efectul fotovoltaic fise de laborator

GRUPUL SCOLAR “PETRU RARES” BOTOSANI

FISA DE LABORATORSURSE DE ENERGII ALTERNATIVE

TEMA: OBTINEREA ENERGIEI ELECTRICE PRIN CONVERSIAENERGIEI RADIATIEI SOLARE

1. Scopul lucrării:- Punerea in evidenta a producerii curentului electric cu ajutorul unei celule fotovoltaice sicresterea intensitatii electrice si a tensiunii, odata cu cresterea iluminarii celulei fotovoltaice ( aunui panou solar);- trasarea caracteristicii de lumina a unei celule fotovoltaice;

2. Materiale necesare:- Panou solar( mai multe cellule fotovoltaice puse in combinatii serie si

paralel);- Sursa de lumina (un bec cu incandescenta);- Miliampermetru;- Voltmetru;- Rezistenta de sarcina RS;

3. Teoria lucrării: Efectul fotovoltaic este procesul de generare a unei tensiunielectromotoare sub influenta luminii. O celulă solară constă din două sau mai multe straturi dematerial semiconductor, cel mai întâlnit fiind siliciul. Aceste straturi au o grosime cuprinsă între0,001 și 0,2 mm și sunt dopate cu anumite elemente chimice pentru a forma joncțiuni „p” și „n”.Această structură e similară cu a unei diode. Când stratul de siliciu este expus la lumină se vaproduce o „agitație” a electronilor din material și va fi generat un curent electric. O celulafotovoltaica transforma doar o parte din energia radianta în energie electrica, restul se pierde caurmare a unei serii de procese ce se petrec în timpul conversiei.

Celulele solare, numite și celule fotovoltaice, au de obicei o suprafață foarte mică șicurentul generat de o singură celulă este mic dar combinații serie, paralel ale acestor celule potproduce curenți suficient de mari pentru a putea fi utilizați în practică. Pentru aceasta, celulelesunt încapsulate în panouri care le oferă rezistență mecanică și la intemperii.


4. Mod de lucru:Pentru trasarea caracteristicii de lumina ISC = f(E) se conecteaza direct la bornele celulei

solare un miliampermetru. Intrucat amperimetrele au o rezistenta de intrare foarte mica, acesteapractice scurtcircuiteaza celula.

Pentru diferite valori ale iluminarii, E, ale celulei, se citesc pe miliampermetru valorileintensitatii curentului de scurtcircuit, ISC (UΦ =0). Se traseaza apoi graficul ISC = f(E)RS=0.

Se inlocuieste miliampermetrul cu un milivoltmetru. Deoarece impedanta de intrare avoltmetrelor este foarte mare, practice milivoltmetrul masoara tensiunea in circuit deschis UΦCD

corespunzatoare.Se traseaza graficul UΦCD = f(E)RS=∞.Se traseaza de asemenea caracteristica de lumina I = f(E)RS=const. pentru diferite valori ale

rezistentei de sarcina RS mentinute constante in timpul unui sir de masuratori.SRS =Sursa reglabila stabilizata

RS

SRS

S

ISC UΦCD I

ERS=0 ERS=∞. ERS=const

5. Tabel de datea) b)

Nr.crt.

E (lx) ISC( A) Nr. crt E (lx) UΦCD(V) Nr. crt ERS=const(lx) I(A)

1. 1. 1.2. 2. 2.3. 3. 3.4. 4. 4.5. 5. 5.Se va observa ca pentru iluminari nu prea mari, ISC depinde liniar de E, pe cand dependent deilluminate a tensiunii UΦCD este logaritmica.

A

AV


De exemplu:

Cele mai importante caracteristici ale celulelor fotovoltaice sunt ca şi în cazul bateriilor:- Tensiunea;- Intensitatea curentului electric;- Puterea electrică.

Tensiunea utilă a celulelor fotovoltaice, ca şi intensitatea curentului electric asigurat,depend semnificativ de natura materialului semiconductor utilizat la fabricaţie, ca şi dedimensiunile acestor celule. În figura este reprezentată variaţia tensiunii şi a intensităţiicurentului electric asigurate de o celulă fotovoltaică realizată din siliciu şi având dimensiunile de10x10cm.

Se observă că tensiunea maximă care poate fi asigurată de celulele fotovoltaice realizatedin acest material este de aproximativ 0,5V. Valoarea tensiunii maxime care poate fi asigurată,depinde foarte puţin de intensitatea radiaţiei solare, dar valoarea intensităţii curentului electric,depinde sensibil de acest parametru, prezentând o variaţie între 0,4A în cazul unei radiaţii solarede 200W/m2 şi 2,2A în cazul unei radiaţii solare de 1000W/m2.

Puterea electrică a celulelor fotovoltaice se calculează ca produs dintre tensiunea U şiintensitatea curentului electric I, având în vedere că aceste echipamente generează curentcontinuu,

P=U·I

Considerând că tensiunea este de U=0,5V şi intensitatea curentului electric este I=2A, se poatecalcula puterea asigurată de o celulă din Si de 100cm2: P=0,5·2=1W. Această valoare redusă aputerii, arată că este evidentă necesitatea de a lega mai multe celule fotovoltaice în serie, pentru ase obţine panouri fotovoltaice capabile să asigure o putere electrică semnificativă. Din acestmotiv şidimensiunile panourilor sunt semnificative. Considerând un panou realizat din 10x10celule fotovoltaice de tipul celor prezentate anterior, dimensiunile acestuia vor fi100x100cm=1m2, iar acest panou va putea să asigure o putere de 10x10=100W. Pornind de lacurbele de variaţie a intensităţii curentului electric, cu intensitatea radiaţiei solare, reprezentate înfigura, şi calculând valoarea puterii ca produs dintre tensiune şi intensitate, se pot trasa curbe devariaţie a puterii furnizate de celulele fotovoltaice.

Trebuie menţionat şi faptul că performanţele panourilor fotovoltaice sunt dependente detemperatură. Astfel cu cât creşte temperatura, cu atât scade şi eficienţa panourilor fotovoltaice dea converti energia radiaţiei solare în curent electric. Se poate considera, ca valoare orientativă, o


reducere a eficienţei panourilor fotovoltaice cu 0,3%, pentru fiecare grad de creştere atemperaturii. De regulă performanţele electrice ale panourilor fotovoltaice sunt indicate latemperatura de 25°C. Este evident că din acest punct de vedere, cea mai eficientă conversie aenergiei solare în energie electric este realizată în spaţiul cosmic, unde temperatura este apropiatăde 0K.



TEMA: OBTINEREA ENERGIEI ELECTRICE PRIN CONVERSIA ENERGIEITERMICE

1. Scopul lucrării:- Punerea in evidenta a producerii curentului electric cu ajutorul elementului Peltier siobservarea cresterii curentului electric odata cu cresterea diferentei de temperatura.- Trasarea caracteristicii curent-diferenta de temperatura pentru un generator termoelectric;

Peltier si observarea cresterii curentului electric odata cu cresterea diferentei de temperatura.

2. Materiale necesare:- 2 profile de metal;- Miliampermetru;- Voltmetru;- 2 vase cu apa (unul cu apa fierbinte, celalalt cu gheata+sare);- Led sau motoras cu elice;- Element Peltier;

3. Teoria lucrării: Efecul termoelectric.

Efectul termoelectric, descoperit de Seebeck in 1823, consta in aparitia unei tensiuni intr-un circuit format din doua metale diferite (1,2) ale caror jonctiuni nu au aceeasi temperatura (T1

T2) (fig.1). Tensiunea electromotoare din circuit se numeste tensiune termoelectrica si seanuleaza in momentul egalarii temperaturilor (TA =TB).

Figura 1. Generarea tensiunii termoelectrice prin aplicarea unei diferente de temperatura unuidispozitiv cu 2 metale diferite.


Daca cele doua jonctiuni se mentin la temperaturi diferite T1,T2 atunci prin circuit vacircula un curent electric datorita tensiunii electrice generate de diferenta de temperatura dintrecele doua jonctiuni. Partea receptiva a acestui dispozitiv este o celula Peltier. Pe o parte aceastacelula atinge o codita din aluminiu care va fi scufundata in apa fierbinte, in timp ce cealalaltaparte atinge un rezervor care va fi umplut cu apa rece sau gheata. Conform efectului Seebeck,diferenta de temperatura produce o diferenta de potential care poate fi accesat la capete si careeste capabil sa puna in functiune un motor electric mic sau sa aprinda un led. Cum efecteleSeebeck si Peltier sunt reversibile, daca aplicati la capete o diferenta de potential, ( max. 12 V ),veti stabili o considerabila diferenta de temperatura intre cele doua fete ale placii ceramice(efectul Peltier ).

4. Mod de lucru:- Se conecteaza elementul Peltier la doua profile metalice;- Se conecteaza firele conductoare ale elementului Peltier la un led sau un motoras cu elice;- Se pune ansamblul astfel format in 2 vase astfel incat un profil sa fie introdus in vasul cu

apa foarte fierbinte iar celalalt profil in vasul cu apa cu gheata si sare;- Se masoara diferenta de temperatura cu ajutorul unui termometru electronic;- Se masoara tensiunea in circuit si intensitatea curentului electric;- Se trec datele experimentale in tabel;- Se traseaza graficul pentru intensitatea curentului electric si a tensiunii in functie de

diferenta de temperatura.

Nr. crt T1(0C) T2(0C) ∆T(0C) I (A) U(V)

I U

∆t ∆t

http://www.youtube.com/watch?v=8mFyiYh94YE&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=XLWZxpjYfpE&feature=related


TEMA: OBTINEREA ENERGIEI ELECTRICE PRIN CONVERSIAENERGIEI EOLIENE

1.Scopul lucrarii:

- Punerea in evidenta a producerii curentului electric cu ajutotul unei turbine eoliene.

2. Materiale necesare:

- motoras cu elice;- led;- miliampermetru;- voltmetru;

3. Ce este energia eoliana?

Energia eoliana reperezinta energia generataprin puterea vantului.

Avantaje: - se preteaza aplicatiilor la scararedusa.

- emisii zero de substante poluante si gazecu efect de sera, datorita faptului ca nu se ardcombustibili;

- nu se produc deseuri;- costuri reduse pe unitate de energie

produsa.Costul a scăzut substanţial în ultimii ani,

ajungând în S.U.A. să fie chiar mai mic decât încazul energiei generate din combustibili clasici.În 2008, preţul energiei eoliene ajunsese la 70euro/Mwh , iar previziunile sunt de continuare ascăderii acestora, deoarece se pun în funcţiunitot mai multe unităţi eoliene cu putere instalatăde mai mulţi megawaţi.

Costuri reduse de scoatere din funcţiune.Spre deosebire de centralele nucleare, deexemplu, unde costurile de scoatere dinfuncţiune pot fi de câteva ori mai mari decâtcosturile centralei, în cazul generatoareloreoliene, costurile de scoatere din funcţiune, lacapătul perioadei normale de funcţionare, suntminime, acestea putând fi integral reciclate.Dezavantaje: - resursa energetică relativlimitată, inconstanţa datorită variaţiei vitezeivântului şi numărului redus de amplasamenteposibile. Puţine locuri pe Pământ oferăposibilitatea producerii a suficientă electricitate folosind energia vântului.

- La început, un important dezavantaj al producţiei de energie eoliană a fost preţul destul

de mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor. În ultimii ani, însă,preţul de producţie pe unitate de energie electrică a scăzut drastic, ajungând, prinîmbunătăţirea parametrilor tehnici ai turbinelor, la cifre de ordinul 3-4 eurocenţi pe kilowattoră.

- "poluarea vizuală" - eolienele au o apariţie neplăcută- "poluare sonora" (sunt prea galagioase)- turbinele afectează mediul şi ecosistemele din împrejurimi, omorând păsări şi necesitând

terenuri mari virane pentru instalarea lor.- risc mare de distrugere în cazul furtunilor, dacă viteza vântului depăşeşte limitele

admise la proiectare. Oricât de mare ar fi limita admisă, întotdeauna există posibilitatea ca easă fie depăşită.

4. Mod de lucru:

se pune in functiune elicea atasata motorasului cu ajutorul unui foen motorasul transforma energia cinetica a vantului in energie electrica; se masoara tensiunea electrica in circuit si intensitatea curentului electric si se

observa ca acestea depind de valoarea vitezei vantului. se fac mai multe masuratori ale intensitatii si tensiunii pentru valori diferite ale vitezei

vantului. Se pot trasa urmatoarele grafice: I = f(v); U = f(v), P = f(v).

Nr. crt v( m/s) I (A) U(V)

De exemplu, curba de putere a unei turbine de mici dimensiuni, in functie de vitezavantului, va arata:

efectul fotovoltaic fise de laborator

Documents