第1节 制作太阳能小车

第1节制作太阳能小车

本节课你可以学到：

•测试太阳能电池的电学特性

・太阳能小车的组装方法

・设计更好的太阳能小车

背景与目标

随着资源的不断耗用，以常规能源

为基础的能源结构将愈来愈不适应可持续

发展的需要，加速开发利用以太阳能为主体的可再生能源已成为人们的共识。研发以

太阳能为电动力的太阳能汽车已势在必行。太阳能动力车是当今最清洁、最有发展前

景的绿色环保汽年，它通过太阳能电池将太阳的光能转化为电能，存储在高能蓄电泡

中，用来驱动永磁电动机旋转，从而带动汽车行驶。作为一种新型的绿色交通工具，

它具有零排放、低噪声、能源补充来源广等很多优点。

1.通过太阳能小车的设计制作和实验，提高学生实验创意设计的能力；

2.增加探究物理知识的兴趣，通过太阳能小车的实践，体验新能源的利用发

展方向和低碳生活理念。

器材与要求

器材：小车、干电池、电池壳、光电板、白炽灯，电源，电表等

要求：1.测定硅光电池板的伏安特性曲线；

2.研究硅光电池板的能量转换效率；

3.制作太阳能小车

4.硅光电池板的拓展应用等。

科学与诠释

(1)结构

以硅太阳能电池为例：结构示意图如图1。

硅太阳电池是以硅半导体材料制成的大面积

PN结经串联、并联构成，在N型材料层面上

制作金属栅线为面接触电极，背面也制作金属

膜作为接触电极，这样就形成了太阳能电池

板。为了减小光的反射损失，一般在表面覆盖一层减反射膜。

(2)光伏效应

用光照射到半导体PN结上时，半导体PN结吸收光能后，两端产生电动势，这

种现象称为光生伏特效应。由于P-N结耗尽区存在着较强的内建静电场，因而产生在

耗尽区中的电子和空穴，在内建静电场的作用下，各向相反方向运动，离开耗尽区，

结果使P区电势升高，N区电势降低，P-N结两端形成光生电动势，这就是P-N结的

光生伏特效应。

puI

FF=丁」2—=,(3)

UocAcU0clsc

FF为太阳能电池的重要特性参数，FF越大则输出功率越高。FF取决于入射光强、

材料禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等。

太阳能电池的转换效率H定义为太阳能电池的最大输出功率与照射到太阳能电池

的总辐射能Pin之比，即

^=-2Lxl00%(4)

图2太阳能电池的伏一安特性由线

技术与探索

1.测量太阳能电池无光照时的伏安特性(直流偏压

太

从。〜2V)阳

能

连接测量电路如图所示，利用测得的正向偏压时I电

—U关系数据，画出I—U曲线。池

I-____

I________I

U(V)

I(mA)

U(V)

I(mA)

2.在不加偏压时，用白炽灯光照射，测量太阳能电池特性。连接测量电路如图3

所示：注意：此时光源到太阳能电池距离不能太近，可选择为35cm之后。

/

太

/光

阳

照

能/

电

池/

（1）在某光强丕变时，测量电池在不同负载电阻下，/对。变化关系，画出/-u

曲线图。

（2）换一较强的光照，测量电池在不同负载电阻下，/对U变化关系，画出/-U

曲线图。

（3）估算转换效率：，7=乙乂100%

U(V)

I(mA)

U(V)

I(mA)

丁程与制作

本实验装置外形尺寸为：

230mmx21Ommx200mm。当太阳光

或IOOW白炽灯泡照射电池板时，太

阳能电池板（空载）能够产生约2.5V左右电压；用100W灯泡（在交流220V电压下

工作），在距离小车约100mm处照射，小车能行驶；太任能电池板短路电流为180mA,

负载电流为40mA。

设计与创意

你可以更有个性化的太阳车小车，如:

我的创意（设计方案或作品照片）

思考与讨论

（清华大学自主招生试题）

太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一。太阳能动力车是利用太阳能电池将

接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动的一种新型机动车。

有一种太阳能实验车（研制过程的样品），它上面的太阳能接收板的有效面积

为S=8cm2,太阳晴朗且接收板对着太阳时，每平方米面积上能接收到太阳的功率为

Po=1KW,太阳能电池产生的电压为U=120V,可供电动机正常工作的电流为l=10A。

求：

（1）在电动机正常工作时，太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多大？

（2）如果电动机正常工作时。将电能转化为机械能的效率是75%,且该车沿水平路

面匀速直线行驶时所获得的牵引力是150N,则该车匀速行驶时的速度是多大？

（3）如果该车本身的质量