Зберігання електричної енергії сонячного елемента за допомогою конденсатора з ADM3

Конденсатори на друкованій платі

Зберігання електричної енергії сонячного елемента
за допомогою конденсатора

Конденсатори придатні не лише для накопичення енергії - вони можуть також згладжувати коливання в електромережі.

Саме тому така можливість накопичення цікава для сонячної техніки, коли доводиться вирівнювати коливання, спричинені погодою.

У цьому досліді на прикладі показано, як конденсатор компенсує різкі зникнення напруги й перетворює їх на повільне спадання напруги.

Попередні знання

Для цього досліду мають бути відомі основи роботи конденсаторів як накопичувачів електричної енергії.

Принцип

Якщо до конденсатора прикладено постійну напругу, електрони течуть і конденсатор заряджається. Щойно прикладена напруга і напруга на конденсаторі стають однаковими, струм більше не тече.

У цьому досліді показано, як змінюється установка із сонячного елемента та двигуна після встановлення конденсатора, а також вимірюють, як різний час заряджання впливає на тривалість роботи двигуна.

Навчальна мета

У цьому досліді навчають механізмів заряджання й розряджання, а також накопичення енергії.

Треба зрозуміти часове співвідношення між поглинанням енергії конденсатором через сонячний елемент і віддачею енергії через двигун.

Конденсатор під час заряджання й розряджання

• Якщо до конденсатора прикладено постійну напругу, електрони течуть і конденсатор заряджається.
• Щойно прикладена напруга і напруга на конденсаторі стають однаковими, струм більше не тече. Конденсатор заряджений.
• Якщо тепер приєднати споживач, напруженість електричного поля спадає, а разом із нею і напруга на конденсаторі.
• Тече струм розряджання, напрямлений протилежно до струму заряджання.

• 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!

Частина досліду 1: якісний дослід

• Зібрати електричне коло за рисунком ліворуч, але спершу без конденсатора.
• Стежити за полярністю двигуна.
• Підготувати вимірювання напруги та струму обома мультиметрами.

Увага: стороннє освітлення вже тут створило напругу 1,7 В!

Частина досліду 2: кількісний дослід

• Зібрати електричне коло за рисунком.
  
• Стежити за полярністю конденсатора.
  
• Перемикач замикає відповідне електричне коло.
  
• Обидва мультиметри мають вимірювати напругу і струм під час заряджання й розряджання.

Виконання без конденсатора

Частина досліду 1: якісний дослід

• Увімкнути лампу.
• Через деякий час вимкнути лампу і при цьому спостерігати за двигуном.
• Увести конденсатор в електричне коло.
• Повторити дослід, знову спостерігаючи за двигуном.

Заряджання конденсатора

Частина досліду 1: кількісний дослід - заряджання

• Спрямувати лампу на сонячний елемент і увімкнути її.
• Для вимірювання струму та напруги схему слід відповідно змінити.
• Перемкнути перемикач і зарядити конденсатор.
• Через 30 секунд припинити знімання результатів вимірювань і записати тривалість роботи двигуна.

Розряджання конденсатора

Частина досліду 1: кількісний дослід - розряджання

• Лампа лишається вимкненою.
• Перемкнути перемикач (розрядити конденсатор) і спостерігати за двигуном.
• Спостерігати за максимальним значенням напруги та силою струму.
• Тривалість роботи двигуна знову записати в таблицю.

• Повторити дослід із часом заряджання конденсатора 60 секунд, а потім також зі 120 секундами.
• Запиши всі результати в таблицю в протоколі на наступній сторінці.
• Насамкінець провести дослід із заряджанням і розряджанням упродовж 90 секунд, занести значення у відповідні таблиці в протоколі й побудувати за ними графіки.

Результати вимірювань:

Час заряджання 30 с 60 с 120 с

Час заряджання 30 с 60 с 120 с

Тривалість роботи