры таких модулей отражаются в вольтамперной характеристике, определенной при стандартных условиях (т. е. при стандартных условиях тестирования, когда мощность солнечной радиации равняется 1000 Вт/м2, температура элементов - 25°С и солнечный спектр - на широте 45°)