Panel Słoneczny NXT
Panel Słoneczny NXT Opis Zadanie polega na badaniu możliwości generowania prądu przez panel słoneczny poprzez analizę mocy wyjściowej urządzenia [W]. Eksperymentalnie sprawdzony zostanie wpływ ustawienia baterii słonecznej względem źródła światła. Dodatkowo uczniowie będą mieli możliwość sprawdzenia wydajności urządzenia nieruchomego i urządzenia śledzącego położenie źródła światła. Cele budowa, programowanie i akwizycja danych, zrozumienie pojęcia mocy, zdobycie umiejętności rozpoznawania różnych form transformacji energii, odczytywanie i interpretacja wyników doświadczenia, badanie i szacowanie wpływu parametrów doświadczenia. Potrzebne narzędzia dydaktyczne LEGO 20000080 - Oprogramowanie LEGO MINDSTORMS Education NXT w wersji 2.0 lub nowszej, 9797 - zestaw bazowy LEGO MINDSTORMS Education NXT, 9648 lub 9695 - zestaw uzupełniający LEGO MINDSTORMS Education NXT, 9688 - zestaw Energia Odnawialna LEGO Education UWAGA! Kostka NXT musi mieć firmware w wersji 1.26 lub nowszej. Inne potrzebne materiały Ruchoma lampa z reflektorem parabolicznym, wyposażona w klasyczną żarówkę 60W, wydajną żarówkę halogenowa lub inne źródo światła o zakresie pracy IR powyżej 800nm. Linijka lub miara Zawartość folderu z materiałami w wersji elektronicznej: Opis zadania Instrukcja budowy Instrukcja obsługi miernika Bloki programistyczne Programy do akwizycji danych: Panel 1 Panel 2 2
Rozpocznij Panele słoneczne to urządzenia umożliwiające zmianę energii światła słonecznego na energię elektryczną. Ilość generowanej energii zależy od wielu czynników, między innymi od lokalizacji i stopnia mobilności. Niektóre panele słoneczne są wypozażone w specjalne napędy, pozwalające na ustawianie ich zawsze w kierunku słońca. Zbudujemy i zaprogramujemy teraz urządzenie do badania mocy wyjściowej baterii słonecznej NXT. 3
Zbuduj Wykonajmy teraz model panelu słonecznego NXT. Patrz: dołączona instrukcja. Ustawienia testowe Pracę należy rozpocząć od wyzerowania miernika (na 0 J) przez naciśnięcie przycisku włącznika przez dwie sekundy. We wszystkich eksperymentach należy zachować odległość 15 cm pomiędzy źródłem światła a panelem, tak jak pokazano na poniższym rysunku. Ważne, by wszystkie testy przeprowadzać przy tej samej odległości. Ostrzeżenie! Ciepło może uszkodzić baterię słoneczną. Podczas pracy należy zachować minimalną odległość 8 cm światła od powierzchni panelu. 4
Rozważ Uwaga - jeżeli używana jest wersja 2.0 oprogramowania NXT, należy zaimportować blok Miernika Energii przed dalszą pracą. Natężenie światła - płaszczyzna pionowa Eksperyment polega na sprawdzeniu mocy panelu (wyrażonej w watach) ustawionego 45º względem podłoża, podczas gdy żródło światła przesuwa się w płaszczyźnie pionowej tak, jak pokazano na rycinie u dołu strony. Na powyższym rysunku pokazany jest zrzut ekranu z programem Panel 1 (do znalezienia w folderze z materiałami w wersji elektronicznej). Program zbiera dane z układu miernika i krótkimi piknięciami wyznacza tempo przemieszczania źródła światła. Po każdym tonie należy przesunąć lampę o około 2,5 cm (jak na rysunku). Przed otwarciem i uruchomieniem gotowego programu należy przygotować Eksperyment według poniższych ustawień: Nazwa: PanelSloneczny W polu Sensor należy wybrać opcję: Emeter In - W W polu Port ustawić: 3 Czas trwania (Duration): 35 s Próbki (Rate): 5 na sekundę Podłączyć miernik do portu 3 na kostce NXT Teraz należy spróbować przewidzieć, jak będzie kształtować się wydajność baterii (w watach [W]). Następnie musimy włączyć lampę, uruchomić program Panel 1 i rozpocząć eksperyment. Po zakończeniu pracy programu przechodzimy do analizy zebranych danych. Należy teraz opisać zaobserwowane efekty działania aplikacji, wyciągnąć wnioski i zapisać wyniki eksperymentu. Sugerujemy porównywanie wartości średnich. Brak opcji Emeter oznacza, że należy zaimportować blok Miernika Energii. Najlepiej skorzystać z narzędzi przewidywania (patrz: Samouczek 41 i 42) Najwygodniej użyć tu narzędzia Analizy i Tabeli Danych (patrz Samouczek 41). 5
Zastosuj Natężenie światła - płaszczyzna pozioma Eksperyment polega na sprawdzeniu mocy panelu (wyrażonej w watach) ustawionego 45º względem podłoża, podczas gdy żródło światła przesuwa się w płaszczyźnie poziomej tak, jak pokazano na rycinie u dołu strony. Na powyższym rysunku pokazany jest zrzut ekranu z programem Panel 1 (do znalezienia w folderze z materiałami w wersji elektronicznej). Program zbiera dane z układu miernika i krótkimi piknięciami wyznacza tempo przemieszczania źródła światła. Po każdym tonie należy przesunąć lampę o około 2,5 cm (jak na rysunku). Przed otwarciem i uruchomieniem gotowego programu należy przygotować Eksperyment według poniższych ustawień: Nazwa: PanelSloneczny W polu Sensor należy wybrać opcję: Emeter In - W W polu Port ustawić: 3 Czas trwania (Duration): 35 s Próbki (Rate): 5 na sekundę Podłączyć miernik do portu 3 na kostce NXT Teraz należy spróbować przewidzieć, jak będzie kształtować się wydajność baterii (w watach [W]). Następnie musimy włączyć lampę, uruchomić program Panel 1 i rozpocząć eksperyment. Po zakończeniu pracy programu przechodzimy do analizy zebranych danych. Należy teraz opisać zaobserwowane efekty działania aplikacji, wyciągnąć wnioski i zapisać wyniki eksperymentu. Sugerujemy porównywanie wartości średnich. 6
Zadania dodatkowe Śledzenie źródła światła Śledzenie źródła światła zwiększa znacznie wydajność baterii słonecznej. Można zaprogramować układ napędu tak, by w każdej chwili starał się optymalizować pozycję panelu zgodnie z przesuwającym się źródłem światła Eksperyment będzie polegał na zbadaniu mocy uzyskiwanej z baterii przy wykorzystaniu programu Panel 2, realizującego śledzenie ruchomego źródła światła. Przed uruchomieniem programu należy ustawić panel tak, by był skierowany w stronę miernika (jak na rysunku) i ustawić lampę tak, by przez kilka sekund świeciła prosto na panel, dzięki czemu program będzie mógł ustawić referencyjną wartość oświetlenia. Następnie, zachowując stałą odległość źródła swiatła od baterii słonecznej, można rozpocząć jego przesuwanie w płaszczyźnie zgodnej z ryciną. UWAGI Jeżeli podczas eksperymentu śledzenie zgubi lub wyprzedzi źródło światła, oznacza to, że albo lampa jest przesuwana zbyt szybko lub znajduje się w zbyt dużej odległości od panelu. 7