Σκοπός: Μελέτη της ηλεκτρικής συμπεριφοράς ενός ΦΒ στοιχείου.

Εργασίες: A. Μετρήσεις στο τραπέζι εργασίας με τεχνητό φωτισμό.

1. Με ορισμένο φωτισμό E, μεταβάλουμε την αντίσταση R (ροοστάτης) και καταγράφουμε τα πειραματικά σημεία ρεύματος – τάσης στα άκρα του ΦΒ στοιχείου.

2. Επαναλαμβάνεται η προηγούμενη εργασία για άλλα επίπεδα φωτισμού

B. Επεξεργασία μετρήσεων

3. Κατασκευάζονται σε κοινό διάγραμμα οι χαρακτηριστικές καμπύλες I-V για τα αντίστοιχα επίπεδα φωτισμού, Ε/Ε₀ (Ε₀ είναι η μέγιστη τιμή φωτισμού που χρησιμοποιείτε στο πείραμά σας).

4. Κατασκευάζεται το διάγραμμα μέγιστης ισχύος, P_m, σε συνάρτηση με το αντίστοιχο επίπεδο φωτισμού Ε/Ε₀: P_m-Ε/Ε₀.

Απαιτούμενα μέσα: ΦΒ στοιχεία με ακροδέκτες, για εργαστηριακή χρήση. Επιτραπέζια φωτιστικά για τον φωτισμό των ΦΒ στοιχείων, με δυνατότητα ρύθμισης της απόστασής τους απ’ αυτά. Σκίαστρα μεταβολής έντασης φωτισμού επί των ΦΒ στοιχείων.

Αναφορά αστη θεωρία: Χαρακτηριστικά & λειτουργία ΦΒ στοιχείου, Χαρακτηριστικές I-V, P-V, P_m-E. (Βιβλιογραφία μαθήματος, στο τέλος της άσκησης)

ΕΡΓΑΣΙΕΣ

1. Τα ΦΒ στοιχεία καθώς και το κύκλωμα με τη μεταβλητή αντίσταση (ροοστάτης πολλών στροφών), για την αλλαγή της αντίστασης φόρτου και συνακόλουθο προσδιορισμό των διαφόρων ζευγών (I, V), βρίσκονται ενσωματωμένα σε μια ολοκληρωμένη διάταξη (Σχήμα 2α). Σ’ αυτήν έχουν ενσωματωθεί και τα μετρητικά όργανα, βολτόμετρο και αμπερόμετρο

2. Για το φωτισμό χρησιμοποιείται τεχνητή πηγή φωτισμού (Λαμπτήρας πυρακτώσεως) (Σχήμα 2β). Τα διάφορα επίπεδα φωτισμού επιτυγχάνονται με ρύθμιση της απόστασής του από το ΦΒ στοιχείο σε συνδυασμό με κατάλληλα σκίαστρα από μεταλλικό πλέγμα (Σήτα).

3. Να συνδέσετε στο κύκλωμα ένα από τα ΦΒ στοιχεία, που είναι ενσωματωμένα στην πειραματική διάταξη και να θέσετε σε λειτουργία τη λάμπα, ρυθμίζοντας την σε απόστασή της, 35-40 cm από το επίπεδο των ΦΒ στοιχείων. Ο φωτισμός αυτός, που τον συμβολίζουμε Ε₀, θα ληφθεί ως φωτισμός αναφοράς για τη συνέχεια.

4. Να περιμένετε για 3 min, ώστε να αποκατασταθεί η θερμοκρασία κυψελίδας και ξεκινήστε μετρήσεις καταγράφοντας τα ζεύγη ρεύματος Ι και τάσης V, από την κατάσταση ανοικτού κυκλώματος μέχρι την κατάσταση βραχυκύκλωσης, για δεδομένο φωτισμό Ε₀. Χρησιμοποιείστε κατάλληλο βήμα κατά τη μεταβολή της τάσης, ώστε η περιοχή από την τάση ανοικτού κυκλώματος μέχρι λίγο μετά το «γόνατο» της I-V (από V_oc έως περίπου στο V_oc/2), να καλυφθεί από πιο πυκνά πειραματικά σημεία, αλλάζοντας την τάση ανά, περίπου, 10 mV. Στη συνέχεια, μέχρι κοντά στο 0 V, η αλλαγή της τάσης να γίνεται με διπλάσιο βήμα απ’ ό,τι πριν. Για διευκόλυνσή σας, να έχετε προετοιμάσει πίνακες με τις απαιτούμενες στήλες και σειρές, για όλες τις μετρήσεις που θα κάνετε στα πλαίσια αυτής της άσκησης.

5. Να επαναλάβετε την εργασία 4, με επίπεδα φωτισμού (Ε/Ε₀): 75%, 50% και 25% του αρχικού φωτισμού. Για το σκοπό αυτό να αξιοποιήσετε το γεγονός ότι το ρεύμα βραχυκύκλωσης είναι ανάλογο του φωτισμού. Θα επιτύχετε τη ρύθμιση του επιπέδου φωτισμού μεταβάλλοντας την απόσταση λάμπας-ΦΒ στοιχείου, σε συνδυασμό με τη χρήση μεταλλικών πλεγμάτων, αν απαιτείται.

6. Να κατασκευάσετε σε ένα διάγραμμα τις χαρακτηριστικές καμπύλες I-V σε δύο επίπεδα φωτισμού (Ε/Ε₀): α) 1 και β) 0,5.

7. Να υπολογίσετε σε κάθε επίπεδο φωτισμού τη μέγιστη ισχύ P_m και να κατασκευάσετε το διάγραμμα της P_m σε συνάρτηση με το λόγο των πυκνοτήτων ισχύος Ε/Ε₀, δηλαδή, σε συνάρτηση με τα επίπεδα φωτισμού 0,25, 0,5, 0,75 και 1 (Διάγραμμα: Ρ_m – Ε/Ε₀ ).

Βιβλιογραφία μαθήματος: Φωτοβολταϊκά Συστήματα, Ι. Φραγκιαδάκης, Εκδόσεις ΖΗΤΗ.

Παράγραφοι: 3.1 (3.1.2, 3.1.2), 3.2 (3.2.1, 3.2.2. 3.2.3, 3.2.4, 3.2.5, 3.2.6, 3.2.7, 3.2.7, 3.2.8, 3.2.9), 3.3.3, 3.4 (3.4.1, 3.4.2, 3.4.3, 3.4.4, 3.4.5, 3.4.6 (3.4.6.1), 3.4.7.