Муниципальное бюджетное общеобразовательное
учреждение
«Лицей имени А.Г.Баженова»
Физика
«Возможность использования солнечных панелей в зависимости от физических
параметров на территории Хакасии в автономных условиях»
Автор:
Гаврюшенко Владислав
Станиславович,
МБОУ «Лицей»,
ученик 10в класса
Руководитель:
Тартачакова Татьяна
Николаевна,
МБОУ «Лицей»,
учитель физики
г. Черногорск-2017
Содержание
Введение
I.Теоретическая часть
1.
Использования солнечной энергии человеком с древних времён и в современном
мире.
II. Практическая часть
1.
Исследование
зависимости падающей солнечной энергии на единицу площади за единицу времени от
физических параметров.
2.
Анализ
статистических данных
3.Ведение дневника наблюдения.
III. Заключение.
Список
литературы.
Приложение.
Введение
Хакасы это один из древнейших кочевых
народов. Жизнь хакасов на протяжении многих веков
была полностью зависима от окружающей их природы. Среди многих объектов
природы ключевое значение придавалось Солнцу. Оно является естественным
источником света и тепла. Солнце выступало основным мерилом пространства и
времени. Люди были убеждены, что весь уклад жизни на Земле основывается на
ритмах движения Солнца. Этот космический объект воспринимался в качестве живого
существа, наделенного высшей сакральной силой. Образ светила связывался с
общими представлениями о плодородии, процветании и гармонии. Это способствовало
регулярному поклонению ему. Верили в вездесущесть и постоянство Солнца. Оно
оказало решающее влияние на формирование обрядовой практики, связанной с воззрениями
о жизни и смерти человека, душе, судьбе, богатстве, правосудии и др. Все это
предопределило высокий знаковый и функциональный статус Солнца и его образа в
культуре хакасов. С солнечным циклом соотносили хозяйственную и иную
деятельность. Скотоводство является основной отраслью хозяйства
хакасов на протяжении многих веков, вплоть до наших дней. Богатство хакасского
населения определялось наличием табунов и количеством скота. Основными
видами скота были лошади, крупнорогатый скот и овцы. Рабочий день Хакаса
полностью зависел от продолжительности светового дня, а их быт ограничивался
самым необходимым.
В настоящее время на территории нашей республике появляются всё больше
фермерских хозяйств удалённых от больших населённых пунктов, и современный человек,
работая в них, уже не хочет жить в средневековых условиях, его быт должны
быть комфортными. А это связано с использованием электроэнергии. Одним из
альтернативных источников является энергия солнце.
Меня
заинтересовал вопрос, а возможно ли автономное использования солнечной энергии
на территории нашей Республики?
Впервые
фотоэлемент я увидел на уроке физике в 8 классе при изучении темы: «Источники электрического тока »
(приложение.2).Поразила простота преобразования солнечной энергии в
электрическую. И уже тогда появилась желание разобраться в этом вопросе более
подробно, а возможно и использовать эти знания в практических целях.
Объект
исследования:
Автономное использование солнечной энергии.
Предмет
исследования:
Физические параметры.
Цель:
Изучение зависимости автономного использования солнечной энергии на
территории Хакасии от физических параметров, а как следствие от географической
широты.
Задачи:
1.
Изучить
теорию вопроса;
2.
Провести
экспериментальное исследование;
3.
Провести сравнительный
анализ на основе дневника наблюдений и архивных данных интернет ресурсов.
Гипотеза: Предполагаю, что возможность использования
солнечной энергию зависит от угла падения солнечных лучей, от площади
поверхности, от интенсивности светового потока, от вида поверхности.
Методы исследования:
1.
Теоретический
- изучение первоисточников
2.
Лабораторный
- проведение эксперимента;
3.
Аналитический
- анализ полученных результатов;
4.
Синтез-обобщение
полученных знаний.
I.Солнечная батарея - объединение фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) - полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в
постоянный электрический ток на основе физического закона фотоэффекта. Около двухсот лет продолжается процесс усовершенствования солнечных
установок по выработке электроэнергии. В настоящее время инженерная мысль
достигла значительных результатов в разработке фотоэлектрического оборудования,
особенно в показателях полезного действия – от 1 до 46% (доля преобразованной
солнечной энергии).
Современный
рынок солнечных систем электроснабжения можно считать в достаточной мере
сформированным. Встал вопрос, а используется ли в нашей Республике солнечная
энергия автономно и на сколько информировано население об этом. Для его
выяснения мы провели небольшой опрос среди учащихся 10 классов(61 учащейся).
Перечень вопросов был следующим:
1.Знаете ли
Вы об использовании солнечных панелей на территории Хакасии? Ответы: Да-12уч;
Нет-49уч. .
2. Если да,
то где? В музеи-заповеднике «Салбыкский курган».
3. Причины
редкого использования:
·
Большая
стоимость установок-23уч-ся;
·
Низкий
КПД-15уч-ся;
·
Климатические
условия-43уч-ся;
·
Другие
причины-8 уч-ся. .
Анализируя
ответы учащихся, приходим к выводу, что по их мнению невозможно использовать
солнечные панели автономно в нашей Республике из-за климатических условий. С
целью опровержения выполнили практическую часть.
II.
Практическая часть
1.Исследование зависимости падающей солнечной энергии на единицу
площади за единицу времени от физических параметров.
·
От угла падения при
пассивном и активном использовании.
Для
проверки этого предположения мы использовали миллиамперметр и солнечную панель.
Устанавливая солнечную панель под различными углами к источнику света мы пришли
к выводу, что для максимального поглощения солнечной энергии необходимо
располагать панель перпендикулярно солнечным лучам. Следовательно, энергии
Солнца поступает больше в период «Солнцестояния». Угол падения зависит от географической
широты места. (приложение 1)
·
От рода вещества
Для
проверки этого явления мы положили термометр под лист белой бумаги или ткани и
наблюдали в течении определенного времени. Темные тела нагреваются сильнее, чем
белые. Значит темные тела больше поглощают солнечной энергии, чем белые.
Аналогичный опыт можно провести с помощью жидкого теплоприёмника соединенного с
манометром. (приложение 2)
·
От площади поверхности
Для проверки
этой зависимости мы закрывали часть солнечной батареи, показания
миллиамперметра сразу уменьшались. (приложение
3)
·
От мощности солнечного
излучения
Для этого мы использовали
миллиамперметр и две лампочки разных по мощности, при использовании лампочки
с маленькой мощностью показания миллиамперметра были небольшими, а при
использовании более мощной лампы показания миллиамперметра сразу увеличились.
Вывод:
Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от
ряда фактов:
·
угла наклона поверхности по отношению к
Солнцу.
·
рода вещества.
·
площади поглощающей поверхности.
·
мощности солнечного излучения.
2.Анализ статистических данных.
Используя
статистические данные метеостанции некоторых городов нашей страны составили
сравнительную таблицу в которой рассмотрели физические характеристики влияющие
возможность использования солнечной энергетики.
Для этоговоспользуемся
таблицей годовой инсоляции одного квадратного метра горизонтальной площадки в
разных городах России в мегаваттах . (приложение
4)
Мы видим
,что средняя дневная солнечная радиация наибольшая на территории г. Сочи и г.
Абакана.Из усредненных данных поступления солнечной энергии на 1 квадратный
метр в день на территории России.(приложение5)
Мы можем сделать вывод что на территории Хакассии на 1
квадратный метр за день поступает от 4до 4,5кВт.час солнечной энергии.
3.Ведение
дневника наблюдения.
Дневник
наблюдений мы вели в течении 1года, с сентября по август месяц, образец
ведения приведен выше, для трёх месяцев.(место наблюдения г. Черногорск).(приложение6)
Просмотрев
данные мы пришли к выводу что: Погода в
республике преобладает ясная, малооблачная. Суммарная величина солнечной
радиации в степной зоне республики заметно выше, чем на этих же широтах в
районах России, расположенных западнее. Так солнечных дней в Республике Хакасия
больше, чем, к примеру, в Сочи. В абаканской степи продолжительность солнечного
сияния составляет 2030 часов в год. Благодаря континентальности климата
Сиби ри, ее центральные районы получают больше сол нечного света, чем районы
Европы и Европейской части России, расположенные на той же широте [2].
Традиционно считающийся наиболее «солнеч ным» Северный Кавказ и большая
территория Центральной и Восточной Сибири характеризуют ся одинаковыми суммами
приходящей солнечной радиации от 4 до 4,5 кВт·ч (м2 ·день). Большая часть
территории РФ от южных до северных границ не зависимо от широты располагает
одинаковыми солнечными ресурсами от 3,5 до 4 кВт·ч (м2 ·день)
Таким образом, можно
утверждать, что использование энергии солнца на территории Хакасии в качестве
альтернативной является целесообразным.
III.
Заключение
Экспериментально
установил:
·
способность
поверхностей поглощать солнечную энергию зависит от угла падения солнечных
лучей, а следовательно от географической широты и времени суток;
·
от
интенсивности солнечного излучения, а значит от сезона года;
Используя
результаты статистических данных и дневник наблюдений пришли к выводу:
·
территория
республики Хакассии пригодна для эффективного использования солнечных панелей
в автономном режиме .
Расширение масштабов применения
солнечных установок в автономном режиме не только даст значительное повышение
уровня жизни людей , проживающих .
Список
литературы
1.Андреев В. Фотоэлектрические преобразования солнечной энергии.-
Соросовский образовательный журнал, 1996, №7.
2.Семенов А. Солнечный дом.- Наука и жизнь, 1985, №12.
3.В.Володин, П.Хазановский- «Энергия, век двадцать первый.»
4.А.Голдин «Океаны энергии». Л.С.Юдасин «Санкт-петербургские ведомости» .
5.All RIGHTS Reserved 2011 http://www.ecorostov.ru/.
https://geektimes.ru/post/255452/
Благодаря
континентальности климата Сиби ри, ее центральные районы получают больше сол
нечного света, чем районы Европы и Европейской части России, расположенные на
той же широте [2]. Традиционно считающийся наиболее «солнеч ным» Северный
Кавказ и большая территория Центральной и Восточной Сибири характеризуют ся
одинаковыми суммами приходящей солнечной радиации от 4 до 4,5 кВт·ч (м2 ·день).
Большая часть территории РФ от южных до северных границ не зависимо от широты
располагает одинаковыми солнечными ресурсами от 3,5 до 4 кВт·ч (м2 ·день)
Суммарная
солнечная радиация, приходящая на единицу по верхности состоит из прямой
радиации и рассеян ной аэрозолями воздуха, облаками или окружаю щими объектами.
В период, когда нет устойчивого снежного покрова, доля рассеянной составляющей
не превышает 15 %. С установлением снежного по крова доля рассеянной радиации
снегом превыша ет 50…60 %, что было установлено непосредствен но нашими
измерениями. Наличие снежного покрова зимой в ТО (до 6ти месяцев) способствует
увеличению выработки электроэнергии солнечными батареями в 1,5…2 раза по
сравнению с территориями Герма нии, где зимой почти не бывает снега. Установле
но, что для максимальной выработки электроэнер гии в течение года солнечные
батареи в вертикаль
ной плоскости летом должны быть ориентированы под углом 45…55° к плоскости
Земли, а зимой под углом 80° из приведенных выше высот стояния Солнца в
экстремумах зимы и лета. Ориентация ветрогенератора по ветру происхо
Важным
результатом следует считать оценку вклада снежного покрова в освещенность ра
бочей поверхности солнечной батареи. В ясные дни освещенность за счет
рассеяния снегом возрастает до 2х раз по сравнению с освещением СБ только
прямыми лучами. В пасмурные дни основной вклад в освещенность СБ вносит
рассеянное излучение. Это означает, что в течение почти полугода съем элек
троэнергии с единицы поверхности СБ в Сибири в 2 раза выше, чем в Европе при
сопоставимых уров
нях солнечной радиации. Поскольку в демонстра ционной СВЭС не предусмотрено
слежение сол нечной батареей за Солнцем, то была определена ее оптимальная
ориентация в горизонтальной и вертикальной плоскости. В табл. 4 представлены
данные по выработке электроэнергии солнечными модулями, ориентированными по
азимуту в пяти направлениях. Ориентация в вертикальной плоско сти составляла
55° к поверхности Земли. Таблица 4. Азимутальная зависимость выработки
электро& энергии СБ за день Исследования показали, что для максимальной
выработки электроэнергии солнечной батареей необходимо менять ее ориентацию
относительно горизонта в течение года 2 раза. В бесснежный пе риод СБ должна
быть наклонена под углом 45…55о к плоскости Земли, а с установлением
устойчивого снежного покрова, наклон солнечных батарей дол жен быть увеличен до
80о . Кроме увеличения выра ботки электроэнергии данная ориентация исклю чает
налипание снега во время снегопада и метели
Для
изучения развития солнечной энергетики и реакции потребителей в Томской области
ис пользуем метод многомерных векторов [10] в кото ром каждому участнику этих
взаимодействий при своен набор показателей, располагающихся в мно гомерном
пространстве: инвестирование, произ водство, распределение и оценка
последствий. При введении фактора времени получается карти на, отражающая
прогноз развития на определен ный период времени. В общем случае участники
прогнозирования характеризуются некоторыми показателями (табл. 5), отражающими
в совокуп ности потребности общества и выгоды участников прогнозируемого
процесса. Таблица 5. Базисные значения показателей участников прог&
нозирования Показатели располагаются в последовательно сти по мере их
значимости для данного участника прогнозируемого процесса. Метод прогнозирова
ния базируется на использовании показателей, вы ражающихся не в физических и
техникоэкономи ческих единицах измерения или органолептиче ских методах оценки,
а на использовании фактор ного анализа и учитывает полученные результаты
мониторинга и ниже описанные данные. В Сиби
https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0ahUKEwjQv5vNyf7XAhXJE5oKHeqBA5sQFggnMAA&url=http%3A%2F%2Fres-eff.tpu.ru%2Fassets%2Fimages%2FPDF%2Fyanaliz-ispolzovaniya-solnechnoy-energii-v-tomskoy-oblasti-2015-04-07.pdf&usg=AOvVaw1c6asZXEcPJmBJv0wdRcfM
https://geektimes.ru/post/255452/
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.