PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W CHEŁMIE Instytut Nauk Technicznych i Lotnictwa	LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Prowadzący: dr inż. Czesław Kozak
Miejsce wykonania ćwiczenia: POLITECHNIKA LUBELSKA Wydział Elektrotechniki i Informatyki Katedra Urządzeń Elektrycznych i TWN
Kierunek: Elektrotechnika II rok IV semestr	Temat ćwiczenia: Badanie elementów słonecznych - fotoogniwo krzemowe
Imię i nazwisko: Piotr Dyjak Katarzyna Kowalczyk Jarosław Niemiec
Grupa A Zespół I	Rok akademicki 2012/2013

1. 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.

1. 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

1. 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

1. 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:

R_d – rezystancja obciążenia w obwodzie pomiarowym

I₁ – prąd płynący przez rezystancje obciążenia

U₁ – spadek napięcia na rezystancji obciążenia

1. 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

P_3max=3,1·1,6=4,96 mW

1. Wykresy

Charakterystyki prądu zwarcia i napięcia jałowego fotooogniwa

Rys. 3. Charakterystyka I_SC = f(E_Φ)

Rys. 4. Charakterystyka U_OC = f(E_Φ)

Rys. 5. Charakterystyki prądowo – napięciowe fotoogniwa I = f(U)

z wyznaczonym punktem mocy maksymalnej P_max i wartością optymalną rezystancji obciążenia R_opt

Rys. 6. Zależność mocy od rezystancji obciążenia: P = f(R_d) dla każdej wartości natężenia światła

na podstawie charakterystyki prądowo – napięciowej fotoogniwa (Rys. 5.)

1. 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.