Alga Science SOLARCOASTER, Руководство пользователя

Страница: 16 / 19

su
O
mi
su
O
mi
esIttely
Solar Science -sarja antaa mahdollisuuden
kokeilla aurinkoenergian käyttöä päivittäisessä
elämässämme. Näet, miten auringonvalo antaa
energiaa erilaisille pienoismalleille, kuten autoille
ja veneelle. Näiden pienoismallien rakentaminen
vaatii kärsivällisyyttä ja ohjeiden noudattamista
vaihe vaiheelta, jotta kaikki toimisi. Kaikkein
tärkeintä on, että ne saavat riittävästi valoa – joko
vahvaa auringonvaloa tai lähellä olevan kirkkaan
lampun valoa. Ahkera kokoaminen palkitaan, kun
näet miten pienoismallit toimivat ilman paristoja!
Jokainen näistä pienoismalleista käyttää
aurinkokennoja tarvittavan virran saamiseksi.
Aurinkokennoihin tuleva auringonvalo muunnetaan
sähkövirraksi. Tämä virta saa moottorit tuottamaan
mekaanista liikevoimaa tai antamaan virtaa radion
tai soittorasian piirilevyille. Kaupallisissa sovelluksissa
käytetään suurta määrää yhteen kytkettyjä
aurinkokennoja, jotta saadaan riittävästi sähköä
vaativille laitteille, kuten aurinkovoimaa käyttäville
ajoneuvoille tai katuvaloille. Usein käytetään
ladattavaa akkua sähkön varaamiseen päiväaikaan ja
virran käyttöön yöllä tai muulloin tarvittaessa.
mInkälaIsta valoa tarvItaan?
Näille pienoismalleille paras valon lähde on vahva
ja kirkas auringonvalo. Ne voidaan viedä ulos
aurinkoisena päivänä tai asettaa aurinkoisen ikkunan
lähelle. Ulkona leikittäessä on oltava varovainen ja
käytettävä tarvittaessa suojaavia vaatteita ja hattua
auringon ultraviolettisäteiltä suojautumiseksi.
Vaihtoehtoisesti pienoismallit toimivat myös
vähintään 60-wattisen kirkkaan lampun valolla.
Lampun on oltava lähellä (alle 10 cm), jotta valoa
olisi riittävästi. Kokeile asettaa pienoismallit
eri etäisyyksille lampusta – mitä tapahtuu?
Pienoismalli liikkuu hitaammin tai radion ääni on
heikompi ja ne voivat lakata toimimasta, kun siirrät
lamppua kauemmaksi ja aurinkokennolle tulee
vähemmän valoa.
Varoitus! Ole varovainen lampun kanssa. Älä
kosketa hehkulamppua, jotta et polta itseäsi! Pysy
riittävän kaukana lampusta. Voit kokeilla erilaisia
valon lähteitä nähdäksesi mikä niistä on tehokkain.
Kuten tulet huomaamaan, energialamput ja
loisteputket eivät ole riittävän kirkkaita virran
tuottamiseen näille malleille.
• Auringonvalo
• Auringonvalo ikkunan läpi
• Lamppu
aurInko ja aurInkovoIma
Aurinko sijaitsee 150 miljoonan kilometrin päässä
Maasta ja se on 4-5 miljardia vuotta vanha.
Auringon lämpötila vaihtelee pinnan 6000 Celsius-
asteesta ytimen yli 6,5 miljoonaan asteeseen.
Aika KUUMAA, vai mitä! Tämän energian matka
maapallolle kestää noin 8 minuuttia. Aurinko on
tähti, joka koostuu lähinnä vedystä ja heliumista ja
se säteilee suunnattomasti energiaa joka päivä.
Aurinko on planeettamme ylivertainen
energianlähde. Ilman sitä Maassa ei olisi elämää, eikä
planeetallamme olisi fossiilisia polttoaineita (kuten
hiiltä ja öljyä), jotka ovat syntyneet mädäntyneistä
kasveista satoja miljoonia vuosia sitten. Käytämme
auringon energiaa joka päivä monin eri tavoin. Kun
ripustamme pyykit kuivumaan aurinkoon, käytämme
auringon lämpöä tähän tehtävään. Kasvit tarvitsevat
auringonvaloa kasvaakseen, ja eläimet ja ihmiset
saavat niistä ruokaa.
Auringon energiaa tulee Maahan 330 miljoonaa
terawattituntia (330000000000000000000
wattituntia!) vuodessa. Se tarkoittaa sitä,
että auringosta tulee Maahan 30 kertaa
enemmän energiaa joka vuosi, kuin Maahan
on tallentuneena. Jos voimme käyttää
enemmän aurinkoenergiaa, joka on puhdasta ja
käytännössä ehtymätöntä, voimme päästä eroon
riippuvuudestamme fossiilisista polttoaineista.
Fossiilisten polttoaineiden polttaminen tuottaa
kasvihuonekaasuja ja saasteita, jotka ovat haitaksi
ympäristöllemme. Aurinkovoima voidaan muuntaa
sähköksi kahdella eri tavalla: aurinkolämpö ja
aurinkokennot. Edellisessä käytetään auringon
lämpöä veden keittämiseen ja siten sähköä
tuottavan turbiinin käyttämiseen. Jälkimmäisessä
auringonvalo muunnetaan suoraan sähköksi.
aurInkokennot ja fotojännIte
Aurinkokennoissa käytetään hyväksi valosähköistä
ilmiötä. Niitä on monissa pienissä laitteissa, kuten
kelloissa ja taskulaskimissa, mutta myös esim.
avaruusaluksissa. Ne kehitettiin 1950-luvulla
antamaan virtaa satelliiteille avaruudessa. Ne
on valmistettu piistä, joka on erityistä sulanutta
hiekkaa.
Aurinkokennot ovat fotojännitejärjestelmiä,
jotka tuottavat sähköä suoraan auringonvalosta.
Englanniksi niistä käytetään myös nimitystä
”photo voltaic cells”. ”Foto”/”photo” tulee kreikan
valoa tarkoittavasta sanasta ”phos”. ”Voltaic”
tulee Alessandro Voltan (1745-1827) nimestä. Hän
oli sähköntutkimuksen pioneeri, jonka mukaan
on nimetty myös jännitteen yksikkö ”voltti”.
”Photo voltaic” tarkoittaa siten ”valosähköä” tai
”fotojännitettä”. Aurinkokennot tuottavat puhdasta
ja luotettavaa sähköä käyttämättä lainkaan
fossiilisia polttoaineita. Järjestelmät eivät tarvitse
polttoainetta, höyryä tai termodynamiikkaa. Niitä
käytetään moniin sovelluksiin, kuten antamaan
virtaa kelloille, maantiekylteille ja avaruusasemille.
Ne voivat myös huolehtia kokonaisen talouden
sähkön tarpeista. Aurinkoenergian käyttö on
kasvanut tasaisesti vähintään 25 % vuodessa
viimeisten 20 vuoden aikana. Arvioidaan,
että vuoteen 2020 mennessä yli 30 miljoonaa
kotitaloutta saa sähkönsä aurinkovoimasta.
Useimmat aurinkokennot on valmistettu
kiteisestä aineesta nimeltään pii, joka on yksi
Maan yleisimmistä raaka-aineista. Aurinkokennot
valmistetaan tyypillisesti leikkaamalla piikide
ohuiksi viipaleiksi ja yhdistämällä kaksi erilaiset
sähköominaisuudet omaavaa erillistä viipaletta.
Lisäksi liitetään johdot, jotka mahdollistavat
elektronien liikkumisen eri kerrosten välillä. Kun
auringonvalo osuu piiviipaleeseen, elektronit
liikkuvat luonnostaan yhdeltä kerrokselta toiselle
johtojen kautta, koska kullakin kerroksella
on erilaiset ominaisuudet. Näin vapautuu
sähköenergiaa.
Nämä yksittäiset aurinkokennot on järjestetty
moduuleihin ja moduulit on ryhmitelty isompiin
ryhmiin. Jotkut ryhmistä on sijoitettu erityisille
seurantalaitteille, jotka seuraavat auringonvaloa
koko päivän ajan.
Aurinkokennojen tuottamaa sähköenergiaa
voidaan sitten käyttää suoraan. Sitä voidaan
käyttää esim. kodinkoneiden ja valojen käyttöön.
Sitä voidaan myös käyttää yritystoiminnassa.
Aurinkoenergiaa voidaan tallentaa akkuihin, ja
käyttää sitten esim. maantiekylttien valaisuun
yöllä. Energiaa voidaan myös käyttää vaikkapa
tienvarressa olevan hätäpuhelimen lataamiseen.
Jotkut kokeilutasolla olevat autot käyttävät
myös aurinkokennoja. Ne muuntavat auringonvalon
suoraan energiaksi, jolla auton sähkömoottori käy.
Aurinkokennon perusrakenne
Positiivinen kerros
Johtava kerros
Negatiivinen kerros
Elektronien virtaus Valo