Сучасна освіта стикається з новими викликами, особливо коли йдеться про практичну підготовку майбутніх інженерів в умовах дистанційного навчання. Як забезпечити студентів необхідним досвідом, якщо доступ до університетських лабораторій обмежений? Викладачі кафедри «Електричні станції» Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» знайшли інноваційне рішення – портативний STEM-конструктор «Фотоелектрична система».
Уявіть: ціла лабораторія для дослідження сонячної енергії, що вміщується у компактному контейнері, який можна надіслати поштою прямо додому студенту! Саме таку можливість надає цей унікальний набір. Він розроблений, щоб зробити вивчення фотовольтаїки – перетворення сонячного світла на електроенергію – доступним, інтерактивним та максимально наближеним до реальних умов.
Що ж ховається всередині цієї «чарівної скриньки»?
Серцем системи є, звичайно, фотоелектрична сонячна панель – компактна, але цілком функціональна, здатна генерувати до 5 Вт потужності. Для проведення вимірювань та експериментів до набору входять:
- Макетна з’єднувальна дошка з вбудованим цифровим вольтметром, амперметром та тримачем для акумулятора.
- Цифровий мультиметр для точних вимірювань напруги, струму та опору.
- Унікальний міні-осцилограф на базі плати Raspberry Pi Pico. Ця розробка доцента кафедри І.М. Богатирьова дозволяє спостерігати за формою сигналів прямо на екрані смартфона через спеціальний додаток.
- Набір електронних навантажень: світлодіодна USB-лампа, вентилятор з DC-двигуном, модуль активного опору.
- Акумулятор Li-Ion із зарядним пристроєм, щоб досліджувати накопичення та використання енергії.
- Різноманітні модулі для керування енергією: ШІМ-регулятор, понижуючий та підвищуючий DC-DC перетворювачі, модуль безперебійного живлення (UPS).
- Звісно, всі необхідні з’єднувальні дроти.
Розкриваємо потенціал Сонця: які експерименти можливі?
А тепер найцікавіше – експерименти! Цей конструктор дозволяє студентам не просто читати теорію, а власноруч досліджувати:
- Як кут нахилу сонячної панелі впливає на її ефективність?
- Що відбувається, коли частина панелі затінена?
- Як змінюється генерація енергії залежно від освітлення – в приміщенні, в похмурий день чи під яскравим сонцем?
- Як правильно заряджати та розряджати акумулятор від сонячної енергії?
- Як зібрати та протестувати власну міні-систему безперебійного живлення?
- Як працюють різні перетворювачі напруги та ШІМ-регулятор?
Студенти можуть збирати електричні схеми, проводити вимірювання, будувати вольт-амперні характеристики панелі, аналізувати отримані дані та робити висновки. Це не просто «іграшка», а справжній інструмент для дослідження, що дає розуміння фізичних процесів та розвиває інженерне мислення.
Чому це важливо?
В часи, коли доступ до традиційних лабораторій може бути обмежений, такий STEM-конструктор стає справжньою знахідкою. Він забезпечує:
- Практичні навички: студенти працюють з реальним обладнанням, а не лише з віртуальними моделями.
- Гнучкість: навчатися можна будь-де та будь-коли.
- Залученість: можливість самостійно експериментувати значно підвищує мотивацію.
- Актуальність: знання у сфері відновлюваної енергетики сьогодні надзвичайно затребувані.
Майбутнє – за портативними лабораторіями
STEM-конструктор «Фотоелектрична система» – це яскравий приклад того, як інноваційний підхід до навчання може подолати будь-які перешкоди. Він не лише допомагає студентам НТУ «ХПІ» отримувати якісну освіту, але й відкриває нові горизонти для науково-дослідницької роботи. Розробники планують і надалі вдосконалювати набір, додаючи нові модулі та датчики.
Цей проєкт демонструє, що українська інженерна думка здатна створювати ефективні та сучасні освітні інструменти, роблячи науку цікавою та доступною для кожного, хто прагне знань.
