Солнечная батарея
6/10В данной работе не требуется оценивать погрешность.
Солнечная батарея – это преобразователь световой энергии в электрическую. Солнечную батарею большой площади удобно представлять как набор из элементарных ячеек равномерно распределенных по площади и подключенных параллельно. Простейшая модель элементарной ячейки солнечной батареи может быть представлена эквивалентной схемой:
ВАХ источника тока
Примечание: Током короткого замыкания \(I_{к.з.}\) некоторого элемента называется ток, при котором напряжение на нем равно нулю. Напряжением холостого хода \(U_{х.х.}\) некоторого элемента называется напряжение, при котором ток через него равен нулю.
В этой схеме элемент тёмного хода (т.х.) характеризует поведение элементарной ячейки солнечной батареи в отсутствии света, а источник тока характеризует её \(I_{к.з.ячейки}\) в освещенном состоянии (когда света нет, источник не генерирует ток). Таким образом, ВАХ элемента т.х. отличается от ВАХ всей ячейки смещением вдоль оси тока на величину \(I_{к.з.ячейки}\). Важно отметить, что ВАХ элемента т.х. проходит через точку \((0,0)\), а\(I_{ячейки}(U)=- I_{и.т.}(U)+I_{т.х.} (U)\).
A1. Поставьте солнечную батарею в коробку со светодиодом так, чтобы внешнее освещение практически не попадало на её поверхность. Снимите зависимость \(I_{к.з.}\) солнечной батареи от тока, текущего через светодиод и постройте её график. Считая, что мощность излучения светодиода пропорциональна току через него, сделайте вывод о виде зависимости \(I_{к.з.}\) солнечной батареи от мощности попадающего на нее излучения.
A2. Снимите зависимость \(I_{к.з.}\) солнечной батареи от площади освещенной поверхности (при постоянной интенсивности падающего на неё света). Постройте её график в приведенных координатах
\[\frac{I_{к.з.}} {I_{к.з.\max}} \left (\frac{S}{S_{\max}}\right)\]где \(I_{к.з}\) – ток к.з. при освещении поверхности площади \(S\), а \(I_{к.з.\max}\) – при освещении всей площади батареи \(S_{\max}\).
Покажите справедливость изложенной выше теоретической модели.
A3. Снимите зависимость \(U_{х.х.}\) солнечной батареи от площади освещенной поверхности. Постройте график ВАХ солнечной батареи в отсутствие освещения в максимально возможном диапазоне используя полученные ранее данные.
Оборудование
Солнечная батарея
Линейка
Два мультиметра
Ящик со схемой, с помощью которой можно регулировать яркость светодиода (показан на рисунке выше)
Пластилин
▶Показать разборСкрыть разбор
РешениеA1. Используя пластилин, закрепим внутри ящика солнечную батарею и закроем его крышкой для предотвращения попадания света снаружи. К клеммам схемы из ящика и к выводам солнечной батареи присоединяем по амперметру.
Снимаем требуемую зависимость и строим график.
Ответ:
\(I_{к.з.},~ мкА\) 5.7 6.1 6.4 6.8 7.2 7.6 8.0 8.5 8.9 9.2 9.6 \(I_{сд},~мА\) 7.7 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 \(I_{к.з.},~ мкА\) 9.9 10.3 10.7 11.1 11.4 11.8 12.2 12.6 12.9 13.3 13.8 \(I_{сд},~мА\) 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.3 Ответ:
Из графика видно, что \(I_{к.з.}\) солнечной батареи прямо пропорционален мощности падающего на нее излучения.
A2. С помощью пластилина прикрепим к солнечной батарее линейку. Теперь будем закрывать крышкой от ящика часть поверхности батареи и каждый раз измерять амперметром \(I_{к.з.}\), вольтметром \(U_{х.х.}\), а линейкой \({S}/{S_{\max}}\) .
Ответ:
\({S}/{S_{\max}}\) 1.00 0.92 0.83 0.75 0.67 0.58 0.50 \(U_{х.х.},~ мВ\) 286 282 275 266 257 250 238 \(I_{к.з.},~ мкА\) 1055 945 861 781 695 599 515 \({I_{к.з.}}/{I_{к.з.\max}}\) 1.00 0.90 0.82 0.74 0.66 0.57 0.49 \({S}/{S_{\max}}\) 0.42 0.33 0.25 0.17 0.10 0.05 0.00 \(U_{х.х.},~ мВ\) 225 208 185 163 131 98 0.3 \(I_{к.з.},~ мкА\) 443 325 243 154 96 39 0 \({I_{к.з.}}/{I_{к.з.\max}}\) 0.42 0.31 0.23 0.15 0.09 0.04 0.00 Ответ:
То, что зависимость является прямой пропорциональностью, доказывает справедливость модели элементарных ячеек. Ток короткого замыкания прямо пропорционален количеству освещенных ячеек, а оно в свою очередь прямо пропорционально освещенной площади.
A3. Так как ток солнечной батареи в режиме холостого хода практически равен нулю, то \(I_{с.б.} = I_{к.з.}\). В то же время при отсутствии освещения \(U_{с.б.} = U_{х.х.}\). Таким образом \(I_{с.б.} (U_{с.б.} ) = I_{к.з.} (U_{х.х.})\).
Ответ:
Источник: pho.rs/p/3919.
Похожие задачи
- Чёрный ящик ВсОШ 1991/92, 10 кл.
- ВАХ полупроводникового прибора ВсОШ 1992/2001, 11 кл.
- ВАХ чёрного ящика ВсОШ 1992/2001, 11 кл.
- Лампа и резистор ВсОШ 1992/93, 9 кл.
- Лампочки в цепи ВсОШ 1997/98, 9 кл.
- Газоразрядная трубка ВсОШ 1998/99, 10 кл.