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1、天津市实验中学MYP-4个人设计主题：太阳能的利用字数：指导老师：吴志鹏2013年12月摘 要 太阳能发电系统的设计及太阳能系统的探究 1第1章绪论1开发利用风能的动因21.1经济驱动力21.2环境驱动力 2第2章 主题的确定：太阳能的利用1. 主题的选择32. 个人兴趣的产生33. 个人设计主题的确定34. 选择的焦点相互作用领域:人类发明创造35. 作为个人设计情景的理由6. 太阳能电池板与组件的转换效率7. 太阳能转化为电能第3章选择原始资料1. 资料的完善2. 应用信息扩展3. 设计方案的确定与制作流程第4章个人设计主题的应用1. 个人设计冋顾2. 个人设计在制作过程中所产生的问题点和
2、应对3. 制作过程中出现的意外状况及处理第5章个人设计完成后的总结与反思结束语参考文献致谢太阳能发电系统的设计及太阳能系统的探究摘要木文对太阳能发电的发展现状进行了概述。指出了太阳能发电的发展趋势和研究方 向。阐述了太阳能发电的结构与原理。木设计方案程序简单、结构清楚、数据精确，设 计过程追求提高效率，简化工艺，降低成本等特点。关键词：新能源、光伏、太阳能发电机设计太阳能充电系统的动因太阳能做为一种新能源，它的开发利用是有一定动因的，而且随着吋间的推移，开发 利用太阳能的动因也在变化。下面将主要从经济、环境、两方面來介绍太阳能开发利用 的动因。经济驱动力经济最优化太阳能供应的经济性。在偏远地区
3、，电力供应困难。与常规电网延伸和柴/汽油机发 电相比，利用小型太阳能发电系统供电有成本优势。例如在偏远的农牧区，利用小型太 阳能发电系统供电，农牧户使用陈本会很低。在这些地区，农牧民一般利用汽油/柴油 发电机的供电，成本高，农牧户使用太阳能和发电机相结合，会降低成本。环境驱动力化石能源资源枯竭与供应安全进入工业社会后，人类在飞速发展自己的文明过程小经过了多次能源危机。人们开始 认识到，无限制地开采煤炭、石油、天然气等化石能源，终有资源枯竭的一天。目前石 汕储量约1300亿吨，年消耗量约35亿吨，计今后25年中平均年消耗量将达50亿吨， 即使加上新发现的油田，专家佔计总储量也不会超过2000亿吨
4、，石油资源在四五十年 后也将枯竭。为了人类社会的可持续发展，当务之急是寻找和研究利用其他可再生资源。 太阳能作为新能源中最具工业开发潜力的可再生能源，就格外引起人们的瞩口。第2章主题的确定：太阳能的利用主题的选择主题设计的基础前提：现代社会能源基本现状据估计，占世界目前耗能的百分之八十的化学及石油燃料（煤炭、石油、天然气）最 终可采集量为33730亿吨，预计够人类使用为一二百年。随着传统能源的逐渐枯竭，新 能源的开发和利用显得越发重要与紧迫。个人兴趣的产生木人对于现阶段物理、化学的课程应用以及与现实资源、环境的结合，逐渐感悟到人 类终究要索取于自然、归还于自然的道理。地球是人类最后的家园，当我
5、们把最后的资 源挥霍耗尽Z时，也是我们人类灭亡ZHo然而就在我们身边，每日陪伴着我们的阳光, 却是取Z不尽的可再生能源，从物理角度统计出的数据：太阳每秒放射出的能量大约是 1.6*10的23次方千亿吨。一年到达地球表面的太阳能总量折合成标准煤是1.9*10的 13次方千亿吨，是口前地球已探明资源的一万倍，月太阳能具有储量的无限性，可谓取 之不尽用之不竭。个人设计主题的确定利用所学的基础知识及个人探究，确定个人设计的主题围绕太阳能的利用，并实施及 制作“移动式小型太阳能充电站（手机类）”，使自己的个人兴趣与设计主题有效结合。选择的焦点相互作用领域：人类发明创造人类发明创造是关注人类创造力的进化过
6、程和结果，以及它们对于社会和生活产生的 影响。我们在学习人类发明创造的过程中，耍学习如何改善生活的质量，并辨析科技发展、社会文明与自然生态的平衡，从而探究科学、美学、技术以及伦理道德间的关系。作为个人设计情景的理由创造在我看来是一种发明，是-种无奈之下使生存更加便捷的点子创作。有人曾经这 样说过：人类继续的发明创造是由于人类越來越猛烈的惰性所致！大概这是作为人类发 明创造的一个因为，但这绝不会是全部的动因。有时人类的发明创造是在迫不得已的情 况下进行的，正如现在所而临最巨大的问题即将枯竭的资源。据估计，迄今为止可消耗的自然资源预计人类使用一至两百年。随着传统资源的逐渐减 少，越发体现出新能源的
7、开发及创造使用价值的重耍性。然而就在我们的身边却存在着 取Z不尽的可再生资源阳光，据统计，它放出的热量折合成资源后是地球可利用资 源的一万倍。为何我们不利用太阳能来替代地球上现有的资源？根据人类发明创造确定个人设计的情景帀绕太阳能的利用，及实施并制作“移动式小型 太阳能充电站（手机类）”。使太阳能得到充分的利用，减少地球可利用资源的使用，从 而提倡“节能”、“绿色”、“环保”、“便捷”。太阳能电池板与组件的转换效率单片的电压为0.5V - 0. 6V,转换机率该A阳能电池板的功率为5W,面积为0. 03平 方米则它的效率为5/0. 03/1000二0. 167 =16. 7% ；也就是它将平方
8、米1000W太阳光 能量的16. 7%转换成了电能。7 太阳能转化为电能太阳电池是一对光冇响应并能将光能转换成屯力的器件。能产生光伏效应的材料有许多 种，女口：单晶硅，多晶硅，非晶硅，神化掾，硒钢铜等。它们的发电原理基木相同，现 以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成PN结。当光线照射太阳电池表而时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子， 使电了发生了越迁，成为门由电了在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时, 在该电压的作用下，将会冇电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质 是：太阳能转换成电能的过程。第3章选择原始资料1. 资料的完善
9、当前，全球化石油资源FI益短缺、气候变化等环境压力日渐增大，太阳能等新能源和可 再生能源已被世界各国作为重要的替代能源。太阳能作为-种清洁、安全、可再生的绿 色能源，有利于优化能源结构、促进节能减排，构建低碳发展模式。我的个人设计（移 动式小型太阳能充屯站）正是围绕着以上代表未来的新能源的观点来展开的。首先解决和关知识的资料收集，选择直接性來源，从个人设计实践中存在的问题來选 择课题的相关来源。从查阅文献资料，了解个人设计方面（太阳能及相关产品和应用） 的最新的成果和有关学科发展的趋势及前沿中挖掘问题点。通过这种间接性来源，以及 通过查阅大量的文献资料，便可以从前人的理论基础上派生、外延与升华
10、出来，从而选 出具有更高价值的能充实、完善其至能填补的个人设计课题。通过求助个人设计相关人 士來达到资料的收集和补充，同时也可求证个人设计的止确率。其次要对资料的多样性及相关性进行甄别与筛选，尤其是资料的可靠性更为重要。个 人设计的初期阶段必然要经过收集资料，整理资料和分析资料，这是在产品制作Z前必 备的过程。在分析相关资料之前，我首先要验证了资料的可靠性，这实际上就是验证资 料的信度和效度，假如资料不可靠的话，我所费的精力可能都是白费。所以可靠性的设 计和理论至关重要。在多样性及相关性方面，我可以通过下述方式来达成：A：整理个人设计思路，挖掘已学到的相关知识，例如物理学科中的电路方而、光电
11、转换方面等。B：拓展个人产品设计领域方面未学到的相关知识，例如产品外形的设计、多晶硅的 特性、光热转换、光电转换和光化学转换的原理等。C：针对上述A、B两项，选择多样性、相关性的原始资料。主要途径可分为儿个步 骤：（1）、搜集、整理有关个人设计相关的权威网站，例如索比太阳能光伏网、中国太阳能产业资讯、中国太阳能网、中国新能源网。（2）、咨询、拜访具有物理学理论知识和太阳能实践制作的老师，例如我们IB物理学 科的朱老师、吴老师。（3）、有针对性的到图书馆、书丿占查阅、印证个人设计的相关资料和思路，例如：天津 市图书馆、犬津市图书大厦、犬津市博物馆图书中心等。（4）、针对个人设计的可行性、实用性设
12、计调查问卷，对所调查人群的回答进行统计、 咨询、探讨与沟通，以完善个人设计的合理性。调查人群可针对我年级A和B班的同 学。调查问卷的内容主要以围绕个人设计为中心，涉及被调查人对该设计合理性认可、 实用性感知、不足性的补充与意见。通过以上C项的四点（对个人设计原始资料的多样性、相关性的收集、分类与总结）, 便可以对以上原始资料的可靠性进行评估。首先要对所有搜集到的原始资料进行分类整理，并针对口己的原始设计进行比对、修 改，把符合个人设计的原始资料归类、排序，这个过程极为重要，因为原始资料的可靠 程度决定个人设计的成功与否，它是通往成功的第一步，所以这个过程需要专业老师的 帮助和指导，我会向物理吴
13、老师和朱老师请教。其次把相关调查问卷的原始资料进行统计，找出个人设计的缺陷，经修正后，可重新 实际相关调查问卷，再次向被调查人对该设计合理性认可、实用性感知、不足性进行调 查，以得到最新和最可靠的数据。经过验证后、可靠的原始资料无疑是我个人设计的基石，这不仅需要我自身的努力（资 料的搜集），更需要专业人士的指导和甄别（朱老师、吴老师），只有通过这样的原始资 料的搜集方式和验证的过程，我才会对自己的个人设计的认识有越来越深的感知和理 解，同时，在这这个程中，我也可学到丰富的课外知识，所以说，对于多样性的原始资 料的收集和可靠性的验证、评价，是个人设计至关重要的环节，只有成功、完善的个人 设计资料
14、，0可以实现个人设计的口标。2. 应用信息扩展我的个人设计（移动式小型充屯太阳能站）源于一次偶然的手机没电，那一次我们正在 去杭州的高速公路上，由于手机无法及吋充电，一些重要的信息错过了。在冋到德州的 路上，我发现了路旁有很多太阳能LED路灯，这马上使我产生了制作一个便携式太阳 能手机充电的装置，这种设备应该具有便携、节能、环保、成木低等特点。在冋到学校在个人设计的交流中，我的督导员吴老师首先肯定了我的思路，同时也给 予我充分的指导和拓展，通过这些初期信息的收集和整理，一个相对较成熟的个人设计 思路便展现出來，这个设计最大的改变是：由原來简单的个人使用性太阳能充电而衍生 为一个服务于全体的、具
15、有公益行动、环保性、节能性的移动式小型充电太阳能站。此次个人设计口标的修正和完善，主要得益于各种相关应用信息的收集和督导员所提 供信息的交流与吸纳，例如：在个人设计的初期，我的设计思维只是局限于个人便携式 太阳能充电，在个人设计的整体性和信息交流方而比较缺乏，所以个人展示是以太阳能 充电式书包的形式出现，这个设计虽然体现了便携性、实用性，但在创造性、公益性、 推广性方面缺乏实际应用。在经过督导员的提示和建议下，我马上查阅了有关太阳能方面的相关性资料（资料来 源及信息收集在评估C中已作阐述），并且学习太阳能、电能、光电转换的相关知识， 通过这些信息的搜集和传化，我的个人设计由原来的个人便携式太阳能充电书包修正和 转化为可移动式小型太阳能充电站，这个充电站具备有A：大众公益性（学校任何人都口J使用其充电功能）B：环保性（具有绿色、低碳、无污染，开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁 的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的）C：节能性（不消耗地球宝贵的资源）D：可推广性（由于貝备以上A、B、C、的优点，如杲在成本降低的条件下，可以大 力推广）3. 设计方案的确定与制作流程我通过对相关信息的优化和筛选，最终在个人设计的理念上有了巨大的跃进，这些信 息的学习和转化最终是我明确了设计思路，并决定了和应的设计方案。在设计方案和理念明确后，最重要
