Дом Солнце

Региональный форум талантливой молодежи «Шаг в будущее, Сибирь!»

Региональный этап Всероссийского конкурса-выставки

научно-технологических и социальных предпринимателей

«Молодёжь. Наука. Бизнес»

XXIV Региональная научная инженерная выставка

«Изобретатель ХХI века»

ДОМ СОЛЦА

Автор: Донец Артём Владимирович,

учащаяся 11 класса МБОУ «СОШ №8

им. Бусыгина М.И.» г. Усть-Илимск

Руководитель: Белянина Алёна Геннадьевна,

учитель физики высшей квалификационной категории МБОУ «СОШ № 8

им. Бусыгина М.И.»

г. Усолье-Сибирское, Иркутская область

2021 год

Региональный форум талантливой молодежи «Шаг в будущее, Сибирь!»

Региональный этап Всероссийского конкурса-выставки

научно-технологических и социальных предпринимателей

«Молодёжь. Наука. Бизнес»

Содержание

Введение 3

Основная часть 3 – 7

Заключение 7 - 8

Список использованной литературы 8

Приложения 9 – 10

Введение.

Актуальность темы. Солнечные батареи — одно из гениальных изобретений человека, которое с каждым днем набирает свою популярность и актуальность и разумеется, неспроста.  Природные ресурсы истощаются и это завставляет задуматься человека о том, откуда в дальнейшем он будет черпать энергию.

Я выбрал эту тему, потому что было интересно увидеть применение световой энергии на практике, а также узнать, как использование солнечных батарей помогает экологии.

Цель: Изучить строения, применения и принцип работы солнечной

батареи, а также создание демонстрации её работы.

Задачи:

Изучить теоретический материал по теме.

Проконсультироваться с компетентными людьми.

Изучить степень изученности данного вопроса.

Создать собственную упрощенную электрическую схему устройства.

Подобрать приборы и материалы.

Собрать устройство.

Провести испытание.

Создать руководство по эксплуатации.

Метод исследования - экспериментально-теоретический (опыт, эксперимент, моделирование, анализ логический, синтез).

Ожидаемый продукт

Солнечная батарея и демонстрация её работы с электрическим устройством.

Основная часть

Вначале я начал изучать, что же такое солнечная батарея, её устройство, типы, принцип работы и применение, и вот что я узнал:

Солнечная батарея — это объединение фотоэлектрических преобразователей или по-другому фотоэлементов - полупроводниковых устройств, прямо преобразующих световую энергию в постоянный электрический ток.

В современном производстве солнечных панелей используют кремний, как основной материал. Это распространенный материал в природе, но он имеет много лишних примесей, которые следует убрать для дальнейшего использования. Сам процесс очистки является трудоемким и финансово затратным, что в свою очередь влияет на стоимость солнечных батарей. Ведь чем чище кремний, тем выше КПД панелей.

Принцип работы солнечной батареи: полупроводник – это такой материал, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо наоборот, их не хватает (p-тип). Соответственно, полупроводниковый фотоэлемент состоит из двух слоев с разной проводимостью. В качестве катода используется n-слой, а в качестве анода – p-слой.

Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Именно лучи света «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны «бегут» по кругу, выходя из p-слоя, проходя через нагрузку (в данном случае аккумулятор) и возвращаясь в n-слой.

Немного истории создания и первых применений: в 1842 году Александр Эдмон Беккерель открыл эффект преобразования света в электричество. Первые прототипы солнечных батарей были созданы итальянским фотохимиком Джакомо Луиджи Чамичаном.

25 марта 1948 года, специалисты компании «BellLaboratories» заявили о создании первых солнечных батарей на основе кремния для получения электрического тока. Это открытие было произведено тремя сотрудниками компании - Кельвином Соулзером Фуллером, Дэрилом Чапин и Геральдом Пирсоном. Уже через 10 лет, 17 марта 1958 года, в США был запущен спутник с использованием солнечных батарей — «Авангард-1». 15 мая 1958 года в СССР также был запущен спутник с использованием солнечных батарей — «Спутник-3».

Также я узнал, что солнечные батареи — это самый «безобидный» или как сегодня говорят «зелёный» источник энергии, который не загрязняет почву и воздух, не приносит вред растениям, животным и человеку.

После изучения информации, я начал выбирать какая панель мне подойдёт для осуществления демонстрации, и выбор пал на солнечную батарею поликристаллического типа, так как она хорошо распространена и не дорого стоит. Я уже хотел пойти искать её для покупки, как вспомнил, что у меня была солнечная батарея в старой игрушке, и я достал её оттуда. Оставалось только найти материалы для создания устройства, которое будет работать на демонстрации, в моём случае это дом, который может работать от солнечной батареи. Для подключения электрических приборов в доме я взял плату, на которую можно подать электрический ток, а также она может соединять на себе электронные компоненты без использования паяльника. А ещё к этой плате я подобрал провода, которые не нужно зачищать для присоединения.

Далее, купив все компоненты, я сделал схему подключения на плате, которая подошла бы к моему плану подключения дома (Приложение 1). Я приступил к сборке и подключению моей электрической схемы, а также к строительству дома из LEGO, для наглядной демонстрации работы в доме электрических приборов (освещение дома, охранная сигнализация) от солнечной батареи. Модель готова и работает отлично. Можно создать руководство по эксплуатации (Приложение 2).

Руководство по эксплуатации электросистемы «ДОМ СОЛНЦА»

Назначение.

Система предназначена для демонстрации автономной работы от световой энергии, освещения и сигнализации в доме. Особенность - экологический, дешёвый источник электроэнергии.

Технические характеристики:

Солнечная панель:

-Сила тока 5А

-Напряжение 3В

Вес: 700 г

Комплектность.

1. Конструктор LEGO

2. Солнечная батарея

3. Плата

4. Электрические компоненты и провода

5. Светодиодная лента

Комплектность схемы.

VD1 стабилитрон- Д814в

VT1 транзистор- IRF840

R1, R2 резисторы МЛТ 0,125 кОм, 2, 51 кОм

Z1 Зуммер HCM1201A

Рекомендации по применению.

Следует аккуратно переносить и обращаться с изделием, так как оно очень хрупкое. Не превышайте максимально-допустимую температуру изделия. Стоит обратить особое внимание на то, что при правильной эксплуатации, риск поломок снижен к нулю, но при небрежном обращении с моделью, возможны различные неисправности.

Возможные неисправности:

Возможна поломка солнечной панели, светодиодов и схемы сигнализации. Решением является только замена!

Разрыв проводов. Зачистить с двух сторон провода от изоляции, спаять и замотать изолентой.

Правила хранения

Хранить прибор желательно в сухом помещении, при нормальной температуре. Протирать сухой тряпкой.

Мы гарантируем работу устройства в течение 5лет со дня реализации при соблюдении условий эксплуатации и хранения.

Заключение

Поставленные цели и задачи выполнены (Приложение 3). Материальные затраты минимальны, экономичны.

Результаты:

Нахождение нужной солнечной батареи и подготовка её к работе.

Создание собственной схемы электрической цепи для подключения освещения дома и сигнализации.

Покупка нужных комплектующих для создания схемы, работающей с моей батареей.

Создание дома из LEGO, с установкой в него системы освещения и сигнализации для демонстрации работы солнечной батареи.

При изготовлении самодельного прибора я приобрел навыки работы с простейшими инструментами, научился оценивать результаты своей работы, научился соединять теорию с практикой, пользоваться инструментальными методами исследования. Кроме того, изготовление самодельных приборов побудило меня к самостоятельному получению знаний, за счет более глубокого изучения дополнительной литературы. Прибор, сделанный и сконструированный своими руками, вызывает очень большой интерес и уважение одноклассников, учителей. Это уверенность, повышение самооценки, на тебя надеются, тебе доверяют, на тебя рассчитывают, тобой гордятся.

Благодаря работе и знаниям, которые я приобрел, пока создавал этот проект, я смог получить энергию от света с помощью солнечной батареи для питания моей схемы освещения и сигнализации в доме из LEGO. Это позволило определить, что я получил энергию от света.

Если применять солнечные батареи в повседневной жизни, то можно сэкономить запасы существующих источников энергии, а также в будущем и вовсе их заменить.

Список использованной литературы

Интернет – ресурс «Солнечная батарея»: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%B5%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B1%D0%B0%D1%82%D0%B0%D1%80%D0%B5%D1%8F

Интернет – ресурс «Солнечные батареи: как это работает»: https://itc.ua/articles/solnechnyie-batarei-kak-eto-rabotaet/

Интернет – ресурс «Из чего состоит солнечная батарея»:https://joule.net.ua/articles/iz-chego-sdelana-solnechnaya-batareya

Интернет – ресурс «Виды солнечных батарей и их применение»:http://ust.su/solar/media/section-inner10/3161/

Интернет – ресурс «Как устроены и работают солнечные батареи»:https://recyclemag.ru/article/kak-ustroeny-i-rabotajut-solnechnye-batarei

Интернет – ресурс «Принцип работы солнечной батареи: как устроена и работает солнечная панель»:https://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/princip-raboty-solnechnoj-batarei.html

П риложение 1

Приложение 2

Приложение 3