В статье рассматривается альтернативный источник энергии — энергия солнца. Его значимость и возможности применения на практике.
Ключевые слова: альтернативный источник энергии, солнечные батареи, дети солнечный трекер
Если во всем видеть только плюсы, батарейку правильно не подключишь.
В современном мире очень актуальна тема развития альтернативных источников энергии. Это связано, с одной стороны, с тем, что наука идет вперед семимильными шагами, с другой стороны, люди практически исчерпали углеводородные энергетические ресурсы, которые необходимы для бесперебойной работы техники, транспорта, освещения и обогрева. Потребность человечества в энергии ежегодно растет.
Одним из перспективных источников энергии — является неиссякаемая энергия солнца. Солнце — самый главный источник тепла и света, роста растений на нашей планете. Благодаря Солнцу появились все традиционные источники энергии — нефть, уголь, торф.
К сожалению, ископаемое топливо заканчивается, поэтому решение энергетической проблемы, состоит в поисках возобновляемых источников энергии, которые могли бы заменить энергоресурсы, используемые сейчас.
Основными преобразователями солнечной энергии являются батареи, представляющие собой несколько объединённых фотоэлементов и преобразующие солнечную энергию в электрический ток. Солнечные батареи применяют в местах, удаленных от населенных пунктов, в космической сфере, в машиностроении и кораблестроении, то есть там, где нет возможности воспользоваться другими источниками энергии.
Первая солнечная батарея принадлежит Антуану — Сезару Беккерелю (1839). Почти через сорок лет Чарльз Фриттс изобрел первый солнечный элемент, опираясь на опыт Уилоуби Смита, обнаружившего в 1873 году чувствительность селена к свету. В 1954 году специалисты компании Bell Laboratories (США) заявили о создании первых солнечных батарей на основе кремния для получения электрического тока. Созданные солнечные батареи — были всего лишь технологической игрушкой стоимостью 250 долларов, с КПД около 6 %. Потенциал солнечных батарей первоначально был оценен только в космической отрасли и, в 1958 году, в США был запушен первый спутник с солнечными батареями — Vanguard 1. Через несколько месяцев в СССР был запущен Спутник-3 также работающий на солнечных батареях.
К началу 2017 года, благодаря применению солнечных трекеров, КПД солнечных батарей составляет более 26 %. Применение фотоэлементов стало повсеместным.
1954 год. Солнечная батарея компании Bell Laboratories
На уроках физики в школе и на дополнительных занятиях, я подробно изучил принципы работы солнечных трекеров, а также преимущества (возобновляемость, обильность, доступность, экологичность, экономичность) и недостатки солнечной энергии (непостоянство солнечного света, применение дорогостоящих и редких компонентов при создании солнечных батарей, их ограниченный срок службы).
Свои теоретические знания я решил испытать, приняв участие в технической олимпиаде научного творчества «Роботландия-2017», организатором которой был Волжский политехнический институт (филиал) ВолгГТУ.
Целью олимпиадной работы стала разработка и создание эффективного зарядного устройства с максимальным КПД, работающего от солнечной энергии и аккумулирующего её. Движение солнца по азимуту снижает КПД фиксированной солнечной батареи, поэтому возникла необходимость разработать устройство, которое могло бы поворачиваться вслед за траекторией солнца — солнечный трекер.
Солнечный трекер — система, предназначенная для слежения за перемещением солнца, чтобы получить максимальный КПД от солнечных батарей. Механизм трекера основан на фоторезисторах: когда на один из резисторов попадает меньше света, устройство поворачивается.
На этапе разработки мною были изучены интернет-ресурсы и начерчен эскиз механической части.
Узел выгрузки-загрузки кассет от старого магнитофона и подъемный механизм игрушечной пожарной машины «послужили» основными компонентами поворотного механизма горизонтального и вертикального движения. Для создания механизма управления разработана электронная схема и размещена на двух платах управления, ответственных за анализ яркости солнечного света и углов поворота солнечной батареи. Корпус трекера сделан из старого медицинского прибора и вместил в себя: механизм и плату управления горизонтальным поворотом, аккумуляторы для накопления энергии, и USB-выход для зарядки сотового телефона. К корпусу прикреплена мачта, на которой расположены: солнечная панель с фоторезисторами, блок и плата вертикального наклона, контроллер заряда аккумулятора и выключатель.
Собранный солнечный трекер имеет следующие технические характеристики: напряжение заряда -5,5В, сила тока -1 А, емкость аккумулятора — 200 мА.
В результате тестовых испытаний в летний период установлено, что созданное зарядное устройство обладает высоким КПД, действительно работает от солнечной энергии, преобразует и аккумулирует её.
