Загальна інформація
Застосування
Джерело фото: wikipedia
Фотовольтаїчні установки можуть уловлювати світлову енергію й перетворювати її на струм. Проте в літні місяці фотовольтаїчні установки можуть сильно нагріватися, наприклад до 80 °C. Якщо рахувати втрату потужності приблизно 5 % на кожні 10 °C, то їхня потужність у цьому випадку була б приблизно на 1/4 нижча за номінальне значення при 25 °C. Тому охолодження установки дуже важливе. Це роблять або циркуляцією повітря на зворотному боці, або за допомогою водяних труб. Нагріту воду або використовують безпосередньо (душ, басейн), або накопичують (наприклад, у ґрунтовому теплоакумуляторі), або застосовують за допомогою холодильної машини для кондиціювання приміщень.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Сонячну енергію можна за допомогою сонячного елемента перетворити на електричну енергію. Вона і в побуті, і в промисловості є дуже важливою формою енергії, бо її легко перетворити на інші форми енергії, як-от теплоту, світло чи механічну енергію (рух).
Принцип
Сонячні елементи перетворюють сонячне світло на струм. За великої інтенсивності світла й тривалого освітлення сонячні елементи нагріваються, і їхня потужність стає меншою. Цей ефект можна показати в другій частині.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
У досліді невеликий електродвигун живиться від сонячної батареї. Дослід складається з двох частин. У першій частині за різного освітлення одночасно вимірюють електричну потужність і роботу, тож зв'язок між цими двома величинами можна дуже наочно продемонструвати й кількісно опрацювати. У другій частині учні мають побачити, що при нагріванні потужність спадає.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Щодо H- і P-формулювань звертайся до паспорта безпеки відповідної хімічної речовини.
Теорія
В освоєнні альтернативних, невикопних джерел енергії сонячний елемент відіграє важливу роль. Він безпосередньо перетворює світлову енергію на електричну енергію.
Сонячний елемент побудований із p-легованого та n-легованого шарів. При потраплянні світла в кожному з них виникають вільні носії заряду, які електричне поле виштовхує назовні й так створює напругу.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 | 2 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 2 | 3 | З'єднувальний, з роз'ємом, модуль DB | 09401-10 | 2 | 4 | Двигун з диском, 5 В, модуль DB | 09469-00 | 1 | 5 | Сонячна батарея, 4 елементи, 10,5 x 17 см, магнітна, зі штепсельними вилками | 06752-23 | 1 | 6 | Масштабна лінійка для демонстраційної дошки | 02153-00 | 1 | 7 | Тримач із затискачем для демонстраційної дошки | 02164-00 | 1 | 8 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=750 мм | 02033-00 | 1 | 9 | Ламповий патрон E27, з відбивачем, перемикачем, запобіжником | 06751-01 | 1 | 10 | Лампа розжарювання з рефлектором, 230 В/ 120 Вт | 06759-93 | 1 | 11 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 | 12 | З'єднувальний провідник, 500 мм, жовтий | 07361-02 | 1 |
|---|
Складання та виконання
Складання (1/2)
- Склади електричне коло за рисунком.
- Увімкни штекер сонячної батареї послідовно з двигуном.
- Для вимірювання струму увімкни лівий ADM3 послідовно.
- Другий ADM3 вмикають паралельно для вимірювання напруги.
Складання (2/2)
- Над сонячною батареєю, біля верхнього краю дошки, ретельно закрути тримач із затискачем.
- Закріпи в ньому штативний стрижень лампи й спрямуй лампу на сонячну батарею.
- Відстань між серединою сонячної батареї та передньою поверхнею лампи має становити прибл. 35 см.
- Приклади магнітну масштабну лінійку вертикально до дошки так, щоб нуль був біля верхнього краю сонячної батареї
Виконання (1/4)
Зв'язок між потужністю та роботою
- Увімкни лампу й мультиметр ADM3.
- Через 1 хв запиши з мультиметра напругу та струм (відстань 35 см)
- Тепер зсунь сонячну батарею на 22 см.
- Зачекай 1 хвилину й знову запиши напругу та струм.
- Насамкінець зсунь сонячну батарею ще на 5 см і через 1 хв запиши ті самі виміряні дані.
Виконання (2/4)
Якісний зв'язок потужності і роботи можна обчислити вже під час вимірювання. За наведеними далі формулами тепер потрібно встановити зв'язок за сталого освітлення.
(потужність = напруга струм)
(робота = потужність час)
Занеси значення в таблицю:
Положення в [см]
0
+ 22
+ 5
Виконання (3/4)
Потужність сонячної батареї при нагріванні
Перед цим вимірюванням сонячна батарея й стіна за нею мають бути якомога холоднішими. Щоб вони охолонули до кімнатної температури, після попередньої частини досліду слід зачекати з виконанням приблизно від 2 до 5 хв.
Як варіант, можна приблизно 1–2 хв спрямовувати на поверхню сонячної батареї струмінь холодного повітря з повітродувки холодного повітря.
- Скороти відстань між лампою та сонячною батареєю до 30 см і знову оптимально спрямуй лампу на сонячну батарею.
- Увімкни лампу й протягом 7 хвилин заноси напругу та струм у таблицю на наступній сторінці.
Виконання (4/4)
За вже відомою формулою для потужності тепер можна встановити зв'язок потужності з часом.
(потужність = напруга струм)
Занеси значення в таблицю!
+ 1
+ 2
+ 3
+ 4
+ 5
+ 6
+ 7
Опрацювання результатів (1/2)
Частина досліду 1
Зв'язок між потужністю та роботою
Перетягни слова у правильні поля! За сталого освітлення потужність двигуна (приблизно) ____, а електрична робота зростає ____ з часом. За слабшого освітлення потужність двигуна стає ____. Справджується математичний зв'язок між роботою й потужністю: ____.
Опрацювання результатів (2/2)
Частина досліду 2
Потужність сонячної батареї при нагріванні
-yJ7c54uk.avif)
Питання
Питання
Питання