Charakterystyka fotoogniwa
Przygotowały:
Szmigielska Aleksandra,
Sobolewska Aneta,
Kuźma Ewa.
Wprowadzenie :
Fotoogniwo – to element półprzewodnikowy, w którym następuje przemiana (konwersja) energii promieniowania słonecznego (światła) w energię elektryczną w wyniku zjawiska fotowoltaicznego, czyli poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym pod wpływem fotonów o energii większej, niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury do obszaru p. Takie przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.
Budowa fotoogniwa:
Elektroda, płytka miedziana,
Cienka warstwa tlenku miedziawego Cu2O,
Cienka, przeźroczysta warstwa jakiegoś metalu.
Cele ćwiczenia:
- Wyznaczenie zależności napięcia wyjściowego fotoogniwa od natężenia oświetlenia dla każdego z filtrów,
- Wyznaczenia zależności napięcia wyjściowego fotoogniwa od prądu obciążenia U = f(I) oraz zależności mocy oddawanej przez fotoogniwo od oporności obciążenia P = f(R).
Przyrządy niezbędne do wykonania ćwiczenia:
- fotoogniwo,
- filtry : niebieski, zielony, czerwony,
- obciążnik,
- woltomierz.
Metoda pomiarów:
Schemat układu pomiarowego:
Rw - oporność wewnętrzna fotoogniwa,
mV - miliwoltomierz o dużej oporności wewnętrznej,
Robc - opornica dekadowa,
U - napięcie wyjściowe fotoogniwa,
mA - mikroamperomierz.
Wykonujemy pomiary zależności napięcia U ogniwa od odległości r źródła światła. Zmieniamy odległości. Pomiary wykonujemy dla trzech filtrów.
Wyniki przedstawiłyśmy w tabeli:
Lp. | Ucz[mV] |
Uz[mV] |
Un[mV] |
R [m] |
$$\frac{1}{r^{2}}\left\lbrack \frac{1}{m^{2}} \right\rbrack$$ |
---|---|---|---|---|---|
1 | 192,2 | 162,8 | 88,0 | 0,2 | 25,0 |
2 | 149,0 | 125,0 | 58,0 | 0,25 | 16,0 |
3 | 89,0 | 89,0 | 42,8 | 0,3 | 11,1 |
4 | 88,9 | 66,3 | 28,2 | 0,35 | 8,2 |
5 | 74,8 | 58,8 | 32,4 | 0,4 | 6,3 |
6 | 69,8 | 47,2 | 35,6 | 0,45 | 4,9 |
7 | 63,5 | 42,3 | 33,3 | 0,5 | 4,0 |
8 | 59,1 | 40,7 | 34,0 | 0,55 | 3,3 |
9 | 56,1 | 35,5 | 31,6 | 0,6 | 2,8 |
10 | 55,6 | 32,9 | 29,9 | 0,65 | 2,4 |
Na podstawie wyników wykonałyśmy wykresy $U = f\left( \frac{1}{r^{2}} \right)$ dla każdego z filtrów:
Wykres dla płytki czerwonej:
Wykres dla płytki zielonej:
Wykres dla płytki niebieskiej:
Przy podłączonym obciążeniu, przy stałym ociepleniu filtra czerwonego. r = 0, 2m. Oporność obciążenia to od 0 do 100 kΩ. Wyniki przedstawiamy w tabeli:
Lp. | Robc[kΩ] |
I[A] |
U[V] |
P[W] |
---|---|---|---|---|
1 | 0 | 0,2 | 0,1 | 0,2 |
2 | 1 | 0,2 | 2,4 | 0,78 |
3 | 2 | 0,2 | 4,3 | 0,89 |
4 | 3 | 0,2 | 6 | 1,2 |
5 | 4 | 0,1 | 7,8 | 0,78 |
6 | 5 | 0,1 | 9 | 0,9 |
7 | 6 | 0,1 | 10,2 | 1,02 |
8 | 7 | 0,1 | 11,5 | 1,15 |
9 | 8 | 0,1 | 12,4 | 1,24 |
10 | 9 | 0,1 | 13,3 | 1,33 |
11 | 10 | 0,1 | 14,2 | 1,42 |
Na podstawie wykonanej przez nas tabeli, przedstawiamy wykres U = f(I) :
Wykres zależności mocy oddawanej przez fotoogniwo od oporności obciążenia P =f (Robc).
Wnioski:
Podczas wykonywania ćwiczenia zaobserwowano, że wraz ze zmniejszaniem się odległości r tzn. źródła światła i elementu fotoelektrycznego (fotoogniwa) wzrasta napięcie prądu samoindukcyjnego w fotoogniwie.Przyczyną powstałych błędów może być samo fotoogniwo gdyż elementy fotoelektryczne wykazują dużą niestabilność.