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彰 化 市 自 強 路 95 巷 17 號 Tel:(04)7364000 Fax:(04)7364015 [email protected]
http://www.pitotech.com.tw
第二部分: 明亮 IV 曲線 圖例 s1b
Load module
R
M
Voltmeter/Ammeter
-V
+
-+A
Solar module
Lamp
1. 如 圖例 s1b設置。
2. 用光源照射太陽能模組 (兩者距離約 30 公分，短路電流應該接近 700 mA)。
3. 等待約五分鐘，直到太陽能模組熱機完畢，便可以在接近定溫的情況下紀錄其特性曲線。
4. 先量短路電流 (將電阻短路)。然後量測不同電組下 (0.3, 0.5, 1, 2, 3, 5, 10, 20, 50, 100 ) 的電壓和
電流值。最後量測 "OPEN" 情況。
彰 化 市 自 強 路 95 巷 17 號 Tel:(04)7364000 Fax:(04)7364015 [email protected]
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量測表:
電阻 / 電壓 / V 電流 / mA
評估:
1. 以電流(單位 mA)為縱軸，電壓(單位 V)為橫軸，畫出 IV 圖 (太陽能
模組的明亮 IV 曲線).
2. 解釋其特性曲線
3. 以電壓(單位 V)為橫軸，功率(單位 mW)為縱軸 (P = V x I) 繪製功率
相對電壓的圖表，算出其最大功率點 (Maximum power point,
MPP) 。
-4-
P s2 光電流為入射光源角度與距離
的函數
材料需求 :
太陽能模組
電流電壓計
2 條連接線
額外需求 :
1-2 個光源 100-150 瓦
半圓規 Protractor
執行指令:
請依執行指令 !
圖例 s2
Voltmeter/Ammeter
-V
+
-+A
Solar module
Lamp
-5-
1. 依圖例 s2. 設定
2. 使用半圓規或量角器，將太陽能模組置於角度 0° 的方向 (和光源垂直) 開啟光源照射 (電流約 400
mA)。在此，光源與太陽能模組的距離約 50 公分。如果怕光源照度不夠均勻的話，可以使用兩個
光源照射。
3. 可以藉由轉動太陽能模組來調整光的入射角，並用半圓規或量角器測量其角度。
接觸太陽能模組時請小心，因為會很燙 !
量測不同入射角度( 0° 到 90° ，間隔 10° )的光電流 ( 短路電流 )。 將太陽能模組左右轉動。量測其
值並計算其平均值。此將會補償光束路徑中所造成的變動。
4. 在第二個實驗中，調整光源與太陽能模組的距離，並量測在不同距離的光電流。( 50 到 150 公分，
間距 10 公分。).
量測表:
[1] 隨角度的變化 [2] 隨距離的變化
/ °
(角度)
電流 /mA
(左)
電流 /mA
(右)
電流 /mA
(平均)
d / cm 電流/ mA
-6-
評估:
1. 畫出 I- (電流 mA和入射角度關係)與 I-cos (電流和入射角度的餘
弦值關係)圖
2. 畫出 I-d (光電流隨著光源距離變化關係)與 I-1/d2圖
3. 其函數關係為何？對實際應用有何影響 ?
-7-
P e1 電解模組的特性曲線
材料需求 :
太陽能模組
電解模組
電流電壓計
光源 100-150 瓦
5 條連接線
額外需求 :
去離子水
執行指令:
依照執行指令 !
請帶上護目鏡並與實驗設備保持距離 !!!
圖例 e1
+ -
Electrolyser
H2
ml 0
20
40
60
O2
ml0
20
40
60
Voltmeter/Ammeter
-V
+
-+A
Solar module
Lamp
-8-
1. 將設備建置如圖例 e1。除了太陽能模組之外，亦可以使用直流電源來量測較大的電流值。 注意: 只
能短暫使用電壓 1.8 伏特，不可使用電壓超過 2 伏特，且注意極性 ! 太陽能模組 ( 直流電源 ) 的正
端需要和電解模組的正端相連；太陽能模組 ( 直流電源 ) 的負端需要和電解模組的負端相連。
2. 改變光源的強度來調整太陽能模組的光電流，即轉動太陽能模組以獲取不同的入射角 ( 參考 實驗
s2 )。設定不同的電流值，約於 30 mA的小電流開始，一直增加到 800 mA ( 視所使用的光源而定;
直流電源輸出約至 3 amps)。順便紀錄電解模組的電壓。量測至少八組電解模組的電流與電壓值，
並填入量測表。
量測表:
電壓 / V 電流 / mA
-9-
評估:
1. 畫出電解模組的 IV 特性曲線 (電流 mA為縱軸，電壓 V為橫軸)
2. 解釋此 IV 特性曲線
-10-
P e2 法拉第定律
材料需求:
太陽能模組
電解模組
電流電壓計
光源 100-150 瓦
3 條連接線
短管
管夾
馬錶
額外需求 :
去離子水
執行指令:
依照執行指令!
請帶上護目鏡並與實驗設備保持距離 !!!
圖例 e2a
+ -
Electrolyser
H2
ml 0
20
40
60
O2
ml0
20
40
60
Voltmeter/Ammeter
-V
+
-+A
Solar module
Lamp
-11-
1. 設定如 圖例 e2a。
確認極性 ! 太陽能模組的正端需要和電解模組的正端相連；太陽能模組 ( 直流電源 ) 的負端需要和電
解模組的負端相連。
2. 請確認電解模組的儲氣槽充滿去離子水，至 0 ml 處。為了量測起見，使用管夾 ( Tube Clip ) 封住氫
氣儲存槽 ( 圖例 e2b )。所產生的氫氣會被儲存於氫氣槽中。
圖例 e2b
+ -
Electrolyser
H2
ml 0
20
40
60
O2
ml0
20
40
60
Tube clip
3. 調整太陽能模組以便產生穩定電流 (約 850 mA) 並量測不同時間點所生成的氣體體積 (60 到 210
秒，間隔 30 秒) [量測表 1]
4. 指定時間 (t = 180 秒)。調整太陽能模組的角度來設定不同的電流強度， ( 200 mA 到 800 mA 之
間，間距 200 mA )。量測在不同電流強度下所生成的氫氣體積。[ 量測表 2 ]
要得到電流強度為 800 mA ，需要較高功率的光源。太陽能模組只有在量測的過程中接受此種強
度的光源照射。
-12-
量測表:
[1] 隨時間的變化 [2] 隨電流的變化
I = mA = 常數 t = s = 常數
時間 / s 體積 H2 / ml 電流 / mA 體積 H2
/ ml
評估:
1. 繪製出 量測表 [1] 和 [2] (體積對時間；體積對電流).
-13-
P b1 燃料電池並聯與串聯的特性曲
線
材料需求:
太陽能模組太陽能模組
電解模組電解模組
燃料電池
負載模組
電流電壓計
光源 100-150 瓦
9 條連接線
2 條長管
2 條短管
2 個管夾
額外需求 :
去離子水
執行指令:
依照執行指令!
請帶上護目鏡並與實驗設備保持距離 !!!
Part 1: 並聯的燃料電池 圖例 b1a (用氫氧清洗陰陽極的流道，以除去水氣):
Load module
R
M
+ -
Electrolyser
H2
ml 0
20
40
60
O2
ml0
20
40
60
Voltmeter/Ammeter
-V
+
-+A
+ -
Fuel cell
H2O2
1
2
Solar module
Lamp
-14-
1. 裝置設置如圖例 b1a.所示。太陽能模組的另一種選擇，如果你想要電解模組迅速填滿，也可以使用
DC電源供應。
注意: 穿過 DC 電源供應的電壓必須不超過 1.8 伏特， 電流必須不超過 3 安培。確認兩極!
1. 確認電解模組與燃料電池之間的管子有正確地接通。
調整負載模組上的轉動鈕為"OPEN"。
3. 確認電解模組兩邊的氣體儲藏管充滿去離子水且達到 0 ml標記處。使用被照明的太陽能模組，對電
解模組設定固定電流(介於 700與 900 mA之間)。太陽能模組必須對向光源，這樣可以清楚地觀察
到氣體的生成。(參閱實驗 e1).
2. 透過所產生的氣體清洗整個系統 (即 電解模組, 燃料電池及管子) 約五分鐘。(目的是讓整個系統充滿
純氫氣與氧氣)。 然後設置負載模組上的轉動鈕為 2 Ω約 3分鐘。電流計現在會顯示約 400 mA的電
流及約 0.75 volts的電壓。現在將負載模組上的轉動鈕轉回 "OPEN”。注意：當進行氫氣累積時，電
壓出現下降的情況，表示 cell中反應產生的水氣過多需要作稍微的釋放，此時將管夾迅速開啟再關
閉即可
圖例 b1b (儲氣):
+ -
Fuel cell
H2O2
1
2
Tube clipsHydrogen fromElectrolyser
Oxygen fromElectrolyser
5. 使用管夾(tube clips)來封住燃料電池氣體輸出的兩條短管 (參閱圖例 b1b).
6. 當電解模組的氫氣端達到 60 ml標記時，中斷太陽能模組及電解模組的連結。
7. 現在透過改變電阻 (負載模組的轉動開關) 來量測燃料電池的特性曲線。開始於"OPEN" 位置(開路電
壓)，然後透過向右旋轉轉動鈕來逐步減少電阻。記錄於每個開關位置的電流及電壓。在每次測量前
都靜候 30秒。輸入數值到量測表。當負載模組的燈光為有效時，同樣測量此數值。
8. 記錄完特性曲線後，重新設定負載模組上的轉動鈕為"OPEN" 且移去燃料電池的管夾。
-15-
Part 2: 串聯的燃料電池 圖例 b1c (儲氣/測量):
Solar module
+ -
Fuel cell
H2O2
1
2
Load module
R
M
+ -
Electrolyser
H2
ml 0
20
40
60
O2
ml0
20
40
60
Voltmeter/Ammeter
-V
+
-+A
Lamp
Tube clips
重複測量串聯的燃料電池如圖例 b1c.所示
-16-
評估:
1. 繪製並聯的燃料電池的 VI特性曲線(縱軸電壓 V，橫軸電流 mA)。
2. 解釋特性曲線
3. 輸入光源的電壓及電流到 VI 的特性曲線中。
4. 繪製關於燃料電池串聯及並聯的特性曲線的圖表並比較兩種曲線。
5. 繪製關於燃料電池串聯及並聯的 PI 圖表(縱軸功率 W，橫軸電流
mA)。計算光源的電源消耗量及輸入數值到 PI圖表。
實驗變化:
6. 在更進一步的實驗中，你可以移除燃料電池上的氧氣進入管嘴的管
子，而這樣燃料電池可透過周遭空氣中的氧來運作。氫氣將繼續從
電解模組儲氣管被留住。
7. 在 part 2 期間(串聯)同樣量測通過兩個獨立電池的電壓且將這些數據
輸入圖表中 (圖例 2).
8. 在電壓/電流圖表中拉一些量測電阻作為歐姆的直線特性曲線(圖例
4)。並聯的燃料電池必須連接多大的電阻才能與連接 1 電阻的串聯
燃料電池有相同的消耗功率?
-17-
量測表:
電阻/ 電壓 / V 電流 / mA 功率 / mW
