** Kort version Solcellen ger ström. Strömmen kan gå dels till lamporna, dels till ackumulatorn, där energin kan sparas. Mätarna visar hur stor strömmen är på olika ställen Titta på mätarna och försök förstå hur strömmen går. Skruva i lamporna, först en, sen två, tre, fyra och fundera över hur strömmen går i de olika fallen. Vad gör ackumulatorn för nytta? 1
** Utförlig version Solcellen ger ström som kan gå dels till lamporna, dels till ackumulatorn. Kan lamporna lysa med bara solcell? Ställ vredet på amperemätarna på 2 A. Koppla in amperemätare på tre ställen. Plus till plus (rödmärkt) och minus till minus (svart) Kolla att solcellen är inkopplade och ackumulatorns ena sladd bortkopplad Kolla att alla lamporna är loss-skruvade Ställ upp solcellen c:a 1 meter från lampan Skruva i lamporna, först en, sen två, tre, fyra och fundera över hur strömmen går i de olika fallen. Vad gör ackumulatorn för nytta? Skruva loss lamporna så de slocknar Koppla in ackumulatorn. Behåll också solcellen inkopplad. Skruva i lamporna en efter en och fundera över hur strömmen går i de olika fallen. Vad gör ackumulatorn för nytta? 2
*** Utförlig version Bakgrund För att genomföra detta experiment bör du först ha undersökt solcellens spänning-strömkarakteristik. Du bör känna till hur solcellens verkningsgrad beror av spänningen. Du skall också först genomföra grundexperimenten "". Hur får du solcellen att ge hög verkningsgrad Se till att solcell, ackumulator och amperemätare är inkopplade. Tänd halogenlampan på 1 meters avstånd Koppla in även en voltmeter, så att du kan mäta spänningen från solcellen Koppla bort ackumulatorn. Vad händer med spänningen då du driver 1, 2, 3 resp. 4 lampor? Gör om samma mätning med ackumulator Fundera över verkningsgraden för solcellen då den används utan resp. med ackumulator 3
***** Mera om Syfte Eleven får tillfälle att undersöka hur elenergi kan lagras och hur en solcell och en ackumulator kan samarbeta. I *** - experimentet för naturvetare på gymnasium eller högskola kan eleven undersöka hur solcellens verkningsgrad kan stabiliseras och maximeras. Experimentet ger eleverna möjlighet att utveckla sin kännedom om elektriska kretsar. Förkunskaper Eleven bör ha bekantat sig med solceller i några andra experiment, t. ex. "El från solen". Inkopplingen av mätinstrumenten kan göras av läraren eller kontrolleras av läraren om eleverna är vana vid att hantera mätinstrument. A A Solcell A Ackumulator 4
Kommentarer till experimenten. Solcellspanelen kan i fullt solljus ge c:a 14 V och 0,8 A, dvs c:a 10 W (den är då lämplig att ladda en 12 V ackumulator). Med en 500 W halogenstrålkastare på c:a 1 meters avstånd från solcellen ger den maximalt c:a 100-150 ma. Om experimentet görs i solljus bör man använda julgranslampor (14 V, 3W). Inomhus använder man lampor 15 V, 50 ma. I båda fallen kan solcellen då ensam driva några lampor men med alla fyra lamporna inkopplade räcker inte strömmen att få lamporna att lysa fullt. Om man vill ha solcellen ständigt ansluten till ackumulatorn bör man koppla in en laddningsregulator, som förhindrar överladdning. Slutsatser Experimentet visar följande fördelar med kombinationen solcell + ackumulator Med en lampa inkopplad kan solcellen ge mer ström än vad lampan behöver. Överskottet går till ackumulatorn, som lagrar energin Med fyra lampor räcker strömmen från solcellen inte ensam få alla lamporna att lysa. Ackumulatorn hjälper till med lagrad energi. Om belysningen varierar kan ändå lamporna lysa stabilt genom att ackumulatorn stabiliserar strömförsörjningen. ***Naturvetarexperimentet Så länge ackumulatorn inte är helt urladdad håller den en spänning på 12-14 V. Den stabiliserar alltså spänningen och får solcellen att arbeta nära sin bästa verkningsgrad (jämför experiment på solcellens verkningsgrad). Tillämpningar Solcell och ackumulator används i mindre solel-system, t ex på husvagnar, båtar och stugor utan nätström. I många utvecklingsländer ger det en möjlighet att ha mindre elapparater, kylskåp, tv, radio i byar utan elförsörjning. I större skala kan solceller kopplas samman med en växelriktare, som gör om spänningen till 230 V växelspänning. Experimentet Elförsörjning med solceller visar ett sådant system. Solcellerna kan då kopplas direkt ut på nätet. Det finns skolor som har ett 10 m 2 solcellssystem på detta sätt. En del av skolans ström kommer då från solcellerna. När skolan är tom går överskottsenergin ut på allmänna elnätet. Bergsjö skola i Hälsingland är ett exempel. På http://www.pvschools.net beskrivs systemet och man kan bl. a. följa solcellernas strömleverans timme för timme. Denna utrustning behöver du Panel för uppkoppling av solcell, ackumulator, 3 multimetrar för ström, fyra glödlampor. Solcell med bästa arbetspunkt vid c:a 14 V, 0,8 ma. ( från t.ex. Exergon) Solsken eller halogenstrålkastare 500 W (från byggvaruhus eller Clas Ohlson). OBS minst 0,5 m avstånd till solcellen, risk för överhettning. Ackumulator 12 V, c:a 7 Ah (Clas Ohlson) 5
3 multimetrar (för naturvetarexperimentet behövs 4) (Experimentmaterielfirma) Kopplingssladdar, lamphållare (Experimentmaterielfirma) Glödlampor 14 V, 3W (julgranslampor) eller 15 V, 50 ma (Elfa AB) Ev. laddningsregulator (Kjell & Company nr 88-149) Litteratur Areskoug, Mats, Miljöfysik. Energi och klimat. 1999. ISBN 91-44-01114-8. Bl a solenergiutnyttjande, solfångare, solceller behandlas. Många experiment beskrivs. Grundläggande högskolenivå (eller fördjupning på gymnasiet). Bason Frank: Solstrålning, solceller, solenergi. SolData Publishing 2002. Teori, experiment och tillämpningar kring solceller. Gymnasienivå. På danska. Boysen, A. (red) Solsverige 1991, 92, 93, 94, 95, del 6. Larsons förlag, Box 3063, 18303 Täby. Informativa artiklar om solenergins möjligheter och aktuella läge. Gymnasienivå. Eckerman Pelle, Grähs Gunna. Solkatt, vindstrut och vattenhjul. Bonnier, Carlsen 1997. Idérik experimentbok för barn. Martin Green: Solceller. Från solceller till elektricitet. Svensk byggtjänst 2002. Solceller och solcellssystem. Tillämpningsexempel i bostadshus och i utvecklingsländer. Gymnasienivå. Weblänkar http://www.pvschools.net/public/pvschools.htm PV-school project. Skolor med solcellsinstallation beskrivs och data från elproduktionen ges. Ej tillgänglig 030919. http://www.soldata.dk/ SolData. Experiment på bl. a solceller. Försäljning av bra solceller och annan utrustning, samt experimentbeskrivningar och litteratur. Gymnasienivå. På danska. http://britneyspears.ac/basics.htm Solcellsteori. Från gymnasie- till avancerad högskolenivå. http://www.eere.energy.gov/pv/ US Depertment of Energy. Omfattande läromedel om hur solceller fungerar. Gymnasienivå. Mycket bra. På engelska. 6