Солнечная энергия как вид альтернативного источника энергии. Автор: Морозов Дмитрий. Работа №163158

Муниципальное автономное учреждение дополнительного образования

«Дом детского творчества «Юность» имени академика В.П.Макеева»

 

 

 

 

Солнечная энергия как вид альтернативного источника энергии

Исследовательский проект

 

 

 

 

 

Автор: Морозов Дмитрий

Обучающийся объединения «ПроеКТОриЯ!

 

Наставник:

Бугаевская М.В.,

педагог дополнительного образования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Миасс, 2020

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Сегодня с каждым годом запасов традиционно топливно-энергетических ресурсов во всем мире становиться меньше, исчерпываются полезные ископаемые, меняются природные условия, изменилась экологическая обстановка. Данные причины заставили обратиться к энергосбережению как одному из основных элементов современной концепции развития мировой энергетики.

По мнению большинства исследователей данной проблемы одним из действенных способов уменьшить влияние человека на природу является увеличение эффективности использования энергии - энергосберегающих технологий. К таким технологиям сегодня большинство ученых и исследователей относят возможности применения источников альтернативной энергии, к которым относится, наряду с другими видами, солнечная энергия.

Такие ученые как Г.Б. Осадчий, Н. Павлов, В.Г. Родионов, и др. утверждают, что сегодня благодаря Солнцу человечество смогло бы удовлетворить свои потребности в энергоресурсах, так как если перевести в условное топливо количество энергии, вырабатываемой Солнцем, то эта цифра составит около 100 трлн тонн, то есть в 10 тыс. раз больше, чем это необходимо для существования нашей цивилизации. В Европе в настоящее время большое внимание уделяется данному факту, внедряются современные разработки использования энергии Солнца в быту. При этом в России слабо развито такое практическое направление.

Отсюда, противоречие заключается между массовыми теоретическими разработками использования солнечной энергии, как одного из ведущих источников альтернативной энергии, в быту, и недостаточной практической реализации этих разработок на территории России.

Проблемные вопросы:

1. Каковы возможности применения солнечной энергии в быту, как одного из источников альтернативной энергии.

2. Возможно ли оптимально использовать солнечную энергию в быту на территории России.

Цель исследования: проанализировать возможности применения солнечной энергии, как одного из источников альтернативной энергии, в быту, разработать радиоуправляемую модель, определить оптимальный угол наклона размещения солнечной батареи и разработать программу для ее эффективного использования на территории г. Миасса.

 

Задачи исследования:

1. Изучить и проанализировать состояние проблемы в современной литературе;

2. Дать характеристику понятию «альтернативная энергия» и рассмотреть виды альтернативной энергии;

3. Рассмотреть солнечную энергию, как один из видов альтернативной энергии;

4. Проанализировать перспективы использования солнечной энергии в быту;

5. Разработать проект по созданию модели, питаемой солнечной энергией;

6. Определить оптимальный угол наклона размещения солнечной батареи для ее эффективного использования на территории г. Миасса;

7. Разработать программу оптимального угла поворота для солнечной батареи.

Методы исследования: анализ и систематизация научно-исследовательской литературы, сравнительно-сопоставительный анализ результатов, практический метод.

Объектная область: физика, информатика

Объект исследования: энергия Солнца

Предмет исследования: применение солнечной энергии, как одного из источников альтернативной энергии, в быту.

Гипотеза: увеличение эффективности применения энергосберегающих технологий в быту позволит уменьшить расходы, связанные с энергетическими затратами, а также улучшить экологическую обстановку.

База исследования: альтернативные источники энергии, солнечная энергия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Анализ литературы по проблеме исследования

Понятие «альтернативная энергия» и ее виды

В последнее время человек постепенно приходит к поиску различных решений, новых энергосберегающих технологий, которые позволят снизить затраты на потребление таких ресурсов как вода, электричество, газ, отопление, канализация. И на данный момент энергосбережение стало основным и самым эффективным способом развития современной мировой энергетики [4, с. 29].

В Российской Федерации начало формирования государственной политики в вопросах энергосберегающих технологий положило принятие в 1992 году Постановления Правительства Российской Федерации «О неотложных мерах по энергосбережению в области добычи, производства, транспортировки и использования нефти, газа и нефтепродуктов» (№ 371 от 01.06.92 г.) [1]. В том же году Правительством РФ была одобрена «Концепция энергетической политики России», а в 1996 году вступил в силу Федеральный закон № 28–ФЗ «Об энергосбережении» [2]. И в настоящее время данные вопросы рассматриваются на государственном уровне. Так регулирует отношения по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в настоящее время Федеральный законом №261 от 23.11.2009. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [3], целью которого является создание правовых, экономических и организационных основ стимулирования энергосбережения и повышения энергетической эффективности.

Таким образом, в настоящее время энергосберегающие технологии, в частности развитие альтернативной энергетики, является одним из ключевых направлений развития энергетической политики России.

Альтернативная энергетика - это некая совокупность современных перспективных способов получения энергии, которые имеют не такое широкое распространение, как традиционные способы [8, с. 127]. При этом следует отметить, что альтернативные способы представляют растущий интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии.

Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование альтернативных (нетрадиционных) источников энергии.

Источники энергии - встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию [4, с. 39].

Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению [4, с. 42]. Кроме того, альтернативные источники энергии во много раз экологичней и экономичней традиционных.

То есть, альтернативные источники энергии - это способы и устройства, которые позволяют получать энергию нетрадиционным путем.

К основным видам современных источников альтернативной энергии относятся: электромагнитное излучение Солнца (применяется в солнечных электростанциях); кинетическая энергия ветра (применяется в ветряных электростанциях); движение воды в реках, используются человеком, как в традиционных гидроэлектростанциях, так и в малых ГЭС; движение волн морей и океанов, энергия, вырабатываемая во время движения волн и океанов, применяется на приливных и волновых электростанциях; тепловая энергия горячих источников планеты широко применяется в геотермальных станциях; химическая энергия возобновляемого топлива; тепло, выделяемое при ядерном распаде используется на атомных электростанциях [9, с. 52].

Итак, альтернативные технологии энергосбережения представляют собой комплекс мер и решений, направленных на уменьшение бесполезных потерь энергии. Это новый подход к технологическим процессам, характеризующийся более высоким коэффициентом полезного использования топливно-энергетических ресурсов. При этом перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и ожидаемым топливным дефицитом в традиционной энергетике.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Солнечная энергия как один из видов альтернативной энергии

Для всех обитателей Земли Солнце является поистине вечным и абсолютно бесплатным источником энергии. С точки зрения Н. Павлова, А.Р. Шемсевалиева и др., солнечная энергия - энергия в виде излучаемого тепла и света. Лучистая энергия солнца может быть использована для освещения, обогрева зданий и для производства электроэнергии.

Для того чтобы оценить эффективность использования солнечной энергии, в-первую очередь, необходимо знать мощность излучения Солнца конкретно на определенной территории, так как для каждой выбранной местности мощность излучения будет разной. А именно от этого фактора и будет зависеть эффективность применения гелиоэнергии.

Так Г.Б. Осадчий провел множество исследований и сделал важные выводы, изучая возможность использования солнечной энергии в средней полосе России. Как только Солнце начинает склоняться к горизонту, путь его лучей сквозь атмосферу увеличивается, соответственно, возрастают и потери на этом пути. Присутствие в атмосфере пыли или паров воды, даже в неощутимых без специальных приборов количествах, ещё более снижает поток энергии. Однако и в средней полосе в летний полдень на каждый квадратный метр, ориентированный перпендикулярно солнечным лучам, приходится поток солнечной энергии мощностью примерно 1 кВт [6, с. 13]. При этом даже небольшая облачность резко уменьшает энергию, достигающую поверхности, особенно в тепловом диапазоне. Тем не менее, часть энергии всё равно проникает сквозь тучи.

Именно поэтому подробнее остановимся на процессе инсоляции.

Инсоляция – это облучение поверхностей солнечным светом (солнечной радиацией), поток солнечной радиации на поверхность; облучение поверхности или пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент центр солнечного диска [10].

Различают астрономическую, вероятную и фактическую инсоляцию. Для расчета инсоляции используют несколько методов. Так, исследователи различают геометрические (пространственно-временные) и энергетические методы расчета инсоляции.

Геометрические методы отвечают на вопросы: куда, с какого направления и какой площади сечения, в какое время дня и года и на протяжении какого времени поступает (или не поступает) поток солнечных лучей.

Энергетические методы определяют плотность потока, создаваемую им облучённость и экспозицию в лучистых или эффективных (световых, эритемных, бактерицидных и др.) единицах измерения.

В средней полосе России при сильной облачности в полдень мощность солнечного излучения, дошедшего до поверхности Земли, оценивается примерно в 100 Вт/м2 и лишь иногда при особо плотной облачности может опускаться ниже этой величины. Ученый приходит к выводу, что в таких условиях для получения 10 кВт необходимо полностью, без потерь и отражения, собрать солнечное излучение уже не с 7.5 м2 земной поверхности, а с целой сотки (100 м2). Но и эта оценка достаточно усреднена. Если же брать наихудший случай, то «гарантированный минимум» засветки на значительной части территории России в пасмурный зимний полдень следует оценивать не более 20 Вт/м2, и это для панелей, установленных под оптимальным углом (в остальное время ситуация несравнимо лучше) [7, с. 9].

Неподвижная панель, размещённая под оптимальным углом наклона, способна воспринять в 1.2 .. 1.4 раза больше энергии по сравнению с горизонтальной, а если она будет поворачиваться вслед за Солнцем, то прибавка составит 1.4 .. 1.8 раза [6, с. 14].

Соответственно, от угла наклона различают рассеянное и прямое солнечное излучение. Для эффективного восприятия прямого солнечного излучения панель должна быть ориентирована перпендикулярно потоку солнечного света. Для восприятия рассеянного излучения ориентация не так критична, так как оно достаточно равномерно приходит почти со всего небосвода - именно так освещается земная поверхность в пасмурные дни (по этой причине в пасмурную погоду предметы не имеют чётко оформленной тени, а вертикальные поверхности, такие как столбы и стены домов, практически не отбрасывают видимую тень) [6, с. 14]. Соотношение прямого и рассеянного излучения сильно зависит от погодных условий в разные сезоны.

Итак, мы придерживаемся точки зрения Н. Павлова, при которой солнечная энергия - энергия в виде излучаемого тепла и света. Для того чтобы оценить эффективность использования солнечной энергии, в-первую очередь, необходимо знать мощность излучения Солнца конкретно на определенной территории, так как для каждой выбранной местности мощность излучения будет разной.

Прямое и рассеянное солнечное излучение зависит от угла наклона солнечных лучей, падающих на объект. Для эффективного восприятия прямого солнечного излучения панель должна быть ориентирована перпендикулярно потоку солнечного света. Для восприятия рассеянного излучения ориентация не так критична, так как оно достаточно равномерно приходит почти со всего небосвода. Соотношение прямого и рассеянного излучения сильно зависит от погодных условий в разные сезоны.

 

 

1.3. Перспективы использования солнечной энергии в быту

Одним из наиболее развивающихся альтернативных источников энергии является солнечная энергетика. Этот источник энергии обладает экономическими и экологическими преимуществами, что позволяет говорить о серьезных перспективах распространения солнечной энергетики в России. В настоящее время Россия обладает передовыми технологиями по преобразованию солнечной энергии в электрическую.

К наиболее распространенным в быту типам гелиоустановок относятся тепловые солнечные коллекторы и фотоэлектрические солнечные батареи.

Солнечная батарея - несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) - полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток [10].

Солнечные коллекторы - устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя [10].

Подробнее остановимся на солнечной батарее. Под «солнечной батареей» можно понимать любой набор одинаковых модулей, воспринимающих солнечное излучение и объединённых в единое устройство, в том числе чисто тепловых, но традиционно этот термин закрепился именно за панелями фотоэлектрических преобразователей. Поэтому под термином «солнечная батарея» практически всегда подразумевается фотоэлектрическое устройство, непосредственно преобразующее солнечное излучение в электрический ток. Эта технология активно развивается с середины XX века. За это время эффективность преобразования солнечных батарей возросла с одного-двух процентов до 17% и более в массовых относительно дешёвых моделях и свыше 42% в опытных образцах. Значительно увеличился срок службы и надёжность работы [13, с. 356].

К основным достоинствам солнечных батарей относятся: их предельная конструктивная простота и полное отсутствие подвижных деталей; энергия вырабатывается сразу в виде электричества - в наиболее универсальной и удобной на сегодняшний день форме [10]; возможность долгой эксплуатации в необслуживаемом режиме; солнечные батареи способны вырабатывать энергию с рассвета до заката даже в пасмурную погоду, когда тепловые солнечные коллекторы имеют температуру, лишь незначительно отличающуюся от температуры окружающего воздуха.

К основным недостаткам использования солнечных батарей относится: зависимость от погодных условий и времени суток; невысокий КПД; зависимость от защитного покрытия; чувствительность к высокой температуре; чувствительность к неравномерности засветки; чувствительность к загрязнениям; высокая стоимость фотоэлементов солнечных батарей.

При этом есть ряд причин, вызывающих затруднения в применении устройств, питаемых солнечной энергией. К основным относятся: непостоянство поступательной энергии: солнечные установки не работают ночью и малоэффективны в пасмурную погоду; касаемо конкретно средней полосы России - это сезонные различия в продолжительности дня.

Но несмотря на все минусы применение солнечной энергии в быту в настоящее время появляется все большее количество модернизированных солнечных панелей.

При этом выбор оптимальной ориентации солнечных панелей является одним из важнейших вопросов при практическом использовании солнечных установок любого типа. Так как угол падения лучей на поверхность сильно влияет на коэффициент отражения, а, следовательно, и на долю невоспринятой солнечной энергии.

С точки зрения исследователей наиболее эффективна постоянная ориентация панели перпендикулярно потоку солнечных лучей. Но это потребует изменения положения панели в двух плоскостях, поскольку положение Солнца на небе зависит не только от времени суток, но и от времени года.

Итак, в настоящее время к наиболее распространенным в быту типам гелиоустановок относятся тепловые солнечные коллекторы и фотоэлектрические солнечные батареи. Солнечная батарея – это несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) - полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. К основным причинам, вызывающим затруднения в применении устройств, питаемых солнечной энергией, на территории России относятся: непостоянство поступательной энергии: солнечные установки не работают ночью и малоэффективны в пасмурную погоду; сезонные различия в продолжительности дня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы по главе 1

1. Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии. К основным источникам альтернативной энергии относятся: ветроэнергетика, биотопливо, гелиоэнергетика, альтернативная гидроэнергетика; геотермальная энергетика, грозовая энергетика, управляемый термоядерный синтез.

2. Солнечная энергия - энергия в виде излучаемого тепла и света. Для того чтобы оценить эффективность использования солнечной энергии, в-первую очередь, необходимо знать мощность излучения Солнца конкретно на определенной территории, так как для каждой выбранной местности мощность излучения будет разной. Прямое и рассеянное солнечное излучение зависит от угла наклона солнечных лучей, падающих на объект. Для эффективного восприятия прямого солнечного излучения панель должна быть ориентирована перпендикулярно потоку солнечного света. Соотношение прямого и рассеянного излучения сильно зависит от погодных условий в разные сезоны.

3. Солнечная батарея – это несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) - полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. К основным причинам, вызывающим затруднения в применении устройств, питаемых солнечной энергией, на территории России относятся: непостоянство поступательной энергии: солнечные установки не работают ночью и малоэффективны в пасмурную погоду; сезонные различия в продолжительности дня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Проект разработки и создания модели, питаемой солнечной энергией

2.1. Создание опытного образца, питаемого солнечной энергией

Опираясь на теоретические исследования, мы решили разработать и создать упрощенную модель прогулочного катера, который бы получал питание за счет солнечной энергии. Для начала мы решили разработать опытный образец.

Для проведения нашего эксперимента нам понадобилось:

1. Пенопластовая плита;

2. Три солнечных батареи: две из которых площадью по 28.6 см2, одна - 8 см2;

3. Два электромотора;

4. Радиоуправляемый блок;

5. Радиоуправляемый пульт;

6. Соединительные провода.

Опытный образец был разработан в соответствии с принципиальной схемой, представленной в приложении [Приложение 1].

Из пенопластовой плиты вырезали макет лодки. Затем солнечные батареи объединили между собой путем последовательного соединения и подключили их к радиоуправляемому блоку. Далее установили электромоторы с лопастями на корме лодки и подключили их к радиоуправляемому блоку. Схема размещения элементов на лодке представлена в приложении [Приложение 2].

Для того чтобы оценить работоспособность опытного образца, мы поместили его в ванну, наполненную водой. Используя три лампы накаливания мощностью 200 Вт, мы сымитировали излучение Солнца. В результате перпендикулярно направленного света ламп накаливания на солнечную батарею, мы привели в действие электромоторы, движение которых контролировали дистанционно.

Затем мы решили проверить действенность модели в естественных условиях.

Итак, в результате мы создали модель радиоуправляемой лодки, питаемой солнечной энергией. В ходе проведения эксперимента мы заметили, что, поворачивая под разным углом к солнцу экспериментальную модель, электромоторы вращались с разной скоростью.

 

 

 

 

 

2.2. Определение оптимального угла наклона размещения солнечной батареи для ее эффективного использования на территории г. Миасса

Проанализировав литературу по данному факту, в соответствии с точкой зрения исследователей, мы пришли к выводу, что наиболее эффективна постоянная ориентация панели перпендикулярно потоку солнечных лучей. Но это потребовало бы изменения положения панели в двух плоскостях, поскольку положение Солнца на небе зависит не только от времени суток, но и от времени года.

Исходя из этого, на следующем этапе эксперимента мы решили определить наиболее оптимальный угол наклона размещения солнечной батареи для ее эффективного использования.

Для этого мы создали экспериментальную установку, состоящую из: солнечной батареи; транспортира; линейки; мультиметра.

Установка представлена в приложении [Приложение 3].

Выйдя на открытую местность, в 13.00, так как в это время солнце находится в зимней период в зените, на горизонтальную поверхность мы установили транспортир, сориентировав его вдоль солнечных лучей, так чтобы было совпадение тени с плоскостью транспортира.

Затем, мы начали измерять напряжение и силу тока солнечной батареи, подключив к ней мультиметр, как показано в приложении [Приложение 4], изменяя ее угол наклона, в интервале от 00 до 900 с шагом 100.

Результаты измерений представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты экспериментальных измерений

угол солнечной панели к горизонту, град

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

U, В

1,13

1,157

1,185

1,187

1,192

1,213

1,216

1,217

1,216

1,212

I,А

0,0353

0,0426

0,0471

0,0517

0,0596

0,0762

0,0893

0,0984

0,0988

0,0921

P,Вт

0,039889

0,049288

0,055814

0,061368

0,071043

0,092431

0,108589

0,119753

0,120141

0,111625

 

Мощность была рассчитана по формуле:

Для более точного измерения угла мы уменьшили шаг и интервал измерений. Выбрав из таблицы максимальное значение мощности, мы определили интервал от 700 до 800 с шагом в 10 для измерений.

Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты экспериментальных измерений 2

угол солнечной панели к горизонту, град

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

U, В

1,217

1,217

1,217

1,217

1,217

1,217

1,217

1,217

1,217

1,216

I,А

0,0984

0,0985

0,0986

0,0986

0,0987

0,0988

0,0989

0,0991

0,099

0,0988

P,Вт

0,119753

0,119875

0,119996

0,119996

0,120118

0,12024

0,120361

0,120605

0,120483 0,120

0,120483

 

0,120141

Мы получили максимальное значение мощности при угле 780.

Проанализировав полученные результаты, мы смогли определить оптимальный угол наклона размещения солнечной батареи, при которой ее можно использовать наиболее эффективно на территории г. Миасса для января.

Результаты анализа представлены на рисунке 1 и 2.

Рисунок 1. Сопоставительный анализ зависимости угла наклона от мощности

Рисунок 2. Сопоставительный анализ зависимости угла наклона от мощности

В течение 2016 г. ежемесячно нами были проведены измерения напряжения и силы тока солнечной батареи и рассчитана максимальная мощность, вырабатываемая солнечным элементом. Результаты замеров представлены в таблице 3.

 

 

Таблица 3.

Результаты экспериментальных измерений

Месяц

Январь

Февраль

Март

Апрель

Май

Июнь

Июль

Август

Сентябрь

Октябрь

Угол наклона

 

78

 

53

 

48

 

37

 

24

 

16

 

27

 

39

 

51

 

57

 

Сопоставительный анализ изменения угла наклона солнечного элемента в течение 2016 г. представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. График изменения угла наклона солнечного элемента на 2016 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Программа определения оптимального угла поворота для солнечной батареи

Для реализации эмпирических данных нами была разработана программа для контроллера. Контроллер - устройство управления в электронике и вычислительной технике. Контроллер является основным элементом в будущей установке, которая позволит оптимизировать угол наклона солнечного элемента.

Алгоритм программы определения оптимального угла поворота для солнечной батареи.

Программа создана на базе Pascal ABC.NET

uses System;

var

Angle: integer;

dt: datetime;

begin

dt := datetime.Now; //находим и определяем текущий месяц запросом от Windows

writeln ('текуший месяц - ', dt.Month); // выводим месяц

case dt.Month of // присваиваем оптимальный угол наклона в зависимости от номера месяца

1: Angle := 45; // угол наклона

2: Angle := 46; // угол наклона

3: Angle := 47; // угол наклона

4: Angle := 48; // угол наклона

5: Angle := 49; // угол наклона

6: Angle := 50; // угол наклона

7: Angle := 51; // угол наклона

8: Angle := 52; // угол наклона

9: Angle := 53; // угол наклона

10: Angle := 54; // угол наклона

11: Angle := 55; // угол наклона

12: Angle := 56; // угол наклона

end;

writeln ('Оптимальный угол наклона солнечной батареи - ', Angle);

end.

Описание программы (Шаги): 1. Вводим переменные (Оптимальный угол наклона солнечной батареи – Angle; Текущий месяц запросом от Windows – dt);

2. Находим и определяем текущий месяц запросом от Windows - datetime.Now;

3. Присваиваем оптимальный угол наклона по значениям таблицы 3;

4. Выводим значение оптимального угла наклона солнечной батареи - writeln

Таким образом, при помощи данной программы будет происходить автоматизированное корректировка угла наклона солнечной батареи в зависимости от текущего месяца.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы по главе 2

Итак, мы создали модель радиоуправляемой лодки, питаемой солнечной энергией. Но в ходе проведения эксперимента мы заметили, что, поворачивая под разным углом к солнцу экспериментальную модель, электромоторы вращались с разной скоростью.

Исходя из этого, на следующем этапе эксперимента мы решили определить оптимальный угол наклона размещения солнечной батареи для ее эффективного использования.

Для этого мы создали экспериментальную установку, произвели замеры, и при помощи формулы рассчитали мощность, получив максимальное значение при угле 780.

В течении 2016 г. провели замеры и расчет оптимального угла наклона солнечного элемента для каждого месяца.

Для реализации эмпирических данных нами была разработана программа для контроллера, которая позволит производить автоматизированную корректировку угла наклона солнечной батареи в зависимости от текущего месяца.

Таким образом, в результате нашего исследования, мы создали действующую модель, питаемую солнечной энергией, определили оптимальный угол наклона солнечной батареи и разработали программу, при помощи которой будет происходить автоматизированная корректировка угла наклона солнечной батареи в зависимости от текущего месяца.

Итак, считаем, что на территории Челябинской области применение солнечных батарей в быту возможно, но для этого необходимо придерживаться определённых условий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общие выводы по работе

Итак, целью нашего исследования было проанализировать возможности применения солнечной энергии, как одного из источников альтернативной энергии, в быту, разработать радиоуправляемую модель, питаемую солнечной энергией, определить оптимальный угол наклона размещения солнечной батареи и разработать программу для ее эффективного использования на территории г. Миасса.

Исходя из поставленных задач, были получены следующие выводы:

1. Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии. К основным источникам альтернативной энергии относятся: ветроэнергетика, биотопливо, гелиоэнергетика, альтернативная гидроэнергетика; геотермальная энергетика, грозовая энергетика, управляемый термоядерный синтез.

2. Солнечная энергия - энергия в виде излучаемого тепла и света. Для того чтобы оценить эффективность использования солнечной энергии, в-первую очередь, необходимо знать мощность излучения Солнца - инсоляцию - конкретно на определенной территории, так как для каждой выбранной местности мощность излучения будет разной.

3. Солнечная батарея – это несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) - полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.

4. Мы создали модель радиоуправляемой лодки, питаемой солнечной энергией. В ходе проведения эксперимента мы заметили, что, поворачивая под разным углом к солнцу экспериментальную модель, электромоторы вращались с разной скоростью.

5. Определяя, путем сопоставления напряжения и силы тока, оптимальный угол наклона размещения солнечной батареи для ее эффективного использования на территории г. Миасса, получили угол равный 780. Затем нами были проведены замеры и расчет оптимального угла наклона солнечного элемента для каждого месяца в течении 2016 г.

6. Для реализации эмпирических данных нами была разработана программа для контроллера, которая позволит производить автоматизированную корректировку угла наклона солнечной батареи в зависимости от текущего месяца.

Таким образом, в результате нашего исследования, мы создали действующую модель, питаемую солнечной энергией. И пришли к выводу, что на территории Челябинской области применение солнечных батарей в быту возможно.

При этом данное исследование не исчерпывает всей полноты, дальнейшая работа может быть продолжена. В дальнейшем мы планируем доработать программу, с целью ее практической реализации на оборудовании, подключенном к ЭВМ, которая бы позволила проводить механическую корректировку угла наклона.

Таким образом, считаем, что поставленные задачи решены, цель исследования достигнута, гипотеза нашла свое подтверждение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Постановления Правительства Российской Федерации №371 от 01.06.92г. «О неотложных мерах по энергосбережению в области добычи, производства, транспортировки и использования нефти, газа и нефтепродуктов» [Электронный ресурс] – http://www.docload.ru/Basesdoc

2. Федеральный закон № 28 от 03.04.1996г. «Об энергосбережении» [Электронный ресурс]. - http://www.docload.ru/Basesdoc

3. Федеральный закон №261 от 23.11.2009. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [Электронный ресурс]. - http://www.rg.ru/2009/11/27

4. Кравченя, Э.М., Козел, Р.Н., Свирид, И.П. Охрана труда и энергосбережения [Текст] /Э.М. Кравченя. - М.: ТетраСистемс, 2008. - 245 с.

5. Осадчий, Г.Б. Солнечная энергия – возобновляемая энергия мировой экономики [Текст] /Г.Б. Осадчий // Вестник развития науки и образования. – 2014. - № 5. – С. 8 – 13.

6. Осадчий, Г.Б. Солнечная энергия и ее использование в средней полосе РФ [Текст] /Г.Б. Осадчий //Энергетик. – 2017. - № 11. – С. 12 – 15.

7. Павлов, Н. Солнечная энергия – энергия будущего [Текст] /Н. Павлов //Новые технологии. - № 5. – 2013. – С. 8 – 17.

8. Родионов, В. Г. Энергетика: проблемы настоящего и возможности будущего [Текст] / В.Г. Родионов – М.: Энас, 2013. – 305 с.

9. Свидерская, О.В. Основы энергосбережения. Ответы на экзаменационные вопросы [Текст] / О.В. Свидерская. - М.: ТетраСистемс, 2008. - 341 с.

10. Солнечная энергия [Электронный ресурс]: материалы из Википедии. - https://ru.wikipedia.org

11. Справочник по геофизике и космическому пространству [Текст] / под ред. С.Л. Валлея и Мак Гроу-Хилла. - Нью-Йорк: СМИт-изда, 1965. – 354 с.

12. Третьяков, Н.П. Курс физики [Текст]: пособие для учителей средней школы / Н.П. Третьяков. – М.: Просвещение РСФСР, 1952. – 903 с.

13. Шемсевалиев, А.Р., Булатова, А.Н. Солнечная энергия в быту [Текст] /А.Р. Шемсевалиев // Информационные технологии на службе общества. – 2016. - № 3. – С. 355 – 357.