Кисловодские открытия -2030

Кисловодские открытия -2030
Наши поздравления  Николаю Банных (8 класс СОШ №17), воспитаннику Кисловодской станции юных натуралистов, одержавшему победу в Федеральном конкурсе юных исследователей окружающей среды!

Николай представлял Ставропольский край в номинации “Экология энергетики ” и занял третье место в номинации.
Научно-исследовательский проект Николая, по определению энергоэффективности использования солнечных батарей в образовательном учреждении, вызвал профессиональный интерес у жюри конкурса.
Цель проекта состоит в изучение энергоэффективности использования солнечных батарей для электроснабжения учреждения дополнительного образования, в его случае -Кисловодской станции юных натуралистов. Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
1. Познакомиться с принципом действия солнечных батарей;
2. Изучить особенности территории , рассчитать энергию, и произвести расчет стоимости потребляемой электроэнергии и выгоды при использовании солнечных батарей в учреждении.
Исследование проводилось на территории города-курорта Кисловодска.

Для того чтобы было понятно, почему автор решил, что использование солнечных батарей будет энергоэффективно на территории Кисловодской станции юннатов, надо отметить что климат в Кисловодске – умеренно-континентальный с большим количеством солнечных дней. В среднем за год количество ясных дней в городе-курорте Кисловодске составляет около 300.
Станция юннатов находится в красивейшем месте города-курорта, на берегу реки Берёзовой. Территория и учебные помещения хорошо освещены солнцем. Территориальное расположение СЮН благоприятное, вдалеке от автомобильных дорог, промышленных зон, со всех сторон станция окружена древесно-кустарниковой растительностью.
Кроме того, станция имеет 2 теплицы общей площадью 270 кв.м, с коллекцией комнатных и редких экзотических растений.
Зоологический отдел вмещает более 20 видов птиц, млекопитающих, земноводных и др., для которых естественное солнечное освещение и дополнительное электрическое освещение также играет важную роль.
Для реализации образовательных программ на базе станции функционируют: 8 учебных кабинетов, 6 лабораторий и межшкольный учебно-опытный участок. Были изучены виды солнечных батарей и определено, что цена батареи составит около 350-400 руб. за Вт номинальной мощности. При промышленной генерации электричества с помощью фотоэлементов цена за кВт•ч составит примерно 35 руб.
Современное электроснабжение образовательного учреждения – это полифункциональный объект, сочетающий в себе необходимость соблюдения проектировщиком самых жестких норм. Солнечные батареи могут размещаться на любой доступной поверхности образовательного учреждения. Также, данный вид энергии является полностью экологически чистым.
Мощность потока солнечного излучения на входе в атмосферу Земли, составляет около 1366 Вт/м2 (Гременок,2007). В то же время, удельная мощность солнечного излучения на поверхности зависит от географической местности, погодных условий и других факторов
С помощью распространённых промышленно производимых солнечных батарей можно преобразовать эту энергию в электричество с эффективностью 9—24 % (табл. 1.1 Максимальные значения эффективности фотоэлементов и модулей, достигнутые в лабораторных условиях)
Анализируя вышеизложенное, можно сказать, что солнечная батарея — это объединение (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.
Основными элементами солнечной установки для производства электроэнергии методом внутреннего фотоэффекта являются, батареи (панели), преобразующие солнечное излучение в ток постоянного напряжения, контроллер, блок аккумуляторных батарей и инвертор.
В ходе работы автор познакомился с принципами преобразования солнечной энергии в электрическую и разобрался, что основными преимуществами солнечных батарей являются бесплатная солнечная энергия, возможность получения экологически чистой электроэнергии, быстрая окупаемость, простая установка и принцип работы.
Недостатками солнечной электроэнергетики являются существенное начальное капиталовложение, достаточно большая площадь фотоэлементов, не работает ночью и недостаточно эффективно работает в вечерних сумерках и пасмурной погоде
Выполняя проект по оценке энергоэффективности использования солнечных батарей для электроснабжения станции юных натуралистов, автор пришёл к следующим выводам:
1. Проанализировав климатические условия местности, особенности площади образовательного учреждения для установки солнечных батарей, примерно рассчитав энергию, поглощаемую солнечными батареями, произвёл примерный расчет стоимости потребляемой электроэнергии и просчитал выгоду при использовании солнечных батарей в учреждении. Было определено, что расчётная нагрузка образовательного учреждения с учетом коэффициентов спроса и участия в максимуме составил 19,5 кВт, количество потребляемой электроэнергии в год при односменной работы 56160 кВтч.  Срок окупаемости капитальных вложений составляет 1,6 год. Стоимость оборудования для солнечного электроснабжения составила 800 тыс. руб, денежные расходы на годовую эксплуатацию 236 715 руб/год. Стоимость электроэнергии во время срока окупаемости примерно составит 232463,00 руб.× 4,1 руб/кВт, после срока окупаемости × 4,7 руб/кВт
2. В данном учреждении, эффективнее, установку солнечных модулей производить на специальных конструкциях, способных обеспечить их оптимальную ориентацию на солнце и надёжное крепление к наземным фундаментам, крышам, а также вертикальным поверхностям.
Выяснили, что для максимальной производительности энергии монтаж солнечных модулей должен быть выполнен таким образом, чтобы солнечные лучи падали на рабочую поверхность модуля под углом 90°. Для солнечных установок данное требование возможно выполнить путём использования специальных поворотных конструкций с двухосевой системой слежения за солнцем — трекерных систем, но это дорогостоящая установка. Поэтому, было предложено использование стационарных конструкций. Такие конструкции ориентируют на юг с незначительными отклонениями по азимуту, а также устанавливают с фиксированным или изменяемым углом наклона.
Оптимальный угол наклона солнечных панелей зависит от широты местности, а также может быть изменён, в зависимости от того, какой оптимизации в производстве энергии необходимо добиться. Так, он может быть уменьшен от оптимального значения, если фотоэлектрическая система работает в летний период (летний оптимум), или увеличен, если система эксплуатируется в основном в осенне-зимний период, или принят средним по значению, если фотоэлектрическая система предназначена для круглогодичной эксплуатации, как и было предложено автором проекта данном образовательном учреждении.
Мы поздравляем Николая и желаем ему реализации данного проекта!