Zestaw Słoneczny Energie odnawialne

Transkrypt

1 Dodatkowa zawartość online Zestaw Słoneczny Energie odnawialne od 8 lat Możesz złożyć 6 robotów poruszanych za pomocą energii słonecznej!

2 2 Spis treści 1. Wprowadzenie do energii a) Definicja energii b) Historia energii 2. Rodzaje energii a) Energie odnawialne b) Energie nieodnawialne c) Różnice między energiami odnawialnymi a alternatywnymi 3. Energia słoneczna a) Czym jest? b) Ewolucja c) Słońce d) Rodzaje energii słonecznej e) Zalety i wady 4. Pojazdy słoneczne a) Statki b) Pociągi c) Samochody d) Motory e) Samoloty 5. Zabawki 6. Wskazówki 7. Quiz

3 Wprowadzenie 3 1. Wprowadzenie a) Definicja energii Energię można zdefiniować jako zdolność ciała do wykonania pracy lub akcji; czyli energia to moc ruchu lub zmiany. Energia jest niezwykle ważna na co dzień. Sprawia, że działają aparaty, z których korzystamy, że mamy światło w domu, dzięki niej pojazdy są wprawiane w ruch, a my rośniemy i poruszamy się. Słowa tego używa się w wielu kontekstach, jednak definicja naukowa się od nich różni. W fizyce to pojęcie podstawowe, o energii mówi się też w chemii, biologii i innych dziedzinach. Siła Siłą nazywa się każdą czynność lub wpływ, które mogą zmienić stan ruchu danego ciała, czyli go przyspieszyć. W międzynarodowym systemie miar jednostką siły jest Newton, którego wartość wynosi 1 kg m/s2. 1 Newton oznacza siłę potrzebną do tego, aby ciało o wadze 1 kilograma przyspieszyło o 1 metr na sekundę. Czy wiesz, że... Fizycy używają wzorów, by obliczyć pewne wartości? Oto wzór na obliczenie wartości siły: F = m x a F = siła m = masa ciała a = przyspieszenie Masę mierzymy w kilogramach (kg) i jest ona stałą wartością dla ciała. Wskazuje ona w tym przypadku, jak zmienia się przyspieszenie ciała przy użyciu siły. Rysunek 1. Energia na co dzień. Plac Times Sqaure w Nowym Jorku. Istnieją dwa podstawowe rodzaje energii: energia potencjalna i energia kinetyczna. Można powiedzieć, że energia potencjalna to taka, która się dopiero wydarzy, gotowa do zamiany na energię kinetyczną. Energia kinetyczna jest natomiast tą, którą zyskuje ciało dzięki prędkości poruszania się. Wiemy już, że ciała mają energię, ale jak wprawiają się w ruch? Do tego trzeba użyć siły. Wykorzystana siła używa energii do pracy. Mówiliśmy już, że energia określa zdolność ciała do wykonania pracy. Ale czym jest ta praca? Praca Praca to podstawowe pojęcie w życiu człowieka. Dzięki niej ludzkość rozwijała się na przestrzeni wieków. Praca nie służy jednak tylko do gromadzenia dóbr i bogactwa, to nasz impuls do rozwoju, nauki, pogłębianiu naszych zdolności, inteligencji i kultury. W fizyce praca to efekt siły zastosowanej na ciało lub jego ruch w tym samym kierunku, w jakim działa siła. Praca wykonana przez ciało jest natychmiast zamieniana w energię tego

4 4 Wprowadzenie ciała, można zatem powiedzieć, że praca to energia w ruchu. Bez ruchu nie ma pracy! Przykładowo, podnosząc coś z dołu do góry, wykonuje się pracę, ponieważ trzeba pokonać siłę grawitacji, która skierowana jest w dół. Pracę oblicza się w następujący sposób: W = F x d W = praca (z angielskiego: work) F = siła d = przemieszczenie Jednostką miary pracy jest Dżul (J), którego wartość wynosi 1 Newton (N) na metr. Oznacza to, że jeśli siła o wartości 1 N porusza ciałem na odległość 1 metra, wykonana praca ma wartość 1 J. sposób, w jaki energia tworzy ruch. Punktem wyjścia do poznawania termodynamiki są zasady termodynamiki. W skrócie: zasady te mówią, że energii się nie tworzy ani nie niszczy, jest ona przenoszona z jednego systemu do innego w formie ciepła lub pracy. Czy wiesz, że... Miara stopnia nieuporządkowania układu nazywa się entropią? Wszechświat, tak jak my, dąży do nieuporządkowania. Podczas zabawy robimy bałagan, zatem konieczność uporządkowania zabawek nie jest czymś, co nam się podoba. Od wykonanej pracy dochodzimy do pojęcia mocy. Moc Kiedy maszyna wykonuje dużo pracy w określonym czasie, można powiedzieć, że ma ona wysoką moc. Jeśli wykonuje mało pracy- ma niską moc. Jednostką miary mocy jest 1 Wat (W), który jest równy 1 J na sekundę lub kw (kilowat), który jest równy 1kJ na sekundę. Moc oblicza się w następujący sposób: P = W: t P = moc W = praca t = czas Kolejnym pojęciem, które należy mieć na uwadze, jest termodynamika. Termodynamika to dział fizyki badający ruch energii oraz Rysunek 2. Porządek i nieporządek. b) Historia energii Pierwszą formą energii, która wykorzystywał człowiek (robiąc to nieświadomie) była energia słoneczna. Słońce dostarczało światła i ciepła pierwszym ludziom. Polowali oni i przygotowywali posiłki za dnia, nocą zaś musieli się okrywać i trzymać się blisko siebie, aby się ogrzać. Przez wiele lat ich noce były ciemne i zimne, aż do momentu, kiedy człowiek dokonał odkrycia, które zmieniło historię ludzkościogień. Jednak nie stało się to z dnia na dzień.

5 Wprowadzenie 5 Czy wiesz, że Homo erectus był pierwszym gatunkiem, który zaczął wykorzystywać ogień na co dzień lat temu? Był to kluczowy krok w rozwoju hominidów. Spożywanie ciepłych posiłków zmieniło ich szczękę. Przestrzeń na zęby zmniejszyła się, dając miejsce na rozrost czaszki oraz mózgu, co przyczyniło się do rozwoju sprawności umysłowych. Dzięki odwadzie i dociekliwości ludzie odkryli, że ogień można rozprzestrzeniać i podtrzymywać za pomocą drzewa. Ogień bronił przed niebezpiecznymi zwierzętami, dawał ciepło i światło, pozwolił gotować mięso, dzięki czemu było smaczniejsze i łatwiejsze do pogryzienia. Tak powstała pierwsza forma energii, znacznie ułatwiająca życie, którą można było kontrolować. Przez wiele lat była to jedyna forma energii, z jakiej korzystał człowiek. Dopiero 6000 lat temu odkrył inne sposoby na pozyskanie energii. Energia wiatru To pierwsza energia wykorzystywana do transportu. Człowiek rozpoczął budowę żaglowców, które poruszały się pchane wiatrem. Statkami przewożono rozmaite towary i podróżowano. Wiatraki pojawiły się około 2500 lat temu i używano ich do mielenia ziarna. Później zaczęto je wykorzystywać również do pompowania wody Rysunek 3. Ewolucja człowieka. 1. Szympans. 2. Australopitek. 3 Homo erectus. 4 Neandertalczyk. 5 Homo sapiens (człowiek z Cro-Magnon). Rysunek 4. Pierwsi ludzie i ogień. Kadr z filmu Walka o ogień z 1981 roku. Rysunek 5. Wiatraki. Szlak Don Kichota, La Mancha, Hiszpania. Ropa Babilończycy i Aztekowie początkowo używali ropy w budownictwie do spajania cegieł i kamieni. Majowie i Aztekowie malowali nią rzeźby, Egipcjanie natłuszczali skóry. Dopiero później zaczęto wykorzystywać ropę w oświetleniu. W tamtych czasach ropa znajdowała się na powierzchni ziemi. Ropa jest paliwem kopalnym i wyczerpywalnym źródłem energii pochodzącym z materii organicznej. Obróbka ropy trwa długo, a wydobycie nie jest całkowicie kontrolowane. Potrzeba milionów lat, aby na nowo powstały znaczące ilości ropy.

6 6 Rodzaje energii Gaz ziemny Jest paliwem kopalnym i wyczerpywalnym źródłem energii. Wydobywano go w starożytnych Chinach z płytkich źródeł w celu pozyskania soli morskiej, która pozwalała przechowywać produkty spożywcze. Energia geotermiczna Początkowo wykorzystywana do ogrzewania domów. Nastąpił ogromny postęp w wykorzystywaniu innych źródeł energii około 200 lat temu. Słońce i ogień były pierwszymi źródłami energii, w niektórych częściach świata nadal tak funkcjonują. Są to między innymi Słońce, wiatr, prądy morskie, deszcz, biomasa, temperatura Ziemi, czyli wszystko to, co może w naturalny sposób się zregenerować. Są przyjazne dla środowiska, nie emitują do atmosfery tyle gazów cieplarnianych, co energie konwencjonalne. Czy wiesz, że Całe oświetlenie publiczne jeszcze 100 lat temu zależało całkowicie od paliw kopalnych? Era oświetlenia rozpoczęła się pod koniec XIX wieku wraz z wynalezieniem lampy elektrycznej przez Swana i Edisona. Rysunek 7. Różne formy energii. Wodna, wiatru, słoneczna, geotermiczna, prądów morskich i biomasa. Rysunek 6. Współczesne oświetlenie. 2. Rodzaje energii Mówi się o energiach odnawialnych, nieodnawialnych i paliwach kopalnych, Słońcu, wietrze i energiach alternatywnych. Łatwo się pogubić! Uporządkujmy wszystkie te informacje. a) Odnawialne Energie odnawialne pochodzą z zasobów naturalnie odnawialnych. Biomasa Biomasą nazywamy całość substancjo organicznych pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Biomasa stanowi źródło energii uznawanej za odnawialną. Wykorzystuje produkty i zasoby rolnictwa, lasów i biodegradowalnych części siedlisk miejskich. Wykorzystuje się gałęzie drzew, kukurydzę, ryż, algi, skórę zwierząt. Zalety: wykorzystywanie tej energii propaguje recykling w miastach; przyczynia się do czystości lasów; wykorzystuje tereny niezdatne do uprawy.

7 Rodzaje energii 7 Wady: może zajmować tereny zdatne do uprawy; to technologia, która wciąż się rozwija, nie jest ostatecznie zbadana i może prowadzić do niedogodności; wykorzystywanie biomasy w kontekście cen i konkurencji jest jeszcze mniej opłacalne niż zanieczyszczające źródła energii takie jak paliwa kopalne. Rysunek 10. Generatory energii. Rysunek 8. Źródła biomasy. Rysunek 11. Konserwacja wiatraków. Rysunek 9. Generatory energii. Energia wiatru Energia ta pochodzi z transformacji energii mechanicznej wiatru na elektryczność. Zalety: to energia czysta, przekształca się bezpośrednio, zaczyna być konkurencyjna. Wady: nieregularność wiatrów; rozproszenie geograficzne; trudne magazynowanie. Energia geotermiczna Energia ta wykorzystuje ciepło pochodzące z wnętrza Ziemi. Środek Ziemi leży około 6400 km od jej powierzchni. Panuje w nim temperatura bliska 5000 stopni C. Ciepło z wnętrza przewodzone jest w kierunku powierzchni i ogrzewa skały tworzące płaszcz. Woda przefiltrowana prze uskoki skalne i strukturę geologiczną nagrzewa się pod wpływem gorących skał. Część wody wraca ponownie na powierzchnię w formie gorących źródeł lub gejzerów. W innych wypadkach gorącą wodę magazynuje się w naturalnych zbiornikach geotermicznych podpowierzchniowych. W celu wykorzystania energii poprzez otwory dociera się do zbiorników.

8 8 Rodzaje energii Na terenach aktywnych sejsmicznie temperatura w zbiornikach dochodzi do 150 stopni. Para wodna może wprawiać w ruch turbiny, wytwarzać elektryczność tak jak w typowych elektrowniach. Ciepło przewodzone jest do systemu złożonego z podziemnych rur i pompy zasysania ciepła -turbiny poruszanej przez parę. Energię tę wykorzystuje się w zależności od pory roku. Latem temperatura podpowierzchniowa wynosi 17 stopni, temperatura atmosfery jest zatem wyższa. Opłaca się wtedy chłodzić budynki korzystając z energii geotermicznej. Zimą temperatura atmosfery jest niższa od podpowierzchniowej, następuje sytuacja odwrotna, ogrzewa się budynki wykorzystując energię geotermiczną. Aby to było możliwe, energia musi przejść drogę za pomocą cieczy (wód podziemnych) wraz z substancją, która zapobiega zamarzaniu wody w kontakcie z niższą temperaturą. Zalety: Mniej zanieczyszczająca; Bardziej ekonomiczna; to energia czysta i zasobna. Rysunek 13. Energia geotermiczna. Energia spadku wody Energia wykorzystywana przede wszystkim do produkcji elektryczności oparta na położeniu wody na określonej wysokości. Energia potencjalna podczas spadku wody zmienia się w energie kinetyczną. Woda spada na turbiny z dużą prędkością wprawiając je w ruch obrotowy, który staje się energią elektryczną dzięki generatorom. Rozwój tej energii wymaga m.in. budowy zapór wodnych. Wady: Technologia, która wciąż się rozwija; Tworzy się wiele odpadów w atmosferze i wodzie; Duże instalacje mogą prowadzić do drobnych ruchów gruntu w efekcie zmian temperatur, które powodują. Rysunek 13. Elektrownie wodne. Rysunek 12. Energia geotermiczna. Zalety: Energia czysta; Nie powoduje zanieczyszczeń; Energia odnawialna.

9 Rodzaje energii 9 Wady: wysokie początkowe koszty ze względu na budowę zbiorników; ograniczona pojemność zbiorników i jezior; Ilości opadów są nieprzewidywalne, co może prowadzić do zmniejszenia przepływu wody i energii, które mogą być uzyskane; może mieć duży wpływ na ekosystem Zalety: Energia cicha i czysta; Niski koszt materiałów; Dostępna o każdej porze roku. Zbiornik Elektrownia wodna Wejście Kanał Generator Dystrybutor energii Rzeka Rysunek 15. Elektrownia wodna. Energia pływów morskich Energię te pozyskuje się z pływów morskich i ruchu fal do. Ruchy wody tworzą energię kinetyczną, która przenoszona jest do generatorów energii elektrycznej. Rysunek 17. Energia pływów morskich. Wady: bardzo konkretne lokalizacje; wpływa na widok miejsc, w których powstają struktury do pozyskiwania; przekaz jest drogi i złożony. Słoneczna O tej energii powiemy w rozdziale trzecim. b) Energie nieodnawialne Energie nieodnawialne, zwane konwencjonalnymi, to te, których dostępność w naturze jest ograniczona lub których czas odzyskiwania jest bardzo długi, stąd wyczerpują się wraz z zużyciem. Rysunek 16. Konserwacja sprzętu. Przykładem są paliwa kopalne takie jak węgiel, ropa czy gaz ziemny.

10 10 Rodzaje energii Węgiel Paliwo kopalne w formie stałej znajdujące się w podziemnych złożach. W prehistorii tworzył leśną materię organiczną. To surowiec używany jako paliwo i do tworzenia produktów chemicznych. Zalety: Tani; łatwo dostępny; łatwy w użyciu. Wady: Zanieczyszcza; Spalanie węgla emituje duże ilości gazów; wydobycie jest niebezpieczne, wypadki są częste. Rysunek 19. Wydobycie ropy. Wady: wyczerpywalny zasób; substancja, którą trzeba destylować przed użyciem; Duża ilość szkodliwych odpadów (zanieczyszczone zbiorniki, które nie są biodegradowalne). Rysunek 18. lokomotywa węglowa. Ropa Najczęściej wykorzystywane źródło energii. Pochodzi z surowca, który zalegał w morzach od milionów lat, leżącego na głębokości 100 m. Z ropy otrzymuje się inne produkty takie jak plastik, benzyna, oleje, kerozyna czy smoła. Zalety: mnogość produktów pochodnych wykorzystywanych w: 1. przemyśle paliwowym-benzyna, olej; 2. Wytwarzaniu plastiku; 3. Produkcji barwnikówi innych substancji chemicznych. Rysunek 20. Platforma wydobywcza na morzu. Gaz ziemny To paliwo kopalne leży w pobliży złóż ropy. Służy przede wszystkim w gospodarstwach domowych i przemyśle. Rysunek 21. Gazociągi.

11 Energia słoneczna 11 Zalety: Może wytwarzać duże ilości energii; Stosowany do wytwarzania ciepła i ruchu w piecach, kotłach i silnikach; może być wykorzystywany do wytwarzania elektryczności w elektrociepłowniach. Wady: Nieodnawialny; Podczas spalania emituje gazy zanieczyszczając atmosferę; Proces ekstrakcji może spowodować skażenie. Energia nuklearna Energia ta uwalnia się podczas przerwania wiązań w atomach uranu lub innych pierwiastków radioaktywnych. To proces, w którym uwalnia się duże ilości energii wykorzystywanej do produkcji elektryczności. To ważne źródło energii w krajach rozwiniętych. Rysunek 22. ostrzeżenie o radioaktywności Zalety: Istnieją duże złoża uranu to rozwinięta i wydajna technologia dająca dużo energii przy niewielkich nakładach; niewysoka emisja CO 2, nie przyczynia się zatem do efektu cieplarnianego. Wady: w razie wypadku istnieje wysokie ryzyko skażenia; tworzą się odpady radioaktywne; odpady te są trudne do magazynowania; wysokie koszty instalacji i konserwacji. Rysunek 23. elektrownia atomowa w Diel, Belgia. c) Różnice między energiami alternatywnymi a odnawialnymi Energie alternatywne i energie odnawialne to nie to samo? Energie alternatywne różnią się od konwencjonalnych sposobem wydobycia i pozyskiwania energii. Można powiedzieć, że energie odnawialne stanowią część energii alternatywnych. 3. Energia słoneczna a) Czym jest? To energia bezpośrednio wykorzystująca promienie słoneczne, którą można następne przekształcić w inne pożyteczne formy energii. Słońce jest najstarszym znanym źródłem energii. Słońce jest niezbędne do wzrostu i rozwoju wszystkich stworzeń. Istnieją różne zastosowania energii słonecznej. Przyjrzyjmy się, jak te zastosowania rozwijały się w historii. b) Ewolucja Historia energii słonecznej zaznaczona jest szczęśliwymi przypadkami. Po raz pierwszy efekt fotowoltaiczny zaobserwował w 1839 roku francuski fizyk Alexandre Edmond Becquerel.

12 12 Energia słoneczna Ów pan przeprowadzał doświadczenia elektrochemiczne, kiedy przypadkiem zauważył, że ekspozycja elektrod platyny lub srebra na światło dawała efekt fotowoltaiczny. Kilka lat później zbudowano pierwszą komórkę fotowoltaiczną, owoc przypadkowych odkryć. Jej wydajność wzrastała przez lata. Po raz pierwszy zastosowano ją w XIX roku przez niemieckiego inżyniera Wernera Siemensa, który upowszechnił komórkę dla aparatów fotograficznych. Russel Ohl wynalazł pierwszą komórkę słoneczną z krzemu. Przyjmuje się jednak, że chwilą odkrycia energii słonecznej, jaką znamy dziś był rok 1954, kiedy chemik Calvin Fuller rozwinął proces rozpadu krzemu. c) Słońce Rysunek 24. Słońce. Słońce Słońce to gwiazda położona najbliżej ziemi i nasze największa, a przy tym czyste i naturalne źródło energii. Dzięki Słońcu Ziemia jest planetą, na której można żyć. Wszystkie inne ciała niebieskie takie jak planety, asteroidy czy komety obracają się wokół siebie. Słonce zbudowane jest w większości z helu i wodoru, a temperatura jego powierzchni sięga 5505 stopni. Czy wiesz, że Średnica słońca jest 109 razy większa od średnicy ziemi? Żeby lepiej zrozumieć tę proporcję możesz porównać koralik (ziemię) z piłką plażową (słońcem) o średnicy większej niż 1 metr. Słońce stanowiło obiekt kultu w różnych kulturach na przestrzeni wieków. Rysunek 25. proporcje Słońca i Ziemi. Pluton Ziemia d) Rodzaje energii słonecznej Co roku otrzymujemy od słońca cztery razy więcej energii niż potrzebujemy. Ludzie od początku wykorzystują tę energię. Dzisiaj zapotrzebowanie na energię nie jest takie jak kiedyś, jest coraz większe. Z tego względu człowiek chce jak najlepiej korzystać z tej energii. Istnieją dwa systemy korzystania z tej energii: energia słoneczna fotowoltaiczna i energia słoneczna termiczna. Różnią się sposobem, w jaki transformowana jest energia pochodząca od słońca.

13 Energia słoneczna 13 - Energia słoneczna fotowoltaiczna Zmienia bezpośrednio energię słoneczną w energię elektryczną. Zmiana dokonuje się dzięki komórkom słonecznym zbudowanym z półprzewodników, które generują prąd pod wpływem promieni słonecznych. Zestaw komórek fotowoltaicznych przekształca energię słoneczną w określoną ilość prądu elektrycznego. Ten typ energii wykorzystywany jest w elektrowniach produkujących prąd, w oświetleniu, telekomunikacji. - energia słoneczna termiczna Bezpośrednio zmienia energię słoneczną przez wykorzystanie paneli słonecznych w celu uzyskania ciepła, która następnie jest wykorzystywane zgodnie z zapotrzebowaniem. Działanie tego typu energii opiera się na odebraniu światła słonecznego przez termiczny panel słoneczny, inaczej zwany kolektorem słonecznym. Rysunek 26. panele fotowoltaiczne. Wykorzystuje się również krzem do budowy komórek słonecznych. Zestawia się je w moduły, które tworzą panele fotowoltaiczne. Od panelu odchodzi obieg hydrauliczny, który dochodzi do zbiornika wody. Rura połączona z akumulatorem uwalnia ciepło, które podgrzewa wodę pitną lub służącą do ogrzewania. Działanie komórek opiera się na efekcie fotowoltaicznym, który tworzy prąd elektryczny w określonej substancji wystawionej na promieniowanie elektromagnetyczne. Zobaczmy, co się dzieje. Rysunek 28. Działanie komórki fotowoltaicznej. Rysunek 27. Działanie komórki fotowoltaicznej. Wśród zastosowań energii słonecznej termicznej mamy ogrzewanie wody, pokoi, klimatyzację na basenach i procesy przemysłowe wymagające ciepła.

14 14 Pojazdy słoneczne Jednak ma też swoje wady: Rysunek 29. termiczny panel słoneczny. wysokie koszty początkowe; występują wahania w promieniowaniu; ilość wytwarzanej energii jest ograniczona i realizuje podstawowe zapotrzebowanie na elektryczność; dostępność energii się waha i zależy od warunków atmosferycznych; należy uzupełnić tę formę jakąś dodatkową by uzyskać energię elektryczną; trudna do gromadzenia. Czy wiesz, że... Jeden z największych parków słonecznych znajduje się w Portugalii? Leży on w Amareleji (region Alentejo) i obejmuje ponad 30 tysięcy domów, co oznacza zmniejsz nie emisji dwutlenku węgla do atmosfery o 86 tysięcy ton. e) Zalety i wady Jak już wiesz, korzystanie z energii słonecznej ma wiele zalet, między innymi: Nie zużywa paliwa; Nie zanieczyszcza atmosfery; jest ciche; jest odporne na warunki pogodowe (grad, wiatr, temperatura i wilgoć); łatwe do zainstalowania, nie wymaga dużych nakładów do konserwacji (tylko czyszczenia), prawdopodobieństwo awarii jest bardzo niskie; Można zwiększyć moc przez dodatkowe moduły; Panele mogą mieć różne rozmiary, są łatwe do zamontowania w każdym miejscu. 4. Pojazdy słoneczne Pojazdy słoneczne poruszają się dzięki elektryczności generowanej przez ten rodzaj energii odnawialnej, otrzymywanej za pomocą paneli słonecznych umieszczonych na górnej części pojazdu. Obecnie wykorzystywanie pojazdów słonecznych nie jest rozpowszechnione, wciąż nie są wydajnymi środkami transportu. Wykorzystywane są natomiast w inżynierii i badaniach w celu wprowadzania nowych zastosowań energii słonecznej w najbliższej przyszłości. Taka technologia ma zastosowanie w różnych środkach transportu takich jak samochody i inne pojazdy (nie tylko lądowe) czy silniki słoneczne. Wykorzystuje się ją także na statkach, gdzie panele słoneczne służą do uruchamiania turbiny, w pociągach hybrydowych poruszanych dzięki energii słonecznej i bateriom wodorowym. System elektryczny odpowiada za poruszanie się pojazdu, kontrolując energię dostarczaną do silnika.

15 Pojazdy słoneczne 15 Akumulatory w tych pojazdach mają taką funkcję jak zbiornik paliwa w pojazdach na benzynę czy olej. Gromadzą energię zebraną przez panele słoneczne w celu wykorzystania jej przez silnik, nawet w warunkach ograniczonego lub znikomego oświetlenia. Panele słoneczne umieszczone są w pojeździe w taki sposób, by zmienność natężenia światła w jak najmniejszym stopniu wpływała na pojazd. Te zmienne są powodowane przez zmianę położenia słońca w ciągu dnia, ( chociaż tak naprawdę zmiany powoduje ruch ziemi) lub obecność cienia (m.in. drzew czy budynków). moduł fotowoltaiczny komróki moduł panel fotowoltaiczny Rysunek 31. Komórki, moduł i panel fotowoltaiczny. Położenie paneli, ich kształt i ukierunkowanie względem słońca, silnika i kierunku ruchu jest niezwykle ważne, aby zwiększać ich wydajność. Umieszczenie powinno pozwolić na to, by jak największa powierzchnia mogła zbierać promienie słoneczne. Kształt powinien zminimalizować opór aerodynamiczny, a pozycja winna rzucać cień na silnik i w ten sposób go chłodzić. Rysunek 30. bateria słoneczna. Dusza pojazdów słonecznych jest w panelach fotowoltaicznych zbudowanych z komórek fotowoltaicznych, które zmieniają energię słoneczną w energię elektryczną. Komórki tworzą moduły, a te panele, które mogą wytworzyć moc 2kW co równia się 2,6 koniom. Zazwyczaj używa się komórek z krzemu o wydajności 15-20%. Rysunek 32. Solifelur, pierwszy słoneczny statek pasażerski. Szwajcaria. Zdjęcie: Theo Schmidt. a) Statki słoneczne Nieczęsto spotyka się statki, które poruszają się dzięki silnikowi napędzanemu energią słoneczną. Większość statków działa przez silnik na benzynę lub dzięki żaglom. Budowa statków słonecznych jest podobna do typowych statków.

16 16 Pojazdy słoneczne Mają kadłub, śrubę, ster, kabinę i maszt. Posiadają ponadto pewne przystosowania energii słonecznej: odizolowane baterie elektryczne, mniejszy rozmiar, oraz oczywiście panele słoneczne. Można je ustawić na dachu kabiny lub na końcach statku. Wydajność paneli fotowoltaicznych spada, jeśli nie są wystawione bezpośredni na słońce. Wiele paneli montuje się w strukturach, które pozwalają na umieszczenie wzdłuż dwóch osi, optymalizując pobieranie światła słonecznego w ruchu. Przeciwnie dzieje się w samochodach, które muszą mieć więcej elementów związanych z aerodynamiką pojazdu. Czy wiesz, że... Pierwszy statek słoneczny zbudowano w Anglii w 1975 roku. b) pociągi słoneczne Obecnie w Japonii trwają prace nad projektem stworzenia linii kolejowej pociągów wysokiej szybkości, które będą jeździć jedynie dzięki energiom odnawialnym. Istnieją statki z typowymi silnikami wyposażone w panele słoneczne, których zadaniem jest ładowanie baterii systemu elektrycznego statku. Większe statki często korzystają z systemu hybrydowego łączącego silnik na paliwo z fotoelektrycznym. Czy wiesz, że... Pierwszą podroż dookoła świata statkiem słonecznym nazwanym PlanetSolar rozpocznie się na Morzu Śródziemnym, idąc dalej przez strefy równikowe, by wykorzystać jak najwięcej świtał słonecznego. Podróż będzie odbywać się z prędkością 7,5 węzła i potrwa 160 dni. Może kiedyś wszystkie statki będą się tak poruszać? Rysunek 33. PlanetSolar, pierwszy state k słoneczny gotowy do podróży dookoła świata. Rysunek 34. Prototyp hybrydowego pociągu słonecznego. Pociąg tego projektu będzie magnetyczny, będzie wykorzystywać energię słoneczną i baterie wodorowe. Będzie mógł osiągać prędkość około 320 km/h. c) samochody słoneczne Samochody te poruszają się dzięki energii elektrycznej stworzonej przez energie słoneczną. Wyposażone są w panele słoneczne typu fotowoltaicznego umieszczone na karoserii. Samochody słoneczne mogą przejechać dystans 300 km dzięki energii odpowiadającej 5 litrom benzyny i mogą osiągać prędkość do 160 km/h. Projekt jest kluczowy w budowie samochodów słonecznych, gdyż maksymalna wytrzymałość samochodu zależy od powierzchni paneli słonecznych.

17 Pojazdy słoneczne 17 Czy wiesz, że... Pierwszy samochód słoneczny został zbudowany przez Duńczyka Hansa Tholstrupa, który przejechał 4052 kilometry między Sydney a Perth w 20 dni. d) Motory słoneczne Rysunek 35. Panel słoneczny. Czy wiesz, że... Istnieje inicjatywa związana z samochodami słonecznymi zwana World Solar Challenge? Są to zawody rozgrywane w Australii, w których zespoły ścigają się samochodami słonecznymi. Liczą się najlepsze wyniki osiągnięte dzięki najlepszej strategii wydajności. f) Istnieją już prototypy motorów, które działają na energię słoneczną. Model na zdjęciu został wyróżniony na 34 międzynarodowych targach samochodowych w Barcelonie. Ciekawą cechą motoru jest to, że kiedy stoi, można nad nim rozłożyć tarczę zwiększającą powierzchnię pobierania promieni do 3m2. Dodatkową zaletą jest to, że siedzenie motocyklisty jest zacienione. Przy naładowanych bateriach prototyp przejeżdża około 20 km przy prędkości 50 km/h, co wystarcza do jazdy codziennej po mieście. Ten wynalazek powstał z troski o wykorzystywanie energii zrównoważonych zamiast paliw kopalnych i pokazanie, że energia słoneczna to skuteczny sposób wytwarzania elektryczności. Samochody słoneczne jeszcze nie są szeroko dostępne, są natomiast wystawione na targach technologicznych i specjalistycznych wyścigach. Rysunek 36. wyścig samochodów słonecznych. Rysunek 37. motor słoneczny. e) Samoloty słoneczne Najbardziej znany samolot słoneczny nosi nazwę Solar Impulse (HB-SIA) i powstał w szwajcarskim Instytucie badań i nauki. Prototyp jest w stanie unieść 1 członka załogi, waży tyle, co samochód (około 1600kg) i ma długość podobną do airbusa (63, 40m), która pozwala mu korzystać z komórek fotowoltaicznych, które ładują jego 4 silniki o mocy 10 koni mechanicznych każdy. Może poruszać się również dzięki bateriom, które pozwalają na latanie w warunkach słabego oświetlenia, a nawet w nocy.

18 18 Zabawki Aż do teraz najdłuższy lot trwał 26 godzin, samolot miał polecieć jak najdłużej. Samolot może oblecieć świat bez międzylądowania i bez emisji spalin. Rysunek 38. Samolot słoneczny. 5. Zabawki Zabawki z tego zestawu zaprezentują, że energia słoneczna może dostarczyć dużo uciechy. Różne modele, które można złożyć mają pokazać jak działają pojazdy na energię słoneczną, o których mówiliśmy. Różnią się od prototypów prawdziwych, ale mają tę samą zasadę: działają dzięki panelowi fotowoltaicznemu, który przekształca energię słoneczną w energię elektryczną, która przekazana do silnika wprawia go w ruch.

19 Wskazówki Wskazówki jak zostać przyjacielem środowiska Spalanie paliw kopalnych wpływa znacząco na nasza planetę e, zatem już dziś możemy zacząć zmniejszać zużycie energii w domu. Kolejną wskazówką jest oszczędzanie wody Rysunek 40. Żarówka energooszczędna. Sposoby na oszczędzanie energii: wyłączanie sprzętu elektronicznego, kiedy z niego nie korzystamy: ładowarki, monitory; Sposoby oszczędzania wody: Po zużyciu oleju butlekę należy wyrzucić do specjalnego pojemnika, natomiast resztek oleju nie należy wylewać do zlewu; potrzeba dużej ilości wody, aby potem zmyć tłuszcz; Płucz warzywa i owoce w pojemniku, a nie w wodzie bieżącej; podczas ręcznego mycia naczyń korzystaj z dwóch komór: do jednej nalej płynu, a w drugiej płucz naczynia; Nie kąp się w wannie pełnej wody; Reguluj strumień wody pod prysznicem; Rysunek 39. wyłączaj sprzęt elektroniczny. Zamontuj rozpryskiwacz pod prysznicem, by zwiększyć wrażenie silnego ciśnienia; wyłączanie światła w domu; jazda rowerem lub chodzenie piechotą jako forma przemieszczania się zamiast jazdy samochodem czy transportem publicznym. Jeśli trzeba jechać samochodem, najlepiej przy największej ilości pasażerów, tak, by oni nie korzystali ze swoich samochodów; Używanie żarówek energooszczędnych. Rysunek 41. prysznic.

20 20 Wskazówki Korzystaj ze wspólnego kurka dla zimnej i ciepłej wody w celu oszczędzania wody; Zakręcaj kran podczas mycia zębów; dokręcać kran, by nie kapał; Spłukuj wodę w toalecie tylko wtedy, kiedy trzeba; Używaj mioteł zamiast wody z węża do sprzątania podwórek i balkonów; Podlewaj ogrody rano lub wieczorem, aby woda dłużej parowała. Nie podlewaj w wietrzne dni, bo wiatr przenosi wodę. Używaj białego papieru toaletowego; do produkcji kolorowego, jak i oczyszczania odpadów po nim używa się chemikaliów. ścinanie drzew ścier produkcja papieru Recykling Gazety, czasopisma, zeszyty zbieranie papieru śmieci Rysunek 42. recykling.

21 opony Nawyki, które warto nabyć: - Naucz się, jak ponownie wykorzystywać niektóre odpady w domu. - Zmniejsz ilość odpadów. - Naucz się odpowiednio segregować odpady w domu. - Używaj materiałów z recyklingu. Wydajne paliwo kontroluj zużycie energii Oszczędzaj energie, Oszczędzaj pieniądze sadź drzewa Jedz mniej mięsa Używaj mniej makulaturowego. (Ratuj lasy) korzystaj z papieru Twój głos jest ważny Mów Zaangażuj przyjaciół Pracuj w szkole Wysil się Bądź silny Metan Metan Metan Na zakupy zabieraj torbę materiałową Nie lataj samolotem Gorsza podróż Dobra podróż Samochód Podziel podróż co tydzień dopompuj Chodź piechotą Jeźdź na rowerze Korzystaj z transportu publicznego Korzystaj Autobus Pociąg Żarówki z zielonych energii kupuj produkty lokalne Dom zamień na żarówki energooszczędne Urządzenia - wybierz wydajnych urządzeń energetycznych Prąd wyciagaj kable z gniazdka wieszaj pranie zamiast suszyć w maszynie zainstaluj słoneczny podgrzewacz do wody Nie zamawiaj reklam papierowych Kupuj świeże jedzenie, nie zamrażaj go Kupuj jedzenie od rolników

22 22 Quiz 7. Quiz 1. Energia słoneczna to: a) Energia, którą można zmienić w inne rodzaje energii b) Energia, która wykorzystuje ciepło promieni słonecznych c) Obie poprzednie odpowiedzi są prawidłowe 2. Jak nazywamy przedmiot, który wytwarza energię elektryczną z energii pochodzącej od Słońca? a) Panel fotowoltaiczny b) Panel słoneczny/woltaiczny c) Płyta energii słonecznej 3. W której części domu znajdziemy panele słoneczne? a) W piwnicy b) Na dachu c) Na ścianie 4. Dlaczego pojazdy słoneczne nie mają baku na benzynę? a) Nie potrzebują paliwa, aby się poruszać b) Dzięki temu są lżejsze i mogą się poruszać szybciej c) Mogłyby się zająć ogniem pod wpływem promieni słonecznych. 5. Która z poniższych jest zaletą energii słonecznej? a) Łatwo ją zgromadzić b) Nie zanieczyszcza powietrza ani wody c) Koszty inwestycji są niewielkie 7. Czy najnowsze samoloty słoneczne mogą latać nocą? a) Bez Słońca nie jest to możliwe, nie mogą wytwarzać elektryczności b) Tak, dzięki energii zgromadzonej w bateriach c) Tak, mogą latać do świtu 8. Jaką wydajność osiągają nowe komórki fotowoltaiczne w porównaniu do poprzednich? a) Większą od poprzednich, około 60% b) Mniejszą od poprzednich (14%), są tańsze c) Większą od poprzednich, dochodzą do 100% 9. Gdzie znajdują się największe jak dotąd panele słoneczne? a) W Amareleji (Alentejo, Portugalia) b) Na najwyższych budynkach c) Na międzynarodowej stacji kosmicznej 10. Czy można uzdatnić wodę za pomocą panelu słonecznego? a) Nie, wyparowuje zanim można ją wypić b) To technicznie niemożliwe c) Tak, istnieją już techniki, które na to pozwalają 6. Która z poniższych jest wadą energii słonecznej? a) Jest stale dostępna i nie zależy od warunków atmosferycznych b) Jest cicha c) Jej dostępność jest zmienna i zależy do warunków atmosferycznych 6-c 7-b 8-a 9-c 10-c Respostas: 1-c 2-a 3-b 4-a 5-b

23 Catalogue Science Toys Zegar Ekologiczny Dźwięk Doświadczeń Książka lat od stron lat Doświadczeń Książka od strony Chemia 200 Zestaw Słoneczny lat Doświadczeń Książka od strony Ekologia - Rośliny lat Doświadczeń Książka od strony Geologia - Wulkany lat Doświadczeń Książka od strony lat Doświadczeń Książka od strony

24 Producent zastrzega sobie prawo do wprowadzania zmian technicznych. Dowiedz się więcej na naszej stronie internetowej