Misura della produzione di pannelli solari per il progetto science fair


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Sono in terza media e sto facendo un progetto per la fiera della scienza usando diversi array di pannelli solari. Ho 3 diverse configurazioni con 6 mini pannelli collegati. Per ogni configurazione, ho tutti i cavi positivi collegati e tutti i cavi negativi collegati. Sto usando un multimetro per misurare la tensione e gli amplificatori. Se moltiplico gli amplificatori per la tensione, questo mi darà un'indicazione accurata dell'uscita per ciascuna delle tre configurazioni? Grazie in anticipo per la vostra assistenza!


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Solo commento: in genere si otterrà un output più utilizzabile con tutte le celle fotovoltaiche in serie. Vmax / cella è circa 0,5 V - 0,6 V caricato in pieno sole. Con N inserti di celle ottieni ~ = N / 2 Volt - più utile per motori, LED, lampadine, ... di 0,5 V con mAs crescenti con l'aggiunta di pannelli di celle. | In> circa il 10% del sole pieno, il Vout caricato è ragionevolmente costante MA per il carico costante, Iout varia ~ = in proporzione al livello di luce.
Russell McMahon,

Risposte:


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Sfortunatamente, non è così facile.

Se si collegano carichi diversi a una cella, la tensione e la corrente attraverso il carico saranno (ovviamente) diverse. Se si disegna una curva di tutti i punti di corrente rispetto a quelli di tensione, apparirà come quello viola in questa immagine:

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Se si misura la tensione con un multimetro (nessun altro carico collegato), non scorre corrente attraverso di esso e si ottiene Vmax.
Se si misura solo la corrente, si crea un corto circuito, quindi non c'è tensione. In questo modo, misuri Imax.

Ora, moltiplicando Vmax e Imax si ottiene il rettangolo azzurro (parzialmente sovrapposto a quello giallo). Ma questo non è un valore corretto perché, come detto, la corrente su Vmax è zero, e così è la potenza!

Se prendi le tue misurazioni con i carichi e traccia una curva di (tensione * corrente) vs. tensione, otterrai la curva verde. Mostra quale potenza viene erogata dalla cella a quale tensione. Puoi vedere chiaramente che c'è un massimo e il potere corrispondente è il rettangolo giallo.

Quindi, il rettangolo giallo mostra la potenza massima reale, che è molto più piccola di quella calcolata da Vmax * Imax.

Penso che tu possa misurare Vmax e Imax per tutte le tue configurazioni delle celle, e dà una sorta di suggerimento che uno dà più potenza. Ma può anche essere interessante applicare diversi resistori diversi e a questa misurazione di tensione e corrente.


MODIFICARE:

Per il tuo progetto, potresti usare un potenziometro, che assomiglia a questo: inserisci qui la descrizione dell'immagine

Ruotando la manopola, è possibile modificare la resistenza tra uno dei terminali esterno e centrale. Sarebbe meglio avere due multimetri, uno per misurare le tensioni e uno per misurare le correnti. Collegalo in questo modo, lasciando scollegato uno dei terminali esterni:

schematico

simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab

e puoi facilmente ruotare un po 'la manopola, leggere la corrente e inserirla in un foglio Excel per generare curve simili alla mia.

Il potenziometro deve essere in grado di gestire la massima potenza erogata dalle celle, che può essere stimata da Imax * Vmax (per cella). Inoltre, non sono sicuro di quale resistenza raccomandare, potresti usarne due, uno nell'intervallo da 100kOhm a 1MOhm, uno nell'intervallo 1-10kOhm, per essere in grado di misurare con carichi bassi e alti. Forse, hai qualcuno a cui chiedere questa roba, come un insegnante?

Inoltre pensa che potresti misurare (con una cella):

  • Vari livelli di luce
  • Cella alla luce solare diretta all'esterno e alla luce solare diretta attraverso una finestra
  • Cella calda e fredda

Come detto nell'altra risposta: è davvero bello sapere che sei interessato a queste cose a quell'età, e ti incoraggio davvero a continuare. Forse, puoi mostrarci i tuoi risultati in seguito?


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Questo potrebbe essere un po 'sopra la mia testa, i punti sul grafico sono prendere misure con una varietà di resistori? Se aggiungo lo stesso carico a ciascun array, posso confrontare accuratamente i tre diversi array usando solo un carico? O devo usare una varietà di resistori e creare la curva come mostrato sopra per ciascun array? Sto cercando di confrontare quale fornirebbe più energia. Non sono sicuro di come l'utilizzo di diversi resistori lo cambierebbe perché non sarebbe tutto proporzionale alla quantità di energia raccolta?
dm4726,

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Ho appena ampliato la mia risposta. Ecco un esempio: una batteria ha 1,5 V. Collegalo a 1kOhm e ottieni 1,5 mA. Metti due batterie in parallelo e ottieni ancora 1,5 V e 1,5 mA. Il potere non cambia. Le celle solari si comportano in modo leggermente diverso, ma in questo caso simile. E sì, avrai bisogno di molti resistori diversi e farai una misura per ciascuno (e per ogni set) per generare tali curve. Pertanto il mio suggerimento di usare Potis. Possono avere qualsiasi resistenza da 0 a un dato max. valore.
dolce il

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questa è una buona risposta, ma l'uso di piccoli potenziometri come carico sarà problematico ad eccezione del più piccolo dei pannelli solari. La maggior parte dei "vasi" può dissipare al massimo circa 0,1 W a meno che non si acquistino costose versioni a filo avvolto che sono buone per un paio di watt. Ancora peggio, quando la pentola è impostata su una piccola resistenza, la potenza viene dissipata in una piccola parte della sua pista resistiva, ad esempio se si dispone di una pentola da 10 ohm 1W impostata su 1 ohm, il massimo che si può dissipare è 0.1W perché stai usando solo il 10% del piatto!
William Brodie-Tyrrell il

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Invece di usare un piatto, la risposta "giusta" è usare un test-load, ad esempio google per "Re: load" e "Re: load Pro" per opzioni relativamente convenienti.
William Brodie-Tyrrell,

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@ dm4726: la tensione è come la pressione nei tubi dell'acqua, la corrente è come il flusso. Per misurare il flusso (corrente), tutta l'acqua deve passare attraverso il dispositivo di misurazione e non deve applicare resistenza all'acqua. (Ciò ridurrebbe il flusso). La pressione viene misurata dall'esterno e non dovrebbe esserci flusso attraverso il dispositivo. (Ciò ridurrebbe la pressione)
dolce

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non dimenticare che i tuoi pannelli possono essere in serie e quindi in parallelo.

penso che il modo in cui hai impostato sia considerato "parallelo".

solo i miei 2 centesimi.

btw felice di vedere che qualcuno in prima media sta effettivamente cercando di essere intelligente e conoscere la scienza. se dovessi rifare tutto da capo, prenderei ogni singola classe avanzata (matematica, scienze, inglese, ecc ...) qual è il peggio che potrebbe accadere? tu impari ?


Grazie! Ho letto che il parallelo aumenta gli amplificatori e la serie aumenta i volt ... penso. È corretto? Quale pensi che funzionerebbe meglio per questo esperimento?
dm4726,

@ dm4726 Non credo che funzionerebbe meglio o peggio per il tuo esperimento, ma in realtà potresti aggiungere una variabile sperimentale in cui vedi se riesci a ottenere più potenza TOTALE in serie o in parallelo. Potresti quindi considerare cose come se una sia più affidabile di un'altra se ci sono ombre temporanee, o per luce diversa, ecc.
Ecc

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Puoi provare un numero ragionevole di combinazioni di serie e parallelo per i 6 pannelli per vedere quale produce i risultati più interessanti (potresti essere sorpreso dalla risposta). Le opzioni sono:

  1. 6 in parrallel (tutti i rossi insieme e tutti i neri insieme)
    (++++++) (------)
    + 1-
    + 2-
    + 3-
    + 4-
    + 5-
    + 6-
    / \
  2. 6 in serie (un rosso collegato a un nero con una sola sinistra rossa e nera non collegata per il test)
    + (+ -) (+ -) (+ -) (+ -) (+ -) -
    + 1- + 2- + 3- 4- + + + 5- 6-
  3. Due serie di 3 in parallelo (3 rossi insieme, 3 neri insieme, quindi collegare 3 neri ai 3 rossi dell'altro gruppo, quindi testare tra i 3 rossi / neri non collegati)
    (+++) (--- +++) (- -)
    + 1- + 4-
    + 2- + 5-
    +3 -__ + 6-
    / \
  4. Tre serie di 2 in parallelo (2 rossi insieme, 2 neri insieme, quindi connetti 2 neri a 2 rossi del gruppo successivo e poi ripetilo per il terzo gruppo)
    (++) (- ++) (- + +) (-)
    + 1- + 3- + 5-
    +2 -__ + 4 -__ + 6-
    / \

  5. Solo per divertimento, collegali "sbagliato" e vedi cosa succede
    (++) (- ++) (----) (++)
    + 1- + 3- -5+
    +2 -__ + 4 -__ -6+
    / \

Nelle mie "immagini", () significa collegare i fili, quindi (++) significa 2 rossi insieme e (-) significa 2 neri insieme e (- ++) significa 2 rossi e 2 neri di pannelli diversi insieme. Ho anche provato a disegnare i pannelli come numeri, + 1- è il pannello uno con un filo rosso "+" e un filo nero "-".

Divertiti!


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Benvenuto in StackExchange, Bill. C'è un piccolo pulsante dello strumento schematico sulla barra degli strumenti dell'editor. (Questo è ciò che più dolce ha usato per il suo schema.) È molto meglio dell'arte ASCII!
Transistor
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