Файл: Методическое пособие учебнометодический стенд солнечная энергетика.pdf

25
Угол наклона
Расстояние до источника света L, м
Интенсивность освещения
I
св
, Вт/м
2
Температура поверхности панели Т, °С
Напряжение
U
тмм
, В
Сила тока
I
тмм
, А
Производи- тельность
Р
max
, Вт
120°
135°
…
Поле для необходимых расчётов.
9. Повторите шаги эксперимента, описанные в пунктах 2–8, уменьшая угол наклона солнечной панели к горизонту, пока это имеет смысл. Данные запишите в таблицу 13. Вольт-амперные и ватт-амперные характеристики зарисуйте в тех же системах координат (график 3 и 4) разными цветами. Для работы Вы можете воспользоваться дополнительными бланками из приложения к данному пособию.
Обработка результатов измерений:
1. Как меняются выходные параметры и производительность в зависимости от изменения угла наклона монокристалли- ческой солнечной панели?
2. Предложите своё объяснение наблюдаемому явлению.
3. Сделайте выводы.

26
Задание 2. Определение зависимости производительности поликристаллической солнечной панели от угла падения
лучей источника света.
1. Повторите процедуру проведения эксперимента, описанного в пунктах 1–9 задания 1. В своём эксперименте исполь- зуйте поликристаллическую солнечную панель. Стремитесь к поддержанию одинаковой температуры при проведении экспериментов.
2. Данные запишите в таблицу 14. Данные для угла наклона 90° Вы можете взять из Лабораторной работы 2 (задание 2).
Для работы Вы можете воспользоваться дополнительными бланками из приложения к данному пособию.
Таблица 14. Определение зависимости производительности
поликристаллической солнечной панели от угла освещения
Угол наклона
Расстояние до источника света L, м
Интенсивность освещения
I
св
, Вт/м
2
Температура поверхности панели Т, °С
Напряжение
U
тмм
, В
Сила тока
I
тмм
, А
Производи- тельность
Р
max
, Вт
90°
105°
120°
135°
…
Поле для необходимых расчётов.
Обработка результатов измерений:
1. Как меняются выходные параметры и производительность в зависимости от изменения угла наклона поликристалли- ческой солнечной панели?

27 2. Предложите своё объяснение наблюдаемому явлению.
3. Сделайте выводы.

28
Задание 3. Определение зависимости производительности аморфной солнечной панели от угла падения лучей источ-
ника света.
1. Повторите процедуру проведения эксперимента, описанного в пунктах 1–9 задания 1. В своём эксперименте используй- те аморфную солнечную панель. Стремитесь к поддержанию одинаковой температуры при проведении экспериментов.
2. Данные запишите в таблицу 15. Данные для угла наклона 90° Вы можете взять из Лабораторной работы 2 (задание 3).
Для работы Вы можете воспользоваться дополнительными бланками из приложения к данному пособию.
Таблица 15. Определение зависимости производительности аморфной солнечной панели от угла освещения
Угол наклона
Расстояние до источника света L, м
Интенсивность освещения
I
св
, Вт/м
2
Температура поверхности панели Т, °С
Напряжение
U
тмм
, В
Сила тока
I
тмм
, А
Производи- тельность
Р
max
, Вт
90°
105°
120°
135°
…
Поле для необходимых расчётов.
Обработка результатов измерений:
1. Как меняются выходные параметры и производительность в зависимости от изменения угла наклона аморфной сол- нечной панели?

29 2. Предложите своё объяснение наблюдаемому явлению.
3. Сделайте выводы.

КЕЙСЫ

32
КЕЙС №1 ««СОЛНЕЧНОЕ» ЭЛЕКТРИЧЕСТВО»
РУКОВОДСТВО ДЛЯ ПЕДАГОГА
Тема кейса
«Солнечное» электричество
Количество часов
10
Цель и задачи кейса
Цель: исследовать возможность питания различных электроприборов за счёт солнечной энергии.
Задачи:
1. Познакомиться с устройством, принципом работы и характеристиками различных солнечных панелей;
2. Определить элементы «солнечной» микросети и изучить её устройство;
3. Выяснить особенности питания электроприборов;
4. Разработать методику исследования особенностей работы солнечной панели и возможности питания от неё электроприборов;
5. Исследовать работу солнечных панелей в заданных условиях.
Ресурсы и материалы
Ресурсы, которыми может пользоваться обучающийся:
◦ бланк планирования и проведения эксперимента;
◦ бланк теоретического исследования (в случае необходимости);
◦ инструкция по безопасности;
◦ инструкция по работе со стендом;
◦ материалы для педагога в объёме, определяемом преподавателем;
◦ материалы, указанные в разделе «Это может помочь Вам в решении проблемы» в руководстве для обучающегося.
Материалы для педагога:
◦ Бессель В.В., Кучеров В.Г., Мингалеева Р.Д. Изучение солнечных фотоэлектрических элементов: Учебно-методическое пособие. –
М.: Издательский центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2016. – 90 с.
◦ Попель О.С. Возобновляемая энергетика в современном мире: учебное пособие / О.С. Попель, В.Е. Фортов. – 2-е изд., стер. –
М: Издательский дом МЭИ, 2018. – 450 с.: ил.
◦ Системы электроснабжения с ветровыми и солнечными электростанциями: учебное пособие / Б.В. Лукутин, И.О. Муравлев,
И.А. Плотников – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2015. – 128 с.
Оборудование: учебно-методический стенд «Солнечная энергетика», компьютеры (ноутбуки) для всех обучающихся, проектор
(интерактивная доска), учебная доска (флипчарт).

33
Примерный вариант того, что делают участники кейса (ход работы)
1. Знакомство с описанием кейса, планирование работы;
2. Формулирование проблемы и обсуждение внутри команд;
3. Поиск и анализ информации по затронутой проблематике;
4. Планирование экспериментов, в которых обучающиеся соберут необходимые данные для решения проблемы (определить возможность питания различных электроприборов за счёт солнечной энергии);
5. Проведение запланированных экспериментов (разные команды могут пойти различными путями);
6. Обработка и оформление результатов экспериментов;
7. Формулирование выводов и подготовка к публичной защите полученных результатов;
8. Проведение публичной защиты результатов работы над кейсом. Рефлексия.
Если эксперимент или теоретическое исследование обучающихся состоит из нескольких этапов, то следует распечатать дополнительные бланки планирования и проведения эксперимен- та или теоретического исследования.

Вопросы для рефлексии:
1. В чём, по-Вашему, заключается проблема? Для кого это важно?
2. Что необходимо для того, чтобы найти варианты решения проблемы?
3. Какие у Вас план работы, роли в команде, сроки?
4. Что Вы планируете сделать за это занятие? Как будете действовать?
5. Всё ли Вы успели сделать из запланированного? Какие были трудности? Как можно исправить это в дальнейшей работе?
6. Какой план работы на следующее занятие? Что ещё Вам необходимо для этого?
7. Как Вы планируете представлять результаты работы над кейсом? Что Вам для этого нужно?

34
РУКОВОДСТВО ДЛЯ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ
В наши дни всё большее внимание уделяется «чистой энергии» как на уровне государства, так и среди обычного населения. Нередко можно увидеть солнечные панели во дворе частного домовладения. Но если ранее потребители «бесплатной» солнечной энергии покрывали только свои нужды, то с внесением изменений в федеральный закон «Об электроэнергетике», такие объекты микрогенерации имеют возможность отдавать излишки электроэнергии в сеть, что, по сложившемуся мнению, будет способствовать развитию распределённой генерации в стране и работать на повышение надёжности энергосистем, позволяя сгладить пиковые нагрузки и сократить затраты на энергопотребление.
Возможность питания различных электроприборов за счёт энергии Солнца Вы сможете исследовать в данном кейсе. Вам предлагается разобраться с особенностями работы различных солнечных панелей и устройством микросети.

35
Цель работы:
исследовать возможность питания различных электроприборов за счёт солнечной энергии.
В чём, по Вашему мнению, состоит проблема? Обсудите свои соображения с остальными участниками команды.
В чём заключается особенность устройства и принципа работы монокристаллических, поликристаллических и аморфных солнечных панелей? Опишите.
Определите основные элементы «солнечной» микросети и изучите принцип их работы. Какие элементы такой сети и при каких условиях являются необязательными?

36
Здесь Вы можете записать или зарисовать схему, символизирующую группы потребителей бытовых приборов, которые Вы выявили.
Спланируйте эксперименты для определения особенностей работы монокристаллической, поликристаллической и аморфной солнечных панелей, а также возможности питания от них электроприборов. Запишите порядок выполнения эксперимента (или его этапа), принципиальную схему зарисуйте. Будут ли отличаться Ваши эксперименты для разных солнечных модулей? Если Ваш эксперимент состоит из нескольких этапов, то для каждого из этапов используйте отдельные бланки (то есть отдельно опишите каждый этап эксперимента и зарисуйте его принципиальную схему).

37
Здесь Вы можете зарисовать принципиальную схему и записать порядок проведения эксперимента.
Здесь Вы можете записать полученные Вами результаты эксперимента в удобной форме.

38
Поле для необходимых расчётов.
Какой тип солнечных панелей, по Вашему мнению, оказался наиболее эффективным? Как Вы думаете, почему?
После того как Вы экспериментальным путём установили наиболее эффективную солнечную панель, определите, какой потребитель (потребители) электроэнергии может (могут) быть к ней подключён (подключены). Каким образом Вы будете это определять?

39
Поле для необходимых расчётов.
Здесь Вы можете зарисовать схему питания потребителей от солнечной панели.

40
Что может повлиять на величину вырабатываемой энергии и как это отразится на потребителе?
Это может помочь Вам в решении проблемы:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная_энергетика https://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная_генерация
ПостНаука. Солнечная энергетика. Евгений Кац: https://www.youtube.com/watch?v=hCqPpo1Jp2o
Элементарно. Солнечная батарея (как устроена): https://www.youtube.com/watch?v=6vkd8vA1uk8
Обсуждение:
Обсудите полученные результаты работы над кейсом в команде и подготовьте выступление для их публичного представления перед остальными командами. Как соотносятся между собой результаты, полученные Вами, и результаты остальных команд?

41
С чем могут быть связаны различия?
Является ли предложенная Вами схема эксперимента единственной, позволяющей решить проблему? Если нет, то какие ещё могли бы быть варианты?
Насколько эффективно, на Ваш взгляд, работала Ваша команда? Ответ поясните.
Что Вам мешало в работе? Как можно было устранить помеху (решить проблему)? Почему Вы этого не сделали?

42
Что Вы увидели в работе других участников Вашей (или другой) команды и хотели бы использовать в дальнейшем (чему научиться)?
Был ли этот кейс для Вас полезен и интересен? Почему? Где можно применить полученные знания?
Если бы Вы были наставником команды, что бы Вы поменяли в работе над кейсом? Почему?
* Для более глубокого изучения данной темы Вы можете оценить возможность полного или частичного энергопитания частного домовладения или Вашего
образовательного учреждения за счёт солнечной энергии, предварительно определив потребляемую мощность электроприборов; рассчитать покрытие затрат
на электроэнергию в месяц и срок окупаемости солнечной микросети. В своей работе используйте дополнительные бланки из приложения к пособию.

43
ДЛЯ ЗАМЕТОК

44
КЕЙС №2 «ОЦЕНКА ЗАВИСИМОСТИ МОЩНОСТИ СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ ОТ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ
НА НАШЕЙ ПЛАНЕТЕ И ОТ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ»
РУКОВОДСТВО ДЛЯ ПЕДАГОГА
Тема кейса
Оценка зависимости мощности солнечной панели от местоположения на нашей планете и от погодных условий
Количество часов
12
Цель и задачи кейса
Цель: исследовать влияние внешних условий на особенность работы солнечных панелей.
Задачи:
1. Познакомиться с устройством, принципом работы и особенностями различных солнечных панелей;
2. Изучить условия возможности работы солнечной электростанции в Вашем регионе: географическая широта, величина солнечной инсоляции, количество солнечных дней в году и так далее;
3. Определить эффективность монокристаллической, поликристаллической и аморфной солнечных панелей;
4. Разработать методику исследования и определить критерии зависимости мощности солнечных модулей от местоположения, времени года и погодных условий;
5. Исследовать работу наиболее эффективных солнечных панелей в условиях, применительных к Вашему региону.
Ресурсы и материалы
Ресурсы, которыми может пользоваться обучающийся:
◦ бланк планирования и проведения эксперимента;
◦ бланк теоретического исследования (в случае необходимости);
◦ инструкция по безопасности;
◦ инструкция по работе со стендом;
◦ материалы для педагога в объёме, определяемом преподавателем;
◦ материалы, указанные в разделе «Это может помочь Вам в решении проблемы» в руководстве для обучающегося.
Материалы для педагога:
◦ Бессель В.В., Кучеров В.Г., Мингалеева Р.Д. Изучение солнечных фотоэлектрических элементов: Учебно-методическое пособие. –
М.: Издательский центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2016. – 90 с.
◦ Попель О.С. Возобновляемая энергетика в современном мире: учебное пособие / О.С. Попель, В.Е. Фортов. – 2-е изд., стер. –
М: Издательский дом МЭИ, 2018. – 450 с.: ил.
◦ Системы электроснабжения с ветровыми и солнечными электростанциями: учебное пособие / Б.В. Лукутин, И.О. Муравлев,
И.А. Плотников – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2015. – 128 с.
Оборудование: учебно-методический стенд «Солнечная энергетика», компьютеры (ноутбуки) для всех обучающихся, проектор
(интерактивная доска), учебная доска (флипчарт).