Перекачування води з використанням сонячної енергії

Перекачування води з використанням сонячної енергії

Гідроакумулювальні електростанції використовують, щоб вирівнювати коливання попиту на електроенергію. Щоб це працювало, воду потрібно регулярно перекачувати у водойми, розташовані вище.

Через використання відновлюваних джерел енергії, як-от сонячної, коливання різниці між попитом на електроенергію та її подаванням у мережу стають більшими. Водосховища є важливим елементом вирівнювання цих коливань.

Попередні знання

Основи вимірювання сили струму й напруги, а також визначення енергії та потужності за цими вимірюваними величинами мають бути відомі.

За сильного нагрівання потужність сонячного елемента спадає. Тому лампу треба вимикати одразу після кожного досліду.

Принцип

У цьому досліді досліджують, на яку висоту можна перекачати воду з однією та з двома сонячними батареями.

Коли воду перекачують угору, зростає потенціальна енергія, яку за потреби легко перетворити на інші форми енергії, наприклад на електричну.

Навчальна мета

Учні усвідомлюють, як насос можна живити від однієї чи двох сонячних батарей.

Для цього за висотою підняття води розглядають співвідношення напруг однієї та двох сонячних батарей.

Вказівка

У насосі не має бути повітря, бо через нього потужність перекачування спадає.

Радимо брати дистильовану воду, щоб уникнути вапняних відкладень, які згодом можуть спричинити, наприклад, заклинювання робочого колеса.

Теорія сонячного елемента

В освоєнні альтернативних, невикопних джерел енергії сонячний елемент відіграє важливу роль. Він безпосередньо перетворює енергію світла на електричну енергію.

Теорія водяного насоса

Водяний насос - це пристрій для подавання й переміщення води. При цьому застосовують різні конструкції насосів, кожна з яких узгоджена з фізичними властивостями середовища.

• Розмістити тримач із затискачем на верхньому краї дошки над сонячною батареєю і ретельно закрутити гвинтом.
  
• Закріпити в ньому штативний стрижень із лампою і спрямувати її на сонячну батарею.
  
• Відстань між серединою сонячної батареї і передньою частиною лампи має становити приблизно 35 см.
  
• Лампу вимкнено.

Складання досліду з однією сонячною батареєю

• Скласти електричне коло за рисунком.
  
• Закріпити тримач для приладів на магнітній дошці нижнім боком угору і поставити ванночку.
  
• Наполовину наповнити ванночку водою.
  
• Приєднати силіконовий шланг до насоса і провести його над магнітним затискним тримачем у ванночку.
  
• За допомогою тримача поставити насос у ванночку.

• Провести скляну трубку крізь другий отвір тримача і з'єднати її з силіконовим шлангом.
  
• Стежити, щоб кінець скляної трубки був над ванночкою.
  
• Прикласти масштабну лінійку перпендикулярно до поверхні води так, щоб нульова позначка була на рівні водного дзеркала.

• Спрямувати лампу на сонячну батарею й увімкнути її.
  
• Спостерігати за насосом і шлангом.
  
• Виміряти висоту водяного стовпа в силіконовому шлангу.
  
• Вимкнути лампу.
  
• Увімкнути другу сонячну батарею послідовно з першою.

Виконання - світловий конус на сонячній батареї

• Малими кроками переміщати світловий конус на сонячні батареї й повторювати вимірювання.
  
• Якщо висота підняття перевищить 40 см, дослід треба припинити, бо буде перевищено максимальну напругу насоса.
  
• Вимкнути лампу.

Спостереження

В обох частинах досліду двигун працює і вода перекачується вгору. Лише з однією сонячною батареєю досягають висоти близько 15 см.

З двома сонячними батареями водяний стовп неухильно піднімається, що далі світловий конус зміщують на сонячні батареї, доки висота перекачування не перевищить 40 см і дослід не доведеться припинити.