資源簡介

2022-2023學年高一勞動上冊
第一單元勞動創造美好生活
可再生資源利用與環保
教學案
一、教學目標
1、了解可再生資源種類、利用途徑和環保知識，能夠描述太陽能直接轉化為電能的方式和提高利用率的方法。
2、體驗高效太陽能手機充電裝置設計方案、制作應用等過程，感受勞動創造的樂趣。
3、通過太陽能手機充電裝置的實踐過程，增強安全意識，規范操作，提高應用技術解決問題的勞動意識。
二、教材分析
新世紀、新時代、新形象，越來越多的國家逐漸重視太陽能的利用。中國太陽能利用產業在歷經多年的發展后，正在從太陽能利用的出產和消費大國向創造強國邁進。勞動創造了美好生活，勞動讓生活變得更有意義！
三、教學過程
㈠、勞動基礎
資料顯示，手機充電轉換器的功率因數較低，大約只有0.5，而手機每天都要充電，會給國家造成很大的資源浪費！設計一個用太陽能的手機充電裝置，既能給手機充電，又能應急供電。
可再生能源
可再生能源是指能夠從自然界中不斷得到補充的能源。這些能源廣泛存在然界中，可以源源不斷跑為人類活提供必需的能源。
地力之生物有大數，人力之成物有大很，頭之有度，用之有節，則常足；勇之無度，用之不節，則常不足。
—〔宋)司馬光《資治通鑒》
基礎知識
能源
能源，是指能夠提供能量的資源。這里的能量通常指熱能、電能、光能、機械能、化學能等。可以為人類提供動能，機械能和能量的物質
能源按來源可分為三大類：
（1）來自太陽的能量。包括直接來自太陽的能量（如太陽光熱輻射能）和間接來自太陽的能量（如煤炭、石油、天然氣、油頁巖等可燃礦物及薪材等生物質能、水能和風能等）。
（2）來自地球本身的能量。一種是地球內部蘊藏的地熱能，如地下熱水、地下蒸汽、干熱巖體；另一種是地殼內鈾、釷等核燃料所蘊藏的原子核能。
（3）月球和太陽等天體對地球的引力產生的能量，如潮汐能。
人類對于太陽能的利用，已經有幾千年的歷史?？梢灾苯永锰枙覃}、晾衣服、燒水等；也可以利用太陽能發電。它具有布置簡便以及維護方便等特點，應用面較廣，全球裝機總容量已經開始追趕傳統風力發電，在德國甚至接近全國發電總 量的5%～8%。中國也在太陽能利用等領域已經取得了很大的進展。
模塊
模塊,又稱構件,是能夠單獨命名并獨立地完成一定功能的程序語句的集合。模塊有各種類型，如單元操作模塊（換熱器、精餾塔、壓縮機等）、計算方法模塊（加速收斂算法、最優化算法等）、物理化學性質模塊（汽液相平衡計算、熱焓計算等）等。使用模塊可以降低制作的難度。
光伏發電控制器
減速電機
追光器控制器
光伏發電控制器
光伏控制器是用于太陽能發電系統中，控制多路太陽能電池方陣對蓄電池充電以及蓄電池給太陽能逆變器負載供電的自動控制設備。光伏控制器采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數轉換器，是一個微機數據采集和監測控制系統。既可快速實時采集光伏系統當前的工作狀態，隨時獲得PV站的工作信息，又可詳細積累PV站的歷史數據，為評估PV系統設計的合理性及檢驗系統部件質量的可靠性提供了準確而充分的依據。此外，光伏控制器還具有串行通信數據傳輸功能，可將多個光伏系統子站進行集中管理和遠距離控制。
減速電機
減速電機是指減速機和電機（馬達）的集成體。這種集成體通常也可稱為齒輪馬達或齒輪電機。通常由專業的減速機生產廠，進行集成組裝好后，與電機一體成套供貨。
追光器控制器
追光器控制器系統會根據太陽當前位置自動發出跟蹤指令，控制電機轉動，實現光伏組件始終以最佳傾角實時跟蹤太陽，進而提升發電量。
太陽能極板發電受多種條件影響
1.光伏組件的質量：
由于電池片隱裂、黑心、氧化、虛焊，以及背板等材料缺陷和長期使用老化等因素，導致太陽能板在長期運行過程中功率受到影響，從而造成太陽能板發電量低下。值得關注的是，單晶的晶體結構決定了其在抗隱裂方面表現更為優異。
2、PID效應：
太陽能板在外界長期工作中，由于水汽透過背板滲透至太陽能板內部，造成EVA水解，醋酸離子使玻璃中析出金屬離子，致使太陽能板內部電路和邊框之間存在高偏置電壓而出現電性能衰減、發電量急劇下降。
3、伏支架的安裝方式：
由傾斜面上的太陽輻射總量及太陽輻射的直散分離原理可得：傾斜面上的太陽輻射總量Ht是由直接太陽輻射量Hbt天空散射量Hdt和地面反射輻射量Hrt組成，即：Ht=Hbt+Hdt+Hrt。相同的地理位置上，由于支架安裝傾角的不同，對太陽光的吸收累積量不同，輻射量的累積差異造成發電量差異。
4、天氣因素：
天氣原因也是影響太陽能板發電效能的因素之一。陰雨天氣以及云層較厚時，太陽光輻照強度減小，電池片吸收的太陽光較少，發電量降低，低輻照下單晶弱光響應優于多晶。在太陽太陽能板的轉換效率一定的情況下，光伏系統的發電量是由太陽的輻射強度決定的。光伏電站的發電量直接與太陽輻射量有關，太陽的輻射強度、光譜特性是隨著氣象條件而改變的。
5、影遮擋：
太陽能板在工作過程中由于陰影的部分遮擋以及灰塵的沉降程度不一、鳥糞的污染會造成“熱斑效應”，被遮擋部分太陽能板將不提供功率貢獻并在太陽能板內部成為耗能負載，同時造成太陽能板局部溫度升高，過熱區域可引起EVA加快老化變黃，使該區域透光率下降，從而使熱斑進一步惡化，導致太陽能電池太陽能板的失效加劇。
6、溫度系數：
晶硅電池的溫度系數一般為-0.4%～-0.45%/℃，并且單晶溫度系數小于多晶。外界環境溫度的變化及太陽能板在工作過程中產生的熱量致使太陽能板溫度升高，也會造成太陽能板的發電功率下降。
7、光伏板的清潔保養：
太陽能光伏板長期處于野外條件下，灰塵等雜物會降落覆蓋在玻璃上，長期大量的灰塵或沙塵沉降，削弱了太陽光的穿透，同時導致太陽能板表面溫度升高進而影響太陽能板發電的效能。在太陽能板表面灰塵較嚴重時，對比清洗前與清洗后的發電量差異為5.7%，如長期不進行清理在太陽能板表面形成區域污垢發電量影響差異可達10%以上。
上述僅從太陽能板本身以及光伏支架安裝角度，還有外部環境因素方面進行影響太陽能板發電因素的分析，除卻上述提及到的影響發電效率及發電量因素外，還存在由于電氣系統端及其它因素會造成的太陽能板在工作過程中的功率衰減、發電量降低等。后續晨科太陽能將在實驗研究以及實踐中，在工藝改進、技術提升、材料研發特別是在光伏支架領域做更多的相關性研究來解決和改善影響太陽能板發電的因素。
勞動提示
1，注意安企防護。整個實踐過程中快要求戴護目鏡，穿工作服，根據需要戴手套。
2，安全操作。在項目實施過程中多次應用電功工具，如曲線鋸、電鉆、角磨機。使用旋轉類的電動工具時禁止戴手套，因為一般勞保手套都是用纖維類材料偏織而成的，雖然纖維可以抵御部分切割傷害，但當纖維遇到旋轉的電動工具時，容易與旋轉郎件纏繞，對使用人員造成更大的傷害。
3，嚴格按照步驟進行操作，每一個步驟都應從安全角度去審視。特別是在切割、打磨過程中，注意廢料的飛濺方向。
4，夾持一定要緊固。
【想一想】
1.請你結合所學的地理知識，查詢一下你所在的地區一年中正午陽光與水平地面形成的最大夾角和最小央角，確定出太陽能板的仰俯調節角度。思考一下你的地理位置與自動跟蹤裝置的仰俯調節范圍和水平轉動的角度范國之間的關系。
2.如果用金屬件制作底座和鉸鏈是不是更好呢？它的優點和缺點分別是什么？
㈡、勞動過程
高效太陽能手機充電裝置，既能解決手機充電問題，又能鍛煉我們的制作能、思維能力和動手操作能力，還能為節約能源做貢獻。
仰俯機構組裝與調整
用鐵皮剪在1mm厚的鐵板上裁剪長180mm、寬10mm的鐵板，折成每邊長60mm的“門”字形支架。先在支架底部打兩個孔，再在兩側靠近支架末端處各鉆一個孔。切割連接板的兩端，能插人“門”字形支架末端的孔，在連接板中間位置鉆3.5mm直徑的孔，再用4mm的絲維攻絲，攻絲完成后和仰俯調整電機輸出軸的螺桿進行配合運轉。用木塊和L型支架制作減速電機安裝支架。在進行仰俯機構的調整時，先固定好“門”字形支架和連接板，保證連接板在“門”字形支架上能夠自由轉動，否則很容易被卡死。調整電機支架的位置，滿足最大傾角和最小傾角的要求，然后固定。
結構總裝
第1步
把電池板支架仰俯機構圓盤組裝在底板上。圓盤是回轉機構，套好轉盤驅動皮帶后再進行整體組裝。聯器軸固定在減速電動機軸上，充當主動皮帶輪。回轉電機支架是一個木材加工成的“門”字形支架，“門”字兩邊和電機軸平行鉆孔，用螺釘固定支架。
第2步
安裝電池板保護板，連接光伏發電控制器。在20W太陽能電池板的接線盒內焊接一只大于3A的整流二極管保護太陽能板，再焊接輸出電源線，鏈接到控制器的輸入端。注意正負極不能接反。
第3步
安裝傳感器，連接驅動板和電機電路。把傳感器轉入到盒子里，注意每組兩個傳感器感光面向外裝在同一軸兩端，兩軸垂直。電機連接驅動板注意檢測電機轉向，如果轉反了要交換正負極的位置。
第4步
固定電池板和傳感器的位置。
㈢、勞動成果
1、勞動成果展示
試著把你們制作的太陽能應急供電裝置拍照，展示一下，分享你們的勞動樂趣吧！
勞動評價
評價內容 評價等級 評價等級 評價等級 自評 互評
勞動規范 能正確、規范地使用多種工具，能按照步聚安全、規范地完成制作過程 能正確、規范地使用多種工具，基本按照步聚完成制作過程 能正確使用多種工具，能在提醒下安全完成制作過程
勞動成果 能買現花電動能，能提出并實施結構功能改進優化。 能買現花電動能，能提出建設性結構功能改進意見。 能買現花電動能，無改進意見。
勞動態度 主動、細心、認真，有克服困難的精神。 主動參與，有團結合作的精神。 能參與勞動實踐，積極性有待于提高。
勞動習慣 主動打掃衛生，及時整理桌面和收納工具，安全意識強。 主動打掃衛生，經過提醒及時整理桌面和收納工具，有安全意識。 主動打掃衛生，能完成整理桌面和工具歸位，需要提醒才關注安全意識。
四、教學小結
勞動反思
1.勞動過程中我遇到的因難：
我的解決方法：
項目勞動中我覺得可以優化的環節：
2、收獲和感悟
最讓自己滿意的活動：
通過交流和評價，做得不足之處：
五、布置作業
和同學們一起完成自我評價表和勞動反思。
通過新媒體了解更多利用太陽能的新技術。
教學反思

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