1

SLO - NAVODILO ZA NAMESTITEV IN UPORABO Št. izd. : 192299 www.conrad.si

UČNI PAKET - SOLARNA ENERGIJA

Št. izdelka: 192299

2

KAZALO 1 PREDPRIPRAVE ............................................................................................ 3 1.1 Preizkusna plošča ................................................................................... 3 1.2 Solarni modul ......................................................................................... 3 1.3 Solarni motor ......................................................................................... 4 1.4 Diode...................................................................................................... 4 1.5 Svetilne diode ......................................................................................... 5 1.6 Upori ...................................................................................................... 6 1.7 Elektrolitski kondenzatorji (ELKO) .......................................................... 6 1.8 Žica ........................................................................................................ 7

2 PRIKLJUČITEV IN DELOVANJE SOLARNEGA MODULA................................ 7 2.1 Priključitev solarnega modula na preizkusno ploščo................................ 7 2.2 Delovanje solarnega modula in primeren vir svetlobe .............................. 8

3 UGOTOVITEV POLARNOSTI SONČNE ENERGIJE ......................................... 9 4 UPORABA SONČNE ENERGIJE DIREKTNO S SVETILNIMI DIODAMI .......... 10 5 ZAPOREDNA IN VZPOREDNA VEZAVA ....................................................... 11 6 SONČNA ENERGIJA Z VMESNIM HRANJENJEM ........................................ 13 7 SONČNA ENERGIJA, VISOKA ENERGIJA? .................................................. 15 8 PRIPRAVA SOLARNEGA POGONA ............................................................... 16 9 PRETVORJENJE SONČNE ENERGIJE V GIBANJE...................................... 18 10 SONČNA KINETIČNA ENERGIJA Z ZAGANJALNIKOM .............................. 20 11 SENČENJE NA SOLARNI MODUL – VZROKI IN UČINKI ........................... 22 12 USMERITEV MODULA K VIRU SVETLOBE .............................................. 24 13 VPLIV TEMPERATURE NA SOLARNI MODUL ........................................... 25 14 VEČ SONČNE ENERGIJE Z TEHNIKO ZRCALA ........................................ 26 15 SHRANITEV SONČNE ENERGIJE ............................................................ 27 16 SHRANJENA SONČNA ENERGIJA IN MEHANSKA ENERGIJA .................. 30 17 SONČNA ENERGIJA, NADZOR POLNJENJA IN OPIS ZBIRALNIKA ........... 31 18 SONČNA ENERGIJA IN ZAPORA POVRATNEGA TOKA ............................. 32 19 POLNJENJE AKUMULATORJEV S SONČNO ENERGIJO .......................... 33 20 KEMIČNI PROCESI S SONČNO ENERGIJO .............................................. 35

3

1 PREDPRIPRAVE 1.1 Preizkusna plošča S preizkusno ploščo so lahko eksperimenti narejeni brez spajkalnika. Kot tudi laboratorijska plošča, ali preprosto samo plošča, je v notranjosti sestavljena iz kontaktnih vzmeti, ki so med seboj povezane v vrstah. Elektronski deli in povezovalne žice lahko večkrat vtaknete v kontakte in s tem omogočite izgradnjo vezja brez spajkanja ali vijakov. Z kleščami ščipalkami poševno odrezane priključne žice olajšajo vtaknjenje. Učnemu paketu priložena preizkusna plošča ima skupaj 270 kontaktov v 2,54 mm rasterju.230 kontaktov v srednjem območju, so z vertikalnimi progami povezani v 5 vrsticah. Na robovih širše strani je vrstica z 20 kontaktnimi točkami, ki so horizontalno povezani z zbiralko. Ta »zgornja« in »spodnja« vrstica je dobro primerna kot zbiralka za oskrbovanje s tokom.

Slika 1: notranje načelo preizkusne plošče 1.2 Solarni modul Priložen solarni modul je sestavljen iz več polikristalnih sončnih celic. Silicijev material, sestavljen iz več kristalov, bo z namernimi dotiranji tako nečist, da nastane ena negativna in ena pozitivna plast. Zgoraj je N plast (negativno dotirana) za boljšo absorpcijo svetlobe temno modro prevlečena. Spodnja plast je P plast. Z vpadajočo svetlobo se elektroni pričnejo premikati in nastane napetost med obema opisanima plastema. To napetost in tekoč tok lahko uporabimo. Ena sama kristalasta silicijeva sončna celica ima približno 0,5V na celico. Tok je odvisen od velikosti celice. Solarni modul

Slika 2: simbol preklopa solarnega modula

4

1.3 Solarni motor V učnem paketu najdete solarni motor, ki se zažene že z najnižjimi toki in nizko napetostjo. Tukaj gre za nizko napetosti motor enosmernega toka. M = motor

Slika 3: simbol preklopa motorja 1.4 Diode Diode spuščajo tok samo v eni smeri. Zaradi tega so uporabljene med drugim za usmerjanje izmeničnih napetosti in za blokiranje nezaželene polarnosti pri enosmerni napetosti. Delovanje diode si lahko v normalnem obratovanju predstavljate kot protipovratni ventil (vodovodna inštalacija).

Slika 4: silicijeva dioda tipa 1N 4148. Katodo diode prepoznate po natisnjeni črti, druga priključna žica je anoda. Tehnična smer toka gre od anode k katodi. V prevodni smeri (simbol puščice) prične kot je npr. pri 1N 4148, tok teči šele od napetosti 0,6V do 0,7V. Dioda 1N4148

Slika 5: simbol diode V fotovoltaičnih napravah so diode praviloma uporabljene na dva načina: kot zapiralne diode in obvodne diode. Zapiralne diode preprečujejo, da se akumulator zaradi fotovoltaičnih modulov pri manjkajoči sončni svetlobi izprazne. Obvodne diode ščitijo sončne celice in ploščo pred možnimi škodami, ki lahko nastanejo zaradi delnih zasenčenj.

5

1.5 Svetilne diode LED (svetilna dioda) ima še nadaljnjo lastnost: LED sveti, ko bo napetost prisotna. LED naj bi običajno obratovale z pred uporom za omejevanje toka. Rdeče LED potrebujejo najnižjo napetostjo (1,8V). nato sledijo rumene, zelene, modre in nazadnje bele LED z najvišjo napetostjo (do 3,6V).

Slika 6: določitev priključitev svetilnih diod: anoda (+) z daljšo priključno žico in katoda (-), dodatno označeno s sploščenjem (6b) na ohišju. LED, 5mm

Slika 7: simbol LED Poleg »normalnih« LED obstajajo tudi posebne izvedbe, kot so npr. utripajoče LED. Utripajočo LED prepoznate po majhni črni piki znotraj rdečega ohišja. Ta pika vsebuje drobceno majhno elektroniko v obliki vgrajenega vezja, zaradi katerega LED – takoj ko je prisotna pravilna napetost – prične utripati.

6

1.6 Upori Upor je pasiven gradbeni element v električnih in elektronskih vezjih. Njegova glavna naloga je reduciranje tekočega toka na »smiselne« vrednosti. Vrednosti uporov so kodirano natisnjene v obliki barvnih obročev. Prvi štirje barvni obroči podajo vrednost upora ustrezno s sledečo tabelo. Peti (ožji) barvni obroč prikazuje toleranco vrednosti upora. Namig za preprosto razlikovanje uporov v učnem paketu: tip 10Ω je debelejši od ostalih. Obroča tipa 100Ω sta dva. V učnem paketu se nahajajo upori s sledečimi vrednostmi: Vrednost upora 1. obroč 2. obroč 3. obroč 4. obroč 6. obroč 10Ω rjav črn črn zlat rjav 100Ω rjav črn črn črn rjav 1kΩ rjav črn črn rjav rjav 2,2kΩ rdeč rdeč črn rjav rjav R = upor

Slika 8: simbol upora 1.7 Elektrolitski kondenzatorji (ELKO) Elektrolitski kondenzatorji imajo v primerjavi z normalnimi kondenzatorji visoko kapaciteto. Zaradi elektrolita je ELKO odvisen od polarnosti in priključki so označeni z pozitivnim in negativnim polom. Če bo gradbeni del dlje časa »napačno« priključen, bo elektrolit kondenzatorja uničen. Natisnjena maksimalna navedba napetosti naj ne bo prekoračen, ker je lahko drugače uničena izolacijska plast. ΩF pomeni »Mikrofarad«; enota Ω je milijonti del osnovne enote.

Slika 9: elektrolitski kondenzatorji (ELKO) s priključki; pozitivni pol je daljši priključek. Dodatno je negativni pol na ohišju označen s svetlo črtico. C = elektrolitski kondenzator

Slika 10: simbol elektrolitskega kondenzatorja Zaradi enostavnosti strokovnjaki za elektrolitski kondenzator uporabljajo kratico ELKO. Ta kratica bo uporabljena tudi tukaj.

7

1.8 Žica Žični mostiček lahko naredite s priloženo žico. Za to morate oceniti ali izmeriti približno dolžino žičnega mostička (plus dolžina za konce žic, ki naj bodo vtaknjeni v kontakte). Konce žic ogulite za približno 8 mm. Z kleščami ščipalkami poševno odrezane priključne žice olajšajo vtaknitev v kontakte preizkusne plošče. Enkrat narejene žične mostičke lahko vedno znova uporabite. 2 PRIKLJUČITEV IN DELOVANJE SOLARNEGA MODULA Lastnosti in funkcije solarnega modula boste spoznali v sledečih poglavjih s praktičnimi eksperimenti. Izvedeli boste kako se solarne module uporablja in kaj je potrebno upoštevati, da dosežete donose energije. 2.1 Priključitev solarnega modula na preizkusno ploščo Poskusna izgradnja: 1 solarni modul, preizkusna plošča, zbiralka Na zadnji strani modula se nahajajo svinčeni priključki s prilotanimi kabli. Vrsta toka, ki jo posreduje modul, je enosmerni tok. S tem je pri bateriji pozitiven in negativen pol. Črn in rdeč kabel priključite na preizkusno ploščo. Priporoča se, da v spodnjo tirnico vtaknete črni in v zgornjo tirnico rdeč priključek. Solarni modul je lahko uporabljen za skoraj vse sledeče eksperimente.

Slika 11: priključne kable solarnega modula (konci žic) lahko sicer direktno vtaknete v preizkusno ploščo, kljub temu lahko čepi stabilizirajo priključek. Solarni modul položite tako, da na le-tega sije zadosti svetel vir svetlobe. Za ugotovitev vrednosti zmogljivosti solarnih modulov obstajajo različne merilne metode: • Prikaz s svetilnimi diodami (LED) • Meritve s porabnikom, npr. motorjem • Meritve z multimetrom (kupite posebej) • Meritve in ovrednotenje z osebnim računalnikom (ni predvideno) S svetilnimi diodami se lahko dobro opravijo preproste naloge merjenja, npr. prikaz polarnosti ali načelni prikazi funkcij. Če so zaželene podrobnejše navedbe meritev, je v pomoč multimeter. V učnem paketu so navedene preproste meritve in funkcijski prikazi z LED in motorjem.

8

2.2 Delovanje solarnega modula in primeren vir svetlobe Poskusna izgradnja: solarni modul, preizkusna plošča, upor 100Ω, rdeča LED Ta poskus deluje tudi z malo svetlobe (oblačno nebo), pri veliko svetlobe (polno sonce) so vidni efekti bolj razločni. V preizkusno ploščo vtaknite priključke rdeče LED (svetilne diode) in pred upor 100Ω. Daljši priključek svetilne diode povežite z rdečo »stranjo« (+). Glede na intenzivnost obsevanja sveti svetilna dioda bolj ali manj svetlo. Če LED ne sveti, potem je prisotne /premalo »svetilne energije« ali pa je LED priključena z napačno smerjo polarnosti. Če svetilna dioda utripa, potem ste uporabili utripajočo LED.

Slika 12: preprost test delovanja z rdečo svetilno diodo

Slika 13: izgradnja na preizkusni plošči Poskus lahko izvedete z različnimi viri svetlobe, npr. z direktnim soncem, halogensko svetilko, žarnico, žepno svetilko, energijsko varčno žarnico, fluorescenčno svetilko, LED žepno svetilko, itd. Če LED sveti svetlo, potem je vir svetlobe primeren.

9

3 UGOTOVITEV POLARNOSTI SONČNE ENERGIJE Poskusna izgradnja: solarni modul, preizkusna plošča, upor 100Ω, rdeča LED, oranžna LED ali zelena LED. Za sledeč eksperiment potrebujete svetel vir svetlobe. Kot sledeče bomo naredili tester polarnosti, s katerimi boste lahko udobno ugotovili polarnost (pozitiven in negativen pol) solarnega modula in drugih virov napetosti, brez da bi kaj morali prestaviti. Z zgornje tirnice vzpostavite povezavo k peterostopi vrstici z 100Ω uporom in od tam poprek k nadaljnji peterostopi vrstici. S spodnje tirnice povežite dve LED z peterostopimi vrsticami. LED prikazujejo polarnost. Kot primer lahko svetilne diode vtaknete tako, da rdeča LED zasveti pri napačni polarnosti in oranžna LED pri pravilni polarnosti. Namesto oranžne LED lahko uporabite tudi zeleno LED, čigar delovanje pa je pri dnevni svetlobi slabše vidno. Priključne žice solarnega modula lahko sedaj – brez da bi pazili na polarnost – priključite na preizkusno ploščo. Svetilne diode signalizirajo, kakšne so polarnosti.

Slika 14: preizkusna plošča z testerjem polarnosti s svetilnimi diodami

Slika 15: podrobnost ožičenja Če naj bo tester polarnosti uporabljen za večje napetosti baterij (npr. 9V), potem pred upor zamenjajte z 1K, da svetilne diode ne bodo uničene.

10

4 UPORABA SONČNE ENERGIJE DIREKTNO S SVETILNIMI DIODAMI Izgradnja eksperimenta: solarni modul, preizkusna plošča, 100Ω pred upor, rdeča LED, zelena, oranžna, utripajoča LED. Ta poskus deluje tudi pri malo svetlobe (oblačno nebo).

Slika 16: zaporedoma v preizkusno ploščo vtaknite zeleno, rdečo, oranžno in utripajočo LED. Daljša priključna žica LED je pozitiven pol.

Slika 17: pripadajoč vezalni načrt; v preizkusno ploščo najprej vtaknite zeleno, rdečo in nato utripajočo LED, da sklenete električni krog. Odstranite priključek solarnega modula. Kaj se zgodi? Svetilne diode ne svetijo več. Priključek vtaknite nazaj – LED spet sveti.

11

5 ZAPOREDNA IN VZPOREDNA VEZAVA Izgradnja eksperimenta: solarni modul, preizkusna plošča, rdeča, zelena, oranžna LED, 2 upora 100Ω. Ta poskus deluje tudi z malo svetlobe (oblačno nebo).

Slika 18: a) načelo zaporedne vezave posameznih sončnih celic; b) veriga iz kristalnih celic s spoji posameznih sončnih celic s ploskim spojnikom. Na podlagi svetilnih diod (LED) lahko raziščete načelo zaporedne in vzporedne vezave. Kaj pomeni zaporedna vezava sončnih celic tako kot je bilo narejeno na modulu, ki je priložen učnem paketu? • Ko so sončne celice zaporedoma med seboj povezave se napetosti seštevajo. • Kratkostični tok ustreza toku posamezne sončne celice – in sicer najšibkejšem (najšibkejšem členu verige).

• Če bo ena sončna celica zasenčena, potem se zmanjša moč celotnega solarnega modula za mero senčenja.

• Pri delnem senčenju celice oddajajo osvetljene sončne celice njihov tok v senčeno sončno celico, le-ta se segreje in je lahko v ekstremnem primeru uničena.

• Kaj pomeni zaporedna vezava? Da lahko to v praksi podoživite, izvedite sledeč eksperiment s svetilnimi diodami:

Slika 19: rdečo in oranžno (ali zeleno) LED vtaknite v preizkusno ploščo tako, da sta obe LED zaporedoma vezani. Daljša priključna žica svetilnih diod (LED) je pozitivni pol.

12

Slika 20: pripadajoč vezalni načrt Pri tej izgradnji vam ni potrebno uporabiti pred upora. Kako svetlo svetijo svetilne diode? Posamezne sončne celice (ali solarni moduli) so lahko tudi električno zaporedoma vezani. Pri tem bodo vsakokrat med seboj vezani vsi negativni in vsi pozitivno priključki sončnih celic. Zaporedje: • Napetost vzporedno vezanih sončnih celic ustreza napetosti posamezne celice. • Kratkostični tok se sešteva za vrednosti toka posameznih celic. Pri isto močnih sončnih celicah

se kratkostični tok poveča za število celic. • Možna je zaporedna vezava celic z različno močjo (kratkostični tok). Pri delnem zasenčenju ene celice posredujejo osvetljene sončne celice seštet tok v zasenčeno celico. Ta se segreje in se lahko v ekstremnem primeru uniči.

Slika 21a: vzporedna vezava več sončnih celic

Slika 21b: vzporedna vezava dveh svetilnih diod

13

6 SONČNA ENERGIJA Z VMESNIM HRANJENJEM Poskusna izgradnja: solarni moduli, preizkusna plošča, 100Ω pred upor, utripajoča LED, 4700µF ELKO (elektrolitski kondenzator). Ta poskus deluje tudi pri malo svetlobe (oblačno nebo9. Utripajočo LED in pred upor vtaknite v preizkusno ploščo.

Slika 22: vezalni načrt: pred upor in utripajoča LED

Slika 23: izgradnja na preizkusni plošči Glede na vpad svetlobe na solarni modul utripa LED bolj ali manj svetlo. Pri malo vpada svetlobe je utripanje komaj vidno. Sedaj dodatno vtaknite elektrolitski kondenzator (ELKO). LED naprej nekaj časa ne utripa več. Dodatni poskus: namesto pred upora vtaknite zaporedno nadaljnjo LED, npr. rdečo, k utripajoči LED. Sedaj imate nenadoma dve utripajoče LED.

14

Slika 24a: vezalni načrt utripajoče in rdeče LED v zaporedni vezavi

Slika 24b: izgradnja na preizkusni plošči: utripajoča in rdeča LED v zaporedni vezavi

15

7 SONČNA ENERGIJA, VISOKA ENERGIJA? Poskusna izgradnja: solarni modul, preizkusna plošča, oranžna, svetla LED, 100µF ELKO, 4700µF ELKO. Ta poskus deluje tudi z malo svetlobe (pri oblačnem nebu), pri močnem viru svetlobe se časi polnjenja skrajšajo. LED svetlobo lahko povečate z najbolj preprostimi sredstvi. Glede na ponudbo svetlobe prikazuje LED po nekaj časa polnjenja pri pritisku na tipko svetel blisk.

Slika 25: izgradnja LED bliskavice Tipkalo lahko iz priložene žice sami naredite.

Slika 26: žično stikalo ali tipkalo iz žice učnega paketa

Slika 27: vezalni načrt bliskavice, alternativno z majhnim in večjim ELKO

16

Najprej eksperimentirajte z majhnim ELKO z 100µF in ga zamenjajte v drugem poskusu z večjim 4700µF ELKO. Energija bliskavice znaša zaradi nizke napetosti samo približno 2mWs. Potreben je samo relativno majhen tok polnjenja, ki ga lahko solarni modul brez problema posreduje. Glede na vir svetlobe je ELKO po nekaj sekundah zadosti napolnjen. Sedaj pokrijte solarni modul in nato na kratko pritisnite na tipkalo. LED na kratko zasvetijo. Ohranjena ostane samo nizka preostala svetilnost, če bo skozi solarni modul še naprej posredovan tok. 8 PRIPRAVA SOLARNEGA POGONA Poskusna izgradnja: 1 solarni motor, preizkusna plošča, zbiralka, kolut Priključni kabli motorja so pri solarnem modulu narejeni iz fleksibilne pramenke. Črn in rdeč kabel priključite na preizkusno ploščo. Priporoča se, da črn priključek vtaknete v spodnjo tirnico in rdeč priključek (+) v kontakt 5 vrstice.

Slika 28: priključne kable solarnega motorja (konce pramenke) lahko sicer direktno vtaknete v preizkusno ploščo, vendar pa lahko kljub temu čepi stabilizirajo priključek. Da lahko prepoznate, če se gred motorja pri eksperimentih vrti je smiselno, da priložen kolut namestite na gred motorja. Zato z iglo v središču izvrtajte luknjo. Kolut nataknite na os motorja.

Slika 29: priprava koluta za namestitev

17

Slika 30: nameščen kolut na osi motorja a) od zgoraj, b) od strani

18

9 PRETVORJENJE SONČNE ENERGIJE V GIBANJE Poskusna izgradnja: solarni modul, preizkusna plošča, motor s kolutom Za sledeče eksperimente potrebujete svetel vir svetlobe ali poln, direkten sončni sij za solarni modul.

Slika 31: poskusna razporeditev s solarnim modulom, preizkusno ploščo in motorjem

Slika 32: vezalni načrt solarni modul in motor Motor lahko pritrdite tudi z kosom obojestranskega lepilnega traku na karton.

Slika 33: kolut se vrti

19

Ko pade zadosti svetlobe na solarni modul, se prične os motorja samodejno vrteti. Pri premalo svetlobe potrebuje motor po možnosti tudi lahek zagon s prstom, da se prične premikati. To se zgodi zaradi tega, ker je lahko zagonski tok motorja za več kot polovico višji od obratovalnega toka med obratovanjem.

Slika 34: motor pri malo svetlobe zaženite s kazalcem; razlog: zagonski tok je večji od stalnega toka med obratovanjem. Ta eksperiment prikazuje tudi različne načine obratovanja sončne energije in toka, ki pride iz akumulatorjev ali baterij. Potreba toka pri zagonu motorja bo s polnimi akumulatorji ali baterijami brez problema izvedena. Solarni modul v direktnem obratovanju lahko posreduje tok samo na porabnika, ki bo z trenutnim sončnim sevanjem (in stopnjo učinka sončnih celic) spremenjen. Če imate pri roki 1,5V baterijo ali akumulator, le-to za hec priključite na motor.

20

10 SONČNA KINETIČNA ENERGIJA Z ZAGANJALNIKOM Poskusna izgradnja: solarni modul, preizkusna plošča, motor, 4700µF ELKO, utripajoča LED Za sledeče eksperimente potrebujete svetel vir svetlobe (ali poln, direkten sončni sij) za solarni modul. V tem vezju bo ELKO polnjen preko solarnega modula. Utripajoča LED in solarni motor sta serijsko povezana z kondenzatorskim pomnilnikom. Z vse večjim polnjenjem v ELKO utripa LED. Ko je prisotne zadosti svetlobe in toka energije, prejme solarni motor tokovne impulze, zaradi katerih lahko nastane pulzirajoče vrtenje.

Slika 35: izgradnja na preizkusni plošči z žičnim stikalom

Slika 36: vezalni načrt Z žičnim stikalom lahko sedaj motor direktno povežete z ELKO. Če je ELKO napolnjen, se kolut vrti z visokim številom vrtljajev. Dodatni poskusi: eksperimentirajte z in brez žičnega stikala in z vsakokrat po enim 10Ω, 100Ω in 1kΩ uporom. Kaj se spremeni pri številu vrtljajev in funkciji?

21

Slika 37: dodatni eksperiment z upori Dodatni eksperimenti, kot je prikazano na sliki 37, prikazujejo, da je lahko tok k motorju skozi upore spremenjen in bo s tem vplivalo na število vrtljajev.

22

11 SENČENJE NA SOLARNI MODUL – VZROKI IN UČINKI Poskusna izgradnja: solarni modul, preizkusna plošča, motor ali svetilne diode (LED) z pred uporom Za sledeče eksperimente potrebujete svetel vir svetlobe (ali poln, direkten sončni sij) za solarni modul. Poskusno razporeditev prikazuje slika 38. Svetilne diode (alternativno motor) priključite na modul, modul usmerite k viru svetlobe in gred motorja se vrti. Eksperimente izvedite zunaj pri zadostnem sočnem siju. Motor je kot prikaz porabe boljši od svetilnih diod. Svetenje svetilnih diod je v svetli okolici komaj vidno. V sobi je tudi možno, da LED pokrijete s kosom kartona.

Slika 38: zasenčenje z a) kartonom in b) folijo Sedaj z roko počasi zasenčite del modula. Število vrtljajev motorja bo nižje ali pa se motor popolnoma preneha vrteti.

Slika 39: na solarni modul lahko alternativno priključite motor ali svetilne diode z 100Ω pred uporom.

23

Sedaj lahko izvedete nadaljnje eksperimente te vrste: • Naredite rahlo senco z dodatno šipo ali matirano folijo, ki jo držite med virom svetlobe in

solarnim modulom. • Naredite trdo senco s kosom kartona ali lesa, ki ga držite direktno nad solarnim modulom. • Zasenčite posamezne sončne celice solarnega modula tako, da kos kartona položite direktno na

eno ali več sončnih celic solarnega modula.

Slika 40: zasenčene so posamezne sončne celice Pri velikih PV napravah, ki so opremljene z kristalastimi solarnimi moduli, je tema zasenčenju vedno zelo aktualna. Da pri delnem zasenčenju, npr. z zelenim listom, ne izpade celoten solarni generator, so za zasenčeno sončno celico uporabljene Schottky diode kot »preusmeritev toka«. Pri poškodovanih diodah lahko v ekstremnem primeru pride do vročega mesta, pri katerem bodo posamezne sončne celice uničene.

24

12 USMERITEV MODULA K VIRU SVETLOBE Poskusna izgradnja: solarni modul, preizkusna plošča, motor Za sledeče eksperimente potrebujete svetel vir svetlobe (ali poln, direkten sončni sij) za solarni modul.

Slika 41: eksperiment z usmeritvijo modula k viru svetlobe

Slika 42: dve načelni usmeritvi Solarni modul primite med palec in kazalec (brez da bi zasenčili površino) in usmerite površino modula kar se le da v pravem kotu k viru svetlobe. Kako hitro se vrti os motorja? Sedaj spreminjajte s premikanjem solarnega modula sem ter tja usmeritev k viru svetlobe in opazujte motor. Bolj pravokotno kot padejo svetlobni žarki na solarni modul, tem več svetlobne energije lahko sončne celice spremenijo v tok in s tem oskrbujejo motor.

Slika 43: shematičen prikaz naklonskega kota k viru svetlobe. Število padajočih puščic na solarni modul prikazuje intenzivnost svetlobe.

25

Solarni modul s podložitvijo kartona, tnala, itd. usmerite točno k soncu ali drugemu viru svetlobe. Opazujte motor. Kot je zgoraj opisano, se vrti os motorja. Sedaj ste si zaslužili odmor. Počakajte npr. eno uro (ali tudi več ur) in si nato oglejte vašo poskusno razporeditev. Sonce ni več usmerjeno točno pravokotno na solarni modul, motor se vrti počasneje ali pa se je celo ustavil. Ker se sonce na nebu premika z vzhoda na zahod (seveda samo navidez), naj bo solarni modul optimalno premikan v usmeritvi sonca. 13 VPLIV TEMPERATURE NA SOLARNI MODUL Poskusna izgradnja: solarni modul, preizkusna plošča, motor ali svetilne diode (LED), 100Ω upor, črna folija ali karton, termometer Za sledeče eksperimente potrebujete svetel vir svetlobe (ali poln, direkten sončni sij) za solarni modul. V tem primeru se lahko ukvarjate z vplivom temperature okolja na odvod moči solarnega modula. Solarni modul naj bo usmerjen direktno k soncu, motor ali eno LED lahko uporabite kot prikaz moči. Začasno položen črn papir ali karton na solarnem modulu, le-tega močno segreje. Če pri roki nimate termometra, lahko temperaturo občutite tudi s prstom.

Slika 44: poskusna izgradnja – kateri vpliv ima temperatura na solarni modul? Za sprejem temperature je bil na modul z kosom lepilnega traku pritrjen termometer za merjenje temperatur površin. Če eksperiment izvajate na topel, sončen poletni dan, potem seveda ne potrebujete črnega kartona. Le-ta bi povečal efekt segretja. Črna površina hitreje sprejme toploto. Poskusno razporeditev naredite na direktnem soncu in opazujte odvod moči motorja ali vtaknjene LED. Z roko občutite temperaturo površine solarnega modula.

26

Modra prevleka površine solarnega modula služi za to, da bo kar se le da veliko svetlobe absorbirane in kar se le da malo svetlobe odbite. Slabost: površina se ustrezno močno segreje. Pri direktnem sončnem siju segretje zgornje strani modula nad 60oC ni redkost. Z eksperimentom lahko prepoznate: na solarnem modulu priključen porabnik teče pri naraščajočem segrevanju solarnega modula nekoliko počasneje. Modul položite za pol ure v hladilnik in ponovite eksperiment s solarnim modulom pri isti intenzivnosti sonca in priključenem motorju. 14 VEČ SONČNE ENERGIJE Z TEHNIKO ZRCALA Poskusna izgradnja: solarni modul, preizkusna plošča, motor, zrcalo (npr. zrcalne kovine, kozmetično zrcalo, zrcalna folija, itd., zrcalo naj bo praviloma tako veliko kot je velik solarni modul). Za sledeče eksperimente potrebujete svetel vir svetlobe (ali poln, direkten sončni sij) za solarni modul. Poskusna izgradnja s solarnim modulom in motorjem je identična s prejšnjimi poskusi. Pri postavitvi ogledala lahko vidite zrcaljeno svetlobo, glede na usmeritev ogledala, na mizi, steni ali na solarnem modulu. Z ogledalom naj solarni modul ne bo zasenčen. Če zrcaljena svetloba poleg direktne direktno pade na solarni modul, potem opazujte motor. a) Pozicija ogledala spredaj, pod solarnim modulom. S spremembo naklonskega kota ogledala k

modulu, lahko na modul pade dvojna količina svetlobe.

Slika 45: na poskusu je bila zrcalna ploščica položena pod solarni modul. b) Z dvema zrcaloma stransko levo in desno, pri dobri usmeritvi zrcala, lahko na modul pade do

trikratna količina svetlobe.

27

Slika 46: načelo zrcaljenja: z zrcala na solarni modul odbiti svetlobni žarki dajo dodatno energijo. Upoštevajte, da je vpadni kot na zrcalo enak vpadnem kotu k solarnem modulu. Če je zrcalo usmerjeno v pravilnem kotu k solarnem modulu, bo moč svetlobe k solarnem modulu povečana za zrcaljen del. S tem je lahko na preprost način povečan električni odvod moči solarnega modula. 15 SHRANITEV SONČNE ENERGIJE Izgradnja eksperimenta: solarni modul, preizkusna plošča, 100Ω pred upor, rdeča, zelena, oranžna LED, utripajoča LED, 100µF ELKO in 4700µF ELKO. Ta poskus deluje tudi z malo svetlobe (senca, oblačno nebo). Ali drži trditev, da lahko nizek odvod moči vašega solarnega modula s smiselnim hranjenjem toka preko dlje časa poda visoko količino energije? Za nas nevidno načelo električnega toka se lahko primerja z načelom, ki ga lahko opazujemo pri vodi: pipa za vodo (vaš solarni modul), ki kaplja veliko ur, počasi napolni 10l vedro z vodo.

Slika 47: načelo shranitve energije razloženo na podlagi puščajoče pipe za vodo: majhne količine čez cel dan napolnijo veliko posodo… Solarni modul z nizko močjo pušča čez dan pri sončnem siju miliamperno uro za miliamperno uro (mAh) iz sončne energije narejenega toka v pomnilnik energije. Enota mAh kvantificira tok na uro, v primerjavi z navedbo mA, ki označuje trenuten tok. Učnemu paketu so priloženi elektrolitski kondenzatorji (ELKO), ki lahko shranijo tok. Prednost kondenzatorskega pomnilnika je v njegovi dolgi življenjski dobi. V primerjavi z akumulatorjem je kapaciteta pomnilnika nizka, kar ima za eksperimente prednost, da je lahko načelo shranitve opazovano v preglednem kratkem časovnem intervalu. Priključne žice ELKO-v morate pred poskusom za kratek čas povezati (kratek stik), da lahko nastane funkcija polnjenja. Ta poskus deluje tudi z malo svetlobe (senca, oblačno nebo).

28

Slika 48: izgradnja na preizkusni plošči – uporabite utripajočo LED. a) najprej vtaknite majhen ELKO z 100µF (daljši priključek je pozitiven pol). b) Nato ga zamenjajte z ELKO z 4700µF. Kaj se zgodi po zamenjavi? LED ne sveti več. Po vtaknjenju ELKO-v traja nekaj časa, da LED spet sveti ali utripa. Ko bo solarni modul pokrit, LED spet utripa.

Slika 49: ELKO C1 in C2 ter svetilne diode (LED) so lahko za poskuse zamenjani. Pri priključitvi svetilnih diod mislite na pred upor R1.

29

Serija poskusov: a) Vtaknite ELKO 100µF, upoštevajte polarnost! Kaj se zgodi?

Utripajoča LED naredi kratek premor, nato ponovno utripa. b) Vtaknite ELKO 4700µF. Kaj se zgodi?

Utripajoča LED naredi daljši premor, nato ponovno utripa. c) Pustite razporeditev tako kot je pri točki b), dokler LED ne utripa. Nato ELKO 4700µF

potegnite iz preizkusne plošče. Kot naslednje zasenčite solarni modul. LED preneha utripati. Sedaj ELKO vtaknite nazaj v kontaktne vrstice in solarni modul še naprej zasenčite. LED utripa, čeprav tok ne pride od solarnega modula.

Ergo: shranitev v ELKO »pomnilniku energije« ostane ohranjena dlje časa.

Slika 50: poskusna izgradnja, ELKO bo zamenjan. d) Ko je ELKO napolnjen, utripa LED. Nato odstranite solarni modul. Opazujte kako dolgo LED

utripa in njen tok sedaj dobiva od ELKO. Večji kot je kondenzatorski pomnilnik, tem dlje bo LED, tudi brez toka s solarnega toka, utripala. Z Gold Cap je lahko s tem dlje časa premoščeno manjkajoče napajanje skozi solarni modul (npr. pri temi).

e) Sedaj pustite prej napolnjen ELKO ponoči priključen na solarnem modulu (brez LED) tako, da na le-tega ne pade več svetloba. Drug dan preverite z utripajočo LED, koliko polnjenja je še v kondenzatorju. Utripajoča LED prikazuje malo reakcije ali pa le-te sploh ne prikazuje. Kaj se je zgodilo? ELKO se je preko solarnega modula vzvratno izpraznil.

30

16 SHRANJENA SONČNA ENERGIJA IN MEHANSKA ENERGIJA Izgradnja eksperimenta: solarni modul, preizkusna plošča, ELKO 4700µF, motor, utripajoča LED Ta poskus deluje tudi z malo svetlobe (oblačnem nebu). Če boste motor direktno povezali s solarnim modulom, se lahko zgodi, da količina energije, ki pride od solarnega modula ne zadostuje, da se lahko motor samodejno zažene.

Slika 51: vezalni načrt – uporabite utripajočo LED kot prikaz obratovanja. Najprej vtaknite 100µF ELKO in nato 4700µ ELKO vzporedno k priključkom solarnega modula. Ko bo motor povezan z kondenzatorji, naredi gred motorja več vrtljajev. Pod okoliščinami zadostuje pomoč pri zagonu ELKO-v že za to, da lahko motor naprej teče z nizkim tokom solarnega modula.

Slika 52: motor bo začasno priključen na ista kontaktna mesta kot ELKO. Motor naredi nekaj obratov, LED ne utripa več in traja nekaj sekund, dokler LED spet ne začne utripati, ko boste motor spet odstranili. Motor je popolnoma izpraznil ELKO.

31

17 SONČNA ENERGIJA, NADZOR POLNJENJA IN OPIS ZBIRALNIKA Poskusna izgradnja: solarni modul, preizkusna plošča, utripajoča LED, rdeča LED, dioda 1N4148, zelena LED, ELKO 4700µF, upor 1K, upor 2,2K, žično stikalo; dodatni poskus: akumulator Za sledeče eksperimente potrebujete svetel vir svetlobe (ali poln, direkten sočni sij) za solarni modul. Je pomnilnik energije sedaj prazen, napol poln ali poln? Za to potrebujemo prikaz, podobno prikazu rezervoarja pri osebnem avtomobilu. Prikaz stanja rezervoarja avtomobila je samo zelo bolj zapleten. Za doseg vseh faktorjev obstajajo rafinirane nadzorne elektronike z mikroprocesorji in obsežno programsko opremo. Na sliki 53 vidite poskusno izgradnjo preprostega prikaza stanja polnjenja, ki ga lahko naredite z deli vašega učnega paketa. Zgornja rdeča LED prikazuje tok polnjenja k pomnilniku energije in sveti tako dolgo, dokler bo ELKO polnjen. Srednja utripajoča LED v povezavi z diodo prične svetiti, ko je ELKO (ali akumulator) popolnoma napolnjen.

Slika 53: poskusna izgradnja na preizkusni plošči

Slika 54: vezalni načrt prikaza stanja polnjenja Preprost prikaz akumulatorja bo realiziran preko merjenja napetosti akumulatorjev. Zelo primerno je, da napetost izvedete pod obremenitvijo. Obremenitev naj ima pri tem 10% porabo toka kapacitete akumulatorja in je lahko v trenutku meritve aktivirana s tipkalom.

32

Slika 55: dodatna »obremenitev« z oranžno LED ali motorjem (vzorčno vezje) 18 SONČNA ENERGIJA IN ZAPORA POVRATNEGA TOKA Izgradnja eksperimenta: solarni moduli, preizkusna plošča, ELKO, tipkalo, silicijeva dioda, pred upor, rdeča LED Ta poskus izvedite z enakomernim sončnim sijem (ali namizno svetilko).

Slika 56: načelo vezja z zaporno diodo Pri solarnem polnjenju ELKO, Gold Cap ali akumulatorja je bilo polnjenje ponoči spet izpraznjeno preko solarnega modula. Zaradi tega morate vstaviti zaporo povratnega toka v obliki diode. Dioda deluje kot ventil, ki pušča tok samo v eni smeri in ga v drugi blokira. Diodo v preizkusni plošči enkrat obrnite. LED sedaj ne utripa več, ker bo od solarnega modula prihajajoč tok blokiran. Zaporne diode preprečujejo izpraznitev pomnilniške baterije preko neosvetljene sončne celice.

33

Slika 57: izgradnja na preizkusni plošči, zaporna dioda je prepoznavna spodaj levo. 19 POLNJENJE AKUMULATORJEV S SONČNO ENERGIJO Da ostanemo pri primerjavi z vodo: za sprejemno posodo – in s tem pomnilnik energije – bo sedaj eksperimentirano z akumulatorjem. Akumulator lahko nadomesti enkratno baterijo in je uporabljen v skoz vseh elektronskih napravah.

Slika 58: za veliko prenosnih elektronskih naprav so dobro uporabni tipi akumulatorjev AAA in AA. Poskusna izgradnja: solarni moduli, preizkusna plošča, upor, LED, dodatno en akumulator Za sledeče eksperimente potrebujete svetel vir svetlobe (ali poln, direkten sončen sij) za solarni modul. Najbolj preprosta možnost polnilne tehnike je polnjenje s stalnim tokom. Akumulator bo preko določenega časovnega obdobja polnjen z definiranim tokom. Pri preprostem polnjenju s stalnim tokom akumulatorja je običajna praksa, da se ta akumulator polni z 1/10 toka navedbe kapacitete za 14 ur. Omejitev toka polnjenja bo pri preprostih polnilnikih izpeljana z uporom, ki je vstavljen med napajalnikom in akumulatorjem. Pri solarnih polnilnikih bi pa to bilo ravnanje nesmiselno. Tukaj je lahko tok polnjenja dosežen brez izgub z dimenzioniranjem (velikostjo) sončnih celic ali solarnega modula.

34

S tem pri ustreznem dimenzioniranju solarnega modula ni potreben pred upor. Solarni modul iz učnega paketa, ki pri polnem sončnem siju posreduje tok 35mA, lahko brez nevarnosti polni akumulator. Ta sorazmernost se pri »večjih« (zmogljivejših) solarnih modulih spremeni, ki lahko posredujejo več toka. Nato je omejitev toka polnjenja ali polnilna elektronika nujno potrebna, ker bi drugače akumulator bil uničen.

Slika 59: vezalni načrt in poskus izgradnje preprostega solarnega polnilnika; dioda je bila vstavljena, da se akumulator ponoči ne izprazni preko solarnega modula.

Slika 60: izgradnja na preizkusni plošči: prikaz toka polnjenja z eno LED (istočasno služi kot zaščita pred izpraznitvijo).

35

20 KEMIČNI PROCESI S SONČNO ENERGIJO Poskusna izgradnja: solarni modul, preizkusna plošča, skodela, voda, natron ali kuhinjska sol, rdeča LED, ELKO 4700µF Ta poskus deluje tudi z malo svetlobe (oblačno nebo), vidna reakcija v vodi bo bolj vidna pri polnem soncu ali močnejšem viru svetlobe.

Slika 61: poskusna izgradnja razgradnje vode.

Slika 62: načelni vezalni načrt za razgradnjo vode prikazuje solarni modul in elektrode. Poskusna izgradnja: skodela z vodo in nekoliko natrona ali kuhinjske soli. Čista voda posreduje tok zelo slabo. Če bo vodi dodan natron, nastane pri razgradnji kisik in vodik. Če bo uporabljena kuhinjska sol, nastane kisik in klor. Kot elektrode lahko uporabite dve približno 5 cm dolgi žici, s čigar koncev ste odstranili približno 2 cm izolacije. a) Gole konce žic razporedite v skodeli pod površino tekočine navpično v maksimalni oddaljenosti

drugo od druge in jih pritrdite s ščipalkami za perilo na vodni skodeli. Z dvema žicama kot elektrodama bo sončni enosmerni tok posredovan v tekočino. (na elektrodah nastanejo z elektrolizo reakcijski izdelki).

b) Žične elektrode priključite na solarne module. Ko sijejo sončni žarki na solarni modul, lahko vidite, da se na obeh koncih žic v tekočini dvigujejo mehurčki – na negativnem polu približno dvakrat toliko kot na pozitivnem polu.

c) Dodatna LED v vrsti prikazuje tok. Ker je tok zelo nizek, lahko bolj ali manj zaznate šibko svetenje LED.

36

Slika 63: za dodaten prikaz toka, bo LED vstavljena v električni krog. Dodaten ELKO C1 za delovanje vezja ni nujno potreben, vendar pa stabilizira delovanje.

37

GARANCIJSKI LIST Izdelek: ________________________ Kat. št.: ________________________ Garancijska Izjava: Proizvajalec jamči za kakovost oziroma brezhibno delovanje v garancijskem roku, ki začne teči z izročitvijo blaga potrošniku. Garancija za izdelek je 1 leto. Izdelek, ki bo poslan v reklamacijo, vam bomo najkasneje v skupnem roku 45 dni vrnili popravljenega ali ga zamenjali z enakim novim in brezhibnim izdelkom. Okvare zaradi neupoštevanja priloženih navodil, nepravilne uporabe, malomarnega ravnanja z izdelkom in mehanske poškodbe so izvzete iz garancijskih pogojev. Vzdrževanje, nadomestne dele in priklopne aparate proizvajalec zagotavlja še 3 leta po preteku garancije. Servisiranje izvaja proizvajalec sam na sedežu firme CONRAD ELECTRONIC SE, Klaus-Conrad-Strasse 1, Nemčija. Pokvarjen izdelek pošljete na naslov: Conrad Electronic d.o.o. k.d., Ljubljanska cesta 66, 1290 Grosuplje, skupaj z izpolnjenim garancijskim listom. Prodajalec: ___________________________________________________________ Datum prodaje in žig prodajalca: ________________ Garancija velja od dneva nakupa izdelka, kar kupec dokaže s priloženim, pravilno izpolnjenim garancijskim listom.

Conrad Electronic d.o.o. k.d. Ljubljanska c. 66, 1290 Grosuplje Fax: 01/78 11 250, Tel: 01/78 11 248 www.conrad.si, info@conrad.si