| |
Objectius
L'objectiu d'aquesta pràctica és la utilització
dels sensors de llum i de voltatge per continuar caracteritzant una cèl·lula
fotovoltaica, en aquest cas per estudiar la variació del voltatge
elèctric que genera la cèl·lula, en circuit obert,
en funció de la il·luminació que rep. |
| |
|
| |
Caracterització d'una cèl·lula
fotovoltaica |
| |
C. Sensor de voltatge
i cèl·lula fotovoltaica |
| |
|
 |
Introducció |
| |
|
| |
La cèl·lula que utilitzareu
serà la mateixa que la de la pràctica 2 i el muntatge similar.
La cèl·lula fotovoltaica és un dispositiu de material
semiconductor, en aquest cas de silici. La corba característica,
I-V per a diferents nivells de radiació, és la següent:
Gràfic extret d'"Els díodes
semiconductors", escrit per Joan Buch i altres, i editat per l'ICE
de la UPC.
- Quan el voltatge és 0V, és a dir, en curtcircuit, aspecte
estudiat a la pràctica 2, s'observa que en augmentar la radiació
augmenta proporcionalment el corrent que genera la cèl·lula
(com que surt pel costat tipus P, per conveni és pren com a negatiu,
ja que un díode passiu condueix quan li entra el corrent per
aquest costat) .
- Si el corrent és 0A, és a dir, en circuit obert, s'observa
que el voltatge, per a radiacions de 500 W/m2 és de
0,5 V i creix suaument fins a quasi 0,6 V per a la radiació de
1kW/m2, que es considera la màxima solar. Per tant,
és d'esperar que els resultats d'aquesta pràctica siguin
coherents amb aquestes previsions teòriques.
|
 |
Material i equipament |
| |
Equipament
MultiLog
- Consola connectada a l'ordinador
- Sensor de llum (0-130 klux) amb cable de connexió per
a la consola
- Sensor de voltatge (25 V) amb cable
|
Material de laboratori
- Regle o cinta mètrica
- Focus de llum com pot ser una bombeta de 100 W sense pantalla
- Suport, nou i pinces
- Cèl·lula fotovoltaica model ETM 380-2 V
- Cables i pinces de cocodril
|
|
| |
La fotografia següent
correspon a la cèl·lula fotovoltaica que utilitzareu per
fer la pràctica:
Característiques del fabricant:
- Model: ETM 380 - 2 V
- Intensitat real: 380 mA
- Voltatge real: 2 V
- Material: silici cristal·lí
Fixeu-vos que les 4 unitats fotovoltaiques estan connectades
en sèrie, el born superior és el negatiu i el inferior el
positiu, que prové de la connexió en sèrie de les
quatre unitats i per tant la intensitat que circula per cada una d'elles
és la mateixa. En canvi, el voltatge en els extrems de generadors
en sèrie és la suma. En aquest cas, cada unitat proporciona
com a màxim uns 0,6 V i en conjunt 2,4 volts, o, com indica el
fabricant, 2 V per al punt de màxima potència. |
| |
|
 |
Plantejament d'hipòtesis i disseny
de l'experiment |
| |
|
| |
- Dissenyeu el circuit elèctric a
fi que permeti mesurar el voltatge als borns de la cèl·lula
sense cap càrrega exterior, és a dir, en circuit obert.
- Com creieu que serà l'evolució del voltatge mesurat
quan canviï la radiació lluminosa?
|
| |
|
 |
Procediment |
| |
|
| |
Muntatge de l'experiència |
| |
|
| |
- Heu de tenir en compte que el muntatge de la pràctica 2 fa
un curtcircuit en connectar sense cap resistència de càrrega
els terminals
de la cèl·lula, ja que la resistència de l'amperímetre
pràcticament és menyspreable. Per tant, si haguéssiu
posat en paral·lel el voltímetre hauria donat 0V.
- Ara, per mesurar el voltatge en circuit obert, haureu de connectar
directament els terminals
de sortida de la cèl·lula als del voltímetre, respectant
la polaritat i, com que la resistència del voltímetre
és molt elevada, la intensitat de sortida serà menyspreable
i per tant es pot dir que esteu mesurant el voltatge en circuit obert.
En una situació amb una resistència de càrrega
exterior, la cèl·lula estaria en un punt de treball, amb
valors de voltatge i corrent diferents de zero, que s'haurien de determinar.
- A la fotografia següent es veu com, amb l'ajuda de pinces de
laboratori, es col·loquen la cèl·lula i el sensor
una al costat de l'altre. La radiació mesurada pel sensor de
llum serà semblant a la que arriba a la cèl·lula.
El muntatge és similar al de la pràctica anterior, però
en comptes de l'amperímetre haureu de posar el voltímetre.
|
| |
El procediment de mesura, semblant al de
la pràctica 2, és el següent:
- Deixareu fixos la cèl·lula i els sensors, i anireu apropant
el focus de llum, des d'un metre de distància fins a 0,1m, cada
0,1m.
- En cadascuna d'aquestes posicions capturareu les mesures de
llum i del voltatge generat. Tindreu 10 mesures.
El disseny es pot fer de diferents maneres, segons les possibilitats
de material del qual es disposi.
|
| |
2. Configuració del MultiLab
- Engegueu l'ordinador i obriu el programa MultiLab
 .
Si apareix MultiLog no trobat, torneu al primer punt de la
configuració.
- Cliqueu a la icona
o bé Enregistrador| Configura enregistrador:
apareix la finestra Ajudant de configuració. Pas 1 de 3
- Sensors.
 |
- Cliqueu a la icona
de l'entrada 2
i sortirà la finestra següent:
|
| |
|
 |
- Poseu la unitat de mesura W/m2.
- Premeu D'acord i es torna a la finestra anterior, en
la qual heu de prémer Proper i sortirà
la finestra referent al pas 2 de 3:
|
| |
|
 |
- Seleccioneu la freqüència d'adquisició
de dades Manual, Escala completa i Substitueix.
- Cliqueu a Proper i s'obrirà
la finestra Pas 3 de 3:
|
| |
|
 |
-
En el marc Temps seleccioneu: Per
mostres i anoteu 10.
-
Si no ho heu fet abans, marqueu Esborra
memòria.
-
Finalment, cliqueu a Acaba.
|
-
De la mateixa manera que a les pràctiques anteriors,
utilitzareu el Mode de captura, que us permetrà capturar
les mesures quan vulgueu, és a dir, quan el focus estigui a
la distància adequada, encara que en aquesta experiència
no resulta crític el posicionament exacte, ja que no es correlacionarà
el voltatge amb la distància, sinó amb la llum. El programa
crea una nova taula de captura en la qual desa els valors capturats.
Heu de seleccionar la pestanya Taula | Mode
de captura, i apareix la finestra Captura:
 |
- Seleccioneu els sensors Llum i Voltatge
i cliqueu a Afegeix. Es crearan dues columnes a la
taula de dades en la qual es desaran les mesures.
- Premeu D'acord.
|
|
| |
|
 |
Enregistrament
i transformació de dades |
| |
|
| |
Captació de dades
-
Enceneu la bombeta, col·loqueu-la a 1m i comenceu
a enregistrar les dades: cliqueu a la icona Enter 
de la consola i a continuació premeu la icona Captura
situada sota la taula i a la dreta. S'escriuran els valors corresponents
a 1 m a la mateixa fila de la taula.
-
Col·loqueu la bombeta a 0,90 m dels sensors
i torneu a capturar la mesura: primer cliqueu a
i després .
-
Continueu capturant les mesures fins a arribar a una
distància de 0,1m, en què haureu fet les
deu mesures. Heu de tenir un
gràfic semblant al següent:
-
Anomeneu el projecte m7a_e3. Afegiu el gràfic
al projecte. Deseu el projecte a la carpeta m7a. Aquest gràfic
formarà part de l'exercici 3 i l'haureu d'enviar al tutor/a.
|
| |
Transformació
de les dades
Com que interessa estudiar la variació del voltatge
en funció de la radiació solar, heu de fer el següent:
 |
- Poseu el nom al gràfic: Voltatge
- Radiació solar.
- Seleccioneu les dades de l'eix X: Exp
4:Rad solar I/O.
- Seleccioneu les dades de l'eix Y: Exp
4:Voltatge/O1.
- La numeració referent a l'experiència
és relativa, ja que depèn de la quantitat de
proves que s'hagin fet.
- Cliqueu a D'acord i us ha d'aparèixer
el nou gràfic:
|
| |
|
 |
- Encara que ja s'observa la tendència del voltatge
a estabilitzar-se en augmentar la radiació,
convé reescalar l'eix Y; feu el següent:
- Cliqueu a la pestanya Gràfic | Propietats| Gràfics
#1, i s'obrirà la finestra següent:
|
| |
|
 |
|
-
Afegiu el gràfic al projecte. Deseu el projecte
amb el mateix nom m7a_e3 a la carpeta m7a.
Aquest gràfic formarà part de l'exercici 3 i l'haureu
d'enviar al tutor/a.
|
| |
Anàlisi de les dades
En aquest últim gràfic es veu com el voltatge
tendeix a un valor constant (4*0,6 V = 2,4 V), una mica per sobre de
2 V, valor donat pel fabricant, ja que aquest és el valor del
voltatge quan la cèl·lula treballa amb una resistència
de càrrega.
Encara que en aquesta pràctica no és significatiu, hem
de recordar que els valors de la radiació, eix X, són
els calculats pel programa i no són reals, per als cas d'una
bombeta d'incandescència, si acceptem una eficiència mitjana
de 45 lux per cada (W/m2) i no 683, s'hauran de multiplicar
els valors de radiació pel factor 683/45.
|
| |
|
 |
Conclusions experimentals |
| |
|
| |
La cèl·lula fotovoltaica, segons
augmenta la radiació lluminosa, adquireix ràpidament el
voltatge en circuit obert de sortida, amb un valor màxim d'uns
0,6 V cada unitat, i segons es connectin en sèrie o en paral·lel
s'obtindrà el voltatge de sortida desitjat.
La cèl·lula es comporta, més aviat, com un generador
de corrent amb un díode en paral·lel, ja que en anar variant
la resistència de càrrega , si es manté el nivell
de radiació lluminosa, la cèl·lula entrega el mateix
corrent i el que varia és el voltatge. La intensitat màxima
té un límit, donat per la superfície de la cèl·lula,
tal com heu vist a les pràctiques anteriors.
De totes maneres, la cèl·lula té un punt, una parella
de valors d'intensitat i voltatge, per al qual ofereix una potència
màxima. Es pot determinar experimentalment la resistència
exterior a la qual es produeix. Es mesuren el voltatge i la intensitat
per a un joc de resistències i es calcula el punt per al qual el
producte I*V és màxim. Aquesta investigació pot formar
part del projecte. |
| |
|
| |
| Descàrrega de la pràctica
en format Word |
 |
|
| |
|
 |
Recordeu que la pràctica
4 és opcional |
| |
|
| |
|
 |
| |
|
.
desplaceu-vos fins a Configuració sistema 
.
Premeu Enter 
per tornar al menú principal.