MANUAL DE UTILIZARE SET EDUCATIV „ENERGIA SOLARĂ filede conexiune este anodul. Direcţia...

MANUAL DE UTILIZARE

SET EDUCATIV „ENERGIA SOLARĂ” Cod produs: 192299

Autor: Ulrich Stempel

Notificări legale Aceste instrucţiuni de utilizare sunt o publicaţie a German Electronics SRL (Sucevei nr.14/201, Oradea, România) şi Conrad Electronic SE (Lindenweg, D‐92242 Hirschau, Germania). Toate drepturile, inclusiv cele aferente traducerii, sunt rezervate. Reproducerea prin orice mijloace, de exemplu prin fotocopiere, microfilmare, sau prin introducerea în sisteme electronice de procesare a datelor, necesită în prealabil aprobarea scrisă a editorului. Retipărirea, chiar şi parţială, este interzisă. Aceste instrucţiuni de utilizare reflectă specificaţiile tehnice ale produsului la data tipăririi manualului de utilizare. Producătorul îşi rezervă dreptul de a opera modificări de natură tehnică sau de design fără o înştiinţare prealabilă.

Majoritatea denumirilor de hardware şi software, precum şi logourile folosite în acest manual sunt de obicei mărci înregistrate şi trebuie tratate ca atare.

Toate circuitele şi experimentele prezentate în acest manual au fost concepute, verificate şi testate cu foarte multă atenţie. Cu toate acestea pot să apară erori în manual sau software. Autorul şi editura nu îşi asumă responsabilitatea pentru indicaţiile eronate şi urmările acestora.

1. Pregătirea 1.1 Placa electronică experimentală

Cu această placă puteţi realiza experimente fără ciocan de lipit. Denumită şi placă de laborator ea este constituită în interior din resorturi de contact conectate între ele în serii. Componentele electronice şi firele de conexiune pot fi introduse de mai multe ori în contactele plăcii, ceea ce permite realizarea de circuite fără ciocan de lipit sau şuruburi. Firele de conexiune tăiate oblic cu cleştele simplifică introducerea componentelor pe placă.

Placa experimentală include 270 de contacte aşezate în pas de 2,54 mm. Cele 230 de contacte din centru sunt legate între ele în serii de 5 prin benzi verticale. La marginile părţii late se află o serie de 20 puncte de contact conectate orizontal cu o şină. Şirul de sus şi de jos sunt adecvate drept linii de alimentare.

Fig. 1: Principiul de construcţie internă a unei plăci experimentale

1.2 Modulul solar Modulul solar inclus în colet este alcătuit din mai multe celule solare policristaline. Materialul din siliciu, compus din mai multe cristale, este contaminat prin dopare intenţionată, ceea ce duce la formarea unui strat negativ şi a unuia pozitiv. Stratul N de sus (negativ dopat) este acoperit în albastru închis pentru absorbţia optimă a luminii. Stratul de sus este stratul P. Lumina care cade determină mişcarea electronilor, ceea ce duce la apariţia unei tensiuni între cele două straturi. Această tensiune şi curentul care trece pot fi utilizate. O singură celulă solară cristalină de siliciu ajunge la cca. 0,5 V pro celulă. Curentul depinde de mărimea celulei.

Fig. 2: Simbol modul solar

1.3 Motorul solar Setul include şi un motor solar care începe să funcţioneze începând cu tensiune şi curent reduse. Este vorba despre un motor de curent continuu şi tensiune redusă.

Fig. 3: Simbol motor

2 | w w w . g e r m a n e l e c t r o n i c s . r o

1.4 Dioda Diodele lasă curentul să treacă numai într‐o singură direcţie. De aceea sunt folosite printre altele pentru redresarea tensiunii alternative şi blocarea polarităţii nedorite la tensiune continuă. Funcţia unei diode seamănă cu cea a unui ventil de reţinere (instalaţii de apă).

Fig. 4: Diode de siliciu tip 1N 4148. Catodul diodei poate fi identificat pe baza liniei imprimate, iar celălalt fir de conexiune este anodul. Direcţia curentului este de la anod spre catod.

În direcţia înainte (simbol săgeată) curentul semnificativ în cazul unei diode de siliciu, ca de ex. 1N 4148, apare de la o tensiune de cca. 0,6 până la 0,7 V.

Fig. 5: Simbol diodă

În sistemele fotovoltaice diodele sunt folosite de regulă în două moduri: diode de blocare şi bypass. Diodele de blocare împiedică descărcarea acumulatorului din cauza modulului fotovoltaic, în absenţa luminii solare. Diodele bypass protejează celulele solare şi panelul de posibile daune, ce pot fi cauzate de umbrirea parţială.

1.5 Diode luminoase Ledurile (diode emiţătoare de lumină) au o caracteristică în plus: ele luminează la aplicarea tensiunii. În mod normal ledurile trebuie utilizate numai dacă este legată în serie o rezistenţă pentru limitarea curentului. Ledurile roşii au nevoie de cea mai mică tensiune (1,8 V). După ele urmează ledurile galbene, verzi, albastre şi în final cele albe cu cea mai mare tensiune (max. 3,6 V).

Fig. 6: Alocarea conexiunilor pentru diodele luminoase: anodul (+) cu firul mai lung de conexiune şi catodul (‐), marcat suplimentar prin aplatizarea carcasei (6b).

Fig. 7: Simbol led

Pe lângă ledurile „normale” există şi versiuni speciale, precum ledurile clipitoare. Ledurile clipitoare pot fi identificate datorită unui mic punct negru din interiorul carcasei roşii. Acest punct include o mică formaţiune electronică de forma unui circuit integrat, care determină clipirea ledurilor, de îndată ce este aplicată tensiunea corectă.

1.6 Rezistenţe O rezistenţă este o componentă pasivă folosită în circuite electrice şi electronice. Sarcina sa de bază este reducerea curentului care trece la valori „utile”. Valorile de rezistenţă sunt imprimate codat sub forma unor inele de culoare. Primele patru inele colorate indică valoarea rezistenţei conform tabelului de mai jos. Cel de‐al cincilea inel colorat (mai îngust) indică toleranţa rezistenţei. Sfat pentru identificarea mai rapidă a rezistenţelor din set: tipul 10 Ω este mai gros decât restul. Din tipul 100 Ω există două bucăţi. Setul include rezistenţe cu strat metalic cu următoarele valori:

Valoare rezistenţă Inelul 1 Inelul 2 Inelul 3 Inelul 4 Inelul 6

10 Ω maro negru negru auriu maro

100 Ω maro negru negru negru maro

1 kΩ maro negru negru maro maro

2,2 kΩ roşu roşu negru maro maro

R= rezistenţă

Fig. 8: Simbol rezistenţă


1.7 Condensatori electrolitici Spre deosebire de condensatorii normali condensatorii electrolitici au o capacitate mai mare. Din cauza electrolitului la acest condensator polaritatea este importantă, iar conexiunile sunt marcate prin plus şi minus. Dacă componenta este conectată eronat o perioadă mai lungă de timp electrolitul condensatorului se distruge. Valoarea maximă de tensiune imprimată nu are voie să fie depăşită, căci altfel se poate distruge stratul de izolare.

µF înseamnă „microfarad”; unitatea de măsură µ reprezintă o milionime din unitatea de bază.

Fig. 9: Condensatoarele electrolitice cu conexiuni: polul plus este conexiunea mai lungă. Polul minus este marcat suplimentar pe carcasă printr‐o linie deschisă la culoare.

C= condensator electrolitic

Fig. 10: Simbol condensator electrolitic

1.8 Fir de conexiune Jumperele pot fi realizate cu firul de conexiune inclus în colet. Măsuraţi sau estimaţi lungimea aproximativă a jumperului (plus lungimea capetelor firelor ce trebuie introduse în contactele plăcii). Capetele se dezizolează pe o lungime de cca. 8 mm. Firele de conexiune tăiate oblic cu un cleşte sunt mai uşor de introdus în contactele plăcii. Jumperele odată construite pot fi folosite de mai multe ori.

2. Conectarea şi funcţionarea modulului solar În capitolele următoare veţi face cunoştinţă cu caracteristicile şi funcţiile unui modul solar cu ajutorul unor experienţe practice. Veţi descoperi felul în care modulele solare pot fi folosite şi criteriile de care trebuie să ţineţi cont pentru a obţine randament optim în producerea energiei.

2.1 Conectarea modulului solar la placa experimentală Configuraţie experimentală: 1 modul solar, placă experimentală, bară conexiuni

În partea posterioară a modulului se află conexiunile cu cabluri lipite. Tipul de curent oferit de modul este curent continuu. De aceea, la fel ca la o baterie există polul plus şi polul minus. Conectaţi cablul negru şi cel roşu la placa experimentală. Recomandăm să introduceţi în şina de jos conexiunea neagră, iar în şina de sus conexiunea roşie. Modulul solar poate rămâne conectat pentru aproape toate celelalte experimente.

Fig. 11: Cablurile de conexiune ale modulului solar (capetele liţelor) pot fi introduse direct în placa experimentală, dar pinii pot stabiliza conexiunea.

Plasaţi modulul solar în aşa fel încât deasupra lui să cadă suficientă lumină provenită de la o sursă de lumină puternică.

Pentru a determina randamentul modulului solar există mai multe metode de măsurare: ‐ afişare cu leduri ‐ măsurători cu un consumator, de ex. motor ‐ măsurători cu un multimetru (achiziţie separată) ‐ măsurători şi evaluare cu PC (funcţia nu este prevăzută)


Diodele luminoase permit realizarea unor sarcini de măsurare simple, precum afişarea polarităţii sau afişarea funcţiilor. Dacă este vorba de sarcini mai complexe de măsurare veţi avea nevoie de un multimetru. Setul prevede realizarea unor măsurători simple şi afişarea funcţiilor cu leduri şi cu motorul.

2.2 Funcţia modulului solar şi sursele de lumină adecvate Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, rezistenţă 100 Ω, led roşu.

Acest experiment funcţionează şi cu lumină mai puţină (cer înnorat), dar la lumină puternică (soare) efectele sunt mult mai vizibile.

Introduceţi conexiunile unui led roşu (diodă luminoasă) şi ale rezistenţei în serie de 100 Ω în placa experimentală. Conexiunea mai lungă a ledului se leagă la „partea” roşie (+). În funcţie de intensitatea radiaţiei luminoase ledul va fi mai luminos sau mai puţin luminos. Dacă ledul nu este aprinde fie este disponibilă prea puţină „energie luminoasă”, fie ledul a fost conectat la polaritatea eronată. Dacă ledul clipeşte înseamnă că aţi folosit ledul roşu clipitor.

Modul solar

Fig. 12: Testul simplu de funcţionare cu un led roşu

Fig. 13: Configuraţia plăcii experimentale

Experimentul poate fi realizat cu diverse surse de lumină, de ex. expunere directă la soare, bec cu halogen, bec incandescent, lanternă, bec economic, tub fluorescent, lanternă cu leduri etc. Dacă ledul este luminos înseamnă că sursa de lumină este adecvată.

3. Determinarea polarităţii curentului solar Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, rezistenţă 100 Ω, led roşu, led portocaliu, led verde.

Pentru experimentul următor aveţi nevoie de o sursă de lumină puternică.

În continuare vom construi un tester de polaritate, cu care să puteţi stabili confortabil polaritatea modulului solar şi a altor surse de tensiune, fără a fi nevoie să modificaţi ceva pe placa experimentală. De la şina superioară şi până la şirul de cinci legătura este realizată cu o rezistenţă în serie de 100 Ω, iar de aici transversal spre un alt şir de cinci. De la şina de jos sunt conectate două leduri cu şirurile de cinci. Ledurile indică polaritatea. Exemplu: ledurile pot fi conectate în aşa fel încât dacă polaritatea este inversată să se aprindă ledul roşu, iar dacă este corectă ledul portocaliu. În loc de ledul portocaliu puteţi folosi ledul verde, dar funcţia acestuia este mai greu de identificat la lumina zilei.

Firele de conexiune ale modulului solar pot fi acum conectate la placa experimentală – fără a ţine cont de polaritate. Ledurile semnalizează polarităţile.

Fig. 14: Placă experimentală cu tester de polaritate cu leduri.


Modul solar

Fig. 15: Detaliu al schemei de conexiuni

Dacă testerul de polaritate trebuie să fie folosit pentru tensiuni baterie mai mari (de ex. 9 V) înlocuiţi rezistenţa în serie cu una de 1 K pentru a nu distruge ledurile.

4. Utilizarea curentului solar direct cu leduri Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, rezistenţă în serie 100 Ω, led roşu, verde, portocaliu, led clipitor.

Acest experiment funcţionează şi cu mai puţină lumină (cer înnorat).

Fig. 16: Introduceţi în placa experimentală unul după altul ledul verde, roşu, portocaliu şi cel clipitor. Firul mai lung de conexiune al ledului este polul plus.

Modul solar

Fig. 17: Schema de conexiuni; introduceţi prima dată în placa experimentală ledul verde, cel roşu, iar apoi cel clipitor, pentru a închide circuitul de curent.

Scoateţi o conexiune a modulului solar. Ce se întâmplă? Ledurile nu se mai aprind. Reintroduceţi conexiunea – ledurile luminează din nou.

5. Circuitul în serie şi în paralel Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, led roşu, verde, portocaliu, 2 rezistenţe de 100 Ω.

Acest experiment funcţionează şi cu lumină mai puţină (de ex. cer înnorat).

Fig. 18: a). Principiul conectării în serie a celulelor solare individuale; b). Linie de celule cristaline cu conectarea celulelor solare individuale prin conectori plaţi.

Cu ajutorul ledurilor puteţi experimenta principiul conectării în serie şi în paralel.

Ce înseamnă legarea în serie a celulelor solare, aşa cum a fost făcută în cazul modulului solar inclus în colet? - Tensiunile se adună dacă celulele solare sunt conectate între ele în serie. - Curentul de scurtcircuit corespunde celui al unei singure celule solare – şi anume cel mai slab (elementul cel mai slab al

lanţului) - Dacă o celulă solară este umbrită scade randamentul întregului modul solar în funcţie de gradul de umbrire. - Dacă umbrirea unei celule este parţială atunci celulele solare iluminate alimentează cu curent celula solară umbrită,

aceasta se încălzeşte, iar în cazuri extreme se poate distruge.


- Ce înseamnă legarea în serie? Pentru a înţelege concret acest lucru vom realiza următorul experiment cu leduri:

Fig. 19: Introduceţi ledul roşu şi cel portocaliu (sau verde) în placa experimentală în aşa fel încât cele două leduri să fie conectate unul după altul. Firul mai lung de conexiune al ledului este polul plus.

Modul solar Fig. 20: Schema de conexiuni

În această configuraţie nu este nevoie de o rezistenţă în serie. Cât de puternic vor lumina ledurile?

Celulele solare individuale (sau modulele solare) pot fi conectate şi în paralel. În acest caz conexiunile pozitive şi negative ale celulelor solare sunt legate între ele. Urmarea:

- Tensiunea celulelor solare legate în paralel corespunde tensiunii unei singure celule. - Curentul de scurtcircuit se adună fiind compus din suma curenţilor celulelor individuale. Dacă celulele solare au aceeaşi

putere curentul de scurtcircuit este suma numărului celulelor. - Este posibilă conectarea celulelor cu puteri diferite (curent de scurtcircuit).

În caz de umbrire parţială a unei celule, celulele solare iluminate alimentează cu suma curenţilor celula umbrită. Aceasta se încălzeşte, iar în caz extrem se poate distruge.

Fig. 21a: Legarea în paralel a mai multor celule solare

Fig. 21b: Legarea în paralel a două leduri

6. Curent solar cu stocare temporară Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, rezistenţă în serie 100 Ω, led clipitor, condensator electrolitic 4700 µF.

Acest experiment funcţionează şi cu lumină mai puţină (cer înnorat).

Introduceţi ledul clipitor şi rezistenţa în serie în placa experimentală. Modul solar Fig. 22: Schema de conexiuni: rezistenţa în serie şi ledul clipitor


Fig. 23: Configuraţia plăcii experimentale

În funcţie de felul în care cade lumina pe modulul solar ledul va clipi mai luminos sau mai puţin luminos. Dacă lumina care cade este mai puţină clipirea abia dacă poate fi observată. Introduceţi acum şi condensatorul electrolitic. Iniţial ledul nu va mai clipi, dar va fi mai luminos chiar dacă lumina este mai puţină.

Experiment suplimentar: Introduceţi un alt led, de ex. cel roşu în loc de rezistenţă în serie cu ledul clipitor. Acum veţi avea dintr‐o dată două leduri clipitoare. Modul solar Fig. 24a: Schema de conexiuni a unui led clipitor şi a ledului roşu la legarea în serie.

Fig. 24b: Configuraţia schemei de conexiuni: led clipitor şi led roşu legate în serie.

7. Curent solar, energie mare? Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, led portocaliu, luminos, condensator electrolitic 100 µF, condensator electrolitic 4700 µF

Acest experiment funcţionează şi cu lumină mai puţină (cer înnorat), timpii de încărcare se scurtează în cazul unei surse de lumină puternice.

Blitzul solar cu leduri poate fi construit cu mijloace simple. În funcţie de oferta de lumină ledul redă o lumină blitz intensă la apăsarea unui buton şi după o perioadă de încărcare de câteva secunde.

Fig. 25: Configuraţia unui blitz solar cu leduri.


Butonul poate fi construit în regie proprie folosind firul din colet.

Fig. 26: Comutator cu fir sau buton confecţionat din firul de conexiune din set.

Fig. 27: Schema de conexiuni blitz solar, alternativ cu condensatorul mai mic şi mai mare.

Experimentaţi prima dată cu condensatorul electrolitic mai mic de 100 µF, iar apoi înlocuiţi‐l în al doilea experiment cu cel mai mare de 4700 µF. Energia blitzului este de numai 2 mWs datorită tensiunii reduse. Este nevoie de un curent de încărcare relativ mic, pe care modulul solar îl poate livra fără probleme. În funcţie de sursa de lumină condensatorul electrolitic este suficient încărcat după câteva secunde. Acoperiţi modulul solar şi apăsaţi scurt butonul. Ledurile clipesc scurt. Dacă modulul solar livrează în continuare curent mic va rămâne numai o valoare mică de luminozitate reziduală.

8. Pregătirea motorului solar Configuraţie experimentală: 1 motor solar, placă experimentală, bară pini, disc

Firele de conexiune ale motorului sunt alcătuite ca şi la modulul solar din liţe flexibile. Introduceţi cablul negru şi roşu în placa experimentală. Recomandăm să introduceţi conexiunea neagră în şina de jos şi conexiunea roşie (+) într‐un contact din seria de cinci.

Fig. 28: Cablurile de conexiune ale motorului solar (capetele liţelor) pot fi introduse direct în placa experimentală, dar pini pot stabiliza conexiunea.

Pentru a putea identifica rotirea axului motorului în timpul experimentului recomandăm montarea discului inclus în colet pe axul motorului. Faceţi o gaură în centru cu un ac. Introduceţi discul de carton pe axul motorului.

Fig. 29: Pregătirea discului de carton pentru fixare


Fig. 30: Montarea discului de carton pe axul motorului a) de sus, b) din lateral.

9. Transformarea energiei solare în energie cinetică Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, motor cu disc

Pentru experienţele următoare aveţi nevoie de o sursă de lumină puternică sau expunerea la lumină solară directă a modulului solar.

Fig. 31: Experiment cu modulul solar, placa experimentală şi motor. Modul solar Motor

Fig. 32: Schema de conexiuni modul solar şi motor

Motorul poate fi fixat pe un carton cu o bucată de bandă dublu adezivă.

Fig. 33: Discul se roteşte.

Atunci când pe modulul solar cade suficientă lumină axul motorului începe să se învârtă. Dacă lumina este puţină motorul are nevoie de o uşoară rotire cu degetul pentru a fi pus în mişcare. Acest lucru se explică prin faptul că pentru pornirea unui motor este nevoie de un curent de două ori mai mare decât curentul de funcţionare în modul continuu.


Fig. 34: Porniţi motorul cu degetul arătător dacă lumina este prea puţină; motivul: curentul de anclanşare este mai mare decât curentul pentru funcţionare continuă.

Acest experiment arată şi diferitele moduri de funcţionare ale curentului solar şi curentului ce provine de la o baterie sau acumulator. Curentul necesar pentru pornirea unui motor este livrat fără probleme de către un acumulator sau baterie plină. Modulul solar în funcţionare directă poate livra numai curentul pentru consumator, care este generat de radiaţia solară momentană (şi randamentul celulelor solare). Dacă aveţi la îndemână o baterie sau acumulator de 1,5 V conectaţi‐o la motor şi urmăriţi ce se întâmplă.

10. Energia cinetică solară cu asistenţă la pornire Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, motor, condensator electrolitic 4700 µF, led clipitor.

Pentru următoarele experimente aveţi nevoie de o sursă puternică de lumină (sau razele directe ale soarelui).

În acest circuit condensatorul electrolitic este încărcat de la modulul solar. Ledul clipitor şi motorul solar sunt legate în serie cu condensatorul. Odată cu creşterea încărcării condensatorului ledul clipeşte. Dacă lumina şi fluxul de energie sunt suficiente atunci motorul solar primeşte impulsuri de curent care poate duce la o mişcare de rotaţie pulsatorie.

Fig. 35: Configuraţia plăcii experimentale cu comutator cu fir

Modul solar

Fig. 36: Schema de conexiuni

Cu un comutator cu fir puteţi conecta motorul direct la condensatorul electrolitic. Dacă condensatorul este încărcat discul se învârte la turaţie mare.

Experiment suplimentar: Experimentaţi cu şi fără comutator cu fir şi cu câte o rezistenţă de 10, 100 şi 1 kΩ. Ce se modifică la turaţia motorului şi funcţia lui? Modul solar

Fig. 37: Experiment suplimentar cu rezistenţe


Experimentele suplimentare, reprezentate în fig. 37, arată că fluxul de curent spre motor poate fi modificat prin rezistenţe, ceea ce va avea efect asupra turaţiei.

11. Umbrirea modulului solar – cauze şi efecte Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, motor sau leduri cu rezistenţă în serie.


Experimentul este ilustrat în fig. 38. Ledurile (alternativ motorul) se conectează la modul, modulul este orientat spre sursa de lumină, iar axul motorului se învârte. Dacă efectuaţi experimentele afară la lumina soarelui, motorul este un mai bun indicator al consumului decât ledurile. Ledurile aprinse abia dacă pot fi văzute în lumină solară. În cameră este posibil să acoperiţi ledurile cu o bucată de carton.

Fig. 38: Umbrirea cu a) carton şi b) folie.

Umbriţi acum cu mâna o parte a modulului. Turaţia motorului încetineşte sau motorul se opreşte complet din rotaţie. Modul solar Led cu rezistenţă

Fig. 39: La modulul solar puteţi conecta alternativ motorul sau ledurile cu rezistenţa de 100 Ω în serie.

Acum puteţi desfăşura şi alte experimente de acest tip:

- O umbrire uşoară datorită unui disc suplimentar de sticlă sau folie mată, pe care le menţineţi între sursa de lumină şi modulul solar.

- O umbrire accentuată datorită unei bucăţi de carton sau lemn pe care o menţineţi direct peste modulul solar. - Umbrirea celulelor solare individuale ale modulului solar aşezând o bucată de carton direct pe una sau mai multe celule

solare ale modulului.

Fig. 40: Umbrirea celulelor solare individuale.


În cazul sistemelor fotovoltaice mari, echipate cu module solare cristaline, tematica umbririi este una foarte importantă. Pentru ca în urma unei umbriri parţiale, de ex. din cauza frunzelor, să nu se oprească întreg generatorul solar, se folosesc diode Schottky pentru „devierea curentului” în jurul celulei solare umbrite. Dacă diodele sunt defecte se poate ajunge în condiţii extreme la un hot spot, care poate distruge celula solară individuală.

12. Orientarea modulului solar spre sursa de lumină Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, motor.


Fig. 41: Experiment cu orientarea modulului spre sursa de lumină

Modul solar Motor Modul solar Motor

Fig. 42: Două orientări principale

Apucaţi modulul solar între degetul mare şi arătător (fără a umbri suprafaţa) şi orientaţi suprafaţa modulului pe cât posibil în unghi drept spre sursa de lumină. Cât de repede se roteşte axul motorului? Variaţi acum orientarea spre sursa de lumină prin mişcarea modulului solar şi urmăriţi motorul.

Cu cât razele de lumină cad mai perpendicular pe modulul solar, cu atât mai multă energie luminoasă vor putea transforma celulele solare în curent, alimentând astfel motorul.

Fig. 43: Reprezentare schematică a unghiului de înclinare spre sursa de lumină. Numărul săgeţilor ce ating modulul solar reprezintă intensitatea luminii.

Orientaţi modulul solar direct spre soare sau altă sursă de lumină aşezând sub acesta carton, bucăţi de lemn etc. Urmăriţi motorul. Axul acestuia se învârte. Acum aveţi dreptul la o pauză. Aşteptaţi o oră (sau mai multe) şi apoi priviţi din nou experimentul. Razele soarelui nu mai cad perpendicular pe modulul solar, motorul se învârte mai lent sau chiar se opreşte. Deoarece soarele se mişcă pe cer de la est spre vest (evident mişcarea este aparentă) modulul solar ar trebui orientat în continuare spre soare.

13. Influenţa temperaturii asupra modulului solar Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, motor sau leduri, rezistenţă 100 Ω, folie sau carton negru, termometru


În acest experiment veţi studia influenţa temperaturii ambientale asupra randamentului modulului solar. Modulul solar trebuie să fie orientat direct spre soare. Motorul sau un led pot fi folosite drept indicator de putere. Dacă aşezaţi temporar hârtie sau carton negru pe modulul solar acesta se încălzeşte puternic. Dacă nu aveţi un termometru la dispoziţie temperatura poate fi percepută şi cu degetele.


Fig. 44: Configuraţia experimentului – ce influenţă are temperatura asupra modulului solar? Pentru măsurarea temperaturii pe spatele modulului s‐a fixat cu bandă adezivă un termometru pentru suprafeţe.

Dacă realizaţi acest experiment într‐o zi însorită de vară (recomandat) nu aveţi nevoie de cartonul negru. Acesta ar amplifica efectul de încălzire, căci suprafeţele negre absorb mai rapid căldura. Realizaţi experimentul în plin soare şi urmăriţi randamentul motorului sau ledului. Simţiţi cu mâna temperatura la suprafaţa modulului solar.

Stratul albastru de la suprafaţa modulului solar are rolul de a absorbi cât mai multă căldură şi de a reflecta cât mai puţină. Dezavantaj: suprafaţa se încălzeşte foarte tare. Dacă razele soarelui cad direct pe modulul solar la suprafaţa acestuia se poate ajunge la temperaturi de peste 60 °C.

Consumatorul conectat la modulul solar funcţionează mai lent odată cu accentuarea încălzirii modulului solar. Aşezaţi modulul în frigider timp de o jumătate de oră şi repetaţi experimentul la aceeaşi intensitate luminoasă şi cu motorul conectat.

14. Mai multă energie solară prin tehnica reflectării Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, motor, oglindă (de ex. metale reflectorizante, pardoseală reflectorizantă, oglinzi cosmetice, folii reflectorizante etc.) – oglinda trebuie să fie cel puţin la fel de mare ca şi modulul solar.


Experimentul este identic cu cel anterior. În funcţie de orientarea oglinzii lumina reflectată poate fi văzută pe masă, perete sau modul solar. Nu umbriţi modulul solar cu oglinda. Urmăriţi motorul atunci când lumina reflectată cade direct pe modulul solar.

a. Oglinda în faţă, dedesubt modulul solar. Prin modificarea unghiului de înclinare a oglinzii faţă de modul puteţi reflecta spre modul o cantitate dublă de lumină.

Fig. 45: În experiment s‐a aşezat o lespede reflectorizantă sub modulul solar.

b. Dacă folosiţi două oglinzi în lateral dreapta şi stânga, iar aceasta sunt corect orientate spre modulul solar, puteţi

reflecta spre modul o cantitate de lumină de trei ori mai mare.


Fig. 46: Principiul reflectării: razele de lumină reflectate de către oglindă spre modulul solar aduc energie în plus. Unghiul de incidenţă pe oglindă trebuie să fie unghiul de emergenţă spre modulul solar.

Dacă oglinda este orientată corect spre modulul solar, randamentul modulului solar va creşte în funcţie de lumina reflectată. În acest fel veţi putea mări randamentul modulului solar într‐un mod foarte simplu.

15. Stocarea energiei solare Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, rezistenţă în serie 100 Ω, led roşu, verde, portocaliu, led clipitor, condensator electrolitic 100 µF şi 4700 µF.

Acest experiment funcţionează şi cu lumină mai puţină (umbre, cer înnorat).

Ipoteză: un randament mai scăzut la modulului solar poate duce la o cantitate mai mare de energie prin stocarea curentului pe o perioadă mai lungă de timp? Această ipoteză poate fi mai bine explicată urmărind un experiment cu apa: un robinet (modulul solar), care picură timp de mai multe ore, poate umple gradual cu apă o găleată de 10 l.

Fig. 47: Principiul stocării energiei poate fi explicat pe baza exemplului robinetului care picură: cantităţi mici de apă colectate de‐a lungul unei zile întregi pot umple un vas mare ....

Un modul solar cu randament scăzut poate stoca curentul pe care îl converteşte din energie solară puţin câte puţin, respectiv miliamperi oră după miliamperi oră.

Unitatea miliamperi oră reprezintă curentul pe oră, spre deosebire de unitatea mA, care se referă la fluxul de curent actual.

În set există condensatori electrolitici ce pot stoca curentul. Avantajul acestor condensatori este durata lor lungă de viaţă. Spre deosebire de acumulatoare capacitatea de stocare este redusă, ceea ce este un avantaj pentru acest experiment căci principiul stocării va putea fi observat într‐o perioadă foarte scurtă de timp. Firele de conexiune ale condensatorilor electrolitici vor trebuie scurtcircuitate înainte de experiment, ca să puteţi experimenta funcţia de încărcare.

Acest experiment funcţionează şi cu lumină mai puţină (umbre, cer înnorat).

Fig. 48: Configuraţia plăcii experimentale – folosiţi ledul clipitor. A). Introduceţi prima dată condensatorul mai mic de 100 µF (firul mai lung de conexiune este polul plus). B). Apoi înlocuiţi‐l cu cel de 4700 µF. Ce se întâmplă după schimb? Ledul nu mai luminează, după conectarea condensatorului va trece ceva timp până ce ledul se reaprinde sau clipeşte. Dacă modulul solar este acoperit ledul continuă să clipească.


Modul solar

Fig. 49: Condensatoarele electrolitice C1 şi C2, precum şi ledurile pot fi schimbate în acest experiment. La conectarea ledurilor nu uitaţi de rezistenţa în serie R1.

Serii de experimente: a). Conectaţi condensatorul de 100 µF la polaritatea corectă. Ce se întâmplă? Ledul clipitor face o scurtă pauză, apoi clipeşte din nou. b). Conectaţi condensatorul de 4700 µF. Ce se întâmplă? Ledul clipitor face o pauză mai lungă, apoi clipeşte din nou. c). Folosiţi configuraţia din b)., până ce ledul clipeşte. Apoi scoateţi condensatorul de 4700 µF de pe placă. Umbriţi modulul solar. Ledul încetează imediat să mai clipească. Acum introduceţi condensatorul în şirul de contacte iniţial şi umbriţi modulul solar. Ledul clipeşte chiar dacă modulul solar nu livrează curent.

Concluzie: Sarcina stocată în condensator se păstrează o perioadă mai lungă de timp.

Fig. 50: Experiment, condensatorul electrolitic este înlocuit.

d). Dacă condensatorul este încărcat ledul clipeşte. Apoi deconectaţi modulul solar. Urmăriţi cât timp clipeşte ledul, iar curentul este preluat numai de la condensator. Cu cât este mai mare condensatorul cu atât mai mult timp va clipi ledul, chiar şi fără curent de la modulul solar. Folosind un condensator gold puteţi înlocui alimentarea de la modulul solar atunci când aceasta lipseşte (de ex. întuneric) o perioadă mai lungă de timp. e). Lăsaţi condensatorul încărcat conectat la modul pe timpul nopţii (fără led), astfel încât acum nu mai există lumină. În ziua următoare verificaţi cu un led clipitor sarcina stocată în condensator. Ledul clipitor are reacţii reduse sau deloc. Ce s‐a întâmplat? Condensatorul s‐a descărcat, conectat fiind la modulul solar.

16. Energia solară stocată şi energia mecanică Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, condensator electrolitic 4700 µF, motor, led clipitor.

Acest experiment funcţionează şi cu lumină puţină (cer înnorat).

Dacă conectaţi motorul direct la modulul solar se poate întâmpla ca energia oferită de modul să nu fie suficientă pentru a menţine în mişcare motorul. Modul solar

Fig. 51: Schema de conexiuni – folosiţi ledul clipitor drept indicator de funcţionare. Conectaţi

prima dată condensatorul de 100 µF, iar apoi cel de 4700 µF paralel cu conexiunile modulului solar.

Dacă motorul este conectat la condensator axul motorului face mai multe rotaţii. Ajutorul la pornire dat de condensatorul electrolitic este suficient pentru a menţine motorul în funcţionare cu energie puţină primită de la modulul solar.


Fig. 52: Motorul este conectat temporar la acelaşi contact ca şi condensatorul electrolitic. Motorul se roteşte de câteva ori, ledul nu mai clipeşte şi durează câteva secunde până ce ledul reîncepe să clipească după deconectarea motorului. Motorul a descărcat complet condensatorul.

17. Energia solară, monitorizarea încărcării şi indicator alimentare Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, led clipitor, led roşu, dioda 1N4148, led verde, condensator electrolitic 4700 µF, rezistenţa 1 K, rezistenţa 2,2 K, comutator cu fir; acumulator.

Pentru următoarele experimente aveţi nevoie de o sursă puternică de lumină (sau de razele directe ale soarelui).

Este acumulatorul de energie gol, pe jumătate gol sau plin? În acest sens am avea nevoie de un indicator, la fel ca şi indicatorul pentru benzină din maşină. Dar indicatorul pentru un acumulator este mult mai complicat. Pentru a monitoriza toţi factorii implicaţi avem nevoie de componente electronice rafinate cu microprocesoare şi software complex.

În fig. 53 apare configuraţia unui indicator simplu pentru nivelul de încărcare, pe care îl puteţi construi folosind componentele din set. Ledul roşu de sus indică curentul de încărcare spre acumulator şi este aprins atâta timp cât condensatorul electrolitic este încărcat. Ledul clipitor din centru în combinaţie cu dioda începe să clipească (indică) dacă condensatorul electrolitic (sau un acumulator) este complet încărcat.

Fig. 53: Configuraţia pe placa experimentală

Fig. 54: Schema de conexiuni a indicatorului de încărcare

Acest indicator foloseşte măsurători ale tensiunii acumulatorului. Recomandăm aplicarea tensiunii sub sarcină. Sarcina ar trebui să aibă un consum de curent de 10% din capacitatea acumulatorului şi să poată fi activată în momentul măsurătorii printr‐un buton.

Fig. 55: Sarcina suplimentară cu led portocaliu sau motor (exemplu)


18. Energia solară şi barieră curent invers Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, condensator electrolitic, buton, diodă siliciu, rezistenţă în serie, led roşu

Acest experiment trebuie realizat la lumină solară medie (sau veioză).

Fig. 56: Principiul circuitului cu diodă de blocare

La încărcarea solară a unui condensator electrolitic, condensator gold sau acumulator sarcina s‐a descărcat pe timpul nopţii prin modulul solar. De aceea trebuie inserată o barieră de curent invers sub forma unei diode. Dioda funcţionează ca un ventil, care lasă curentul să treacă numai într‐o direcţie, blocând în cealaltă direcţie.

Rotiţi o dată dioda pe placă. Ledul nu mai clipeşte, căci curentul primit de la modulul solar este blocat.

Diodele de blocare împiedică descărcarea bateriei de către celula solară neluminată.

Fig. 57: Configuraţia plăcii experimentale, dioda de blocare apare în stânga jos.

19. Încărcarea acumulatoarelor cu energie solară Să rămânem la analogia cu apa: pentru un rezervor – adică baterie – se experimentează acum cu un acumulator. Acumulatorul înlocuieşte bateriile şi poate fi folosit aproape în orice aparat electronic portabil.

Fig. 58: Tipurile de acumulator AA şi AAA sunt folosite în multe aparate electronice portabile.

Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, rezistenţă, led, suplimentar un acumulator


Cea mai simplă formă de încărcare este încărcarea la curent constant. Acumulatorul este încărcat pe o perioadă definită de timp la un curent constant. De regulă se foloseşte o perioadă de 14 ore cu 1/10 curent din capacitate.

La aparatele simple de încărcare limitarea curentului de încărcare se realizează cu o rezistenţă, inserată între acumulator şi blocul de alimentare de la reţea. În cazul aparatelor solare acest lucru nu ar avea însă sens. În acest caz curentul de încărcare poate fi atins prin dimensionarea celulelor solare sau modulului solar.

De aceea dacă modulul solar este dimensionat corespunzător nu mai este nevoie de o rezistenţă în serie. Modulul solar din set, care livrează 35 mA la lumină solară puternică, poate încărca fără probleme un acumulator. Acest raport se modifică la modulele solare mai mari, care pot genera mai mult curent. În acest caz este nevoie neapărat de limitarea curentului de încărcare sau componente electronice pentru încărcare, căci altfel se distruge acumulatorul.


Fig. 59: Schema de conexiuni şi configuraţia unui încărcător solar simplu; dioda a fost inserată astfel încât acumulatorul să nu fie descărcat pe timpul nopţii de către modulul solar.

Fig. 60: Configuraţia plăcii experimentale: indicator curent de încărcare cu un led (serveşte simultan drept protecţie la descărcare)

20. Procese chimice cu energia solară Configuraţie experimentală: modul solar, placă experimentală, farfurie, apă, carbonat de sodiu natural sau sare de bucătărie, led roşu, condensator electrolitic 4700 µF

Acest experiment funcţionează şi cu lumină puţină (cer înnorat), reacţia în apă este mai evidentă cu soare puternic sau sursă de lumină intensă.

Fig. 61: Experiment: disocierea apei

Fig. 62: Schema de conexiuni pentru disocierea apei indică un modul solar şi electrozii

Experiment: o farfurie cu apă şi puţin carbonat de sodiu sau sare de bucătărie. Apa pură nu conduce curentul electric. Dacă se adaugă carbonat de sodiu în urma disocierii se produc oxigen şi hidrogen. Dacă se foloseşte sare de bucătărie se obţine oxigen şi clor. Drept electrozi puteţi folosi 2 fire de 5 cm, cu capetele izolate cca. 2 cm.

a). Aşezaţi capetele dezizolate ale firelor în farfurie sub lichid, în poziţie verticală, la distanţă maximă unul de altul şi fixaţi‐le cu cleme pe farfurie. Cele două fire transferă curentul continuu solar în lichid. (pe electrozi există depuneri ce reprezintă produse de reacţie ale electrolizei). b). Conectaţi electrozii la modulul solar. Atunci când razele soarelui cad pe modulul solar veţi vedea că se vor forma bule în lichid la ambele capetele ale firelor – la polul minus de două ori mai mult decât la polul plus. c). Un led suplimentar în serie indică fluxul de curent. Deoarece curentul este foarte mic slaba iluminare a ledului va putea fi percepută foarte puţin sau chiar deloc.


Fig. 63: Pentru a indica fluxul de curent se introduce un led în circuitul de curent. Condensatorul electrolitic C1 suplimentar nu este obligatoriu pentru funcţionarea circuitului, dar are rol în stabilizarea funcţiei.

Aceste instrucţiuni de utilizare sunt o publicaţie a German Electronics SRL (Sucevei nr.14/201, 410078 Oradea, România) şi Conrad Electronic SE (Lindenweg, D‐92242 Hirschau, Germania). Toate drepturile, inclusiv cele aferente traducerii, sunt rezervate. Reproducerea prin orice mijloace, de exemplu prin fotocopiere, microfilmare, sau prin introducerea în sisteme electronice de procesare a datelor, necesită în prealabil aprobarea scrisă a editorului. Retipărirea, chiar şi parţială, este interzisă. Aceste instrucţiuni de utilizare reflectă specificaţiile tehnice ale produsului la data tipăririi manualului de utilizare. Producătorul îşi rezervă dreptul de a opera modificări de natură tehnică sau de design fără o înştiinţare prealabilă.

© 2012 by Conrad Electronic SE & German Electronics SRL (ediţia în limba română) Toate drepturile rezervate

Date post:	12-Oct-2019
Category:	Documents
Upload:	others
View:	18 times
Download:	0 times

MANUAL DE UTILIZARE SET EDUCATIV „ENERGIA SOLARĂ filede conexiune este anodul. Direcţia...

Documents