Измерение мощности солнечных панелей для проекта научной ярмарки

11

Я учусь в 7-м классе и выполняю проект научной ярмарки, используя различные массивы солнечных батарей. У меня есть 3 различных конфигурации с 6 мини-панелями. Для каждой конфигурации у меня есть все положительные провода и все отрицательные провода. Я использую мультиметр для измерения напряжения и тока. Если я умножу ампер на напряжение, это даст мне точное указание выхода для каждой из трех конфигураций? Спасибо заранее за помощь!

dm4726
источник
1
Только комментарий: обычно вы получите более полезный вывод со всеми фотоэлементами в серии. Vmax / ячейка составляет около 0,5В-0,6В при полной солнечной нагрузке. С N ячеек вы получаете ~ = N / 2 Вольт - более полезно для двигателей, светодиодов, лампочек, ... чем 0,5 В при увеличении мАс при добавлении панелей ячеек. | Примерно в 10% загруженного полного солнечного выхода достаточно постоянное НО для постоянной нагрузки, Iout изменяется ~ = пропорционально уровню освещенности.
Рассел МакМахон

Ответы:

15

К сожалению, это не так просто.

Если вы подключите разные нагрузки к элементу, напряжение и ток через нагрузку будут (конечно) разными. Если вы нарисуете кривую всех точек тока и напряжения, она будет выглядеть как фиолетовая на этом рисунке:

введите описание изображения здесь

Если вы измеряете напряжение с помощью мультиметра (другие нагрузки не подключены), ток через него не течет, и вы получаете Vmax.
Если вы измеряете только ток, вы создаете короткое замыкание, поэтому напряжение отсутствует. Таким образом, вы измеряете Imax.

Теперь, просто умножив Vmax и Imax, мы получим светло-синий прямоугольник (частично перекрывающийся с желтым). Но это неверное значение, потому что, как уже было сказано, ток на Vmax равен нулю, а также мощность!

Если вы проведете измерения с нагрузками и нарисуете кривую (напряжение * ток) в зависимости от напряжения, вы получите зеленую кривую. Он показывает, какая мощность подается на элемент при каком напряжении. Вы можете ясно видеть, что есть максимум, и соответствующая сила - желтый прямоугольник.

Итак, желтый прямоугольник показывает реальную максимальную мощность, которая намного меньше, чем та, которую вы рассчитываете по Vmax * Imax.

Я думаю, что вы можете измерить Vmax и Imax для всех ваших конфигураций ячеек, и это дает своего рода подсказку, какая из них дает наибольшую мощность. Но также может быть интересно применить несколько разных резисторов и для измерения напряжения и тока.


РЕДАКТИРОВАТЬ:

Для вашего проекта вы можете использовать потенциометр, который выглядит следующим образом: введите описание изображения здесь

Поворачивая ручку, вы можете изменить сопротивление между одним из внешнего и среднего терминала. Было бы лучше иметь два мультиметра, один для измерения напряжений и один для измерения токов. Подключите его следующим образом, не подключая один из внешних терминалов:

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

и вы можете легко слегка повернуть ручку, измерить текущее напряжение и ввести ее в таблицу Excel для создания кривых, похожих на мою.

Потенциометр должен быть в состоянии справиться с максимальной мощностью, которую могут обеспечить ваши клетки, которая может быть оценена как Imax * Vmax (на ячейку). Я также не уверен, какое сопротивление рекомендовать, может быть, вы используете два, один в диапазоне от 100 кОм до 1 МОм, один в диапазоне 1-10 кОм, чтобы можно было измерять при низких и высоких нагрузках. Может быть, у вас есть кто-то, чтобы спросить об этом, как учитель?

Далее думает, что вы могли бы измерить (с одной ячейкой):

  • Различные уровни освещенности
  • Клетка под прямыми солнечными лучами снаружи и под прямыми солнечными лучами через окно
  • Горячая и холодная камера

Как сказано в другом ответе: очень приятно слышать, что вы заинтересованы в этом материале в этом возрасте, и я действительно призываю вас продолжать. Может быть, вы можете показать нам свои результаты позже?

sweber
источник
1
Это может быть немного над моей головой, точки на графике от измерений с различными резисторами? Если я добавлю одинаковую нагрузку к каждому массиву, могу ли я точно сравнить три разных массива, используя только одну загрузку? Или мне нужно использовать различные резисторы и сделать кривую, как показано выше для каждого массива? Я пытаюсь сравнить, какой из них даст больше энергии. Я не уверен, как использование разных резисторов изменит его, потому что не будет ли оно пропорционально количеству собранной энергии?
dm4726
1
Я только расширил свой ответ. Вот один пример: одна батарея имеет 1,5 В. Подключите его к 1 кОм, и вы получите 1,5 мА. Положите две батареи параллельно, и вы все равно получите 1,5 В и 1,5 мА. Сила не меняется. Солнечные элементы ведут себя немного иначе, но в этом случае похожи. И да, вам понадобится много разных резисторов, и проведите измерение для каждого (и для каждого набора), чтобы сгенерировать такие кривые. Поэтому мое предложение использовать Потис. Они могут иметь любое сопротивление от 0 до заданного максимума. стоимость.
sweber
1
Это хороший ответ, но использование небольших потенциометров в качестве нагрузки будет проблематичным, за исключением самых маленьких солнечных панелей. Большинство "горшков" может рассеивать максимум 0,1 Вт, если вы не покупаете дорогие версии с проволочной обмоткой, которые хороши для пары ватт. Еще хуже, когда горшок настроен на небольшое сопротивление, мощность рассеивается только в небольшой части его резистивной дорожки, например, если у вас 10 Ом 1 Вт, настроенный на 1 Ом, то максимум, что вы можете рассеять, это 0,1 Вт. потому что вы используете только 10% банка!
Уильям Броди-Тиррелл
1
Вместо использования банка правильный ответ - использовать тестовую загрузку, например, google для «Re: load» и «Re: load Pro» для относительно доступных вариантов.
Уильям Броди-Тиррелл
1
@ dm4726: Напряжение похоже на давление в водопроводных трубах, ток - на поток. Чтобы измерить расход (ток), вся вода должна пройти через ваше измерительное устройство, и она не должна оказывать сопротивление воде. (Это уменьшит поток). Давление измеряется снаружи, и через устройство не должно быть потока. (Это уменьшит давление)
Шубер
1

Не забывайте, что ваши панели могут быть последовательно, а затем параллельно.

я думаю, как у вас есть настройки, это считается "параллельным".

только мои 2 цента стоят.

Кстати, рад видеть, что кто-то в 7-м классе на самом деле пытается быть умным и изучать науку. если бы у меня было все это снова, я бы взял каждый продвинутый класс (математика, естествознание, английский и т. д.), что может быть хуже? ты учишь ?

ллан йорт
источник
Спасибо! Я читал, что параллель увеличивает ампер, а серия увеличивает вольт ... Я думаю. Это правильно? Как вы думаете, что лучше подойдет для этого эксперимента?
dm4726
@ dm4726 Не думаю, что в вашем эксперименте будет работать лучше или хуже, но на самом деле вы можете добавить экспериментальную переменную, в которой вы увидите, сможете ли вы получить больше ВСЕГО мощности последовательно или параллельно. Затем вы могли бы учитывать такие факторы, как, если один надежнее другого, если есть временные тени, или для другого света, и т. Д. И т. Д.
нанофарад
1

Возможно, вы захотите попробовать разумное количество комбинаций последовательностей и параллелей для 6 панелей, чтобы увидеть, какая из них дает наиболее интересные результаты (вы можете быть удивлены ответом). Варианты:

  1. 6 параллельно (все красные вместе и все черные вместе)
    (++++++) (------)
    + 1-
    + 2-
    + 3-
    + 4-
    + 5-
    + 6-
    / \
  2. 6 последовательно (один красный подключен к одному черному с одним красным, а черный оставлен неподключенным для тестирования)
    + (+ -) (+ -) (+ -) (+ -) (+ -) -
    + 1- + 2- + 3- + 4- + 5- + 6-
  3. Два набора из 3 параллельно (3 красных вместе, 3 черных вместе, затем соедините 3 черных с 3 красными другой группы, затем проведите тестирование по неподключенным 3 красным / черным)
    (+++) (--- +++) (- -)
    + 1- + 4-
    + 2- + 5-
    +3 -__ + 6-
    / \
  4. Три набора по 2 параллельно (2 красных вместе, 2 черных вместе, затем соедините 2 черных с 2 красными следующей группы и затем сделайте это снова для третьей группы)
    (++) (- ++) (- + +) (-)
    + 1- + 3- + 5-
    +2 -__ + 4 -__ + 6-
    / \

  5. Просто для удовольствия, подключите их "неправильно" и посмотрите, что происходит
    (++) (- ++) (----) (++)
    + 1- + 3- -5+
    +2 -__ + 4 -__ -6+
    / \

В моих "картинках" () означает соединение проводов, поэтому (++) означает 2 красных цвета и (-) означает 2 черных вместе, а (- ++) означает 2 красных и 2 черных разных панелей вместе. Я также попытался нарисовать панели в виде чисел, + 1- это панель с красным проводом "+" и черным проводом "-".

Повеселись!

Билл
источник
1
Добро пожаловать в StackExchange, Билл. На панели инструментов редактора есть изящная маленькая кнопка-схема. (Это то, что использовал Шубер в своей схеме.) Это намного лучше, чем искусство ASCII!
Транзистор