Использование солнечных батарей в роботах

XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Использование солнечных батарей в роботах

Серебренников Е.А. 1
1МАОУ СШ 3
Черепанова Н.Н. 1Тебенькова К.В. 1
1МАОУ СШ 3
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Меня зовут Серебренников Евгений, я ученик 1 класса. Мой старший брат Фёдор обожает различные батарейки, у него целая коллекция. Однажды он мне рассказал про солнечные батареи, я очень удивился, ведь эти батареи заряжает Солнце. Брату тоже стало интересно узнать про этот вид энергии подробнее и, мы взялись читать книги и смотреть различные видео.

В процессе изучения оказалось, то солнечная энергия – очень популярна в наше время. Вооружившись знаниями я решил поделиться ими с учителем по робототехнике и тут меня снова ждал сюрприз. В нашей школе есть роботы, которые работают от солнечных батарей. Это и стало главным толчком к моей исследовательской работе.

Объект исследования: солнечная батарея.

Предмет исследования: использование солнечных батарей в роботах

Цель проекта: собрать робота, который работает от солнечной батареи.

Чтобы достичь этой цели, я поставил перед собой такие задачи:

  1. Узнать, что такое солнечные батареи.

  2. Изучить принцип работы солнечных батарей.

  3. Изучить положительные и отрицательные стороны использования солнечных батарей.

  4. Собрать робота, который работает от солнечной батареи.

Для этого я использовал такие методы:

  • Читал энциклопедии и смотрел видео.

  • Разговаривал с учителем, родителями и братом.

  • Наблюдал за тем, как как работает солнечная батарея.

Глава I. Теоретическая часть

1.1. Из истории использования человеком солнечной энергии

Солнечная энергия — это удивительный дар природы, который люди начали использовать много сотен лет назад. В древние времена, когда не было электричества, наши предки заметили, что солнечные лучи могут нагревать предметы и освещать их. Например, в Древнем Риме строили специальные здания с большими окнами, чтобы впускать больше света и тепла от солнца. Люди использовали солнечную энергию для сушки пищи и обогрева своих домов. С течением времени, с развитием науки и технологий, люди придумали новые способы использования солнечной энергии. В 19 веке были созданы первые солнечные печи, которые могли готовить еду с помощью солнечного света. А в 20 веке ученые изобрели солнечные батареи, которые превращают солнечные лучи в электричество. Теперь мы можем использовать солнечную энергию для питания домов, школ и даже автомобилей [1]. Это не только помогает нам экономить деньги, но и защищает нашу планету от загрязнения. Я думаю, что солнечная энергия — это будущее.

1.2. Что такое солнечная батарея?

Солнечная батарея — это удивительное устройство, которое помогает нам использовать солнечную энергию, чтобы получать электричество. Онасостоит из соединенных между собой фотоэлементов. Фотоэлемент - это специальный прибор, сделанный из кристаллов полупроводников, в котором под действием света возникает напряжение. Фотоэлементы закрепляют на специальной панели. На обратной стороне панели делают выводы, к которым подсоединяют электроприборы. Чтобы защитить фотоэлементы от осадков, пыли, панель защищают прозрачным стеклом. Схема солнечной батареи представлена на рисунке1.

Рис.1

Если говорить не научным языком, то солнечная батарея выглядит как большая плоская панель, обычно черного или синего цвета, и устанавливается на крышах домов или в солнечных местах на земле. Когда солнечные лучи попадают на солнечную батарею, они создают электрический ток [1]. Этот ток можно использовать для питания различных приборов, таких как лампочки, телевизоры и даже компьютеры. Солнечные батареи очень полезны, потому что они помогают нам экономить деньги на электричестве и заботиться о нашей планете. Вместо того чтобы использовать уголь или газ, которые загрязняют воздух, солнечные батареи используют чистую энергию солнца. Это значит, что мы можем получать электричество, не нанося вреда окружающей среде. Кроме того, солнечные батареи могут работать даже в удаленных местах, где нет обычного электричества.

Я считаю, что солнечные батареи — это отличный способ сделать наш мир лучше и чище, но у этого вида энергии есть большой недостаток, она работает только от естественного света, что не всегда возможно.

Глава II. Практическая часть

2.1. Применение солнечных батарей в нашей жизни

В ходе исследования я узнал, что большой шаг к использованию энергии солнца был сделан с созданием солнечной батареи. В первую очередь их стали использовать на космических станциях и искусственных спутниках. Солнечные батареи используют в самолётостроении и автомобилестроении. Благодаря им двигатели могут работать, не сжигая топливо. Солнечные батареи всё больше входят в повседневную жизнь [5]. В городах вдоль дорог и в городских парках установлены фонари, работающие от солнечных батарей. Сегодня уже никого не удивишь мобильными зарядками или игрушками, работающими на солнечных батареях Некоторые форматы использования солнечных батарей отражены в (Приложение 1, стр. 11).

Кроме того, многие дома и здания устанавливают солнечные панели на крыши, чтобы получать электричество прямо от солнца. Это помогает экономить деньги на оплате счетов за электроэнергию и делает дома более экологичными. Я узнал, что даже в некоторых школах устанавливаются солнечные батареи, чтобы обеспечить энергией классы и лаборатории. Это значит, что мы можем учиться и одновременно заботиться о природе [2].

Солнечные батареи также помогают людям в удалённых местах, где нет доступа к обычному электричеству. Например, в некоторых странах Африки солнечные панели позволяют людям заряжать телефоны и пользоваться светом, даже когда вокруг нет электрических сетей. Это очень важно для развития таких регионов, ведь теперь у людей есть возможность общаться и получать информацию.

Я также узнал, что солнечные батареи могут быть использованы для подогрева воды. Это ещё один способ использовать солнечную энергию, который помогает экономить ресурсы и снижать загрязнение окружающей среды.

С каждым годом технологии солнечных батарей становятся всё более совершенными. Ученые работают над тем, чтобы сделать их более эффективными и доступными для всех. Я мечтаю о том времени, когда почти каждое здание будет использовать солнечную энергию, а мир станет чище и светлее. Солнечные батареи — это не только полезные устройства, но и шаг к лучшему будущему для нашей планеты. Я надеюсь, что все больше людей будут осознавать важность использования солнечной энергии и начнут устанавливать солнечные панели в своих домах.

2.2. Сборка робота, работающего от солнечной батареи

Для создания робота я использовал учебный научно-технический практикум Fischer Technik Stem Prep 2.0, Физика, Робототехника, Энергия и мощность. Этот конструктор я взял в центре образования «Точка роста». Конструктор очень удобный в применении, так же имеется подробная инструкция, с помощью которой я собрал своего робота – велосипедиста.

Система построения моделей fischertechnik представляет собой модульную систему конструирования. Это означает использование базового (эталонного) размера для всех компонентов модели [3].

Для соединения деталей я использовал соединение шип-паз. Это жесткие соединения. Шипы входят в пазы под прямым углом и не позволяют деталям вращаться. Детали соединяются концами; шип скользит внутри паза и устанавливается в нужном положении. На деталь можно установить дополнительный шип, используя для этого отдельную шпонку с шипом.

Для постройки крупноразмерных моделей и обеспечения противостояния конструкций силам растяжения и сжатия я использовал балки, брусья, распорки, раскосы и другие детали. Для соединения раскосов с балками и прочих деталей друг с другом применяются поворотные замки. При построении модели я использовал поворотные замки двух размеров: четырехмиллиметровые и шестимиллиметровые.

В работе также были использованы оси. Оси используются для соединения вращающихся деталей. Для крепления осей применяются специальные конструкционные блоки.

Для выполнения педалей я использовал замковое соединение. Форма таких деталей позволяет прижать их друг к другу с последующим защелкиванием.

Помимо прямоугольных блоков, в набор входят угловые детали четырех типов, которые различаются по величине угла: 7.5, 15, 30 и 60 градусов. Маркировка, нанесенная на одну из сторон детали, облегчает поиск нужного конструкционного блока.

Самые важные детали, которые и приводят велосипедиста в движение: микродвигатель (для солнечных батарей), две солнечные батареи и провода.

Чтобы не запутаться я пользовался инструкцией, в которой детали не просто описаны, а представлено их фото и место крепления [3].

После того, как робот был собран, необходимо было приступить к самому главному – заставить его двигаться с помощью солнечной энергии. Но заставить его двигаться оказалось не так просто. Сейчас зима, и солнечный свет не такой яркий, поэтому использовать дневной свет не получилось.

Мы решили попробовать искусственный свет, но тут тоже возникли трудности. Дома все лампы оказались светодиодными, а они не давали нужного эффекта — робот не двигался. Я даже с дядей пробовал осветить солнечную батарею фарами от машины. У нас получилось, но это было неудобно — шел снег, и мы боялись испортить наш конструктор.

В итоге нам помог дедушка со своими приспособлениями. Он придумал, как осветить солнечную батарею так, чтобы робот заработал. Я был очень счастлив, когда он наконец начал двигаться. Теперь я знаю, что даже если что-то не получается с первого раза, всегда можно найти выход из ситуации.

Все попытки привести робота в движение представлены в приложении (Приложение 2, стр. 12 и Приложение 3, стр. 14) и в видеоролике, который расположен по ссылке: https://disk.yandex.ru/i/QCZG3pn7O6CUdg

Заключение

В результате своей работы я узнал о новом виде батареек – солнечные батареи. С помощью папы, дяди и дедушки я изучил принцип работы такого устройства. Самое интересное, что до написания проекта я часто пользовался солнечными батареями. Очень часто я пользуюсь микрокалькулятором на солнечных батарейках, у мамы в машине когда-то стоял цветочек, который двигался, но в то время я был мал и не понимал, что приводит его в движение.

После изучения теории, я приступил к самому интересному, мне предстояло собрать робота, который работает от солнечных пластин. Робота я собирал два дня, а вот заставить его двигаться было не просто. Ведь сейчас зима и яркого солнечного света практически нет. В результате у нас получилось осветить солнечную батарею с помощью дедушки и его приспособления. Я был счастлив.

Я понял, что солнечные батареи очень здорово использовать там, где солнышко светит очень ярко круглый год, а на Урале такой вид энергии пока не очень удобный.

Я считаю, что мой проект был успешным. Я достиг своей цели, решив поставленные задачи. Папа сказал: когда я перейду в старшую школу у меня появится новый предмет физика, на котором я смогу подробно изучить принцип работы солнечных батарей.

Список литературы

  1. Как работает солнечная батарея: устройство и принцип действия, подробное видео [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://eco-kotly.ru/princip-raboty-i-ustrojstvo-solnecnoj-batarei-polnyj-obzor/

  2. Принцип работы солнечной батареи, что такое солнечная батарея [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://principraboty.ru/princip-raboty-solnechnoy-batarei-chto-takoe-solnechnaya-batareya/

  3. Солнечная батарея [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://yandex.by/video/preview/10417804822212432345

  4. Сопроводительная инструкция к конструктору [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://pacpac.ru/ft/ab/pdf-bak/EDU_STEM_PREP_2.0_RUS_548904.pdf

  5. Сопроводительная инструкция к конструктору [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://pacpac.ru/ft/ab/pdf-bak/PROFI_Solar_Power_RUS_533875.pdf

Приложения

Приложение № 1

Применение солнечных батарей в нашей жизни

Приложение № 2

Поэтапная сборка робота, работающего от солнечной батареи

Видеоролик: https://disk.yandex.ru/d/IUFnj6ouhhWZqQ

Приложение № 3

Настройка робота, работающего от солнечной батареи

Видеоролик: https://disk.yandex.ru/d/IUFnj6ouhhWZqQ

Просмотров работы: 3