Проектно-исследовательская работа «Солнечный концентратор — выход из энергетического кризиса для жителей развивающихся стран, расположенных в солнечных регионах планеты»

Экономические и политические кризисы 2022 года привели к значительному удорожанию природных ресурсов на мировом рынке. В 2022 году даже наиболее обеспеченные страны Европы ощутили энергетический кризис. А развивающимся странам Африки угрожает настоящий энергетический коллапс. Основные проблемы этих стран: недостаток пресной воды, антисанитария, сложность в дезинфекции многоразовых шприцов и скальпелей, малочисленность генераторов. Так как Африка — наиболее слабо покрываемый облаками континент планеты, световой день здесь длится около 10 часов, а количество солнечных дней в году составляет около 90 процентов, то оптимальнее всего использовать солнечный концентратор для решения данных проблем. Это устройство, которое путем улавливания солнечного излучения определенным изгибом поверхности концентрирует лучи в одной точке, в один мощный поток. Мы решили сосредоточиться на том, чтобы проанализировать существующие аналоги, выделить самые важные для решения вышеупомянутых проблем параметры, построить наиболее дешевые и простые в изготовлении образцы.

Цель исследования: оценить возможности и эффективность применения наиболее популярных солнечных концентраторов, изготовленных из переработанного сырья, для повышения уровня жизни и здоровья жителей развивающихся стран.

Гипотеза: три самые популярные самодельные модели солнечных концентраторов могут быть использованы для повышения уровня жизни жителей развивающихся стран, расположенных в солнечных регионах планеты (стерилизация объектов, в т.ч. и для медицинских операций, опреснении воды, получении различной энергии, приготовлении пищи) и удовлетворяют необходимым для массового повторения требованиям: простота и дешевизна изготовления, надежность и удобство использования.

Выводы:

1. Мы изучили и систематизировали теоретические сведения. Получили знания о том, что такое тепловая энергия, как ее можно экологично получать и как использовать.
2. Научились математически рассчитывать необходимые размеры параболической фигуры.
3. Выявили параметры, влияющие на эффективность использования солнечного концентратора.
4. Построили прототипы солнечных концентраторов различных типов, экспериментально выявили их достоинства и недостатки, систематизировали важные параметры для оценки эффективности работы каждого, отсеяли те, которые не вносят большого вклада в КПД.
5. С помощью энергии солнечных лучей, собранных в точке фокуса параболы, смогли простерилизовать различные предметы и подтвердить это в опытах с засевом бактерий на собственноручно приготовленную среду. Воспламенили различные материалы, чем доказали возможность приготовления пищи, разведения огня, изготовления угля.
6. Вскипятили воду, чем доказали возможность кипячения и дистилляции воды с помощью солнечной энергии. Вскипятив воду, вычислили мощность нагревателя параболического (N=116 Вт) и тарельчатого (N=176 Вт) типа, а затем посчитали КПД для каждого из них. При этом КПД концентратора тарельчатого типа (18%) оказался выше, чем у параболического (12%).
7. Мы экспериментально выяснили какие параметры важны для решения поставленной задачи и систематизировали их в таблицу.
8. Оценили эффективность и экономическую целесообразность солнечных концентраторов для повышения уровня жизни жителей развивающихся стран.

Цель работы достигнута. Гипотеза подтвердилась частично. Один из образцов не соответствует требуемым параметрам, но два других полностью отвечают необходимым требованиям простоты в сборке и эксплуатации, экономически и экологически оптимальны и при этом полностью выполняют поставленные задачи.