Участники научно-технологической программы «Большие вызовы» в Образовательном центре «Сириус» работают над проектом концентратора солнечных лучей – устройства, которое повысит мощность солнечных панелей. Разработка ведется по направлению «Современная энергетика».
Солнечные панели используются для преобразования солнечной энергии в электрический ток. Их можно использовать как для освещения отдельных домов, так и целых поселков или небольших производств. Это оптимальное решение для отдаленных и изолированных от магистральных линий электропередач территорий, например, на Крайнем Севере и Алтае. Сейчас требуемую электроэнергию вырабатывают дизельгенераторы, в результате чего выбрасывается большое количество СО₂. Солнечные электростанции более экологичны и позволяют получать необходимую энергию вне зависимости от удаленности территорий. Но и у них есть ряд недостатков, которые необходимо преодолеть.
Солнечные панели состоят из фотоэлектрических ячеек, объединенных в общую рамку. Массовые и наиболее дешевые солнечные панели производятся из кремния. Их основные недостатки: высокая стоимость, проблема утилизации, недостаточная мощность.
Для того чтобы усилить последний показатель, можно пойти двумя путями: установить больше солнечных панелей или сделать их мощнее. Первый вариант экономически затратнее, а также менее экологичен, ведь солнечные панели впоследствии нужно будет утилизировать.
.jpg)
Над вторым вариантом решения проблемы и работают участники «Больших вызовов».
«Чтобы повысить мощность солнечных панелей, необязательно покупать дополнительные. Намного выгоднее использовать концентратор. Это устройство, которое фокусирует солнечный свет на панели и таким образом увеличивает ее мощность при неизменном освещении», – поясняет суть проекта один из участников команды, школьник из Екатеринбурга Олег Медетов.
Концентратор собирает солнечный свет и направляет его в одну область, существенно увеличивая мощность солнечных панелей. В процессе работы участники программы проводят расчеты и выясняют, на каком расстоянии и под каким углом нужно располагать отражающие поверхности, чтобы панель работала максимально эффективно. Они строят на компьютере 3D-модели всей конструкции и ее отдельных деталей, а потом изготавливают элементы концентратора из дерева и пластика. Также ребята создают программу, с помощью которой можно будет анализировать эффективность прибора и подбирать наилучшие параметры для его настройки.
«Концентратор изготавливается из доступных материалов. Корпус устройства делается из фанеры. Зеркала – из фольги, которая будет наклеена на плоские фанерные листы. Это эффективное и простое производство, которое не требует какого-то сложного техпроцесса. Это тоже очень важно, потому что в других решениях часто используются, например, параболические зеркала. Изготавливать их трудно и дорого. Наша разработка намного более доступная, экологичная и не уступает конкурентам по сроку эксплуатации. Получается недорогая, но эффективная конструкция, понятная и удобная для пользователя», – поясняет руководитель проекта, сотрудник лаборатории «Диффузии и дефектообразования в полупроводниках» Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе Российской академии наук (Санкт-Петербург) Максим Мягких.
Проект включает в себя большое количество инженерно-технических и научных задач, которые направлены на разработку и испытания устройства. Большая часть работы – это 3D-моделирование конструкции концентратора, математические расчеты и программирование на языке Python.
«Выбором проекта я очень доволен, – признался Олег Медетов. – Во второй день, когда некоторые команды еще только придумывали решения задач, мы уже занялись практической работой. Сразу приступили к чертежу, на основании которого стали делать макет всего устройства. Мы стали прорабатывать его размеры, параметры зеркал, подставки, которая станет основой конструкции. Сначала модель создали в приложении на компьютере. Это самая сложная часть работы, на мой взгляд: рассчитать правильно все параметры, чтобы устройство верно функционировало».
Концентратор смогут использовать как владельцы частных домов, так и компании, которым нужно больше энергии, но при этом они не хотят закупать дополнительные солнечные панели. Концентратор поможет им увеличить мощности без больших финансовых затрат.
Итогом работы команды проекта «Разработка концентратора лучей для повышения эффективности солнечных панелей» в «Сириусе» станет готовый образец концентратора и результаты тестирования его эффективности. Все это школьники представят на итоговой конференции в конце научно-технологической программы «Большие вызовы».
Больше информации о программе «Большие вызовы» смотрите на сайте bigchallenges.ru.
