Датчики цифровой лаборатории в солнечной энергетике

Изучение экологически чистых технологий использования солнечной энергии, создание действующих установок, демонстрирующих преимущества применения человеком солнечной энергии.
Цикл занятий: теоретический курс, обучающие лабораторные работы, практические, исследовательские работы. Результат: разработка проекта по солнечной энергетике.
Учебно-исследовательская лаборатория
солнечной энергетики
Непрерывное развитие
проекта в течение
нескольких лет с практическим
выходом на каждом этапе
Тематика проектов рассчитана на детей разного возраста
Многоплановая учебно-исследовательская задача
с привлечением знаний из разных дисциплин

Учебно-исследовательские задачи
гармонично сочетаются со школьным курсом, доступны для самостоятельного исследования;
реализуют конструктивную экологическую позицию, способствуют решению конкретной проблемы;
предусматривают изучение экологических проблем различной направленности;
предполагают комплексный
подход к выполнению
экологической задачи.

Выполнение таких задач дает учащимся:
навыки расчета, конструирования и сборки технических устройств;
понятие о методах исследования и опыт работы на лабораторных установках;
первоначальные сведения о методике выполнения исследований, связанных с изучением свойств солнечных элементов и батарей, методах проектирования солнечных батарей.
Итог:
реально действующее устройство на основе солнечных батарей

Учебно-
исследовательские
задачи по
солнечной энергетике
Макетные:
использование
солнечной
энергии для
своего жилища
Проект – игрушка:
конструирование
солнечной батареи
для питания игрушки
Действующие
бытовые
устройства
с солнечными
батареями
Демонстрационные:
изготовление
работающего
макета
солнечной
электростанции

Использование датчиков цифровой лаборатории «Архимед» при:
изучении физических явлений, связанных с преобразованием солнечной энергии в электрическую и тепловую;
конструировании устройств с
солнечными батареями;
демонстрации устройств
с солнечными батареями;
исследовании
и изготовлении
устройств с
солнечными
батареями.

Датчики тока и напряжения при
конструировании устройств
Определение параметров питания потребителя энергии.
Исследование различных видов соединений потребителей энергии.
Определение выходных характеристик солнечного элемента.
Исследование зависимости выходных характеристик солнечного элемента от освещенности.
Исследование зависимости выходных характеристик солнечного элемента от температуры.
Исследование выходных характеристик групп параллельно и последовательно соединенных солнечных элементов.
Исследование работы солнечной батареи и солнечного элемента с различными потребителями энергии.
Светильник «Антистресс»
Солнечная батарея
Аккумулятор
Потребитель энергии (светодиод)
Корпус светильника
1
4
2
3

Зависимость параметров солнечной батареи от освещенности (лабораторная работа)
Цель: исследование зависимости силы тока, напряжения и мощности солнечной батареи от освещенности
Оборудование:
Осветительная установка (настольная лампа на длинной штанге).
Соединительные провода.
Магазин сопротивлений.
Люксметр.
Солнечная батарея.
Датчик силы тока.
Датчик напряжения.
1
3
5

Результаты работы
Вольтамперная характеристика солнечной батареи
(I = f (U) ) и график зависимости мощности солнечной батареи от напряжения (P = f (U) )
I, мA
U, B
P, мВт
I = f (U)
Р = f (U)
PМАКС
UМАКС
IМАКС

датчик температуры
фототермический
нагреватель
Нагрев грунта с помощью фототермического
модуля,
преобразующего
солнечную
энергию
в тепловую и
электрическую
солнечная
батарея
термоэлектрический модуль
Охлаждение воздуха при помощи термоэлектрического модуля, работающего от солнечной батареи
200С
320С
T,0C
t,c
Датчики цифровой лаборатории при демонстрации устройств

Датчики цифровой лаборатории при исследовании и изготовлении устройств
Исследование принципа работы термоэлектрического модуля.
Исследование влияния параметров питания термоэлектрического модуля на температуру в охладительном устройстве.
Подбор оптимального теплоотвода.
Режим
нагревания
Режим
охлаждения
(без вентилятора)
Режим
охлаждения
(с вентилятором)
160С
290С
27,50С
27,50С
23,50С
21,50С
Т,0С
Т,0С
Т,0С
t, с
t, с
t, с

Цель эксперимента:
выбрать тип «нагревательного элемента» и способ организации протока воздуха, обеспечивающие максимальную температуру в нагревательной камере
Сушильная камера
Вентилятор
Солнечная
Нагревательная
камера
элемент»
«Нагревательный
батарея
Гелиосушилка

Ход эксперимента
Установить датчик температуры на середину полочки сушильной камеры.
Запустить эксперимент и включить лампу.
Провести измерения до достижения температурного равновесия в сушильной камере.
Провести аналогичный эксперимент с другим типом нагревательного элемента.
190С
500С
T,0C
t, с

Результаты эксперимента
Влияние типа нагревательного элемента на температуру в сушильной камере

Исследования:
Физических явлений, позволяющих регулировать температуру.
Влияния потока воздуха на влажность в теплице.
Использования нетканого материала на поверхности почвы.
Использования солнечной батареи для саморегулиро- вания микроклимата теплицы.
Простых способов улучшения освещенности в теплице.
1 – влажная ткань
2 – вентилятор
3 – почва
4 – отражающая стенка
Домашняя теплица
4
2
1
3

Изменение температуры воды
в различных условиях
(лабораторная работа)
Цель: исследовать влияние разных способов охлаждения и нагревания на изменение температуры жидкости
Оборудование:
Лабораторный штатив с двумя одинаковыми пробирками.
Вентилятор.
Зеркальная лампа накаливания
мощностью 100-150 Вт.
Хлопчатобумажная ткань.

Результаты опытов
Нагрев воды в обычной пробирке и пробирке, обернутой влажной тканью, в условиях освещения лампой накаливания при принудительном охлаждении
в потоке воздуха.
с влажной
тканью
без ткани
20,50С
22,50С
140С
Нагрев воды в обычной пробирке и пробирке, обернутой влажной тканью, в условиях освещения лампой накаливания при естественном охлаждении.
19,50С
Т,0С
Т,0С
t, c
t, c
240С
360С
без ткани
с влажной
тканью

Исследование возможностей улучшения микроклимата в домашней теплице
С нетканым
материалом
Открытая почва
97%
94,5%
92%
93%
87%
84%
Влияние нетканого укрывного материала на влажность
почвы в теплице
Продолжительность
эксперимента – 64 часа
Влажность,
%
t,час