Солнечная энергия

1.

Государственное автономное профессиональное
образовательное учреждение Чувашской Республики
«Новочебоксарский химико-механический техникум»
Министерства образования Чувашской Республики
(Новочебоксарский химико-механический техникум
Минобразования Чувашии)
ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ
на тему «Солнечная энергия»
Выполнил: Алексеев Антон Андреевич, студент 1 курса, группы
25-РО-129 специальность 15.02.18 Техническая эксплуатация и
обслуживание роботизированного производства (по отраслям)
Руководитель: Никитина Альбина Александровна,
Преподаватель физики

2.

Новочебоксарск 2026
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ (Цели и актуальность) ........................................ 3
1. Солнечная энергия (обзор) ............................................... 4
2. Физика солнечного излучения ............................................. 5
3. Квантовая основа: фотоэлектрический эффект .............................. 6
4. Устройство и принципы работы солнечной батареи ......................... 7
5. Как солнечная энергия питает калькулятор ................................ 8
6. Основные формулы и числовые оценки ...................................... 9
7. Типы солнечных электростанций .......................................... 10
8. Коэффициент полезного действия (КПД) ................................... 11
9. Преимущества солнечной энергии ........................................ 12
10. Недостатки и ограничения .............................................. 13
11. Заключение ............................................................ 14
12. Итоговый вывод: Цель проекта выполнена ............................... 15

3.

Солнечная энергия: Цели и
Актуальность
Цель проекта:
Познакомиться с фундаментальными принципами использования солнечной
энергии, рассмотреть устройство и работу ключевых технологий, а также оценить
текущие достижения и перспективы развития в этой стратегически важной
области.
Актуальность темы:
В условиях растущего глобального спроса на энергию и неотложной
необходимости перехода к устойчивым источникам, солнечная энергетика
является одним из наиболее динамично развивающихся и перспективных
направлений. Ее освоение способствует экологической безопасности,
энергетической независимости и технологическому прогрессу.

4.

Солнечная энергия
Краткий научный обзор: солнечное излучение, фотоэффект, солнечные батареи и
электростанции, их эффективность, плюсы, минусы и перспективы.
Что внутри
Излучение → фотоэффект → материалы и ячейки → типы станций → КПД →
преимущества и ограничения → перспективы.
Аудитория
Студенты, инженеры и специалисты по ВИЭ.

5.

Физика солнечного излучения
Солнце излучает как почти абсолютное чёрное тело с температурой ~5778 K.
Основная энергия приходится на видимый диапазон, а атмосферные эффекты
уменьшают поток на поверхности Земли.
Солнечная постоянная: 1361 Вт/м².
Спектр охватывает УФ, видимую и ИК-области.
Пик излучения — около 500 нм.
Атмосфера ослабляет поток: рассеяние, поглощение, облачность.

6.

Квантовая основа:
фотоэлектрический эффект
Фотоэлектрический эффект — выбивание электронов фотонами. Если энергия
фотона E = hν превышает работу выхода, электрон покидает материал.
01
02
1. Поглощение фотона
2. Возбуждение носителя
Фотон передаёт энергию электрону.
Электрон переходит в зону
проводимости.
03
3. Разделение зарядов
Поле p–n перехода создаёт ток.
Эффект подтверждает корпускулярную природу света и лежит в основе
фотоэлементов.

7.

Устройство и принципы работы солнечной батареи
Типичная кремниевая солнечная ячейка включает p–n переход,
антиотражающее покрытие и металлические контакты. Свет создаёт носители
заряда, а внутреннее поле разделяет их и формирует ток.
Антиотражающее покрытие снижает потери света.
Тонкоплёночные технологии: CdTe, CIGS, перовскиты.
Батарея → модуль → массив → инвертор → сеть/нагрузка.

8.

Как солнечная энергия питает
калькулятор
Я проверил, может ли солнечная панель обеспечить работу калькулятора.
Оказалось, что при достаточном свете это возможно.
Свет → электричество: панель преобразует солнечный свет в ток.
Питание схемы: ток поступает в калькулятор и запускает вычисления.
Запас энергии: батарея поддерживает работу при слабом освещении.
Итог: калькулятор стабильно работает от солнечной энергии.
Солнечная энергия может быть надёжным источником питания для простых
устройств, если правильно организовать подачу и накопление энергии.

9.

Основные формулы и числовые
оценки
Ключевые формулы для оценки солнечных систем и их потенциала.
E = hν — энергия фотона.
Солнечная постоянная: S₀ ≈ 1361 Вт/м².
S = S₀ · cos(θ) · τ_atm — интенсивность на поверхности.
P = S · A · η — выходная электрическая мощность.
Эти выражения помогают оценивать генерацию энергии и подбирать площадь
панелей с учётом угла, ориентации и условий местности.

10.

Типы солнечных электростанций
Пиковая / Тепловая
(PV и CSP)
Децентрализованные
Utility-scale PV — крупные
системы на крышах.
поля панелей. CSP
Снижают потери и
Плавучие станции на
использует концентраторы и
поддерживают локальную
водоёмах и BIPV-решения
теплоаккумуляцию.
генерацию.
для фасадов и транспорта.
Домашние и коммерческие
Плавучие и
интегрированные
решения

11.

Коэффициент полезного
действия (КПД)
КПД — отношение электрической мощности на выходе к падающей солнечной
энергии. Основные диапазоны:
Монокристаллический кремний: 18–22% коммерчески, до ~26–27% в
лаборатории.
Поли- и аморфный кремний: 10–14%.
Тонкоплёночные CdTe/CIGS: 12–20%.
Многоячеистые: >30% в лаборатории.
На потери влияют отражение, сопротивления, рекомбинация и нагрев. Трекеры и
охлаждение повышают отдачу за счёт лучшего угла и температуры.

12.

Преимущества солнечной
энергии
Низкие выбросы
Минимальный CO₂ в эксплуатации.
Масштабируемость
От домашних систем до крупных установок.
Низкие эксплуатационные затраты
Мало переменных расходов; срок службы модулей — 25+ лет.

13.

Недостатки и ограничения
Ключевые ограничения солнечной энергетики — переменная генерация, большие
площади под крупные станции и высокие стартовые затраты. Также важны
вопросы утилизации модулей и интеграции в сеть без накопителей.
Интермиттенс
Нужны накопители или гибридные системы.
Материальные риски
Зависимость от редких материалов.

14.

Заключение
Солнечная энергия зарекомендовала себя как чрезвычайно перспективный и жизненно важный источник, способный преобразовывать свет
непосредственно в электричество благодаря фотоэлектрическому эффекту, что делает её основой для устойчивого энергетического будущего.
Устойчивость и масштаб
Рост КПД
Солнечная энергия экологична, минимизирует выбросы CO₂, и
Эффективность солнечных ячеек постоянно растёт благодаря
масштабируема — от небольших бытовых систем до гигантских
инновациям в материалах, таких как перовскиты и тандемные
электростанций.
структуры.
Широкий спектр применения
Технология универсальна — от питания портативных устройств до обеспечения электроэнергией целых регионов.
Солнечная энергия — это не просто альтернатива, это центральный элемент будущей мировой энергетики, обеспечивающий чистую,
возобновляемую и доступную энергию для всех.

15.

Итоговый вывод: Цель проекта выполнена
В рамках данного проекта были полностью достигнуты поставленные цели. Мы последовательно исследовали фундаментальные аспекты солнечной энергии, от её
физической природы до практического применения и перспектив развития, охватывая теорию, технологии и будущие инновации.
Ключевые достижения проекта:
Фундаментальные принципы
Устройство батарей
Типы электростанций и КПД
Изучены основы фотоэлектрического эффекта.
Рассмотрены устройство и работа солнечных
батарей.
Проанализированы типы электростанций и их
эффективность.
Преимущества и ограничения
Перспективы развития
Оценены плюсы и минусы солнечной энергии.
Определены инновации и будущее отрасли.
Солнечная энергия — это реальное и
перспективное решение для устойчивого
энергетического будущего.
Проект успешно продемонстрировал актуальность и значимость темы.