Методика проведения эксперимента:

Включить галогенную лампу накаливания (ГЛН). Установить определенную мощность излучения. Меняя нагрузку в цепи СЭ снять ВАХ (4-5 точек при неизменной мощности питания). Повторить измерения еще для двух вариантов входной мощности.

Измерения повторить для двух и трех включенных ГЛН. Результаты занести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Данные измерений с ГЛН (КПД 12%)

UВХ	IВХ	РВХ	Ф	UВЫХ	IВЫХ	PВЫХ	η
1 лампа
		РВХ1		3-4 измерения
		РВХ2		3-4 измерения
		РВХ3		3-4 измерения
2 лампы
3 лампы

Обработка результатов измерений

• По результатам измерений напряжений и токов на входе (питание ламп) и выходе (в цепи СЭ) рассчитать мощность на входе и выходе системы. Результаты расчетов свести в таблицу 1.1.

• Определить поток излучения (Ф) для каждого измерения. Результаты внести в таблицу 1.1.

• По данным таблицы 1.1 определить максимальную мощность на выходе СЭ и соответствующие ей значения тока и напряжения во вторичной цепи.

• По выражению (1.4) определить коэффициент полезного действия СЭ.

• В одной системе координат построить ВАХ СЭ. На каждом графике построить прямоугольник максимальной мощности.

• Построить зависимость КПД СЭ от тока лампы для разного количества включенных ламп.

Контрольные вопросы

1. Как устроен полупроводниковый солнечный элемент?

2. Какие токи протекают через неосвещенный p-n переход?

3. Какие токи протекают через освещенный p-n переход?

4. Как возникает фотоЭДС?

5. Какова природа сторонних сил в солнечном элементе?

6. Объяснить механизм образования свободных носителей заряда.

7. Что такое первичный фототок?

Лабораторная работа №2

Исследование преобразователя Пельтье

Цель работы

Практическое ознакомление с работой преобразователя Пельтье на примере модуля Storm-71; расчет КПД преобразователя Пельтье при изменении напряжения; изучение работы преобразователя Пельтье в генераторном режиме.

Краткие теоретические сведения

В преобразователях Пельтье используется так называемый термоэлектрический холодильник, действие которого основано на эффекте Пельтье. Данный эффект назван в честь французского часовщика Пельтье (1785 – 1845), сделавшего свое открытие в 1834 году.

При прохождении электрического тока через контакт двух проводников, сделанных из различных материалов, в зависимости от его направления, помимо Джоулева тепла выделяется или поглощается дополнительное тепло, которое получило название тепла Пельтье.

Классическая теория объясняет явление Пельтье тем, что электроны, переносимые током из одного метала в другой, ускоряются или замедляются под действием внутренней контактной разности потенциалов между металлами. В первом случае кинетическая энергия электронов увеличивается, а затем выделяется в виде тепла. Во втором случае кинетическая энергия электронов уменьшается, и эта убыль энергии пополняется за счет тепловых колебаний атомов второго проводника. В результате происходит охлаждение.

Более полная теория учитывает изменение не потенциальной энергии при переносе электрона из одного металла в другой, а изменение полной энергии.

Эффект Пельтье, как и многие термоэлектрические явления, выражен особенно сильно в цепях, составленных из полупроводников с электронной (n-тип) и дырочной (р-тип) проводимостью.

Допустим, электрическое поле имеет такое направление, что электроны в полупроводнике n-типа и дырки в полупроводнике р-типа будут двигаться навстречу друг другу. Электрон из свободной зоны полупроводника n-типа после прохождения через границу раздела попадает в заполненную зону полупроводника р-типа и там занимает место дырки. В результате такой рекомбинации освобождается энергия, которая выделяется в контакте в виде тепла.

В случае изменения направления электрического поля на противоположное электроны в полупроводнике n-типа и дырки в полупроводнике р-типа будут двигаться в противоположные стороны. Дырки, уходящие от границы раздела, будут пополняться в результате образования новых пар электронов и дырок при переходах электронов из заполненной зоны полупроводника р-типа в свободную зону. На образование таких пар требуется энергия, которая поставляется тепловыми колебаниями атомов решетки. Электроны и дырки, образующиеся при рождении таких пар, увлекаются в противоположные стороны электрическим полем. Поэтому пока через контакт идет ток, непрерывно происходит рождение новых пар. В результате в контакте тепло будет поглощаться.

Итак, в зависимости от направления электрического тока через контакт полупроводников разного типа – р-n- и n-p-переходов вследствие взаимодействия зарядов, представленных электронами (n) и дырками (р), рекомбинации и образования пар зарядов энергия либо выделяется, либо поглощается. В результате данных взаимодействий и порожденных энергетических процессов тепло либо поглощается, либо выделяется.

Использование полупроводников р- и n-типа проводимости в термоэлектрических холодильниках иллюстрирует рисунок 2.1.

Рисунок 2.1 – Использование полупроводников р- и n-типа в термоэлектрических холодильниках

Объединение большого количества пар полупроводников р- и n-типа позволяет создавать охлаждающие элементы – модули Пельтье сравнительно большой мощности.

Модуль Пельтье, представляет собой термоэлектрический холодильник, состоящий из последовательно соединенных полупроводников р- и n-типа, образующих р-n- и n-p-переходы. Каждый из таких переходов имеет тепловой контакт с одним из двух радиаторов. В результате прохождения электрического тока определенной полярности образуется перепад температур между радиаторами модуля Пельтье: один радиатор работает как холодильник, другой радиатор нагревается и служит для отвода тепла.