Ústav fyziky a technologií plazmatu
Fyzikální praktikum pro nefyzikální obory
Pracovní list
Úloha 9: Energie ze Slunce, fotovoltaické a palivové články
Jméno: Naměřeno:
Skupina: Otestováno:
Studium vlastností solárního článku
1. Určení optimálního pracovního bodu, měření VA charakteristiky článku. Měňte odpor
R reostatu, pomocí senzorů Pasco naměřte proud I a napětí U. V software systému spočítejte
výkon P a odpor R pro každou dvojici hodnot proudu a napětí. Vykreslete voltampérovou charakteristiku
solárního článku a závislost výkonu na odporu a grafy nalepte/přiložte do pracovního
listu.
Nalepte voltampérovou (VA) charakteristiku solárního článku (závislost proudu na napětí)
1
Nalepte graf závislosti výkonu na odporu pro solární článek.
Optimální pracovní bod:
maximální výkon solárního článku: Popt = mW,
příslušný odpor zátěže: Ropt = Ω,
příslušná hodnota napětí: Uopt = V,
příslušná hodnota proudu: Iopt = mA.
Jakým způsobem byl určen optimální pracovní bod (hodnota výkonu, napětí, proudu a odporu
zátěže)?
2. Odhad energetické účinnosti solárního článku při osvětlení žárovkou
Výkon žárovky je P0 = U.I= W.
Vzdálenost solárního článku od žárovky je r= m, plocha článku S= m2.
Zářivý výkon žárovky dopadající na solární článek Pz= W.
Výkon solárního článku měřený v pracovním bodě je Popt= W.
Účinnost solárního článku pak spočítáme jako ηs =
Popt
Pz
= .
2
3. Spektrální účinnost fotovoltaického článku při osvětlení žárovkou
(a) Test optických filtrů s článkem v zapojení do zkratu
Při měření fotoproudu ze solárního článku přikrytého zeleným filtrem se přidáním IR blokujícího
filtru fotoproud výrazně změní, prakticky nezmění.
Změříme dobře příspěvek zeleného světla pouze se zeleným filtrem? ano, ne.
Při pohledu na jasný bílý objekt přes zelený filtr se přidáním IR blokujícího filtru jas objektu
výrazně změní, prakticky nezmění.
Ovlivní IR blokující filtr příspěvek v zelené oblasti? postatně ano, výrazně ne.
(b) Výsledky měření fotoproudu z článku v zapojení do zkratu přikrytého filtrem:
bez filtrů I0 = mA, 100 % I0
IR propustný IIR = mA, % I0
IR blokující IVIS = mA, % I0
červený + IR blokující IR = mA, % I0
zelený + IR blokující IG = mA, % I0
modrý + IR blokující IB = mA, % I0
IR propustný + IR blokující I× = mA, % I0
Jaká je spolehlivost stanovení procentuálního příspěvku? Co ji ovlivňuje?
Studium vlastností elektrolyzéru a palivového clánku
1. Měření voltampérové charakteristiky elektrolyzéru
Z hodnot voltampérové charakteristiky naměřených pomocí systému Pasco vytvořte graf, který
přidáte k pracovnímu listu.
Hodnota rozkladného napětí je UR = V.
2. Měření účinnosti elektrolyzéru Výhřevnost H je pro vodík rovna H = 10, 8.106 Jm−3,
objem vodíku vzniklý při elektrolýze je roven V = m3.
Na elektrolyzéru je napětí U = V, teče jím proud I = A,
a to po čas t = s.
Účinnost elektrolyzéru určená podle vztahu ϑe = VH2H
UIt = .
3
Nalepte graf voltampérové (VA) charakteristiky elektrolyzéru (závislost proudu na napětí).
Proč je objem vodíku vzniklého při elektrolýze dvojnásobný než objem vzniklého kyslíku?
Poznámky k experimentu:
3. Měření účinnosti palivového článku
Výhřevnost H je pro vodík rovna H = 10, 8.106 Jm−3,
objem vodíku proteklého palivovým článkem je V = m3.
Na elektromotoru s vrtulkou, jehož odpor je v čase proměnný, byly v časových intervalech ∆t
odpovídajících vzorkovací frekvenci měření určeny okamžité hodnoty napětí U a proudu I až
do zastavení vrtulky v čase T. Data naměřená pomocí systému Pasco zpracujte pomocí jeho
měřícího programu, určete celkovou vyrobenou energii za dobu měření.
Účinnost palivového článku určená podle vztahu ϑp =
T
t=0
U.Idt
VH2.H = .
Jak byla celková získaná elektrická energie změřena?
4
Měření na fotovoltaickém článku, na který dopadá sluneční záření
1. Krátkodobá měření na fotovoltaickém článku
Naměřená hodnota napětí naprázdno je , což se shoduje neshoduje s hodnotou
udávanou výrobcem 21,96 V.
Naměřená hodnota proudu nakrátko je , což se shoduje neshoduje s hodnotou
udávanou výrobcem 0,32 A.
Při odporové zátěži je hodnota napětí a hodnota proudu
2. Vliv zastínění na činnost fotovoltaického článku:
Způsob zakrytí: výkon na zátěži [mW]
3. Určení maximálního a průměrného výkonu fotovoltaického článku za předchozí kalendářní
den (případně delší období):
Maximální výkon: . Průměrný výkon: . Nainstalovaný výkon: .
Které faktory hrají roli při nevyužití nainstalovaného výkonu?
5
zde nalepte graf závislosti výkonu na čase vytvořený ze stažených hodnot proudu a napětí
v programu QtiPlot
Měření účinnosti celého procesu fotovoltaický → palivový článek
1. Celková účinnost solárně vodíkového procesu výroby a akumulace energie je vyjádřitelná jako
součin tří dílčích účinností, a to solárního článku, elektrolyzéru a palivového článku (dosaďte
výsledky předchozích měření):
ϑ = ϑs.ϑe.ϑp = . . = .
2. Řešte následující příklad:
Vyrábíme elektřinu pomocí solárních článků a akumulujeme ji ve vodíku. Jakou plochu by musely
mít solární články, aby energie z roční výroby solárních článků akumulovaná do vodíku a následně
přeměněná v elektřinu pomocí elektrolyzéru byla rovna roční produkci JE Temelín? Temelínská
elektrárna má elektrický výkon 2GW a pracuje asi 85% doby v roce. Na 1m2 povrchu země v ČR
dopadá za rok asi 1000kWh energie slunečního záření.
6