一、從生活現(xiàn)象到科學(xué)概念：認(rèn)識(shí)太陽能與光伏發(fā)電演講人01從生活現(xiàn)象到科學(xué)概念：認(rèn)識(shí)太陽能與光伏發(fā)電02從微觀世界到宏觀現(xiàn)象：揭秘光伏轉(zhuǎn)換的科學(xué)原理03從實(shí)驗(yàn)室到生活場(chǎng)域：光伏發(fā)電的多元應(yīng)用04從優(yōu)勢(shì)到挑戰(zhàn)：辯證看待太陽能的“雙面性”05從觀察到實(shí)踐：做一名“太陽能小探索家”目錄2025小學(xué)五年級(jí)科學(xué)下冊(cè)太陽能的光伏轉(zhuǎn)換與應(yīng)用課件各位同學(xué)、老師們，今天站在實(shí)驗(yàn)室的窗前，看著對(duì)面教學(xué)樓頂那排整齊的深藍(lán)色太陽能板在陽光下泛著微光，我想起去年帶你們觀察校園光伏路燈時(shí)，有個(gè)同學(xué)指著亮著的LED燈問：“老師，太陽光是怎么變成電的呀？”這個(gè)問題，正是我們今天要一起探索的主題——太陽能的光伏轉(zhuǎn)換與應(yīng)用。作為一名深耕小學(xué)科學(xué)教育十年的教師，我始終相信，讓科學(xué)知識(shí)“落地生根”的最好方式，是從生活現(xiàn)象出發(fā)，用你們能理解的語言，一步步揭開它的“神秘面紗”。01從生活現(xiàn)象到科學(xué)概念：認(rèn)識(shí)太陽能與光伏發(fā)電1我們身邊的“太陽能量”每天清晨，當(dāng)你們背著書包走進(jìn)校園，校門口的光伏路燈剛剛熄滅；課間操時(shí)，科學(xué)教室窗臺(tái)上的太陽能小風(fēng)扇正隨著微風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)；上周春游時(shí)，有同學(xué)發(fā)現(xiàn)景區(qū)的電子指示牌沒有外接電線——這些都是太陽能的“身影”。我曾帶往屆學(xué)生做過一個(gè)“太陽能應(yīng)用大搜索”活動(dòng)，大家在一周內(nèi)記錄了23種不同場(chǎng)景的太陽能設(shè)備：從爺爺?shù)奶柲苡?jì)算器、媽媽的太陽能庭院燈，到衛(wèi)星上的太陽能帆板。這說明，太陽能的應(yīng)用早已融入我們的生活。2什么是“光伏轉(zhuǎn)換”？“光伏”是“光生伏特效應(yīng)”的簡稱，這個(gè)聽起來有點(diǎn)復(fù)雜的詞，其實(shí)可以拆解成兩個(gè)部分：“光”指太陽光，“伏特”是電壓的單位（就像你們用的電池標(biāo)有1.5V）。簡單來說，光伏轉(zhuǎn)換就是“利用太陽光直接產(chǎn)生電能”的過程。它和我們熟悉的太陽能熱水器不同——熱水器是“光熱轉(zhuǎn)換”（把光能變成熱能），而光伏轉(zhuǎn)換是“光電轉(zhuǎn)換”（直接變成電能）。就像我們用不同的工具做不同的事：鍋用來煮飯，太陽能電池板用來發(fā)電。3光伏發(fā)電系統(tǒng)的“基本組件”要讓光伏轉(zhuǎn)換真正為我們所用，需要一套完整的系統(tǒng)。以校園里的光伏路燈為例，它的“核心成員”包括：（1）太陽能電池板：由許多小的太陽能電池片串聯(lián)組成，就像用小積木搭成大城堡；（2）控制器：負(fù)責(zé)“管理”電流，就像交通警察指揮車輛，防止電池過充或過放；（3）蓄電池：白天儲(chǔ)存電能，晚上釋放，相當(dāng)于“電能存錢罐”；（4）逆變器：把電池輸出的直流電（像手電筒電池）變成交流電（像家里插座的電），供路燈使用。去年冬天，我們?cè)痖_廢舊的太陽能玩具，觀察過這些組件的實(shí)物，當(dāng)時(shí)有同學(xué)問：“如果沒有太陽，這些設(shè)備還能用嗎？”這個(gè)問題很好，我們后面會(huì)詳細(xì)解答。02從微觀世界到宏觀現(xiàn)象：揭秘光伏轉(zhuǎn)換的科學(xué)原理1太陽能電池的“心臟”——半導(dǎo)體材料要理解光伏轉(zhuǎn)換，我們需要先認(rèn)識(shí)一種特殊的材料：半導(dǎo)體。你們可能聽說過“芯片”，它的主要材料就是半導(dǎo)體（硅）。太陽能電池的核心也是硅片，但它被“改造”過——科學(xué)家在硅中加入少量的磷（P）和硼（B），分別形成“N型半導(dǎo)體”（帶負(fù)電）和“P型半導(dǎo)體”。當(dāng)N型和P型半導(dǎo)體“手拉手”結(jié)合時(shí)，就形成了“PN結(jié)”，這是太陽能電池的“發(fā)電核心”。2光生伏特效應(yīng)的“四步魔法”STEP5STEP4STEP3STEP2STEP1當(dāng)太陽光照射到太陽能電池板上時(shí)，會(huì)發(fā)生一系列神奇的變化，我把它總結(jié)為“四步魔法”：（1）光子撞擊：太陽光是由無數(shù)“光粒子”（光子）組成的，它們像小炮彈一樣撞擊太陽能電池的硅片；（2）電子逸出：硅原子中的電子被光子“撞”得脫離原軌道，變成“自由電子”，就像小朋友被推了一下，從座位上站了起來；（3）電荷分離：PN結(jié)就像一個(gè)“電場(chǎng)大門”，自由電子被趕到N型區(qū)，空出的“電子空位”（空穴）被趕到P型區(qū)，形成正負(fù)電荷的分離；（4）電流產(chǎn)生：當(dāng)我們用導(dǎo)線連接N區(qū)和P區(qū)時(shí)，自由電子就會(huì)沿著導(dǎo)線“跑”向P區(qū)，2光生伏特效應(yīng)的“四步魔法”形成電流——這就是我們能用的電能！去年做“太陽能電池發(fā)電實(shí)驗(yàn)”時(shí)，你們用萬用表測(cè)到了0.5V左右的電壓，那就是這四步魔法的“成果”。有個(gè)同學(xué)當(dāng)時(shí)問：“如果用更強(qiáng)的光，電壓會(huì)更高嗎？”我們當(dāng)場(chǎng)用手電筒近距離照射，果然電壓升到了0.7V，這說明光照越強(qiáng)，產(chǎn)生的電能越多。3效率與損耗：光伏轉(zhuǎn)換的“小遺憾”雖然光伏轉(zhuǎn)換很神奇，但它并不是“完美無缺”的。目前最先進(jìn)的單晶硅太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率大約是25%（也就是說，100份光能中，只有25份能變成電能）。剩下的75%去哪了？一部分被電池板反射了（所以它看起來是藍(lán)色的，因?yàn)榉瓷淞怂{(lán)光），一部分變成熱能讓電池板發(fā)熱（夏天摸太陽能板會(huì)覺得燙手），還有一部分因?yàn)椴牧先毕荨奥钡袅??？茖W(xué)家們正在努力提升效率，未來可能會(huì)有更“聰明”的電池材料。03從實(shí)驗(yàn)室到生活場(chǎng)域：光伏發(fā)電的多元應(yīng)用1小型應(yīng)用：身邊的“微電網(wǎng)”在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容在我們的日常生活中，光伏發(fā)電最常見的是“小型離網(wǎng)系統(tǒng)”，也就是不連接國家電網(wǎng)的獨(dú)立系統(tǒng)。比如：在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（1）太陽能計(jì)算器：你們數(shù)學(xué)課時(shí)用的某些計(jì)算器，頂部有一塊小電池板，靠自然光就能工作，再也不用換電池；在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（2）太陽能玩具：去年科技節(jié)展示的太陽能小車，只要放在陽光下就能跑，原理和我們實(shí)驗(yàn)用的小電機(jī)一樣；我曾帶學(xué)生去社區(qū)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)90%的老人對(duì)“太陽能庭院燈”特別滿意——晚上自動(dòng)亮，不用交電費(fèi)，還不用擔(dān)心停電。（3）太陽能監(jiān)控：小區(qū)里的攝像頭、農(nóng)村的農(nóng)田監(jiān)控，很多用太陽能供電，避免了拉電線的麻煩。2中型應(yīng)用：公共設(shè)施的“綠色動(dòng)力”在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容在城市和鄉(xiāng)村的公共設(shè)施中，光伏發(fā)電正在扮演越來越重要的角色：在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（1）光伏路燈：我們校園的路燈就是典型，白天充電，晚上照明，一年能省1200度電（相當(dāng)于20個(gè)家庭一個(gè)月的用電量）；在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（2）光伏公交站：我家附近的公交站頂棚裝了太陽能板，不僅遮陽，還能給電子顯示屏和充電插座供電；去年暑假，我?guī)W(xué)生去郊區(qū)參觀光伏大棚，瓜農(nóng)伯伯說：“以前大棚只能種菜，現(xiàn)在還能‘種電’賣錢，收入翻了一倍！”（3）光伏農(nóng)業(yè)大棚：農(nóng)村的大棚頂部裝太陽能板，既能發(fā)電，又能為棚內(nèi)作物遮擋太強(qiáng)的陽光，實(shí)現(xiàn)“棚上發(fā)電、棚下種瓜”。3大型應(yīng)用：能源體系的“未來之星”在國家層面，光伏發(fā)電已經(jīng)成為“雙碳”目標(biāo)（碳達(dá)峰、碳中和）的重要支撐：（1）光伏電站：西北的荒漠地區(qū)有大面積的“光伏沙漠電站”，比如青海的龍羊峽電站，裝機(jī)容量相當(dāng)于3個(gè)火力發(fā)電廠，每年減少二氧化碳排放400萬噸；（2）屋頂光伏：現(xiàn)在很多城市推廣“光伏屋頂計(jì)劃”，居民在自家屋頂裝太陽能板，發(fā)的電可以自己用，多余的賣給電網(wǎng)，相當(dāng)于“家里開了個(gè)小電廠”；（3）空間應(yīng)用：衛(wèi)星、空間站的電力幾乎全靠太陽能帆板，比如中國的“天宮”空間站，帆板展開面積相當(dāng)于兩個(gè)籃球場(chǎng)，能提供100千瓦的電力，足夠30戶家庭使用。上個(gè)月看新聞，有個(gè)小學(xué)生家庭裝了屋頂光伏，孩子每天記錄發(fā)電量，還畫了折線圖，這種“把科學(xué)融入生活”的實(shí)踐特別有意義。04從優(yōu)勢(shì)到挑戰(zhàn)：辯證看待太陽能的“雙面性”1太陽能的“先天優(yōu)勢(shì)”01020304在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（1）清潔環(huán)保：光伏發(fā)電過程中沒有廢氣、廢水排放，不像火力發(fā)電會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和霧霾；去年做“能源對(duì)比實(shí)驗(yàn)”時(shí)，你們用蠟燭模擬火力發(fā)電（產(chǎn)生黑煙），用太陽能板模擬光伏發(fā)電（無任何排放），直觀感受到了兩者的差異。（3）分布廣泛：只要有陽光的地方就能發(fā)電，偏遠(yuǎn)地區(qū)不用再拉很長的電線。在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（2）資源豐富：太陽每秒鐘向地球輸送的能量，相當(dāng)于燃燒500萬噸煤釋放的熱量，按目前人類能耗計(jì)算，足夠用100萬年；在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容為什么我們要大力發(fā)展太陽能？因?yàn)樗胁豢商娲膬?yōu)點(diǎn)：2太陽能的“現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)”01020304在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（1）受天氣影響：陰雨天或夜晚，太陽能板發(fā)電量會(huì)大幅下降，需要搭配蓄電池或其他能源（比如風(fēng)電）互補(bǔ)；在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（2）儲(chǔ)能成本高：目前主流的鋰電池儲(chǔ)能，成本大約是0.5元/瓦時(shí)，相當(dāng)于存1度電要500元，這限制了大規(guī)模應(yīng)用；在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容當(dāng)然，太陽能也不是“萬能能源”，它面臨幾個(gè)關(guān)鍵問題：我曾帶學(xué)生采訪新能源企業(yè)工程師，他說：“現(xiàn)在我們就像在‘打地基’，雖然有困難，但未來的能源革命一定離不開太陽能?！保?）材料回收：太陽能電池板的壽命大約25年，退役后的硅片、玻璃需要專業(yè)回收，否則可能造成污染。05從觀察到實(shí)踐：做一名“太陽能小探索家”1家庭觀察：記錄身邊的太陽能設(shè)備課后請(qǐng)大家完成“家庭太陽能地圖”：用手機(jī)拍下家里或小區(qū)里的太陽能設(shè)備（至少3種），標(biāo)注名稱和用途（比如“太陽能熱水器：提供熱水”），下節(jié)課我們開個(gè)“展示會(huì)”。去年有個(gè)同學(xué)拍了爺爺?shù)奶柲苁找魴C(jī)，還錄了爺爺?shù)脑挘骸斑@機(jī)子用了十年，沒換過電池！”特別有意義。2課堂實(shí)驗(yàn)：自制太陽能發(fā)電裝置在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容今天我們要做一個(gè)“太陽能點(diǎn)亮小世界”實(shí)驗(yàn)：在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（1）材料準(zhǔn)備：太陽能電池板（0.5V）、LED燈（低電壓）、導(dǎo)線、萬用表；①用導(dǎo)線連接太陽能板正負(fù)極和LED燈；②將太陽能板對(duì)準(zhǔn)窗戶或臺(tái)燈（模擬陽光）；③觀察LED是否發(fā)光，用萬用表測(cè)量電壓；④改變光照角度（比如傾斜45度），記錄亮度變化。 注意安全：太陽能板電壓低，不會(huì)觸電，但不要用放大鏡聚焦陽光直射電池板（可能過熱）。（2）操作步驟：3思維拓展：設(shè)計(jì)“未來太陽能城市”最后，我們來做一個(gè)“小小工程師”游戲：假設(shè)你是城市設(shè)計(jì)師，要在社區(qū)里推廣太陽能，你會(huì)在哪些地方安裝？需要解決哪些問題？比如：“我想在學(xué)校操場(chǎng)裝太陽能遮陽棚，既能擋雨又能發(fā)電，多余的電給教室空調(diào)用；但要考慮陰天儲(chǔ)能，可能需要建小電池站?！边@個(gè)問題沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，只要合理就值得肯定。結(jié)語：讓太陽的能量點(diǎn)亮未來同學(xué)們，今天我們從校園的光伏路燈出發(fā)，走進(jìn)了太陽能的微觀世界，看到了它在生活、公共設(shè)施、國家能源中的廣泛應(yīng)用，也討論了它的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)。正如你們實(shí)驗(yàn)中看到的，一片小小的太陽能板，就能讓LED燈亮起；無數(shù)片這樣的板子，就能點(diǎn)亮一座城市、一個(gè)國家。3思維拓展：設(shè)計(jì)“未來太陽能城市”我始終記