Загальна інформація
Застосування
Сонячні модулі із сонячними елементами
Сонячні модулі складаються з кількох послідовно з'єднаних сонячних елементів.
Для більших установок ці модулі з'єднують як послідовно, так і паралельно; це має ще й ту перевагу, що в разі виходу з ладу окремих елементів втрата потужності мінімізується.
Такі сонячні установки можна використовувати безпосередньо. Проте часто за допомогою трансформаторів та інверторів створюють вищі напруги, щоб подавати одержану електричну енергію в наявну електромережу.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають мати перший експериментальний досвід поводження з учнівським блоком живлення. Крім того, має бути відоме поняття послідовного й паралельного з'єднання.
Принцип
Послідовним або паралельним з'єднанням сонячних елементів можна змінювати напругу й силу струму та пристосовувати їх до споживача. Сила струму короткого замикання сонячних елементів пропорційна освітленості, а їхня напруга від неї майже не залежить
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Значення понять «напруга холостого ходу» і «сила струму короткого замикання». Паралельне з'єднання дає приблизно ту саму напругу, що й один сонячний елемент. Натомість послідовне з'єднання створює приблизно вдвічі більшу напругу.
Завдання
Два сонячні елементи з'єднують паралельно і послідовно, щоб дослідити напругу й силу струму.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Зауваження
Якщо при паралельному з'єднанні двох освітлених сонячних елементів один із них закрити шматком паперу або рукою, то сила струму короткого замикання зменшується до значення для одного сонячного елемента, тоді як напруга холостого ходу лишається приблизно сталою.
У послідовному з'єднанні закривання одного сонячного елемента призводить до сильного зменшення сили струму короткого замикання, бо неосвітлений сонячний елемент своїм великим внутрішнім опором впливає на силу струму. Завдяки цьому стає зрозумілою вимога рівномірного освітлення, особливо при послідовному з'єднанні кількох сонячних елементів.
На практиці використовують сонячні модулі, у яких багато сонячних елементів з'єднані паралельно і послідовно, тож і тут треба прагнути рівномірного освітлення.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | З'єднувальний, прямий, модуль DB | 09401-01 | 5 |
| 3 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 2 |
| 4 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль DB | 09401-03 | 4 |
| 5 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 1 |
| 6 | Електричні символи для демонстраційної дошки, 12 шт. | 02154-03 | 1 |
| 7 | Сонячний елемент, 2,5 см x 5 см, модуль DB | 09470-00 | 2 |
| 8 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 1 |
| 10 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 1 |
| 11 | Тримач із затискачем для демонстраційної дошки | 02164-00 | 1 |
| 12 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=500 мм | 02032-00 | 1 |
| 13 | Ламповий патрон E27, з відбивачем, перемикачем, запобіжником | 06751-01 | 1 |
| 14 | Лампа розжарювання з рефлектором, 230 В/ 120 Вт | 06759-93 | 1 |
| 15 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
- Збери дослід відповідно до рисунка.
- Закріпи рефлекторну лампу за допомогою штативного приладдя і тримача із затискачем на верхньому краї дошки.
- Стеж при цьому за тим, щоб освітленість для обох сонячних елементів була однакова.
Виконання (1/4)
Вимірювання напруги холостого ходу:
- Вибери діапазон вимірювання
- Увімкни лампу.
- Спочатку встав у схему сонячний елемент 1.
- Виміряй напругу холостого ходу і запиши результати вимірювань.
- Заміни сонячний елемент 1 на сонячний елемент 2.
- Виміряй напругу холостого ходу і запиши результат вимірювання.
- Тепер встав обидва сонячні елементи і запиши напругу холостого ходу.
Виконання (2/4)
Зміни схему відповідно до рисунка.
Спочатку заміни сонячний елемент 2 на з'єднувальний прямий модуль. Виміряй напругу холостого ходу і запиши результати вимірювань.
Заміни сонячний елемент 1 на сонячний елемент 2 і виміряй напругу холостого ходу ще раз.
Встав обидва сонячні елементи.
Виміряй напругу холостого ходу і запиши результати вимірювань.
Вимкни лампу.
Виконання (3/4)
Зміни схему відповідно до рисунка.
- Вибери діапазон вимірювання .
- Увімкни лампу і встановлюй по черзі один, другий і обидва сонячні елементи. Освітлюй сонячні елементи якомога рівномірніше і записуй результати вимірювань сили струму короткого замикання .
Виконання (4/4)
Зміни схему відповідно до рисунка.
- Вибери діапазон вимірювання .
- Увімкни лампу і встановлюй по черзі один, другий і обидва сонячні елементи. Освітлюй сонячні елементи якомога рівномірніше і записуй результати вимірювань сили струму короткого замикання
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
Було одержано такі результати вимірювань:
Опрацювання результатів
При паралельному з'єднанні двох сонячних елементів напруга холостого ходу не зростає. Проте сили струму короткого замикання обох окремих сонячних елементів додаються, тож при паралельному з'єднанні сила струму короткого замикання досягає приблизно подвійного значення.
Якщо два сонячні елементи з'єднати послідовно, то напруги холостого ходу додаються, і для двох послідовно з'єднаних сонячних елементів одержують приблизно подвійне значення напруги холостого ходу одного елемента. Збільшення сили струму короткого замикання при послідовному з'єднанні двох сонячних елементів досягти не вдається.