Laboratorium fizyki CMF PŁ

Transkrypt

1 Laboratorium fizyki CMF PŁ dzień godzina _ grupa wydział semestr rok akademicki O2 kod ćwiczenia Badanie charakterystyk baterii słonecznych _ tytuł ćwiczenia _ imię i nazwisko _ imię i nazwisko _ imię i nazwisko ocena

2 1. stęp Celem ćwiczenia jest zbadanie własności krzemowej baterii słonecznej, zbudowanej z czterech krzemowych złącz p-n i wyznaczenie jej sprawności. Dokonujemy tego badając: zależność prądu zwarcia I sc od napięcia rozwarcia U oc przy różnych natężeniach L światła padającego na baterię, zależność prądu zwarcia I sc i napięcia rozwarcia U oc od natężenia światła L. 2. Metoda pomiaru i układ pomiarowy Ćwiczenie składało się z dwóch części: I. yznaczenie sprawności ogniwa: Układ został połączony tak jak na schemacie poniżej, następnie wykonaliśmy kilka pomiarów prądu zwarcia oraz napięcia rozwarcia dla różnych odległości baterii słonecznej od lampy. Pozyskane dane zostały wykorzystane w celu wyznaczenia sprawności ogniwa. II. Określenie charakteru zmian I sc i U oc od natężenia światła L: Na podstawie wcześniejszych wyników zostały sporządzone wykresy przedstawiające zmiany prądu zwarcia i napięcia rozwarcia od natężenia światła. 3. Opracowanie wyników pomiarów 3.1 yznaczanie sprawności ogniwa Korzystamy ze wzoru: ln(l) = -1,717 ln(x) + 12,976 gdzie x to odległość ogniwa od lampy wyrażona w cm Dla x = 40cm ln(l) = -1,717 ln(40) + 12,976 ln(l) = 6,642 L = e 6,642 L = 766,6 Dla x = 50cm L = 522,7 Dla x = 60cm L = 382,2 Dla x = 70cm L = 293,2

3 Dla x = 80cm L = 233,2 Dla x = 90cm L = 190,6 3.2 yznaczanie współczynnika wypełnienia charakterystyki FF Maksymalne wartości I sc oraz U oc dla których pole powierzchni prostokąta wyznaczonego przez te wartości będzie największe nazywać będziemy dalej P R czyli mocą rzeczywistą ogniwa wyrażoną w watach, zaś pole powierzchni prostokąta wyznaczonego przez maksymalne wartości napięcia i natężenia nazywać będziemy P I czyli mocą ogniwa idealnego wyrażoną w watach. FF PR P I Dla x=40cm I sc = 113 ma U oc = 1,74 P R = I sc U oc = 0,113 A 1,74 = 0,197 I max = 120 ma U max = 1,97 P I = I max U max = 0,12 A 1,97 = 0,236 0,197 0,236 = 0,835 Dla x=50cm I sc = 80 ma U oc = 1,69 P R = I sc U oc = 0,08 A 1,69 = 0,135 I max = 87 ma U max = 1,97 P I = I max U max = 0,087 A 1,97 = 0,171 0,135 0,171 = 0,79 Dla x=60cm I sc = 56 ma U oc = 1,67 P R = I sc U oc = 0,056 A 1,67 = 0,093 I max = 63 ma U max = 1,96 P I = I max U max = 0,063 A 1,96 = 0,123 0,093 0,123 = 0,756 Dla x=70cm I sc = 40 ma U oc = 1,63 P R = I sc U oc = 0,04 A 1,63 = 0,065 I max = 47 ma U max = 1,98 P I = I max U max = 0,047 A 1,98 = 0,093 0,065 0,093 = 0,7

4 Dla x=80cm I sc = 29 ma U oc = 1,61 P R = I sc U oc = 0,029 A 1,61 = 0,047 I max = 36 ma U max = 1,94 P I = I max U max = 0,036 A 1,94 = 0,07 0,047 0,07 = 0,671 Dla x=90cm I sc = 23 ma U oc = 1,6 P R = I sc U oc = 0,023 A 1,6 = 0,037 I max = 30 ma U max = 1,91 P I = I max U max = 0,03 A 1,91 = 0,057 0,037 0,057 = 0, Obliczanie sprawności ogniwa słonecznego U oc I sc Korzystamy ze wzoru: FF gdzie: FF- współczynnik wypełnienia charakterystyki LS prądowo-napięciowej ogniwa, U oc -napięcie rozwarcia [], I sc -prąd zwarcia [A], L-natężenie światła [ ], S- pole powierzchni oświetlonego ogniwa [S = 2, m 2 ]. Dla x=40c 0,86 Dla x=50c 0,81 Dla x=60c 0,73 Dla x=70c 0,62 Dla x=80c 0,54 Dla x=90c 0,50 4. yniki końcowe Odległość: Sprawność: Natężenie światła: spółczynnik wypełnienia: x = 40c 0,86 L = 766,6 0,835 x = 50c 0,81 L = 522,7 0,79 x = 60c 0,73 L = 382,2 0,756 x = 70c 0,62 L = 293,2 0,7 x = 80c 0,54 L = 233,2 0,671 x = 90c 0,50 L = 190,6 0,65

5 spółczynnik kierunkowy prostej I sc =f(l) m a = (159 ± 5) 10 yprowadzamy jednostkę: A A A m spółczynnik kierunkowy prostej U oc =f(l) m a = (24 ± 2) 10 A yprowadzamy jednostkę: A m spółczynnik kierunkowy prostej =f(l) A m a = (6 ± 1) 10 yprowadzamy jednostkę: 1 m spółczynnik kierunkowy prostej U oc =f(lni sc ) a = (87 ± 7) 10 Ω yprowadzamy jednostkę: A = Ω 5. nioski Sprawność ogniwa maleje wraz ze wzrostem odległości od źródła światła. Zależność tych zmian ma charakter liniowy. Dla odległości x=40cm sprawność wynosi 86% zaś dla x=90cm wynosi zaledwie 50%. Błąd wynikający z dokładności pomiarów jest stosunkowo niewielki więc pozyskanie wartości można przyjąć za prawidłowe. Zwiększenie odległości źródła światła powoduje również zmniejszenie natężenia światła rejestrowanego na ogniwie słonecznym. Przy zwiększeniu dwukrotnie odległości ogniwa od źródła światła, natężenie zmalało ponad trzykrotnie. Na wykresie =f(l) widzimy jak szybko rośnie sprawność ogniwa w funkcji zmiany natężenia światła. Im większe natężenia światła tym większa sprawność. Z wykresów I sc =f(l) oraz U oc =f(lni sc ) możemy wywnioskować, że prąd zwarcia i napięcie rozwarcia są zależne od wartości natężenia światła jakie dociera do ogniwa słonecznego. Zależność ta ma charakter liniowy. Przy wzroście natężenia światła rośnie prąd zwarcia i napięcie rozwarcia. ykres I sc =f(u oc ) przedstawia jak odległość źródła światła ma wpływ na prąd i napięcie rejestrowane na ogniwie. Prąd zwarcia silnie zależy od tej odległości. Im odległość jest większa tym mniejszy jest prąd zwarcia. Maksymalne napięcie rozwarcia nie jest już tak bardzo zależne od odległości źródła światła i mieści się w przedziale od 1,9 do 2. Można więc przyjąć, że odległość ta nie ma większego wpływu na wartość maksymalną napięcia rozwarcia. Przyczyny błędu pomiarowego mogły być następujące: wpływ zewnętrznych źródeł światła (światło z innej pracowni, lampka przy stanowisku) na pomiar prądu i napięcia, których wartości zależą od natężenia światła jakie dociera do ogniwa.

6

7

8

9