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

2. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania rezystancji opornika metodą poprawnie mierzonego napięcia.

(wstawić schemat a ze strony 259)

U - źródło napięcia

R - badany opornik

A - amperomierz

V - woltomierz

3. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania rezystancji opornika metodą poprawnie mierzonego prądu.

(wstawić schemat b ze strony 259)

U - źródło napięcia

R - badany opornik

A - amperomierz

V - woltomierz

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.

B. Wyznaczanie rezystancji opornika metodami: poprawnie mierzonego napięcia i poprawnie mierzonego prądu.

1. Zmontowanie układu pomiarowego wg. schematu 2.

2. Pomiar napięcia na badanym oporniku oraz natężenia prądu płynącego w obwodzie.

3. Powtórzenie pomiarów przy użyciu oporników i przyrządów pomiarowych wskazanych przez prowadzącego.

4. Zmontowanie układu pomiarowego wg. schematu 3.

5. Pomiar natężenia prądu płynącego przez badany opornik oraz napięcia na oporniku i amperomierzu.

6. Powtórzenie pomiarów przy użyciu oporników i przyrządów pomiarowych wskazanych przez prowadzącego.

OPRACOWANIE WYNIKÓW

A. Badanie zależności siły elektromotorycznej ogniwa fotowoltaicznego od obciążenia.

1. Niepewności uzyskanych wyników pomiarów.

DU = k×z / 100 = 1 × 10V / 100 = 0,1 [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^- 3 [A]	U [V]
0.150	0.195
0.115	0.265
0.090	0.288
0.070	0.298
0.055	0.304
0.050	0.306
0.040	0.309
0.035	0.311
0.030	0.312
0.025	0.313
0.015	0.319
0.010	0.320
0.009	0.320
0.006	0.320

3. Współczynniki kierunkowe prostej aproksymującej zależność U = f(I).

Obliczone współczynniki kierunkowe prostej U = aI + b wynoszą:

a = - (351 ± 22) [W]

b = (0,323 ± 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 = (0,323 ± 0,021) [V].

Na podstawie II prawa Kirchhoffa:

Porównując prostą U = aI + b, dla której U = U_R oraz b = E otrzymujemy

Wzór na rezystancję wewnętrzną ogniwa:

r = - a = (351 ± 22) [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]
150	29.25	0.39
115	30.48	0.53
90	25.92	0.58
70	20.86	0.60
55	16.72	0.61
50	15.30	0.61
40	12.36	0.62
35	10.89	0.62
30	9.36	0.62
25	7.83	0.63
15	4.79	0.64
10	3.20	0.64
9	2.88	0.64
6	1.92	0.64

Niepewność mocy P':

Wyniki obliczeń:

I ×10^- 6 [A]	P' ×10^- 6 [W]	DP' ×10^- 6 [W]
150	21.000	0.282
115	8.050	0.141
90	4.230	0.095
70	2.590	0.075
55	1.705	0.063
50	1.450	0.059
40	1.040	0.052
35	0.840	0.048
30	0.690	0.046
25	0.550	0.044
15	0.240	0.032
10	0.150	0.030
9	0.135	0.030
6	0.090	0.030

B. Wyznaczenie rezystancji opornika metodami poprawnie mierzonego napięcia i poprawnie mierzonego prądu.

1. Niepewności wyników pomiarów wynikające z klas dokładności użytych mierników.

a) metoda poprawnie mierzonego napięcia:

DU_V = k×z / 100 = 1 × 10V / 100 = 0,1 [V]

DI_A = k×z / 100 = 1 × 1 ×10^{- 3} A / 100 = 10^{- 5} [A]

b) metoda poprawnie mierzonego prądu:

DU_V = k×z / 100 = 1 × 10V / 100 = 0,1 [V]

DI_A = k×z / 100 = 1 × 3 A / 100 = 0,03 [A]

2. Rezystancja wewnętrzna woltomierza.

Niepewność rezystancji woltomierza R_V.

U_V = 1,05 [V]

Wyniki obliczeń:

R ×10^3 [W]	IA ×10^- 3 [A]	RV ×10^3 [W]	DRV ×10^3 [W]
2	0.55	42	3
3	0.38	35	2
4	0.25	84	5
5	0.21	87	4
6	0.20	42	3
7	0.18	35	2
8	0.15	56	4
9	0.14	45	3
10	0.11	89	3
15	0.10	35	2
20	0.06	96	9

2. Średnia i odchylenie standardowe rezystancji wewnętrznej woltomierza.

Rezystancja wewnętrzna użytego woltomierza wynosi:

R_V = (59 ± 25) ×10³ [W].

3. Rezystancja wewnętrzna amperomierzy.

Niepewność rezystancji:

I_A = 1,1 [A]

Wyniki obliczeń:

R [W]	UV [V]	RA [W]	DRA [W]
0.1	1.000	0.809	0.051
0.2	0.550	0.300	0.019
0.3	0.360	0.027	0.002
0.4	0.260	0.164	0.010
0.5	0.200	0.318	0.020
0.6	0.180	0.440	0.027
0.7	0.170	0.550	0.034
0.8	0.150	0.660	0.042
0.9	0.120	0.790	0.050
1.0	0.100	0.910	0.057
1.5	0.075	0.430	0.090
2.0	0.060	0.950	0.123

4. Średnia i odchylenie standardowe rezystancji wewnętrznej amperomierza.

Rezystancja wewnętrzna użytego amperomierza wynosi:

R_A = (0,529 ± 0,299) [W].

WYNIKI OBLICZEŃ

SEM = (0,323 ± 0,021) [V] - siła elektromotoryczna fotoogniwa.

r = (351 ± 22 [W] - rezystancja wewnętrzna ogniwa.

R_V = (59 ± 25) ×10³ [W] - rezystancja wewnętrzna woltomierza.

R_A = (0,529 ± 0,299) [W] - rezystancja wewnętrzna amperomierza.

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.

3. Rezystancja użytego woltomierza jest o kilka rzędów większa od rezystancji amperomierzy.

8

---