SCHEMATY UKŁADÓW POMIAROWYCH
1. Schemat układu do pomiaru zależności siły elektromotorycznej ogniwa fotowoltaicznego od natężenia prądu czerpanego z niego.
(wstawić schemat ze strony 257)
AK - fotoogniwo
r - rezystancja wewnętrzna ogniwa
R - rezystancja opornika zewnętrznego
A - amperomierz
V - woltomierz
K - wyłącznik
PRZEBIEG ĆWICZENIA
A. Badanie zależności siły elektromotorycznej ogniwa fotowoltaicznego od obciążenia.
1. Zmontowanie układu pomiarowego wg. schematu 1.
2. Pomiar siły elektromotorycznej E ogniwa fotowoltaicznego przy otwartym wyłączniku K.
3. Pomiar napięcia na zaciskach ogniwa oraz natężenia prądu płynącego w obwodzie przy zamkniętym wyłączniku K.
OPRACOWANIE WYNIKÓW
A. Badanie zależności siły elektromotorycznej ogniwa fotowoltaicznego od obciążenia.
1. Niepewności uzyskanych wyników pomiarów.
DU = k×z / 100 = 1 × 1V / 100 = 0,01 [V]
DI = k×z / 100 = 1 × 0,3 ×10- 3 A / 100 = 3 ×10- 6 [A]
2. Zależność napięcia U od natężenia pobieranego prądu I - WYKRES 1.
I ×10- 6 [A] |
U [V] |
140 |
0.001 |
140 |
0.020 |
130 |
0.150 |
85 |
0.241 |
55 |
0.267 |
40 |
0.280 |
25 |
0.295 |
10 |
0.307 |
5 |
0.315 |
2 |
0.318 |
2 |
0.320 |
3. Współczynniki kierunkowe prostej aproksymującej zależność U = f(I).
Obliczone współczynniki kierunkowe prostej U = aI + b wynoszą:
a = - (1497 ± 94) [W]
b = (0,322 ± 0,021) [V]
4. Rezystancja wewnętrzna badanego fotoogniwa oraz jego siła elektromotoryczna.
Korzystając z prostej aproksymującej
U = aI + b uzyskujemy przy I = 0 siłę elektromotoryczną SEM = b, czyli:
SEM = b = (0,322 ± 0,021) [V].
Na podstawie II prawa Kirchhoffa:
Porównując prostą U = aI + b, dla której U = UR oraz b = E otrzymujemy
Wzór na rezystancję wewnętrzną ogniwa:
r = - a = (1497 ± 94) [W] - rezystancja wewnętrzna ogniwa.
5. Zależność mocy czerpanej z fotoogniwa P = U×I oraz mocy P'= (E - U)×I wydzielanej na rezystancji wewnętrznej źródła od natężenia pobieranego prądu I - WYKRES 2.
6. Niepewność mocy czerpanej z fotoogniwa P oraz mocy wydzielanej na rezystancji wewnętrznej źródła P'.
Niepewność mocy P:
Wyniki obliczeń:
I ×10- 6 [A] |
P ×10- 6 [W] |
DP ×10- 6 [W] |
140 |
0.14 |
0.00 |
140 |
2.80 |
0.04 |
130 |
19.50 |
0.30 |
85 |
20.49 |
0.48 |
55 |
14.69 |
0.53 |
40 |
11.20 |
0.56 |
25 |
7.38 |
0.59 |
10 |
3.07 |
0.61 |
5 |
1.58 |
0.63 |
2 |
0.64 |
0.64 |
2 |
0.64 |
0.64 |
Niepewność mocy P':
Wyniki obliczeń:
I ×10- 6 [A] |
P' ×10- 6 [W] |
DP' ×10- 6 [W] |
140 |
44.94 |
0.64 |
140 |
42.28 |
0.61 |
130 |
22.36 |
0.35 |
85 |
6.89 |
0.16 |
55 |
3.03 |
0.11 |
40 |
1.680 |
0.084 |
25 |
0.675 |
0.054 |
10 |
0.150 |
0.030 |
5 |
0.035 |
0.014 |
2 |
0.008 |
0.008 |
2 |
0.004 |
0.004 |
WYNIKI OBLICZEŃ
SEM = (0,313 ± 0,019) [V] - siła elektromotoryczna fotoogniwa.
r = (137,1 ± 8,6) ×10- 3 [W] - rezystancja wewnętrzna ogniwa.
WNIOSKI
1. Analizując wykres zależności napięcia od natężenia stwierdzamy, że napięcie maleje ze wzrostem natężenia pobieranego prądu. Dla zerowej wartości prądu napięcie jest równe sile elektromotorycznej ogniwa. Po przekroczeniu pewnej wartości natężenia napięcie gwałtownie maleje.
2. Wykres zależności mocy czerpanej z fotoogniwa od pobieranego prądu ma kształt odwróconej paraboli. Wartość maksymalna mocy przypada na natężenie, przy którym napięcie na wykresie U = f(I) gwałtownie zaczynało maleć. Zależność mocy P'wydzielanej na rezystancji wewnętrznej źródła od natężenia pobieranego prądu I ma charakter wykładniczy.
4