Laboratorium fizyki CMF PŁ - Anonimg3

Laboratorium fizyki CMF PŁ
dzień
godzina
__________________
wydział
semestr
_________
grupa _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
__________________________________________________________
__________
O2
rok akademicki
____________________
Badanie charakterystyk baterii słonecznych
____________
_______________________________________________
kod ćwiczenia
tytuł ćwiczenia
_______ ______________________
imię i nazwisko
_______ ______________________
imię i nazwisko
_______ ______________________
imię i nazwisko
ocena _____
http://Anonimg3.comxa.com
1. Wstęp
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 Isc od napięcia rozwarcia Uoc przy różnych natężeniach L światła
padającego na baterię,
 zależność prądu zwarcia Isc i napięcia rozwarcia Uoc od natężenia światła L.
2. Metoda pomiaru i układ pomiarowy
Ćwiczenie składało się z dwóch części:
I. Wyznaczenie 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 Isc i Uoc 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 Wyznaczanie 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 = e6,642  L = 766,6
Dla x = 50cm  L = 522,7
Dla x = 60cm  L = 382,2
Dla x = 70cm  L = 293,2
Dla x = 80cm  L = 233,2
Dla x = 90cm  L = 190,6
3.2 Wyznaczanie współczynnika wypełnienia
charakterystyki FF
Maksymalne wartości Isc oraz Uoc dla których pole powierzchni prostokąta wyznaczonego przez
te wartości będzie największe nazywać będziemy dalej PR czyli mocą rzeczywistą ogniwa wyrażoną w
watach, zaś pole powierzchni prostokąta wyznaczonego przez maksymalne wartości napięcia i
natężenia nazywać będziemy PI czyli mocą ogniwa idealnego wyrażoną w watach.
FF 
PR
PI
Dla x=40cm
Isc = 113 mA
Uoc = 1,74 V
PR = Isc· Uoc = 0,113 A·1,74 V = 0,197 W
Dla x=50cm
Isc = 80 mA
Uoc = 1,69 V
PR = Isc· Uoc = 0,08 A·1,69 V = 0,135 W
Imax= 120 mA
Umax= 1,97 V
PI = Imax· Umax = 0,12 A·1,97 V = 0,236 W
Imax= 87 mA
Umax= 1,97 V
PI = Imax· Umax = 0,087 A·1,97 V = 0,171 W
=
0,197
0,236
= 0,835
=
0,135
0,171
= 0,79
Dla x=60cm
Isc = 56 mA
Uoc = 1,67 V
PR = Isc· Uoc = 0,056 A·1,67 V = 0,093 W
Dla x=70cm
Isc = 40 mA
Uoc = 1,63 V
PR = Isc· Uoc = 0,04 A·1,63 V = 0,065 W
Imax= 63 mA
Umax= 1,96 V
PI = Imax· Umax = 0,063 A·1,96 V = 0,123 W
Imax= 47 mA
Umax= 1,98 V
PI = Imax· Umax = 0,047 A·1,98 V = 0,093 W
=
0,093
0,123
= 0,756
=
0,065
0,093
= 0,7
Dla x=80cm
Isc = 29 mA
Uoc = 1,61 V
PR = Isc· Uoc = 0,029 A·1,61 V = 0,047 W
Dla x=90cm
Isc = 23 mA
Uoc = 1,6 V
PR = Isc· Uoc = 0,023 A·1,6 V = 0,037 W
Imax= 36 mA
Umax= 1,94 V
PI = Imax· Umax = 0,036 A·1,94 V = 0,07 W
Imax= 30 mA
Umax= 1,91 V
PI = Imax· Umax = 0,03 A·1,91 V = 0,057 W
=
0,047
0,07
= 0,671
=
0,037
0,057
= 0,65
3.3 Obliczanie sprawności ogniwa słonecznego
Korzystamy ze wzoru:   FF
U oc I sc
gdzie: FF- współczynnik wypełnienia charakterystyki
LS
prądowo-napięciowej ogniwa, Uoc-napięcie rozwarcia [V], Isc-prąd zwarcia [A], L-natężenie światła
[ ], S- pole powierzchni oświetlonego ogniwa [S = 2,5·10-4 m2].
Dla x=40cm
 = 0,86
Dla x=50cm
 = 0,81
Dla x=60cm
 = 0,73
Dla x=70cm
 = 0,62
Dla x=80cm
 = 0,54
Dla x=90cm
 = 0,50
4. Wyniki końcowe
Odległość:
Sprawność:
Natężenie światła:
Współczynnik wypełnienia:
x = 40cm
 = 0,86
L = 766,6
FF = 0,835
x = 50cm
 = 0,81
L = 522,7
FF = 0,79
x = 60cm
 = 0,73
L = 382,2
FF = 0,756
x = 70cm
 = 0,62
L = 293,2
FF = 0,7
x = 80cm
 = 0,54
L = 233,2
FF = 0,671
x = 90cm
 = 0,50
L = 190,6
FF = 0,65
Współczynnik kierunkowy prostej Isc=f(L)
= (159 ± 5) · 10
Wyprowadzamy jednostkę:
=
=
·
Współczynnik kierunkowy prostej Uoc=f(L)
= (24 ± 2) · 10
Wyprowadzamy jednostkę:
=
=
·
Współczynnik kierunkowy prostej  =f(L)
= (6 ± 1) · 10
Wyprowadzamy jednostkę:
1
=
Współczynnik kierunkowy prostej Uoc=f(lnIsc)
= (87 ± 7) · 10 Ω
Wyprowadzamy jednostkę:
=Ω
5. Wnioski
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 Isc=f(L) oraz Uoc=f(lnIsc) 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.
Wykres Isc=f(Uoc) 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 2V. 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.