PRIKAZ TOKA ČASA

NASTAVNA TEMA: ENERGETIKA

NASTAVNA JEDINICA: Korišćenje energije Sunca, vetra, vode

Uvodni deo (10 min.)U ovom delu časa potrebno je sa učenicima razgovarati o transformaciji, korišćenju i štednji

energije (ponoviti gradivo sa prethodnog časa).

Pitanja

Najava cilja časa: Sticanje znanja o korišćenju energije Sunca, vetra i vode.

Glavni deo (70 min.)

-Energija Sunca

Sunce je nama najbliža zvezda, koja je neposredni ili posredni izvor gotovo sve raspoložive

energije na Zemlji. Sunčeva energija potiče od nuklearnih reakcija u njegovom središtu gde

temperature dostiže i do 15 miliona °C. Ova se energija u vidu svetlosti i toplote širi u svemir pa

tako jedan njen mali deo dolazi i do Zemlje.

Direktno iskorišćavanje energije Sunca ostvaruje se preko sledećih uređaja:

1. Solarni kolektori-dobijanje tople vode i zagrevanje prostorija

2. Fotonaponske ćelije-direktno pretvaranje sunčeve energije u električnu energiju.

Upotreba solarne energije ima višestruke prednosti jer je to tih, čist i pouzdan izvor energije.

U stambenim objektima postoje dva tipa solarno toplotnih energetskih sistema: oni koji se koriste

isključivo za zagrevanje vode (slika 1) i oni koji uz to obezbeđuju i grejanje objekta (slika 2).

Slika 1. Dobijanje tople vode korišćenjem solarnog kolektora

Slika 2. Korišćenje solarnog kolektora za dobijanje tople vode i zagrevanje stana

Solarno toplotni energetski sistem za zagrevanje vode u kući čine: 1. kolektor, 2. solarni

rezervoar, 3. bojler, 4. solarna stanica, 5. potrošač tople vode (slika 3). Tipično, solarna energija

može da obezbedi 10 do 30% (nekada i preko 50%) ukupne energetske potrebe zgrade, zavisno

od toga koliko je dobro izolovana i koliki je zahtevani stepen zagrevanja. Postoji niz

instalacijskih, tehničkih i praktičnih prednosti solarnih kolektora za zagrevanje vode. Prvo,

samim tim što koriste sunčevu svetlost pružaju jedinstven osećaj sigurnosti jer je to neiscrpan

energent na raspolaganju svakom korisniku. Drugo, njihovi troškovi održavanja su beznačajni u

odnosu na vek eksploatacije i samo se jednom plaćaju kod ugradnje sistema. Treće, energija

Sunca je besplatna, a investicija se vraća za 2 do 5 godina.

Slika 3. Delovi solarno toplotnog energetskog sistema

Sunčeva energija obično se skuplja pomoću solarnih kolektora, koji se nalaze na krovovima

zgrada. Solarni kolektori su sastavljeni od staklenih ploča i cevi napunjenih vodom (slika 4).

Voda se greje, kruži cevima po zgradi i tako zagreva prostorije ili se koristi za sanitarne uređaje.

U zavisnosti od materijala od koga su izgrađeni solarni kolektori mogu biti metalni, plastični ili

kombinovani.

Slika 4. Solarni kolektor

Kod solarnih kolektora toplota se predaje potrošaču direktno ili preko izmenjivača toplote i

grejnih tela. Oni se najčešće montiraju na krovu kuće i cevima su spojeni sa vodenim

rezervoarom, a radi boljeg prenosa i cirkulacije vode koristi se pumpa. Na slici 5 dati su solarni

kolektor i solarni bojler

Analiza slike 5.

Slika 5. Solarni kolektor i solarni bojler

Solarne (fotonaponske) ćelije napravljene su od silicijumskih slojeva. Kada na njih padne

sunčeva svetlost one proizvode struju (slika 6). Maksimalni izlazni napon individualne solarne

ćelije iznosi do 1V, pa se ćelije serijski povezuju kako bi se dobio željeni napon. Snaga koju

proizvodi jedna fotonaponska ćelija je relativno mala te se u praksi više ćelija povezuju u grupu

čime se formira fotonaponski modul. Prema projektovanoj snazi moduli se spajaju redno i/ili

paralelno, čime se formira fotonaponski panel (slika 7) koji proizvodi struju, napon i snagu

znatno većeg intenziteta.

Slika 6. Princip rada solarne ćelije

Analiza slike 6

Slika 7. Fotonaponski panel

Solarne elektrane sastoje se od velikog broja fotonaponskih sistema (slika 8). One mogu biti

instalisane snage i do nekoliko stotina MW. Pošto nema štetnih produkata prilikom proizvodnje

električne energije, a efikasnost im je relativno velika (20 do 40%), naći će sve veću primenu.

Kako je količina energije koja pada na površinu zemlje izuzetno velika, izgradnjom takvih

elektrana na sunčanim područjima energijom bi se snabdevao veliki broj potrošača. Postoje i

solarne elektrane sa pokretnim paraboličnim ogledalima, kojima se energija Sunca maksimalno

fokusira na fotonaponske panele, te se učinak takve elektrane povećava (slika 9).

Slika 8. Solarna elektrana

Slika 9. Solarna elektrana sa paraboličnim ogledalima

-Zadatak:

Nacrtati solarni kolektor u programu Word 2007.

Pokazati moguće rešenje

-Prikazati

http://www.youtube.com/watch?v=XCu_WxGTDyE&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=ZNZrwfjqKh0&feature=related

http://www.energex.com.au/switched_on/power_up/photovoltaic.html

Analiza prikazanog

-Energija vode

Poslušati zvučni fajl Water Drips (Word 2007, Clip Art)

Energija vode je najznačajniji obnovljivi izvor energije, a ujedno i jedini koji je u ekonomskom

pogledu konkurentan fosilnim gorivima i nuklearnoj energiji. Iskorišćavanje hidroenergije ima i svoja

ograničenja. Ne može se koristiti svuda jer podrazumeva dovoljnu količinu brze tekuće vode tokom

cele godine, s obzirom da se električna energija ne može jeftino skladištiti. Da bi se poništio uticaj

oscilacija vodostaja u toku godine grade se brane i akumulaciona jezera. To poskupljuje cenu

izgradnje jedne hidroelektrane.

Nekada su se koristile vodenice za mlevenje žita i kukuruza. One sadrže vodenični točak, koga

pogoni voda i okreće se mlin. Međutim danas vodenica ima malo (slika 10).

Slika 10. Vodenica

Hidroelektrične centrale su postrojenja u kojima se nalaze vodene turbine (sastavljene od radnih

kola sa lopaticana). Na slici 11 data je vodena turbina (više o vodenim turbinama u 7. razredu).

U hidroelektranama se potencijalna i kinetička energija vode pretvara u mehaničku energiju, a

ona se dalje koristi za obrtanje električnog generatora i proizvodnju električne energije (slika 12).

Slika 11. Vodena turbina

Slika 12. Princip rada hidroelektrane

Analiza slike 12

Proizvodnja električne energije u hidroelektranama povećava se iz dva razloga: to je čist proces

(nema otpada) i nema troškova goriva (voda je besplatna). Hidroenergija je danas najvažniji

obnovljivi izvor energije. U Srbiji se u narednom periodu predviđa izgradnja više manjih

hidroelektrana na rekama. Na slici 13 vidi se hidroelektrana, a na slici 14 najveća hidroelektrana

u Srbiji (Đerdap 1). Više o hidroelektranama u 8 razredu.

Slika 13. Hidroelektrana

Slika 14. Hidroelektrana Đerdap 1

-Zadatak:

Nacrtati vodenični točak u programu Word 2007 i od tog crteža napraviti video fajl u programu

Windows Movie Maker.

Pokazati moguće rešenje

-Prikazati

http://holbert.faculty.asu.edu/eee463/hydroelectric.html

http://holbert.faculty.asu.edu/eee463/pumpedstorage.html

www.youtube.com/watch?v=NWwMa_kjcBk

www.youtube.com/watch?v=HhAvzRIw5mE

Analiza prikazanog

-Energija vetra

Poslušati zvučni fajl Wind storm (Word 2007, Clip Art)

Vetar je strujanje vazdušnih masa nastalo usled razlike temperature, odnosno prostorne razlike u

vazdušnom pritisku. Energija vetra je transformisani oblik sunčeve energije, a na njegove

karakteristike u velikoj meri utiču i geografski činioci. Na slici 15 data je vetrenjača, koja se

može koristiti za mlevenje žitarica i proizvodnju manje količine električne energije (za

osvetljenje i pogon električnih uređaja manjih snaga).

Energija vetra trenutno predstavlja jedan od najzastupljenijih vidova korišćenja obnovljivih

izvora energije u svetu. Prednosti korišćenja energije vetra za pretvaranje u električnu energiju su

pre svega u neiscrpnoj količini energije kao i ekonomskoj opravdanosti korišćenja iste.

Kao dobre strane iskorišćavanja energije vetra ističu se visoka pouzdanost rada takvih

postrojenja, nema troškova za gorivo i nema zagađivanja okoline (ekološki izvor energije). Loše

strane su visoki troškovi izgradnje i promenjivost brzine vetra.

Slika 15. Vetrenjača

Slika 16. Princip rada vetrogeneratora

Analiza slike 16

Slika 17 pokazuje šemu konverzije energije vetra u električnu. Energija vetra se pretvara u

električnu energiju, koja se preko električne prenosne mreže prenosi do krajnjih potrošača.

Slika 17. Šema pretvaranja energije vetra u električnu energiju

Analiza slike 17

Elektrane koje rade na pogon vetra nazivaju se vetroelektrane ili aeroelektrane (slika 18). One se

sastoje iz: noseće konstrukcije u obliku stuba, vetroturbine, generatora električne energije, dela

koji reguliše brzinu obrtanja generatora i izlazni napon vetroelektrane i priključka na sistem za

akumulisanje energije ili električnu mrežu. Velike vetroturbine često se postavljaju u tzv. park

(farma) vetroturbina i preko transformatora spajaju na električnu mrežu. Danas se vetroelektrane

grade u morima i okeanima zbog velikog potencijala vetra na tim lokacijama (slika 19).

Slika 18. Elektrana na vetar

Slika 19. Vetroelektrana u moru

-Zadatak:

Nacrtati vetrenjaču u programu Word 2007.

Pokazati moguće rešenje

-Prikazati

http://www.eere.energy.gov/windandhydro/wind_animation.html

http://www.youtube.com/watch?v=0Kx3qj_oRCc&feature

http://www.youtube.com/watch?v=gwBZTrnXsvA&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=iRzhmrCkv1g&feature=related

Analiza prikazanog

-Zadatak:

Nacrtrati vetrogenerator (2 elise) u programu Word 2007 sa 4 položaja i izvršiti animaciju u

programu GIF Animator.

Pokazati moguće rešenje

Prikaz godišnje proizvodnje električne energije u Srbiji (u hidroelektranama i termoelektranama) u programu Excel 2007 uz objašnjenje izrade tabelarnog proračuna i dijagrama.

Završni deo (10 min.)-Obnavljanje

Dati rezime urađenog na časovima.Odgovoriti na postavljena pitanja učenika (ako ih ima).

Pitanja za učenike

-Najava nastavne jedinice za sledeći nastavni čas (Konstruktorsko modelovanje)