Загальна інформація
Застосування
Живлення світлодіода сонячною енергією
Якщо сонячні установки використовують як джерело струму для освітлення, то саме світлодіоди підходять для цього особливо добре. Тоді як лампи розжарювання віддають близько 90 % енергії у вигляді тепла і лише 10 % енергії у вигляді світла, у світлодіодів тепер майже навпаки.
Найновіші діоди здатні перетворювати на світло близько 90 % підведеної енергії. Крім того, порівняно з лампами розжарювання світлодіоди мають не лише кращу енергоефективність, а й довший строк служби.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Невеликі фотовольтаїчні установки можна використовувати безпосередньо для живлення невеликих приладів або для освітлення. Для цього загалом потрібні вищі напруги, ніж може дати один елемент.
Принцип
Тому кілька елементів доводиться з'єднувати послідовно. У сонячних світильниках здебільшого використовують світлодіоди. У цьому досліді треба з'ясувати, яка напруга потрібна, щоб змусити світлодіод світитися від сонячного елемента.
Інша інформація (2/2)
Вказівка
За сильного нагрівання потужність сонячного елемента спадає. Тому лампу треба вимикати одразу після кожного вимірювання.
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
Теорія сонячного елемента
В освоєнні альтернативних, невикопних джерел енергії сонячний елемент відіграє важливу роль. Він безпосередньо перетворює енергію світла на електричну енергію.
Сонячний елемент складається з шару, легованого за типом p, і шару, легованого за типом n. При потраплянні світла в них виникають вільні носії заряду, які електричне поле виштовхує назовні, і так створюється напруга.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 2 | 2 | З'єднувальний, прямий, модуль DB | 09401-01 | 2 | 3 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 4 | 4 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 1 | 5 | З'єднувальний, з роз'ємом, модуль DB | 09401-10 | 2 | 6 | Світлодіод, червоний, модуль DB | 09454-00 | 1 | 7 | Сонячний елемент, 2,5 см x 5 см, модуль DB | 09470-00 | 2 | 8 | Сонячна батарея, 4 елементи, 10,5 x 17 см, магнітна, зі штепсельними вилками | 06752-23 | 1 | 9 | Тримач із затискачем для демонстраційної дошки | 02164-00 | 1 | 10 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 | 11 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=750 мм | 02033-00 | 1 | 12 | Ламповий патрон E27, з відбивачем, перемикачем, запобіжником | 06751-01 | 1 | 13 | Лампа розжарювання з рефлектором, 230 В/ 120 Вт | 06759-93 | 1 | 14 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 2 | 15 | З'єднувальний провідник, 250 мм, жовтий | 07360-02 | 2 |
|---|
Складання та виконання
Складання (1/2)
- Для знімання результатів вимірювань послідовно збирають такі електричні кола:
1. Один сонячний елемент 2. Два сонячні елементи 3. Сонячна батарея
Складання (2/2)
- Тримач із затискачем розмістити на верхньому краї дошки над сонячною батареєю на опорі й ретельно закріпити гвинтом.
- У ньому закріпити штативний стрижень із лампою і спрямувати її на сонячну батарею.
- Відстань між серединою сонячної батареї та передньою частиною лампи має становити приблизно 35 см.
- УВАГА: сонячні елементи вбирають усе світло, що є довкола!
Виконання (1/3)
- Спрямувати лампу на сонячний елемент і увімкнути її.
- Виконати одиничне вимірювання напруги і перевірити, чи світиться світлодіод.
- Тепер зібрати електричне коло, як на другому рисунку, і знову подивитися, чи світиться світлодіод.
- Знову записати напругу.
U з одним сонячним елементом:
Напруга з одним сонячним елементом
Напруга з 2 сонячними елементами
U з 2 сонячними елементами:
Виконання (2/3)
- Тепер зібрати електричне коло, як на рисунку, причому сонячну батарею спочатку розміщують поза світловим конусом.
- Повільно посунути сонячну батарею в центр світлового конуса, спостерігати за світлодіодом і зчитати силу струму. Світлодіод можна живити струмом не більшим за 20 мА (він має світитися лише червоним, а не яскраво-жовтогарячим).
Напруга із сонячною батареєю:
- Записати напругу:
- Знову вивести сонячну батарею зі світлового конуса.
Виконання (3/3)
- Обидва кабелі сонячної батареї на вході мультиметра ADM3 поміняти місцями.
- Ще раз посунути сонячну батарею в центр світлового конуса і поспостерігати за світлодіодом.
Напруга з переставленими кабелями:
- Записати напругу:
- Вимкнути лампу.
Опрацювання результатів (1/2)
При використанні одного сонячного елемента світлодіод не світиться.
Двох сонячних елементів також не досить, щоб змусити світлодіод світитися.
З чотирма сонячними елементами, тобто із сонячною батареєю, світлодіод починає світитися, щойно сонячна батарея опиняється у світловому конусі.
Опрацювання результатів (2/2)
Впиши слова, яких бракує. Чим ближче сонячна батарея до центру світлового конуса, тим ____ світиться світлодіод. Якщо поміняти кабелі місцями, світлодіод ____ світиться. Двох послідовно з'єднаних елементів теж не досить, бо вони дають лише приблизно ____ потрібної напруги. Лише з ____ послідовно з'єднаними сонячними елементами напруги вистачає, щоб змусити світлодіод світитися. При зміні полярності джерела напруги світлодіод не світиться, бо діоди пропускають струм лише в одному ____. У протилежному напрямку діод ____.
