ПРОЕКТ «Солнечные батареи: новые горизонты энергетики будущего»

МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОД КРАСНОДАР

ЛИЦЕЙ № 90 ИМЕНИ МИХАИЛА ЛЕРМОНТОВА

ПРОЕКТ

«Солнечные батареи: новые горизонты энергетики будущего»

Проект подготовил: ученик 11 «В» класса

Калашников Артемий

Руководитель проекта: учитель физики

Епифанова Татьяна Григорьевна

учитель обществознания

Кобрина Анна Дмитриевна

2022-2024 учебный год

Содержание

1. Введение…………….………………………………………………..3

2. Основная часть……………………………………………….…….….4

• О солнечных батареях………………………….……………….….6

• Потенциал развития...........................................................................8

• Хранение и передача солнечной энергии……………....………..10

• Преимущества……………...……………………………...………12

• Использование солнечной энергии……………...………...……..14

• Анализ успешных проектов…………………………………..…..16

3. Практическая часть…………………………………………………..18

4. Выводы эксперимента.………………...……………………………..24

5. Заключение…………………………………...………….…………....25

6. Список литературы и ссылки на источники ………….………….....26

Введение

В настоящее время актуальность развития солнечных батарей как источника энергии набирает все большую силу. С изменениями климата и растущими экологическими проблемами нашей планеты солнечная энергия становится все более важной и приоритетной сферой развития. Все больше стран и компаний ставят перед собой цель перейти на чистые источники энергии, чтобы сократить выбросы углерода, охранять окружающую среду и обеспечить стабильное и надежное энергоснабжение.

Солнечные батареи предоставляют возможность получать энергию от самого естественного источника на планете - солнца. Все больше стран и регионов внедряют солнечные батареи для производства электроэнергии как на маленьком, так и на крупномасштабном уровне. На 2019 год основным истопником электроэнергии являлся уголь – 36.7%, далее природный газ – 23.5%, гидроэлектростанции – 16%, атомные электростанции – 10.3%, ветряные мельницы – 5.3%, нефть – 2.8%, солнечная – 2.6%, биотопливо и энергия из отходов – 2.4%, геотермальная и прочие – 0.5%.

Развитие солнечных батарей также имеет экономическую составляющую. В силу того, что солнечная энергия, хоть и является дорогим источником энергии (установка и подключение системы), но полностью окупает себя за 2-3 года использования, также использование солнечных батарей может значительно снизить затраты на энергию и сделать ее более доступной для всех.

Однако, несмотря на значительные достижения в области использования солнечной энергии, остается ряд вызовов, таких как эффективность солнечных батарей, хранение энергии и интеграция в сложные энергетические системы. Вместе с тем, инновации и научные исследования продолжают совершенствовать технологии солнечных батарей, что открывает новые возможности для использования этого потенциала.

В итоге, развитие солнечных батарей является ключевым фактором в стремлении к устойчивому будущему и снижению зависимости от ископаемых источников энергии. Они предоставляют нам чистую, доступную и неисчерпаемую энергию, не только укрепляя нашу экономику, но и сохраняя нашу планету для будущих поколений.

Целью этого проекта является обозначение необходимости развития солнечной энергетики в современном мире. Мы сталкиваемся с рядом глобальных вызовов, таких как изменение климата, истощение природных ресурсов и загрязнение окружающей среды. Развитие солнечной энергетики является одним из ключевых решений для преодоления этих проблем.

Во-первых, солнечная энергия является бесконечным ресурсом. Солнце — главный источник энергии на нашей планете, и оно будет существовать еще миллиарды лет. Использование солнечной энергии позволяет нам принять и использовать этот неисчерпаемый потенциал.

Во-вторых, солнечная энергия экологически чиста. При получении энергии от солнца не происходят выбросы углекислого газа и других вредных веществ, которые являются главными причинами изменения климата и загрязнения воздуха. Применение солнечной энергии помогает снизить отрицательное влияние человеческой деятельности на окружающую среду и принести пользу природной среде.

В-третьих, развитие солнечной энергетики способствует диверсификации источников энергии. Переход на солнечные батареи и солнечные электростанции позволяет нам уменьшить зависимость от ископаемых ресурсов, таких как нефть, газ и уголь. Это важно для обеспечения стабильного и надежного энергоснабжения, особенно в условиях изменчивых цен на энергоресурсы и политической нестабильности в некоторых регионах.

Взглянув на эти факторы, становится ясно, что развитие солнечной энергетики является необходимостью. Мы должны стремиться к более широкому использованию солнечных технологий, внедрять инновации и создавать подходящую инфраструктуру для получения, хранения и распределения солнечной энергии. Это позволит нам уменьшить загрязнение окружающей среды, снизить нашу зависимость от ископаемых ресурсов и обеспечить устойчивое и благополучное будущее для нашей планеты и грядущих поколений.

Задачи проекта:

1. Исследовать современные технологии солнечных батарей и их потенциал для производства энергии. Включить в анализ различные типы солнечных батарей (кристаллические, тонкослойные, органические и т. д.) и определить их преимущества и недостатки.

2. Оценить потенциал развития и перспективы использования солнечных батарей. Определить основные сферы применения солнечной энергии.

3. Исследовать вопросы хранения и передачи солнечной энергии. Рассмотреть различные технологии и применения, такие как использование аккумуляторов, создание взаимосвязанных энергетических систем, интеграция с другими источниками энергии и т. д.

4. Проанализировать вопросы экономической эффективности солнечной энергии и оценить ее конкурентоспособность на рынке энергии. Исследовать схемы финансирования и поощрения использования солнечных батарей (субсидии, налоговые льготы, зеленые сертификаты и т. д.).

5. Изучить вопросы экологического воздействия и устойчивости использования солнечной энергии. Оценить возможности сокращения выбросов углерода, снижения зависимости от ископаемых ресурсов и сохранения природных экосистем при использовании солнечных батарей.

6. Провести ретроспективный анализ успешных проектов и примеров внедрения солнечных батарей, чтобы выделить ключевые факторы успеха и сделать рекомендации для будущих проектов.

Эти задачи позволят глубоко исследовать сферу солнечной энергетики и определить новые возможности для использования солнечных батарей в будущем.

Назначение проекта "Солнечные батареи - новые горизонты энергетики будущего" заключается в исследовании, анализе и изучении потенциала солнечных батарей в качестве устойчивого и экологически чистого источника энергии для будущих потребностей общества.

Основная часть

1. Солнечные батареи являются важным источником возобновляемой энергии и играют ключевую роль в солнечной энергетике. Существует несколько различных типов солнечных батарей, включая кристаллические, тонкослойные и органические. Рассмотрим каждый из них более подробно, включая их преимущества и недостатки.

· Кристаллические солнечные батареи:

- Моно- и поликристаллические батареи: Изготовляются из одного (монокристаллические) или множества (поликристаллические) кристаллов кремния. Они имеют наибольшую долю рынка солнечных батарей.

- Преимущества: Высокая эффективность (обычно от 15% до 20%), долгий срок службы (более 25 лет), устойчивость к высоким температурам и надежность.

- Недостатки: Высокая стоимость производства из-за сложности процесса и требования к высокой чистоте кремния. Они могут быть достаточно тяжелыми и громоздкими.

· Тонкослойные солнечные батареи:

- CIS/CIGS и аморфные батареи: В этих батареях используются тонкие слои материалов, таких как кальций, индий, галлий и селен (CIS/CIGS) или аморфный кремний.

- Преимущества: Они могут быть гибкими, что позволяет создавать более удобные формы и интегрировать их в различные поверхности. Они также обеспечивают относительно высокую эффективность и могут работать в условиях слабого освещения.

- Недостатки: Обычно имеют меньшую эффективность по сравнению с кристаллическими батареями (обычно от 10% до 15%), более быстро изнашиваются и имеют более короткий срок службы (около 10-15 лет).

· Органические солнечные батареи:

- Органические батареи основаны на полимерных материалах, которые можно легко производить и формировать в различные конфигурации.

- Преимущества: Низкая стоимость производства, гибкость, возможность создания различных цветов и форм.

- Недостатки: Относительно низкая эффективность (обычно менее 10%), быстрый износ из-за воздействия влаги и ультрафиолетового излучения, более короткий срок службы (около 5-10 лет).

В целом, выбор между различными типами солнечных батарей в основном зависит от конкретных требований и бюджета. Кристаллические батареи обычно считаются наиболее надежными и эффективными, но также более дорогими. Тонкослойные и органические батареи легче и дешевле в производстве, но их эффективность и срок службы могут быть ниже. В будущем, солнечные батареи будут продолжать развиваться, и мы можем ожидать появления новых типов батарей с улучшенными характеристиками.

2. Потенциал развития и перспективы использования солнечных батарей очень обширны. Солнечная энергия является одним из наиболее доступных и обновляемых источников энергии, и ее использование имеет множество преимуществ. Основные сферы применения солнечной энергии включают:

· Промышленность и коммерция:

- Коммерческие здания и офисы могут использовать солнечные батареи для собственного потребления электроэнергии и снижения операционных расходов.

- Промышленные предприятия могут установить солнечные системы для сокращения потребления электричества из сети и улучшения своей экологической нейтральности.

- Солнечная энергия также может быть использована для питания удаленных и отдаленных объектов, таких как сельскохозяйственные хозяйства и компании, расположенные в отдаленных районах.

· Жилые дома и постройки:

- Солнечные батареи могут быть установлены на крышах жилых домов и зданий для генерации электроэнергии для собственного потребления.

- Избыток солнечной энергии может быть направлен в сеть, и владельцы могут получать кредиты за электроэнергию, которую они поставляют.

- В некоторых случаях солнечные батареи могут полностью обеспечить электроснабжение дома без использования сети.

· Города и муниципалитеты:

- Города и муниципалитеты могут использовать солнечные батареи для питания уличного освещения, транспортных систем и общественных зданий, таких как школы и больницы.

- Большие солнечные фермы могут быть построены в окрестностях городов для генерации электроэнергии для общественных нужд.

· Транспорт:

- Солнечная энергия может быть использована для питания электрического транспорта, такого как электромобили, электрические автобусы и велосипеды.

- Солнечные батареи могут быть установлены на крыши общественного транспорта, чтобы обеспечить дополнительное питание.

· Развивающиеся страны:

- В регионах, где отсутствует доступ к электросети, солнечные батареи могут стать основным источником энергии для освещения и питания электроустройств.

Перспективы использования солнечных батарей обширны, и существует большой потенциал для дальнейшего развития и инноваций в области солнечной энергетики. С технологическими улучшениями и снижением стоимости производства, солнечные батареи становятся все более доступными и эффективными. Они могут значительно снизить зависимость от ископаемых топлив, уменьшить выбросы парниковых газов и способствовать более устойчивому развитию.

3. Хранение и передача солнечной энергии являются ключевыми аспектами развития солнечной энергетики. В последние годы разработано несколько различных технологий и методов, которые позволяют эффективно использовать солнечную энергию и обеспечить ее хранение и передачу.

Одной из основных технологий хранения солнечной энергии являются аккумуляторы. Аккумуляторы позволяют сохранять избыточную солнечную энергию и использовать ее в течение ночи или в периоды недостатка солнечного излучения. Различные типы аккумуляторов, такие как литий-ионные, свинцово-кислотные и графеновые аккумуляторы, используются для хранения и передачи энергии. Они обладают разными свойствами, такими как емкость, эффективность, долговечность и стоимость. Выбор конкретного типа аккумулятора зависит от потребностей и условий эксплуатации.

Помимо использования аккумуляторов, появились и другие инновационные технологии хранения солнечной энергии. Одним из примеров являются системы гидрогенерации. Эти системы используют избыточную солнечную энергию для разложения воды на водород и кислород. Водород затем может быть использован для производства электроэнергии путем сжигания или использования в топливных элементах, а кислород может быть отдан в атмосферу. Такие системы обладают высокой энергетической плотностью и могут быть эффективно использованы для долгосрочного хранения энергии.

Взаимосвязанные энергетические системы также важны для эффективного использования солнечной энергии. В этих системах солнечная энергия интегрируется с другими источниками энергии, такими как ветер, гидроэнергия или биомасса. Такое взаимодействие разных источников энергии позволяет увеличить возможности по использованию и хранению энергии.

Одним из основных применений солнечной энергии является производство электроэнергии для использования в бытовых и промышленных целях. Солнечные электростанции, солнечные панели на крышах зданий и автономные солнечные системы являются основными источниками солнечной энергии. Солнечная энергия также может использоваться для обогрева воды, вентиляции и кондиционирования помещений.

Интеграция солнечной энергии с другими источниками энергии, такими как геотермальная энергия или ядерная энергия, также является важным аспектом разработки современных энергетических систем. Комбинированное использование различных источников энергии позволяет обеспечить надежное и экономически эффективное снабжение энергией.

В итоге, солнечная энергия имеет значительный потенциал для хранения и передачи. Различные технологии, включая аккумуляторы, системы гидрогенерации и взаимосвязанные энергетические системы, содействуют эффективному использованию солнечной энергии в различных сферах, от производства электроэнергии до обогрева и кондиционирования помещений.

4. Солнечная энергия является одним из наиболее чистых и восполнимых источников энергии, и в последние годы она стала всё более конкурентоспособной на мировом рынке энергии. Давайте рассмотрим некоторые аспекты экономической эффективности солнечной энергии и схемы финансирования, которые способствуют ее использованию.

· Снижение стоимости: за последние десятилетия стоимость солнечной энергии существенно снизилась благодаря развитию технологий производства и масштабирования производства солнечных батарей. Это сделало солнечную энергию более доступной и конкурентоспособной на рынке по сравнению со стандартными источниками энергии, такими как уголь или газ.

· Снижение операционных расходов: Одним из главных преимуществ солнечной энергии является отсутствие топлива, необходимого для ее производства. Солнечные электростанции требуют минимального обслуживания и имеют низкие операционные расходы по сравнению с традиционными электростанциями.

· Долгосрочная прибыль: Установка солнечных батарей обычно требует значительных начальных вложений, но в долгосрочной перспективе они могут стать прибыльными. Это связано с тем, что солнечная энергия является бесплатным источником энергии, и затраты на производство электроэнергии из солнечных панелей с течением времени сокращаются.

· Схемы финансирования: для поощрения использования солнечных батарей многие страны разрабатывают специальные схемы финансирования. Сюда входят субсидии, налоговые льготы, зеленые сертификаты и другие меры, которые снижают финансовые затраты и повышают привлекательность солнечной энергии для инвесторов и потребителей.

- Субсидии: Многие правительства предоставляют субсидии на установку солнечных батарей, чтобы поощрить их использование. Это может включать в себя субсидии на покупку и установку солнечных панелей, субсидии на производство солнечной энергии и субсидии на сетевую интеграцию.

- Налоговые льготы: Некоторые страны предоставляют налоговые льготы на приобретение и использование солнечных систем. Это может включать в себя освобождение от налогов на имущество, уменьшение налоговых ставок на прибыль, связанную с производством солнечной энергии, и другие льготы.

- Зеленые сертификаты: Зеленые сертификаты представляют собой финансовые инструменты, которые выдаются производителям солнечной энергии за каждый произведенный мегаватт-час "зеленой" электроэнергии. Их можно продавать на специализированной бирже, что помогает снизить стоимость производства солнечной энергии.

Все эти схемы финансирования и поощрения имеют цель сделать солнечную энергию более доступной, увеличить ее долю на рынке энергии и привлечь инвестиции в развитие этой отрасли. Конкурентоспособность солнечной энергии на рынке энергии будет продолжать расти, поскольку технологии становятся более эффективными и экономически выгодными, а правительства и организации стимулируют ее использование через различные финансовые инструменты.

5. Использование солнечной энергии имеет значительные экологические преимущества и способствует устойчивому развитию. Рассмотрим основные аспекты экологического воздействия и устойчивости использования солнечной энергии:

· Снижение выбросов углерода: Солнечная энергия является чистым источником энергии, который не производит выбросов парниковых газов, особенно углекислого газа (CO2). Вместо сжигания ископаемых топлив, солнечные батареи преобразуют солнечный свет в электрическую энергию без выбросов углерода. Это помогает сократить загрязнение атмосферы и изменение климата.

· Сокращение зависимости от ископаемых ресурсов: Солнечная энергия является восполнимым источником энергии, поскольку солнце будет сиять в течение миллиардов лет. В отличие от ископаемых топлив, таких как уголь, нефть и газ, солнечная энергия не исчерпается и не требует добычи из природы. Это делает использование солнечных батарей устойчивым с точки зрения доступности и сохранения ресурсов.

· Сохранение природных экосистем: Использование солнечной энергии имеет меньший негативный экологический след по сравнению с традиционными источниками энергии. Добыча и сжигание ископаемых топлив может приводить к разрушению экосистем, загрязнению воды и воздуха, а также угрозе различным видам животных и растений. Солнечные батареи не требуют таких процессов и не наносят вреда окружающей среде, что способствует сохранению экосистем и биоразнообразия.

· Устойчивое использование земли: Установка солнечных батарей может использовать незанятые земельные участки, такие как крыши зданий, пустыни и сельскохозяйственные угодья, что позволяет эффективно использовать уже существующие ресурсы и не требует новых инфраструктурных разработок. Кроме того, некоторые солнечные электростанции имеют интеграцию совместного использования земли, где на одном участке могут одновременно размещаться панели и сельскохозяйственные культуры или пастбища.

В целом, использование солнечной энергии ведет к значительному сокращению выбросов углерода, снижению зависимости от ископаемых ресурсов, сохранению природных экосистем и устойчивому использованию земли. Однако, как и при любой технологии, существуют некоторые нюансы и ограничения, которые могут негативно сказаться на окружающей среде, такие как использование редких материалов в производстве солнечных панелей и утилизация отработанных солнечных батарей. Поэтому дальнейший прогресс в разработке устойчивых материалов и методов утилизации играет важную роль в обеспечении максимально позитивного экологического воздействия при использовании солнечной энергии.

6. Ретроспективный анализ успешных проектов и примеров внедрения солнечных батарей позволит выделить ключевые факторы успеха и сделать рекомендации для будущих проектов. Ниже представлены несколько основных факторов, которые часто способствуют успеху внедрения солнечных батарей:

· Выбор подходящей локации: Определение подходящей локации для установки солнечных батарей является критическим фактором успеха. Важно учитывать климатические условия, уровень солнечной активности, доступность солнечной энергии и наличие необходимого пространства для установки панелей.

· Выбор правильного масштаба проекта: Правильное определение масштаба проекта важно для достижения максимальной эффективности и экономической целесообразности. Адаптировать размер проекта под потребности и доступные ресурсы является ключевым фактором успеха.

· Финансовая модель: Разработка устойчивой и выгодной финансовой модели - еще одна важная составляющая успешного проекта. Это может включать в себя финансирование через субсидии, лизинговые и собственные инвестиции, заключение соглашений о покупке энергии или организацию общественного финансирования.

· Техническая реализация: Качественная техническая реализация проекта, включая правильный выбор и установку солнечной техники, эффективное подключение к электросети и использование современных технологий в системе управления, является важным фактором успеха.

· Управление проектом и мониторинг: Эффективное управление проектом, включая планирование, координацию, контроль и мониторинг, являются неотъемлемыми элементами успешной реализации проекта.

Рекомендации для будущих проектов включают:

- Тщательно изучить потенциал энергии солнца в выбранной локации и определить возможности использования солнечных батарей.

- Провести тщательный анализ объема энергопотребления, чтобы определить масштаб проекта и рассчитать его целесообразность.

- Составить устойчивую и выгодную финансовую модель, учитывая субсидии, инвестиции и возможности сотрудничества с другими заинтересованными сторонами.

- Обратить внимание на техническую экспертизу и правильную установку солнечной техники, а также применение современных технологий для оптимизации производства энергии.

- Разработать эффективную систему управления проектом и установить мониторинговые инструменты для постоянного контроля и оптимизации производства энергии.

Внедрение солнечных батарей может принести значительные выгоды с точки зрения экономии энергии и экологической устойчивости. Следуя рекомендациям и учитывая ключевые факторы успеха, будущие проекты имеют возможность достичь оптимальных результатов.

Практическая часть

1. Устройство и принцип работы солнечной батареи.

Солнечные батареи – устройства, генерирующие электроэнергию с помощью фотоэлементов. Прежде чем говорить о том, как сделать солнечную батарею своими руками, необходимо понять устройство и принцип ее работы.

Солнечная батарея включает в себя фотоэлементы, соединенные последовательно и параллельно, аккумулятор, накапливающий электроэнергию, инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный и контроллер, следящий за зарядкой и разрядкой аккумулятора.

Как правило, фотоэлементы изготавливают из кремния, но его отчистка обходиться дорого, поэтому в последнее время начали использовать такие элементы, как индий, медь, селен. Каждый фотоэлемент является отдельной ячейкой, генерирующей электроэнергию. Ячейки сцеплены между собой и образуют единое поле, от площади которого зависит мощность батареи. То есть, чем больше фотоэлементов, тем больше электроэнергии генерируется.

Для того чтобы изготовить солнечную панель своими руками в домашних условиях, необходимо понимать сущность такого явления, как фотоэффект. Фотоэлемент – кремниевая пластинка, при попадании света на которую с поверхности кремния выбивается электрон. Передвижение потока таких электронов вырабатывает постоянный ток, который впоследствии преобразуется в переменный. В этом и заключается явление фотоэффекта.

Солнечные батареи подразделяются на следующие виды:

· Кремниевые.

Это самый популярный материал для батарей. Кремниевые батареи также делятся на:

- монокристаллические (для производства таких батарей используется очень чистый кремний);

- поликристаллические (дешевле монокристаллических); поликристаллы получают постепенным охлаждением кремния.

· Плёночные.

 Такие батареи подразделяются на следующие виды:

- на основе теллурида кадмия (КПД 10%): кадмий обладает высоким коэффициентом светопоглощения, что и позволяет использовать его в производстве батарей.

- на основании селенида меди – индия: КПД выше, чем у предыдущих.

· Полимерные.

Солнечные батареи из полимеров очень тонкие, порядка 100нM (нанометров). Несмотря на КПД 5%, батареи из полимеров имеют свои преимущества: дешевизна материала, экологичность, эластичность.

· Аморфные

КПД аморфных батарей составляет 5%. Такие панели изготавливаются из силана (кремневодорода) по принципу пленочных батарей, поэтому их можно отнести, как к кремниевым, так и к пленочным. Аморфные батареи эластичны, генерируют электричество даже в непогоду, поглощают свет лучше других панелей.

2.  Достоинства и недостатки солнечных батарей

Преимущества солнечные батареи имеют следующие:

- безвредность для экологии; долговечность; бесшумная работа; легкость изготовления и монтажа; независимость поставки электричества от распределительной сети; неподвижность частей устройства;

- перспективность, доступность и неисчерпаемость источника энергии в условиях постоянного роста цен на традиционные виды энергоносителей;

- теоретически полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить характеристику отражающей способности земной поверхности и привести к изменению климата;

- незначительные финансовые затраты; небольшой вес; работа без механических преобразователей;

Однако, одновременно с преимуществами, солнечные батареи имеют ряд недостатков:

- зависимость от погоды и времени суток;

- сезонность в средних широтах и несовпадение периодов выработки энергии и потребности в ней;

- нерентабельность в высоких широтах;

- необходимость аккумуляции энергии;

- при промышленном производстве – необходимость дублирования солнечных элементов маневренными элементами сопоставимой мощности;

- высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (индий, теллур);

- необходимость периодической очистки отражающих/поглощающих поверхностей от загрязнения;

 -нагрев атмосферы над электростанцией;

3. Как изготовить солнечную батарею своими руками

Солнечную батарею можно сделать своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.

Солнечная батарея из фольги

Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей их кладут на фольгу.

Как сделать солнечную батарею из фольги? Нам понадобится 2 «крокодильчика»; медная фольга; мультиметр; соль; пустая пластиковая бутылка без горлышка; электрическая печь; дрель. Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электрическую плиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой. Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться. Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от нагретой фольги – к плюсу, от нагретой – к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова. Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой. Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.

Солнечная батарея из транзисторов

У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзистора своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно вскрыть крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов. Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта. Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников малой мощности. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу. Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.

Солнечная батарея из жестяных банок

Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из жестяных банок просто и дешево. Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки. Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо, и обладает лучшим теплообменом. Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении. Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.

 4. Этапы разработки солнечной батареи (коллектора)

В данной работе рассмотрим этапы изготовления солнечной батареи (коллектора) из жестяных банок, так как этот вариант самый дешёвый из предложенных выше.

Солнечная батарея из жестяных банок.

Материалы:

1. Жестяные банки – 20 штук

2. Фольга – 1 лист размер 30х52см

3. Утеплитель – 1 лист 30х52см

4. Доска толщиной 2см – 1,7м

5. Оргстекло – 1 лист размер 58х32см

6. Краска чёрная – 1 баллон

Для начала мы собрали пустые банки, из которых составим панели солнечных батарей. В днище каждой баночки специальным пером для сверления делаются аккуратные отверстия. Верхняя часть банки режется ножницами и изгибается так, чтобы получился «плавник». Его миссия заключается в содействии турбулентному потоку воздуха, чтобы собрать как можно больше тепла от нагретой стенки банки. Всё это необходимо сделать до склеивания банок (Приложение)

Далее необходимо приступить к склеиванию банок. Для склеивания применяется любой клей, подходящий для таких материалов, как жесть. Банки склеиваются следующим образом: дно одной банки соединяется с верхней частью другой. И так последовательно, пока не получится необходимого размера «лента» из банок». В нашем случае мы склеили 4 банки в длину. Затем полученные «ленты» склеиваем между собой. Получается панель из банок. Производим окрас банок в чёрный цвет, чтобы лучше притягивать солнечные лучи и поглощать больше тепла (с помощью краски в баллончиках).

Готовим каркас будущей батареи. Для этого собираем короб длиной 60см, шириной 34 см (по внешним границам), в который поместится панель из банок.  В боковых стенках прорезываем отверстия, совпадающие с отверстиями в банках. На дно полученного короба кладём теплоизоляцию. Мы применили для этого фольгу и мягкую подложку из пенопласта.

Полученную панель из банок укладываем в короб и накрываем оргстеклом, размеры которого должны максимально соответствовать размерам короба (для наименьшего попадания пыли в панель). Дальше мы проделываем два выходных канала в коллекторе, к которому потом присоединим алюминиевую трубку. Одну - на вход, а другую - на выход воздуха.

Выводы эксперимента

Результаты использования солнечной батареи (коллектора).

В ходе работы над проектом были:

- изучены альтернативные способы добычи энергии, в частности, тепловой;

- выявлены достоинства и недостатки солнечных батарей (коллекторов);

- изготовлена модель солнечной батареи (коллектора).

В результате использования модели солнечной батареи (коллектора) мы отметили следующее:

1. Для непрерывной работы солнечной батареи (коллектора) необходимо постоянное освещение его солнечными лучами.

2. Чтобы нагреть 1 кг (л) воды на 1°С потребуется приблизительно 1,16 Вт энергии. Теперь представим солнечный коллектор, площадь которого составляет 1 м2. Поглощение тепла стороны, которая обращена к солнцу, составляет практически 100%. Из этого следует, что наш коллектор, площадью 0,15м2 сможет нагреть воду от 10 до 45°С за 2,3ч.

3. Чтобы разогреть 150 литров воды с помощью электроэнергии, с учетом теплопотерь, вы заплатите от 7 до 8 кВт/ч. х 2,68 рубля = от 16 до 22 рублей. Зимой один солнечный коллектор, площадь которого составляет 3 м2, сэкономит ваши расходы от 20 до 40 рублей в день.

4. Небольшой размер солнечного коллектора не позволяет нагревать воду большой массы. Требуется более крупная в размерах установка.

Заключение

В рамках данной проектной работы были исследованы и проанализированы солнечные батареи как один из перспективных источников энергии будущего. Солнечная энергия, получаемая с помощью солнечных батарей, становится все более востребованной в мире, поскольку она является чистым и возобновляемым источником энергии.

Одним из главных преимуществ солнечных батарей является их экологическая чистота. В процессе работы солнечных батарей не происходит выбросов вредных веществ или парниковых газов, что делает их безопасными для окружающей среды и здоровья людей. Это особенно актуально в условиях борьбы с изменением климата и угрозами экологического кризиса.

Еще одним преимуществом солнечных батарей является их экономическая эффективность. Помимо возможности сэкономить на энергопотреблении в долгосрочной перспективе, солнечные батареи также позволяют снизить зависимость от традиционных источников энергии, что особенно актуально в условиях нестабильных мировых цен на нефть и газ.

Кроме того, они обладают множеством применений. Солнечные батареи могут использоваться для обеспечения энергией отдельных домов и зданий, а также масштабироваться до создания солнечных ферм, которые могут энергетически обслуживать целые районы и города. Это позволяет обеспечить стабильное и надежное энергетическое снабжение в любых условиях.

В заключение, солнечные батареи представляют собой перспективное решение, которое имеет огромный потенциал для развития в сфере энергетики будущего. Они позволяют получать чистую и недорогую энергию, способствуют решению проблемы изменения климата и создают новые возможности для развития устойчивого общества. Внедрение и развитие солнечных батарей является необходимым шагом на пути к устойчивому будущему энергетики.

Информационные источники

1. Интернет – ресурсы:

- https://solar-energ.ru/kak-sdelat-solnechnuyu-batareyu-5-luchshih-master-klassov

- https://fishki.net/1455204-solnechnyj-kollektor-iz-pivnyh-banok-za-7-shagov

- https://promdevelop.ru/perspektivnost-razvitiya-i-primeneniya-alternativnyh-istochnikov-energii/

- https://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная_батарея

- https://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная_энергетика

2. Книжные ресурсы:

- Ершов А.А., Умаров Г.Я., Солнечная энергетика

- А. Я. Глиберман, А. К. Зайцева. «Кремниевые солнечные батареи»

- P. Gevorkian «Альтернативные источники энергии в проектировании зданий»

- В.И.ВИССАРИОНОВ, Г.В.ДЕРЮГИНА, В.А.КУЗНЕЦОВА, Н.К.МАЛИНИН «СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА»

27