Электротехнические комплексы с фотоэлектрическими установками. Учебное пособие

Лабораторная работа № 2

ИЗУЧЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ

Цель работы: изучение влияния на фотоэлектрическую батарею параметров излучения (плотности потока излучения, угла падения волны) при различной величине питаемой нагрузки.

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с лабораторным стендом.

2. Снять зависимость напряжения холостого хода фотоэлектрической батареи от плотности потока излучения. Для этого соединить фотоэлектрические модули параллельно и подключить к выходным клеммам параллельного соединения вольтметр (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Схема опыта холостого хода

фотоэлектрической батареи

Расположить источник излучения и фотоэлектрические модули батареи таким образом, чтобы лучи источника были направлены перпендикулярно плоскости модулей.

Сообщить преподавателю о завершении сборки схемы, ориентации источника излучения и фотоэлектрической батареи. Не включать электропитание лабораторного стенда без разрешения преподавателя.

Подать электропитание на лабораторный стенд (клавишный выключатель «Питание»). Постепенно увеличивая регулятором освещенности

41

плотность потока излучения, отметить значения напряжения на клеммах

2

фотоэлектрической батареи UХХ, плотность потока излучения для каждого модуля (Е1 и Е2). Результирующую плотность потока Е рассчитать как среднее арифметическое Е1 и Е2. Отключить электропитание лабораторного стенда. Представить результаты измерений в виде таблицы (табл. 6.1).

Таблица 6.1

, Вт/м

Е

1

Е2, Вт/м Е, Вт/м

UХХ, В

На основании данных таблицы построить зависимость напряжения на клеммах фотоэлектрического модуля UХХ от плотности потока излучения Е.

3. Снять зависимость тока короткого замыкания фотоэлектрической батареи от плотности потока излучения. Для этого соединить фотоэлектрические модули параллельно, включив в каждую ветвь амперметр (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Схема опыта короткого замыкания

при параллельном соединении

фотоэлектрических модулей

42

Расположить источник излучения и фотоэлектрическую батарею та-

2

ким образом, чтобы лучи источника были направлены перпендикулярно плоскости модулей.

Сообщить преподавателю о завершении сборки схемы, ориентации источника излучения и фотоэлектрической батареи. Не включать электропитание лабораторного стенда без разрешения преподавателя.

Подать электропитание на лабораторный стенд (клавишный выключатель «Питание»). Постепенно увеличивая регулятором освещенности плотность потока излучения, отметить соответствующие значения тока короткого замыкания фотоэлектрических модулей (I рующий ток короткого замыкания IКЗ батареи как сумму I

КЗ1

и I

КЗ1

), результи-

КЗ2

и I

. Плот-

КЗ2

ность потока излучения на батарее Е рассчитывать как среднее арифметическое потоков Е1 и Е2 на модулях. Отключить электропитание лабораторного стенда. Представить результаты измерений в виде таблицы (табл. 6.2).

Таблица 6.2

, Вт/м

Е

1

Е2, Вт/м Е, Вт/м

I

, мА

КЗ1

I

, мА

КЗ2

IКЗ, мА

На основании данных таблицы построить зависимость тока короткого замыкания фотоэлектрической батареи IКЗ от плотности потока излучения Е.

4. Снять зависимость тока нагрузки фотоэлектрической батареи от

плотности потока излучения. Для этого следует соединить фотоэлектри-

43

ческие модули параллельно, включив в ветви амперметры, и к клеммам батареи подключить нагрузку «Потребитель» и вольтметр (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Схема питания нагрузки

от фотоэлектрической батареи

Расположить источник излучения и фотоэлектрическую батарею таким образом, чтобы лучи источника были направлены перпендикулярно плоскости модулей.

Сообщить преподавателю о завершении сборки схемы, ориентации источника излучения и фотоэлектрической батареи. Не включать электропитание лабораторного стенда без разрешения преподавателя.

Подать электропитание на лабораторный стенд (клавишный выключатель «Питание»). Постепенно увеличивая регулятором освещенности плотность потока излучения (величина нагрузки потребителя неизменна), отметить соответствующие значения напряжения UН, выходного тока фотоэлектрических модулей (I1 и I2), результирующий выходной ток IН батареи (ток нагрузки) как сумму I1 и I2. Плотность потока излучения на батарее Е рассчитывать как среднее арифметическое потоков Е1 и Е2 на модулях. Отключить электропитание лабораторного стенда. Представить результаты измерений в виде таблицы (табл. 6.3).

44

Таблица 6.3

, Вт/м2

Е

1

Е2, Вт/м2 Е, Вт/м2

I1, мА

I2, мА

IН, мА

UН, В

На основании данных таблицы построить зависимость тока нагрузки IН и напряжения UН нагрузки фотоэлектрической батареи от плотности потока излучения Е.

5. Снять вольт-амперную характеристику фотоэлектрической батареи. Для этого следует соединить фотомодули параллельно, включив в ветви амперметры, и к клеммам батареи подключить нагрузку «Потребитель» и вольтметр (см. рис. 6.6).

Расположить источник излучения и фотоэлектрическую батарею таким образом, чтобы лучи источника были направлены перпендикулярно плоскости модулей.

Сообщить преподавателю о завершении сборки схемы, ориентации источника излучения и фотоэлектрической батареи. Не включать электропитание лабораторного стенда без разрешения преподавателя.

Подать электропитание на лабораторный стенд (клавишный выключатель «Питание»). Задать регулятором освещенности плотность потока излучения 300–350 Вт/м2. Для разных значений величины нагрузки потребителя при неизменной плотности потока излучения отметить значения напряжения UН и выходных токов фотоэлектрических модулей (I1 и I2), результирующий выходной ток IН батареи (ток нагрузки) как сумму I1 и I2. Плотность потока излучения на батарее Е рассчитывать как среднее

45

арифметическое потоков Е1 и Е2 на модулях. Отключить электропитание лабораторного стенда. Представить результаты измерений в виде таблицы (табл. 6.4).

Таблица 6.4

, мА

I

IН, мА

UН, В

1

, мА

2

На основании данных таблицы построить зависимость напряжения UН от тока нагрузки IН при постоянной плотности потока излучения Е (вольтамперную характеристику фотоэлектрической батареи).

6. Изучить влияние углового положения фотоэлектрических модулей

на напряжение и ток фотоэлектрической батареи.

Для этого следует соединить фотоэлектрические модули параллельно, включив в ветви амперметры, и к клеммам батареи подключить нагрузку «Потребитель» и вольтметр (см. рис. 6.6).

Расположить источник излучения и фотоэлектрическую батарею таким образом, чтобы лучи источника были направлены перпендикулярно плоскости модулей.

Сообщить преподавателю о завершении сборки схемы, ориентации источника излучения и фотоэлектрической батареи. Не включать электропитание лабораторного стенда без разрешения преподавателя.

Подать электропитание на лабораторный стенд (клавишный выключатель «Питание»). Задать регулятором освещенности плотность потока излучения 300–350 Вт/м2 и некоторую нагрузку потребителя. Изменяя угол падения лучей источника на один из фотоэлектрических модулей φ, а положение другого фотоэлектрического модуля оставляя неизменным, отметить значения напряжения UН и выходных токов фотоэлектрических

46

модулей (I1 и I2), результирующий выходной ток IН батареи (ток нагрузки)

φ

как сумму I1 и I2. Отключить электропитание лабораторного стенда. Представить результаты измерений в виде таблицы (табл. 6.5).

Таблица 6.5

, град

I1, мА

I2, мА

IН, мА

UН, В

На основании данных таблицы построить зависимости напряжения UН от угла φ и IН от угла φ.

7. Изучить влияние блокирующих диодов на параметры фотоэлек-

трической батареи.

Для этого следует соединить фотоэлектрические модули параллельно, включив в ветви амперметры и диоды, и к клеммам батареи подключить нагрузку «Потребитель» и вольтметр (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Схема питания нагрузки от фотоэлектрической батареи

через блокирующие диоды

47

Расположить источник излучения и фотоэлектрическую батарею та-

φ

ким образом, чтобы лучи источника были направлены перпендикулярно плоскости модулей.

Сообщить преподавателю о завершении сборки схемы, ориентации источника излучения и фотоэлектрической батареи. Не включать электропитание лабораторного стенда без разрешения преподавателя.

Подать электропитание на лабораторный стенд (клавишный выключатель «Питание»). Задать регулятором освещенности плотность потока излучения и величину нагрузки потребителя как в предыдущем эксперименте (п. 6). Изменяя угол падения лучей источника на один из фотоэлектрических модулей φ, а положение другого фотоэлектрического модуля оставляя неизменным, отметить значения напряжения UН и выходных токов фотоэлектрических модулей (I1 и I2), результирующий выходной ток IН батареи (ток нагрузки) как сумму I1 и I2. Отключить электропитание лабораторного стенда. Представить результаты измерений в виде таблицы (табл. 6.6).

Таблица 6.6

, град

I1, мА

I2, мА

IН, мА

UН, В

На основании данных таблицы построить зависимости напряжения UН от угла φ и IН от угла φ. Сравнить полученные результаты с результатами без использования блокирующих диодов (п. 6).

Рекомендуемая структура отчета:

– название лабораторной работы;

– цель лабораторной работы;

48

– схемы соединений элементов стенда для каждого эксперимента;

– результаты измерений, представленные в виде таблиц;

– результаты измерений, представленные в виде графиков;

– выводы по результатам исследований.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается функция блокирующих диодов?

2. Как с точки зрения полярности выполняют подключение блоки-

рующих диодов?

3. Как отразится на выходной мощности фотоэлектрической батареи

выход из строя одного из блокирующих диодов?

4. Возникают ли дополнительные потери мощности на блокирующих

диодах?

Лабораторная работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ

СОЕДИНЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ МОДУЛЕЙ

Цель работы: изучение основных характеристик фотоэлектрической батареи при последовательном соединении фотоэлектрических модулей; проверка роли байпасных диодов при последовательном соединении фотоэлектрических модулей.

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с лабораторной установкой.

2. Подготовить установку для исследования фотоэлектрической батареи с последовательным соединением фотоэлектрических модулей на холостом ходу. Для этого собрать схему согласно рис. 6.8.

49

Рис. 6.8. Схема последовательного соединения

фотоэлектрических модулей при холостом ходе

Расположить источник излучения и фотоэлектрическую батарею таким образом, чтобы лучи источника были направлены перпендикулярно плоскости модулей. Представить схему для проверки преподавателю.

3. Включить электропитание стенда (выключатель «Питание»). Плавно увеличивая освещенность фотоэлектрической батареи, измерить освещенности (Е1, Е2) и напряжения холостого хода (U

ХХ1

, U

) каждого фо-

ХХ2

тоэлектрического модуля. Результаты занести в таблицу (табл. 6.7). Выключить электропитание. Вычислить освещенность Е = (Е1 + Е2)/2 и напряжение холостого хода фотоэлектрической батареи U

ХХ

= U

ХХ1

+ U

ХХ2

Построить зависимость UХХ = (E).

Таблица 6.7

, Вт/м2

Е

1

Е2, Вт/м2 Е, Вт/м2

U

, В

ХХ1

U

, В

ХХ2

UХХ, B

.

50