Загальна інформація
Застосування
Напруга і сила струму сонячного елемента
Сонячні елементи у фотовольтаїчних установках - важлива складова вироблення електричної енергії з відновлюваних джерел.
Цей дослід унаочнює, що фотовольтаїчні установки не слід затіняти рослинами чи будівлями, бо інакше сила струму, а разом із нею й потужність, сильно зменшується. Так само треба зважати на орієнтацію сонячного елемента.
Для оптимального використання сонячний елемент слід розташувати перпендикулярно до падіння світла й, в ідеалі, ще й стежити за рухом Сонця. Завдяки цьому потужність буде максимальною.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Мають бути відомі основи вчення про електрику, передусім вимірювання напруги й сили струму.
Принцип
Через вимірювання напруги холостого ходу і сили струму короткого замикання описують характеристики сонячного елемента як джерела електричної енергії.
Ці характеристики залежать від затінення та інтенсивності світла, що падає на сонячний елемент.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Учням слід пояснити значення понять «напруга холостого ходу» і «сила струму короткого замикання».
Учні спостерігають, як затінення та послаблення інтенсивності світла впливають на сонячний елемент.
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
Сонячні елементи перетворюють енергію Сонця на електричну енергію. Максимально досяжні напруга і сила струму визначають можливості їх застосування.
Максимальна напруга сонячного елемента - це напруга холостого ходу або , за якої в колі немає опору (опір = ).
Максимальна сила струму - це сила струму короткого замикання . Її досягають, коли опір дорівнює нулю, тобто в колі є лише провідний дріт («коротке замикання»).
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 | Сонячний елемент, 2,5 см x 5 см, модуль DB | 09470-00 | 1 |
| 5 | Масштабна лінійка для демонстраційної дошки | 02153-00 | 1 |
| 6 | Тримач із затискачем для демонстраційної дошки | 02164-00 | 1 |
| 7 | Картонні аркуші 200x300 мм, чорні, 10 шт. | 06306-01 | 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, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
| 13 | З'єднувальний провідник, 500 мм, жовтий | 07361-02 | 1 |
Складання та виконання
Складання (1/2)
- Скласти електричне коло за рисунком.
- Для вимірювання напруги холостого ходутут використано лівий мультиметр.
- Для струму короткого замиканняможна або перемкнути цей мультиметр, або взяти ще один.
- Магнітну масштабну лінійку закріпити на дошці горизонтально так, щоб нуль був на верхньому краї сонячного елемента.
Складання (2/2)
- Тримач із затискачем розмістити на верхньому краї дошки над сонячною батареєю і ретельно закрутити.
- Закріпити в ньому штативний стрижень із лампою і спрямувати її на сонячний елемент.
- Відстань між серединою сонячного елемента і передньою частиною лампи має становити приблизно 35 см.
Виконання (1/4)
Вимірювання з повністю освітленим сонячним елементом
Напруга і сила струму
залежно від освітленої площі
- Спрямувати лампу на сонячний елемент і ввімкнути її.
- Виміряти напругу і силу струму без накриття картоном.
- Сонячний елемент поступово, частина за частиною, ретельно накривати чорним картоном і щоразу виконувати одне вимірювання.
- Записати виміряне значення в таблицю на наступній сторінці.
Виконання (2/4)
- Накривати сонячний елемент згідно з таблицею і щоразу виконувати одне вимірювання, причому на 5-му вимірюванні накрити сонячний елемент повністю, із заходом за його край.
- Усі виміряні значення записати в таблицю.
-dBc0o38o.avif)
Накриття: немає, U=
Накриття: немає, I=
Накриття Напруга Сила струму
Накриття
немає
1/4
2/4
3/4
повне
Накриття: 1/4, U=
Накриття: 1/4, I=
Накриття: 2/4, U=
Накриття: 2/4, I=
Накриття: 3/4, U=
Накриття: 3/4, I=
Накриття: 4/4, U=
Накриття: 4/4, I=
Виконання (3/4)
Напруга і сила струму
залежно від інтенсивності світла
- Спрямувати лампу на сонячний елемент і ввімкнути її.
- Щоразу виконати одне вимірювання.
- Пересунути сонячний елемент на 10 см уздовж масштабної лінійки.
- Виконати ще одне вимірювання - і так далі, доки не буде досягнуто кінця лінійки.
Виконання (4/4)
- Записати в таблицю напругу і силу струму залежно від відстані.
- Вимкнути лампу.
Відстань: 0 см, U=
Відстань: 0 см, I=
Відстань [см] Напруга Сила струму
0
10
20
30
40
Відстань: 10 см, U=
Відстань: 10 см, I=
Відстань: 20 см, U=
Відстань: 20 см, I=
Відстань: 30 см, U=
Відстань: 30 см, I=
Відстань: 40 см, U=
Відстань: 40 см, I=
Опрацювання результатів (1/3)
Опрацювання результатів, частина 1
Зміна освітленої площі
Перетягни слова в пропуски! Під час вимірювання ____ перші чотири значення майже ____, тоді як два останні показують дуже помітний ____. ____ зменшується зі зменшенням освітленої площі.
Опрацювання результатів (2/3)
Опрацювання результатів, частина 2
Зміна інтенсивності світла
Перетягни слова в пропуски! Перші виміряні значення ____ ____, далі наступні вимірювання показують незначний спад. Що більша відстань до джерела світла, то менша визначена ____, причому сила струму спадає ____.
Опрацювання результатів (3/3)
Підсумок
Питання
Питання
Питання