Doświadczenia

Doświadczenie 3

Kolektor słoneczny.

 

Doświadczenie 2

Moc baterii słonecznej i efekt zacienienia.

 

Doświadczenie 1

Moc ogniwa a kąt jego ustawiania.

 

Doświadczenie 3

Kolektor słoneczny.

Cel doświadczenia:

Przedstawienie zasady działania instalacji kolektorów słonecznych służących do ogrzewania wody.

Elementy niezbędne do przeprowadzenia doświadczenia:

Elastyczny gumowy wężyk

Pudełko na płytę CD z czarnym spodem

Silikon lub inny klej

2 plastikowe pojemniki

Budowa instalacji

1 - W tylnej części pudełka na płytę należy w rogach wywiercić 2 otwory o średnicy równej średnicy gumowego wężyka.

2 – Tej samej wielkości otwory należy wywiercić w plastikowym pojemniku. Jeden otwór należy wywiercić tuż nad dnem pojemnika, drugi ok. 5-7 cm wyżej.

3 – otworzyć pudełko i w celu uszczelnienia na jego obwodzie nałożyć silikon lub klej wodoodporny, po czym należy zamknąć pudełko i pozostawić do wyschnięcia.

4 – W otwory w pudełku wkleić gumowe wężyki, w jeden otwór dłuższy wężyk ok.   15- 20 cm w drugi krótszy ok. 5-7 cm. Należy pamiętać że podczas wklejania wężyka w tylniej części pudełka nie może on stykać się z przednią częścią pudełka. Pozostawić sklejone elementy do wyschnięcia.

5 – Skleić spodami dwa pojemniki ze sobą w taki sposób, aby pojemnik z otworami był na górze. Następnie wężyki z pudełka należy połączyć z otworami w pudełku w sposób przedstawiony na poniższym rysunku. Należy pamiętać, że górny otwór w pudełku należy połączyć z dolnym w pojemniku i dolny z pudełka z górnym w pojemniku.

Działanie instalacji

Do instalacji należy wlać w zależności od pojemności pudełka i pojemnika ok. litra wody. Ilość wody należy dokładnie odmierzyć. Pudełko po płycie pełni w instalacji rolę kolektora. Czarna powierzchnia pudełka działa jak absorber, pochłania promienie słoneczne i zamienia je na ciepło. Znajdująca się w pudełku woda odbiera ciepło od absorbera i ogrzewa się. W naturalny sposób ciepła woda unosi się ku górze i poprzez górny otwór w pudełku płynie do pojemnika. Na miejsce ciepłej wody napływa od dołu zimna. Następuje naturalna cyrkulacja grawitacyjna napędzana promieniowaniem słonecznym.

Uzysk energii z instalacji

W celu obliczenia energii, jaką produkuje instalacja należy dokładnie odmierzyć ilość wody, jaką została ona napełniona. Następnie należy zmierzyć jej temperaturę przed wystawianiem na słońce oraz po kilku godzinach ogrzewania. Ilość energii obliczamy ze wzoru.

E = M * Cp * DT

Gdzie

M – ilość wody w instalacji w litrach

Cp – ciepło właściwe wody 4189,9 [J/kg*K]

DT – różnica temperatur wody zmierzona po ogrzewaniu i przed ogrzewaniem

 


 

 

 

Doświadczenie 2

Moc baterii słonecznej i efekt zacienienia.

Cel doświadczenia:

Zobrazowanie punktu pracy baterii słonecznej w zależności od liczby podłączonych do niej urządzeń oraz efektu zacienienia.

Elementy niezbędne do przeprowadzenia doświadczenia:

  • Cyfrowy multimetr umożliwiający pomiar natężenia oraz napięcia prądu stałego
  • Bateria słoneczna (panel PV)
  • 3 wentylatory komputerowe

Opis doświadczenia

Bateria słoneczna w zależności od warunków natężenia promieniowania słonecznego charakteryzuje się zmienną mocą. Także w określonych warunkach słonecznych moc generowana przez baterię słoneczną będzie uzależniona od liczby i charakteru podłączonych do niej urządzeń elektrycznych.

Na początku podłączamy do baterii słonecznej 1 wentylator i mierzymy napięcie oraz natężenie prądu. W tym przypadku otrzymujemy U = 18,1[V] oraz I=0,34[A] co daje moc baterii równą 6.15 [W].

Następnie do układu dołączamy kolejny wentylator i mierzymy napięcie oraz natężenie prądu. W tym przypadku otrzymujemy U = 13[V] oraz I=0,52[A] co daje moc baterii równą 6.76 [W].

Moc baterii nieznacznie wzrosła, jednak znacznie zmieniły się odczyty parametrów prądu. Napięcie spadło a natężenie prądu wzrosło.

Kontynuując doświadczenie podłączamy do baterii słonecznej kolejny wentylator (mając w sumie już 3) i mierzymy napięcie oraz natężenie prądu. W tym przypadku otrzymujemy U = 8,7[V] oraz I=0,52[A] co daje moc baterii równą 4.5 [W].

W tym przypadku moc baterii znacznie spadała, choć dodanie kolejnego urządzenia spowodowało wzrost zapotrzebowania na moc. Sytuacja ta wynika z charakterystyki prądowo napięciowej baterii słonecznej (rysunek poniżej).

Gdy do baterii podłączony był 1 wentylator punkt pracy ogniwa znajdował się po stronie prawej charakterystyki stąd wysokie napięcie i niski prąd. Po podłączeniu drugiego wentylatora punkt pracy przesunął się w lewo. Spadło napięcie, lecz znacząco wzrósł prąd. W przypadku podłączenia kolejnego trzeciego wentylatora punk pracy przesunął się znów w lewo stąd dalszy spadek napięcia, przy tym samym natężeniu prądu.

Ważnym aspektem pracy baterii słonecznych jest tzw efekt zacieniania. Na poniższym zdjęciu zasymulowano nieznacznie zacienianie jednego ogniwa PV liściem. W tym przypadku napięcie baterii spadło z U = 8,7[V] do 4,5 [V] oraz natężenie prądu spało z I=0,52[A] do 0,27[A]. Mimo iż liść zasłonił zaledwie kilka procent baterii to jej moc spadłą z 4,5 [W] do 1,2[W] czyli przeszło o 70%! Z tego powodu baterie słoneczne należy bezwzględnie chronić przed zacienieniem choćby najmniejszej części ich ogniw.

 

 

 


 

Doświadczenie 1

Moc ogniwa a kąt jego ustawiania.

Cel doświadczenia:

Zobrazowanie jak duży wpływ ma kąt padania promieni słonecznych na moc ogniwa fotowoltaicznego i ilość produkowanej przez niego energii elektrycznej.

Elementy niezbędne do przeprowadzenia doświadczenia:

  • Cyfrowy multimetr lub amperomierz umożliwiający pomiar natężenia prądu stałego
  • Małe ogniwo fotowoltaiczne
  • Latarka

1.       Konfiguracja multimetru

  • Czarną sondę multimetru mocujemy w gnieździe COM a czerwoną w gnieździe oznaczonym mA gdyż prąd małego ogniwa będzie niewielki, jeżeli doświadczenie przeprowadzane byłoby z panelem fotowoltaicznym należy bezwzględnie sprawdzić czy prąd uzyskany z panelu mieści się w zakresie pracy danego multimetru przy danych ustawieniach,
  • Pokrętło ustawiamy na zakres 200mA.

 

2.       Podłączenie ogniwa

Czarną sondę łączymy z biegunem ujemnym ogniwa a czerwoną z dodatnim. W przypadku podłączenia odwrotnego wyniki otrzymalibyśmy ze znakiem ujemnym.

 

3.       Przeprowadzenie doświadczenia

  • Kładziemy latarkę na stoliku
  • W odległości ok. 10-15 cm ustawiamy prostopadle ogniwo z podłączonym multimetrem
  • Włączamy multimetr

Multimetr wskazuje zerowy prąd oznacza to, że ogniwo nie jest w stanie produkować energii elektrycznej ze słabego rozproszonego oświetlenia, jakie panuje w pomieszczeniu.

 

  • Włączamy latarkę i wykonujemy odczyt natężenia prądu przy prostopadłym padaniu światła latarki na ogniwo (patrz poniższe zdjęcie). Następnie pochylamy ogniwo (patrz poniższe zdjęcie) wykonując ciągły pomiar natężenia prądu.

3. Wnioski

Za pomocą multimetru wykonany został pomiar prądu zwarcia ogniwa fotowoltaicznego, który jest wprost proporcjonalny do mocy ogniwa w danych warunkach oświetlania (większy prąd zwarcia -> większa moc ogniwa). Mimo że latarka oświetlała ogniwo tą samą ilością światła przy ustawieniu prostopadłym promieni latarki do ogniwa prąd zmierzony przez miernik był prawie 10 razy większy niż w przypadku prawie płaskiego ułożenia ogniwa względem podłoża. Wraz ze wzrostem odchylenia ogniwa względem prostopadłego oświetlenia radykalnie spadał produkowany prąd. Zjawisko to wynika z faktu, że wraz z pochyleniem ogniwa ta sama ilość promieni latarki rozłożona była na większej powierzchni, więc moc oświetlenia w przeliczeniu na jednostkę powierzchni była coraz mniejsza, dlatego też prąd produkowany przez ogniwo był coraz mniejszy.

 

Loga patronów

Projekt biogazownie

biogazownie korzyści czy zagrożenia

Kalkulatory

Gry Edukacyjne

Sponsorzy

Sondy

Co sądzisz o projekcie?
 

Odwiedziło Nas

osób