新実験教材「太陽電池の変換効率測定」を開発


新実験教材「太陽電池の変換効率測定」を開発
(出前授業「長野高校」を参照)

 太陽電池の変換効率とは太陽電池に入ってくる光のエネルギーのうち、何%を電気エネルギーに変えることが出来るのかという、発電性能をいいます。実験に使った回路は、配線に時間がかかるため、あらかじめスタッフが実験ボードに組み込んでおきました。ここで負荷として可変抵抗器以外にLEDを直列に接続したのは、太陽電池が実際に発電していると言うことを生徒が目で実感できるようにするためです。
 光源として60Wのレフ球を使ったのですが、太陽電池表面に入射する光エネルギーを測定するのは難しく、今回の開発で一番苦労した部分です。最終的には太陽光のもとで日射計で測定した光エネルギー密度と、そのときの照度を調べ、換算値から室内でも入射エネルギーが照度計で測定できるようにしました。
太陽電池の出力は電流値と電圧値の積になります。測定器は高価なのでテジタルテスターを使いました。可変抵抗器を調節して、この積が最大になるところを探し太陽電池の最大出力を得ます。変換効率は太陽電池の最大出力(単位mW)を入射エネルギー(mW)で割って100をかけて%にします。
 通常、太陽電池の変換効率は20%以下と言われています。実際、実験に使う太陽電池に太陽光をあてて測定すると、全て15%前後となりました。ところが電球の光で測定するとこれより相当大きな値になります。やはり、理論どおり長波長の光だと効率が良くなるようです。太陽光と白熱電球のスペクトルの違いです。この違いが20%を越える変換効率となっているので、今後、少しでも太陽光に近い光源を見つけたいと思っています。

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