PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W CHEŁMIE Instytut Nauk Technicznych i Lotnictwa |
LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Prowadzący: dr inż. Czesław Kozak |
---|---|
Miejsce wykonania ćwiczenia: POLITECHNIKA LUBELSKAWydział Elektrotechniki i Informatyki Katedra Urządzeń Elektrycznych i TWN |
|
Kierunek: ElektrotechnikaII rok IV semestr |
Temat ćwiczenia: Badanie elementów słonecznych- fotoogniwo krzemowe |
Imię i nazwisko: Piotr Dyjak Katarzyna KowalczykJarosław Niemiec |
|
Grupa A Zespół I |
Rok akademicki2012/2013 |
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, zasady działania i właściwości oraz niektórych metod badania elementów słonecznych, których podstawą konstrukcyjną jest półprzewodnikowe złącze p – n.
Przedmiotem badań ćwiczenia laboratoryjnego jest krzemowa bateria słoneczna (fotoogniwo) stosowana jako źródło zasilania urządzeń elektronicznych, których przykładem może być kalkulator, zegarek itp. Bateria ma kształt prostokąta o wymiarach 1x2,5 cm, a więc jej ppwierzchnia światłoczuła wynosi 2,5 cm².
Układ pomiarowy
Rys.1. Schemat układu pomiarowego dla pomiaru prądu zwarcia i napięcia jałowego fotoogniwa
Rys. 2. Schemat układu pomiarowego dla pomiaru charakterystyk prądowo napięciowych fotoogniwa
Pomiar prądu zwarcia i napięcia jałowego fotooogniwa
Tabela 1. Wyniki pomiarów
Lp. | Uz | EΦ | ISC | UOC |
---|---|---|---|---|
[V] | [lx] | [mA] | [V] | |
1. | 0,0 | 0,0 | 0,00 | 0,00 |
2. | 2,0 | 7,3 | 0,0015 | 0,51 |
3. | 3,0 | 69,0 | 0,017 | 0,97 |
4. | 4,0 | 280,0 | 0,080 | 1,74 |
5. | 4,5 | 436,0 | 0,123 | 1,86 |
6. | 5,0 | 720,0 | 0,196 | 1,96 |
7. | 5,5 | 1115,0 | 0,310 | 2,00 |
8. | 6,0 | 1520,0 | 0,440 | 2,07 |
9. | 7,0 | 2700,0 | 0,800 | 2,13 |
10. | 8,0 | 4670,0 | 1,350 | 2,20 |
11. | 9,0 | 7300,0 | 2,100 | 2,22 |
12. | 10,0 | 10180,0 | 3,050 | 2,22 |
13. | 11,0 | 14250,0 | 4,250 | 2,29 |
14. | 12,0 | 19000,0 | 6,700 | 2,30 |
Pomiar charakterystyk prądowo – napięciowych fotoogniwa
Tabela 2. Wyniki pomiarów
Lp. | Uz1 = 8 V EΦ1 = 4670 |
Uz1 = 9 V EΦ2 = 7300 |
Uz1 = 11 V EΦ3 = 14250 |
Uz1 = 12 V EΦ4 = 19000 |
---|---|---|---|---|
Rd | I1 | U1 | Rd | |
[Ω] | [mA] | [V] | [Ω] | |
1. | 0 | 1,4 | 0 | 0 |
2. | 10 | 1,36 | 0,015 | 10 |
3. | 20 | 1,35 | 0,030 | 20 |
4. | 30 | 1,33 | 0,040 | 30 |
5. | 40 | 1,41 | 0,060 | 40 |
6. | 50 | 1,40 | 0,070 | 50 |
7. | 60 | 1,39 | 0,085 | 60 |
8. | 80 | 1,35 | 0,110 | 80 |
9. | 100 | 1,37 | 0,140 | 100 |
10. | 120 | 1,35 | 0,160 | 120 |
11. | 150 | 1,35 | 0,200 | 150 |
12. | 200 | 1,34 | 0,270 | 200 |
13. | 300 | 1,30 | 0,390 | 300 |
14. | 400 | 1,30 | 0,520 | 400 |
15. | 500 | 1,30 | 0,640 | 500 |
16. | 700 | 1,23 | 0,860 | 700 |
17. | 1000 | 1,16 | 1,150 | 1000 |
18. | 1500 | 1,00 | 1,500 | 1500 |
19. | 2000 | 0,85 | 1,700 | 2000 |
20. | 4000 | 0,50 | 2,000 | 4000 |
21. | 6000 | 0,34 | 2,000 | 6000 |
22. | 8000 | 0.26 | 2,100 | 8000 |
23. | 10000 | 0,20 | 2,100 | 10000 |
Oznaczenia:
Rd – rezystancja obciążenia w obwodzie pomiarowym
I1 – prąd płynący przez rezystancje obciążenia
U1 – spadek napięcia na rezystancji obciążenia
Tabela wyników (obliczenia)
Tabela 3. Wyniki obliczeń
Lp. | EΦ1 = 4670 | EΦ2 = 7300 | EΦ3 = 14250 | EΦ4 = 19000 |
---|---|---|---|---|
Rd P1 | Rd P2 | Rd P3 | Rd P1 | |
[Ω] [mW] | [Ω] [mW] | [Ω] [mW] | [Ω] [mW] | |
1. | 0 | 0 | 0 | 0 |
2. | 10 | 0,02 | 10 | 0,04 |
3. | 20 | 0,04 | 20 | 0,08 |
4. | 30 | 0,05 | 30 | 0,14 |
5. | 40 | 0,08 | 40 | 0,18 |
6. | 50 | 0,1 | 50 | 0,21 |
7. | 60 | 0,12 | 60 | 0,27 |
8. | 80 | 0,15 | 80 | 0,34 |
9. | 100 | 0,19 | 100 | 0,4 |
10. | 120 | 0,22 | 120 | 0,5 |
11. | 150 | 0,27 | 150 | 0,6 |
12. | 200 | 0,36 | 200 | 0,8 |
13. | 300 | 0,51 | 300 | 1,2 |
14. | 400 | 0,68 | 400 | 1,52 |
15. | 500 | 0,83 | 500 | 1,71 |
16. | 700 | 1,06 | 700 | 2,1 |
17. | 1000 | 1,33 | 1000 | 2,5 |
18. | 1500 | 1,5 | 1500 | 2,16 |
19. | 2000 | 1,45 | 2000 | 1,95 |
20. | 4000 | 1 | 4000 | 1 |
21. | 6000 | 0,68 | 6000 | 0,74 |
22. | 8000 | 0,55 | 8000 | 0,57 |
23. | 10000 | 0,42 | 10000 | 0,42 |
Przykładowe obliczenia:
Wiersz 15 w tabeli
P = UI
P1=1,30·0,640=0,83 mW
P3max=3,1·1,6=4,96 mW
Wykresy
Charakterystyki prądu zwarcia i napięcia jałowego fotooogniwa
Rys. 3. Charakterystyka ISC = f(EΦ)
Rys. 4. Charakterystyka UOC = f(EΦ)
Rys. 5. Charakterystyki prądowo – napięciowe fotoogniwa I = f(U)
z wyznaczonym punktem mocy maksymalnej Pmax i wartością optymalną rezystancji obciążenia Ropt
Rys. 6. Zależność mocy od rezystancji obciążenia: P = f(Rd) dla każdej wartości natężenia światła
na podstawie charakterystyki prądowo – napięciowej fotoogniwa (Rys. 5.)
Wnioski
Uzyskane wyniki zbliżone są do modelu teoretycznego. Z charakterystyk wynika, że maksymalna moc wydzieli się w momencie kiedy fotoogniwo zmienia się ze źródła prądowego w źródło napięciowe. Warunkowane jest to tym, że fotoogniwo ma bardzo mała rezystancję wewnętrzną, wobec generuje duży prąd fotoelektryczny. Wraz ze wzrostem rezystancji obciążenia wzrasta napięcie fotoelektryczne i maleje prąd. W stanie dopasowania moc jest największa.