Порядок выполнения работы

КАЗАНСКИЙ (Приволжский) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ уНИВЕРСИТЕТ

институт физики

В.В. Парфенов, Н.В. БОЛТАКОВА, Р.Х. Закиров

Изучение работы солнечной батареи

Методическое пособие к лабораторным работам

Лабораторная работа 2.

Исследование зависимости выходного напряжения солнечной батареи от температуры при разных
значениях сопротивления нагрузки

Казань

Описание установки

Внешний вид установки для изучения работы солнечной батареи приведен на рисунке 8. Принципиальная схема установки приведена на рисунке 9. Перед началом работы тщательно изучите схему установки. Схема многофункциональная, т.е. на этой установке можно выполнить несколько упражнений, которые коммутируются пятью переключателями В1-В5 (рис. 10) дублированными светодиодными индикаторами соответственно L1-L5.

Рисунок 8. Внешний вид установки для изучения работы СБ

Рисунок 9. Принципиальная схема установки для изучения принципа
работы солнечной батареи и ее характеристик. Обозначения: 1 – солнечная батарея, 2 – контроллер, 3 – аккумуляторная батарея, 4 – амперметр, 5 – вольтметр, 6 – люксметр (рис. 11, а), 7 – электронный термометр, 8 – инвертор, 12 – нагрузочное сопротивление, 13 – магазин нагрузок, 14 – лампа-прожектор, 15 – регулятор мощности – диммер (рис. 11, б)

Рисунок 10. Расположение переключателей и соответствующих им
светодиодных индикаторов на панели установки для изучения работы СБ

а б

Рисунок 11. Внешний вид люксметра (а) и диммера (б)

Лабораторная работа 2. Исследование зависимости выходного напряжения солнечной батареи от температуры при разных
значениях сопротивления нагрузки

Зависимость темнового тока, фототока и фотоэдс
солнечной батареи от температуры

Фототок I_ф правильно сконструированного фотоэлемента определяется полным числом поглощенных квантов и, если это число неизменно, не должен зависеть от температуры.

Экспериментальные данные, приведенные на рисунке 13, в основном, подтверждают это. Рост I_ф с температурой определяется уменьшением ширины запретной зоны, что при использовании белого света приводит к увеличению в спектре числа квантов, способных генерировать неосновные носители. Слабая температурная зависимость фототока является важным достоинством фотодиодов. Некоторым недостатком следует признать сильную зависимость от температуры темнового тока I_s (рис. 13). Это, в первую очередь, связано с резкой температурной зависимостью концентрации неосновных носителей. Действительно, поскольку обычно в рабочей области температур имеет место полная ионизация примесей и, следовательно, концентрация основных носителей (например, электронов) неизменна, из условия постоянства произведения концентраций электронов n и дырок р при заданной температуре

,

где n₀ – коэффициент пропорциональности, характеризующий число атомов решетки в единице объема, для концентрации неосновных носителей получим

.

Таким образом, концентрации неосновных носителей заряда, а, следовательно, и I_s экспоненциально растут с температурой. Согласно (3) рост тока неосновных носителей приводит к уменьшению
фотоэдс.

Для уменьшения величины темнового тока следует либо понижать температуру прибора, либо использовать для изготовления фотоэлементов вещества с большей шириной запрещенной зоны.

Рисунок 13. Температурная зависимость тока неосновных носителей I_s
и фототока I_ф германиевого фотодиода

Дополнительные контрольные вопросы

1. Объясните температурную зависимость фототока.

2. Объясните температурную зависимость темнового тока.

Порядок выполнения работы

Перед тем, как приступить к выполнению работы, ознакомьтесь с теоретическими основами, необходимыми для понимания происходящих процессов.

Прежде чем включить установку, проверьте положение тумблеров, которые должны быть выключены, т.е. все светодиодные индикаторы не должны гореть. Регулятор мощности лампы-прожектора должен находиться в левом крайнем положении. Плоскость солнечной батареи должна располагаться перпендикулярно плоскости стола.

Для выполнения данной работы необходимы солнечная батарея 1, люксметр 6, нагрузочное сопротивление 12, амперметр 4 и вольтметр 5 и термометр 7 (рис. 9). Пользуясь переключателями, необходимо сформировать схему, показанную на рисунке 12. Затем следуйте нижеприведенному порядку действий.

Для выполнения данного упражнения используются амперметр А1 и вольтметр V1. Амперметр А1 контролирует ток через нагрузку, а вольтметр V1 контролирует напряжение солнечной батареи. Термометр контролирует температуру солнечной батареи, а люксметр − освещенность.

1. Включите тумблеры В1, В2 и В3, при этом включатся все измерительные приборы.

2. Включите прожектор тумблером В6.

3. Регулируя мощность прожектора, установите освещенность
Ф = 15 000 лк.

4. По показаниям вольтметра V1 запишите значение напряжения U на солнечной батарее по показаниям амперметра А1 значение фототока.

5. Нагрев солнечной батареи осуществляется излучением прожектора. Контролируя нагрев батареи, повторите действия п.4, увеличивая температуру батареи на 5, 10, 15 и т.д. градусов по сравнению с комнатной температурой. Значения всех регистрируемых величин занесите в таблицу 3.

Таблица 3

Значения измеряемых величин

6. Поверните регулятор сопротивления нагрузки против часовой стрелки до упора, выключите тумблер В3. Поверните регулятор мощности против часовой стрелки до упора, выключите прожектор тумблером В6. Тумблером В2 отключите солнечную батарею. Выключите тумблер В1 (отключение всех измерительных приборов), при этом индикатор L1 погаснет.

7. Для каждого значения температуры, пользуясь формулой 3, рассчитайте значение темнового тока I_s и также занесите значения в таблицу 3.

8. Постройте графики зависимостей фототока, фотоэдс и темнового тока от температуры солнечной батареи.

Содержание отчета

Отчетом по работе является заполненная таблица 3, графики зависимостей фототока, фотоэдс и темнового тока от температуры солнечной батареи. При построении графиков экспериментальных данных для каждой точки должна быть графически указана погрешность измерения. Следует проанализировать полученные результаты, основываясь на теоретических знаниях, усвоенных перед выполнением лабораторной работы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: