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(共19张PPT)
6.4.2 跨学科实践：半导体与光伏发电（第二课时）
第4节
第5章 欧姆定律
（教科版）九年级
上
大单元教学
大单元知识框架
学习目标
1.物理观念：理解太阳能电池输出功率与光照强度、入射角度、连接方式的关系，深化电功、电功率的实际应用。
2.科学思维：能分析实验数据归纳规律，具备跨学科问题的分析、综合与系统思维。
3.科学探究：能设计并完成 “太阳能电池输出功率影响因素” 的实验，提升实验设计、变量控制与数据处理能力。
4.科学态度与责任：通过校园光伏发电项目设计，增强对清洁能源的认知，树立节能、环保与可持续发展意识。
激趣导入
观看视频：如何将太阳光变成电
任务一：实践活动：设计校园光伏发电项目方案
光伏发电是利用半导体太阳能电池板将光能直接转变为电能的一种技术。
输出功率影响因素
辐照强度、温度、阴影遮挡与电池板清洁度，共同作用于光伏系统，既促进其能量转化效率，也带来不容忽视的负面效应。
校园地理环境
用电需求匹配
细致评估年均光照资源、地理纬度、屋顶承重能力及朝向，这些要素精准规划，为校园光伏系统的设计与布局奠定坚实基础。
深入分析学校日常用电负荷特征，精准预测并设计光伏系统装机容量，确保电力供应与需求之间实现精准匹配与高效平衡。
为了更好地完成校园光伏发电项目的设计，我们需要探究三个问题：
新知探究
实验探究
如图所示，我们可以在不同条件下，测量太阳能电池的电压和电流，计算太阳能电池的输出功率，进一步确定影响太阳能电池的输出功率的因素。
实验探究：太阳能电池的输出功率
实验电路
材料
◆太阳能电池板2片
◆卤素光源1个
◆滑动变阻器1只
◆电压表1只
◆电流表1只
◆挡光板1片
◆导线若干
（1）改变光照强度，测量太阳能电池的电压和电流；
（2）改变光源入射角度，测量太阳能电池的电压和电流；
（3）改变2片太阳能电池板的连接方式，测量太阳能电池的电压和电流。
实验探究
实践步骤与方案设计
基于详尽的气象数据，精确计算屋顶区域的可利用光照资源，同时，全面统计并分析学校的历史用电数据。
测算发电量与用电量
细致规划光伏组件的方位角与倾斜角，确保最大限度接收阳光照射，提高能量收集效率，优化整体布局设计。
通过清晰的数据对比与案例分享，直观展现光伏项目带来的环保效益与能源结构优化效果，提升公众对清洁能源的认识。
确定安装方式
深入分析实际发电量与理论值间的差异，提出针对性的改进措施，如定期清洗、优化布局、选用高效材料等。
撰写项目方案
01
02
04
03
交流展示
新知探究
结合精细化的气象数据，运用专业模型精确计算屋顶区域的可利用光照资源，为光伏系统设计与优化提供科学依据。
理论发电量
通过全面统计学校历史用电数据，深入剖析峰谷时段特征与负载变化规律，为光伏系统容量规划与匹配提供数据支撑。
实际用电量
1.测算发电量与用电量
新知探究
请各小组通过实地调查、网络查询和图书查阅，估算学校日常用电量，研究测算学校屋顶太阳能板的理论日发电量。
记录位置
查阅电子地图，记录学校所在位置及当日太阳高度角。
测算方位角
模拟并测算出太阳能电池板最佳方位角及当日太阳能电池板倾角度数。
2.确定太阳能电池板安装方式
新知探究
3.撰写学校屋顶光伏发电项目方案
改进措施
分析影响学校发电量的有利条件和不利条件，思考如何提高太阳能电池板的发电量，撰写项目方案。
差异分析
搜集本地区自然环境特征资料，分析实际发电量少于理论发电量的原因。
新知探究
能源结构角度：
环境保护角度:
4.交流展示
举办报告会，尝试从能源结构、环境保护角度讨论能源利用对环境的影响，并与其他同学分享和交流自己设计的校园光伏发电项目方案。
新知探究
课堂小结
实践活动：设计校园光伏发电项目方案
探究问题
输出功率：辐照强度、温度、遮挡、电池板清洁度
校园环境：光照资源、纬度、屋顶承重/朝向
跨科关联
实践步骤
用电匹配：用电负荷分析+装机容量设计
测算电量：理论发电量、实际用电量
安装方式：位置/太阳高度角；方位角、倾斜角
撰写方案：差异分析；改进措施
交流展示：报告会+分享
物理：电功/电功率、半导体光电特性
地理：纬度与太阳高度角
工程：方案设计、安装规划
练习与应用
1.下列因素中，会导致光伏电池板实际输出功率降低的是（ ）
光伏板清洁无灰尘
晴天且辐照强度大
屋顶有树木遮挡光伏板
D. 光伏板朝向正南
C
练习与应用
2.北半球校园安装光伏电池板时，最佳方位角和倾斜角的合理选择是（ ）
方位角正东，倾斜角等于本地纬度
方位角正南，倾斜角等于本地纬度
C. 方位角正西，倾斜角大于本地纬度
D. 方位角正北，倾斜角小于本地纬度
B
练习与应用
3.测算校园光伏电池板理论日发电量时，不需要用到的物理量是（ ）
单块光伏板的功率
每日有效光照时间
光伏板的安装块数
D. 校园的年均降雨量
D
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