Rok akademicki 1998/99 |
Laboratorium z fizyki |
|||
Nr ćwiczenia:
47 |
Temat: Charakterystyka fotoogniwa |
|||
Wydział: Mechaniczny
Kierunek: IZK.
Grupa: K06 |
Imię i nazwisko: Tomasz Zduński |
|||
Data wykonania |
Ocena |
Data zaliczenia |
Podpis |
|
|
T |
|
|
|
|
S |
|
|
|
1. Zasada pomiaru.
Fotoogniwo ( ogniwo fotoelektryczne ) zalicza się do przetworników fotoelektrycznych. W fotoogniwie, w którym wykorzystuje się zjawisko fotowoltaiczne zachodzące w półprzewodnikowym złączu p-n, następuje bezpośrednia zamiana energii promieniowania elektromagnetycznego z zakresu widzialnego lub bliskiej podczerwieni na energię elektryczną. Ogniwa fotoelektryczne krzemowe, używane w bateriach słonecznych, mają sprawność przetwarzania energii ok. 10%, a ich SEM wynosi 0.5V .
Zjawisko fotowoltaiczne - powstawanie siły elektromotorycznej w oświetlonych złączach półprzewodnikowych p-n oraz złączach metal-półprzewodnik. SEM w złączu p-n powstaje w wyniku rozsunięcia przez silne pole elektryczne istniejących w złączu p-n par elektron-dziura, które są generowane światłem w obszarze złącza. Nośniki mniejszościowe ( dziury w części złącza typu n i elektrony w części typu p ) przemieszczają się do obszaru sąsiedniego w złączu na skutek przyciągania przez istniejący w nim ładunek przestrzenny. W wyniku tego procesu ustala się nowy stan równowagi termodynamicznej w złączu, a na jego końcach jest generowane tzw. napięcie fotowoltaiczne.
Zasada pomiaru:
A. Pomiar 1.
Zestawiono układ pomiarowy zgodnie ze schematem, wyłącznik W był rozwarty.
Pomiar polegał na zmienianiu odległości r między lampą i fotoogniwem i odczytywaniu każdorazowo wartości napięcia na fotoelemencie przy filtrach czerwonym, zielonym i niebieskim.
B. Pomiar 2.
Zestawiono układ pomiarowy zgodnie ze schematem, wyłącznik W był zwarty.
Pomiar polegał na stopniowym zmniejszaniu oporu na oporniku dekadowym od 100 kΩ do 10 kΩ co 10 kΩ, i od 10 kΩ do 0 Ω co 1 kΩ i odczytaniu dla każdej wartości oporu natężenia prądu i napięcia.
2. Schemat układu pomiarowego.
Rw - oporność wewnętrzna fotogniwa
mV - miliwoltomierz o dużej oporności wewnętrznej
Robc - opornica dekadowa
W - wyłącznik obciążenia
U - napięcie wyjściowe fotogniwa
3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów.
W ćwiczeniu użyto następujące przyrządy:
a) amperomierz (kA = 0,5%; zA = 200 A):
b) woltomierz (kV = 0,3%; zV = 2 V):
c) linijka pomiaru odległości r = 0,005 m = 0,5 cm
d) opornica dekadowa R = 1k
4. Tabele pomiarowe.
TABELA 1 Napięcie wyjściowe fotoogniwa w funkcji oświetlenia
Lp. |
|
|
|
|
|
Δ |
1 |
261 |
273 |
149 |
0,20 |
25,00 |
1,25 |
2 |
252 |
263 |
136 |
0,22 |
20,66 |
0,94 |
3 |
243 |
252 |
128 |
0,24 |
17,36 |
0,72 |
4 |
232 |
242 |
118 |
0,26 |
14,79 |
0,57 |
5 |
225 |
227 |
111 |
0,28 |
12,76 |
0,46 |
6 |
216 |
222 |
104 |
0,30 |
11,11 |
0,37 |
7 |
209 |
219 |
98 |
0,32 |
9,77 |
0,31 |
8 |
201 |
209 |
90 |
0,34 |
8,65 |
0,25 |
9 |
195 |
203 |
85 |
0,36 |
7,72 |
0,21 |
10 |
188 |
190 |
78 |
0,38 |
6,93 |
0,18 |
11 |
182 |
188 |
74 |
0,40 |
6,25 |
0,16 |
TABELA 2 Prąd, napięcie i moc jako funkcje oporu przy stałym oświetleniu (r = 0,2 m)
Lp. |
|
|
|
|
|
1 |
100 |
2,5 |
254 |
0,64 |
0,27 |
2 |
90 |
2,8 |
253 |
0,71 |
0,27 |
3 |
80 |
3,1 |
252 |
0,78 |
0,27 |
4 |
70 |
3,5 |
250 |
0,88 |
0,27 |
5 |
60 |
4,0 |
248 |
0,99 |
0,27 |
6 |
50 |
4,8 |
245 |
1,18 |
0,27 |
7 |
40 |
5,8 |
240 |
1,39 |
0,27 |
8 |
30 |
7,5 |
233 |
1,75 |
0,27 |
9 |
20 |
10,4 |
219 |
2,28 |
0,28 |
10 |
10 |
16,6 |
183 |
3,04 |
0,28 |
11 |
9 |
17,6 |
177 |
3,12 |
0,28 |
12 |
8 |
18,8 |
169 |
3,18 |
0,28 |
13 |
7 |
20,0 |
160 |
3,20 |
0,28 |
14 |
6 |
21,4 |
150 |
3,21 |
0,28 |
15 |
5 |
23,0 |
138 |
3,17 |
0,28 |
16 |
4 |
24,8 |
124 |
3,08 |
0,27 |
17 |
3 |
26,7 |
107 |
2,86 |
0,27 |
18 |
2 |
28,8 |
86 |
2,48 |
0,26 |
19 |
1 |
31,0 |
62 |
1,92 |
0,25 |
20 |
0 |
33,2 |
33 |
1,10 |
0,23 |
5. Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonej.
a) oświetlenie jest równe kwadratowi odwrotności odległości źródła światła od fotoogniwa:
b) moc fotoogniwa:
6. Rachunek błędów.
a) błąd maksymalny wartości oświetlenia obliczono wykorzystując metodę różniczki
zupełnej:
b) błąd maksymalny mocy fotoogniwa obliczono metodą różniczki logarytmicznej:
7. Zestawienie wyników pomiarów.
TABELA 1 Zestawienie wyników przy pomiarze napięcia w zależności od natężenia światła przy różnych filtrach.
|
|
|
|
Δ |
261 6 |
273 6 |
149 6 |
20 0,5 |
25,00 1,25 |
252 6 |
263 6 |
136 6 |
22 0,5 |
20,66 0,94 |
243 6 |
252 6 |
128 6 |
24 0,5 |
17,36 0,72 |
232 6 |
242 6 |
118 6 |
26 0,5 |
14,79 0,57 |
225 6 |
227 6 |
111 6 |
28 0,5 |
12,76 0,46 |
216 6 |
222 6 |
104 6 |
30 0,5 |
11,11 0,37 |
209 6 |
219 6 |
98 6 |
32 0,5 |
9,77 0,31 |
201 6 |
209 6 |
90 6 |
34 0,5 |
8,65 0,25 |
195 6 |
203 6 |
85 6 |
36 0,5 |
7,72 0,21 |
188 6 |
190 6 |
78 6 |
38 0,5 |
6,93 0,18 |
182 6 |
188 6 |
74 6 |
40 0,5 |
6,25 0,16 |
TABELA 2 Zestawienie wyników przy pomiarze mocy dla różnych prądów obciążenia.
|
|
|
|
100 1 |
2,5 1 |
254 6 |
0,64 0,27 |
90 1 |
2,8 1 |
253 6 |
0,71 0,27 |
80 1 |
3,1 1 |
252 6 |
0,78 0,27 |
70 1 |
3,5 1 |
250 6 |
0,88 0,27 |
60 1 |
4,0 1 |
248 6 |
0,99 0,27 |
50 1 |
4,8 1 |
245 6 |
1,18 0,27 |
40 1 |
5,8 1 |
240 6 |
1,39 0,27 |
30 1 |
7,5 1 |
233 6 |
1,75 0,27 |
20 1 |
10,4 1 |
219 6 |
2,28 0,28 |
10 1 |
16,6 1 |
183 6 |
3,04 0,28 |
9 1 |
17,6 1 |
177 6 |
3,12 0,28 |
8 1 |
18,8 1 |
169 6 |
3,18 0,28 |
7 1 |
20,0 1 |
160 6 |
3,20 0,28 |
6 1 |
21,4 1 |
150 6 |
3,21 0,28 |
5 1 |
23,0 1 |
138 6 |
3,17 0,28 |
4 1 |
24,8 1 |
124 6 |
3,08 0,27 |
3 1 |
26,7 1 |
107 6 |
2,86 0,27 |
2 1 |
28,8 1 |
86 6 |
2,48 0,26 |
1 1 |
31,0 1 |
62 6 |
1,92 0,25 |
8. Uwagi i wnioski.
Na podstawie wyników pomiarów zawartych w TABELI 1 łatwo jest zauważyć, że wraz ze zmniejszeniem się odległości źródła światła od fotoogniwa napięcie prądu wytwarzanego przez fotoogniwo rośnie i największe jest dla filtra zielonego, nieco mniejsze dla filtra czerwonego zaś najmniejsze dla niebieskiego. Charakterystyczne jest to, że błąd maksymalny zmierzonej wartości oświetlenia zależy ściśle od odległości źródła światła od fotoogniwa i jest największy dla najmniejszej odległości 20 cm oraz najmniejszy dla największej odległości równej 40 cm.
Obserwując zależność mocy od rezystancji obciążenia można zaobserwować szybki wzrost mocy w zakresie od 2 do 20 k aż do maksymalnej wartości 3,21 W dla obciążenia 6 k, a następnie spadek wartości mocy. Nie tak jednak szybki jak jej wzrost. Moc badanego fotoogniwa nie jest zbyt duża i nie wystarczyłaby do zasilenia zwykłego kalkulatora.
Wyszukiwarka