1 

 

POLITECHNIKA WARSZAWSKA 

Wydział Elektryczny 

Instytut Elektroenergetyki 

Zakład Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej 

 

 
 
 
 

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA 

 

„BADANIE BATERII SŁONECZNYCH W ZALEśNOŚCI OD 

KĄTA USTAWIENIA MODUŁU” 

 

UWAGA!!! 

Baterie słoneczne moŜna zewrzeć i nic im się nie stanie. Nie przybliŜać zbyt blisko i nie 
trzymać  długo  lampki  z  Ŝarówką  przy  powierzchnią  baterii  słonecznych  gdyŜ  grozi  to 
stopieniem warstwy chroniącej baterię przed czynnikami zewnętrznymi. 
 

 

Wstęp 

 
 

Ć

wiczenie polega na badaniu ogniwa fotowoltaicznego w zaleŜności od  kąta padania 

ś

wiatła. Zmiana kąta padania światła będzie polegać na zmianie kąta ustawienia paneli baterii 

słonecznej względem źródła światła. 
 

 

Opis teoretyczny 

 
Ogniwa  fotowoltaiczne  wykorzystują  efekt  fotoelektryczny  wewnętrzny  do  generacji  energii 
elektrycznej  prądu  stałego.  Efekt  ten  polega  na  podwyŜszeniu  poziomu  energetycznego 
elektronu  po  przechwyceniu  kwantu  światła.  Baterie  słoneczne  uznawane  są  za  najbardziej 
przyjazne środowisku źródło energii. Wynika to z: braku emisji zanieczyszczeń, braku hałasu, 
a takŜe praktycznie braku ujemnego wypływu na zwierzęta. Ponadto panele wytwarzane są z 
powszechnie  dostępnych  surowców,  a  ich  pozyskanie    nie  wymaga  ingerowania  w  sposób 
istotny  w  środowisko  naturalne.  Utylizacja  takiego  źródła  takŜe  nie  jest  znaczącym 
problemem. Z punktu widzenia ekologii nie mają one praktycznie wad. Jedyną wadą jest to, 
Ŝ

e wyprodukowanie źródła tego typu wiąŜe się ze znacznym nakładem energii, a przy niskiej 

sprawności  i  krótkim  czasie  eksploatacji  źródła,    powoduje  to  relatywnie  niewielki  zysk  na 
energii  produkowanej  w  odniesieniu  do  energii  włoŜonej  w  wytworzenie  paneli.  Wynikiem 
tego  jest  wysoka  cena  ogniw  i  problemy  ze  zwrotem  kosztów  poniesionych  w  elektrownię 
wykorzystującą baterie słoneczne.  
 

WaŜnym  parametrem  ogniw  słonecznych  jest  ich  sprawność  która  opisuje  stosunek 

ilości  energii  elektrycznej  jaka  zostanie  wyprodukowana  z  ilości  energii  dostarczonej  do 
panelu przez promieniowanie elektromagnetyczne. 
 
Sprawności róŜnych typów ogniw: 

•

 

Krzem monokrystaliczny – sprawności 14 -17,5% 

•

 

Krzem polikrystaliczny – sprawności 11 -13% 

•

 

Krzem amorficzny – sprawności 7 -10% 

•

 

Przewodzące prąd polimery połączone z fullerenem – sprawność ok. 3% 

 

 

2 

 

Z  punktu  widzenia  konstruktora  urządzeń  odbierających  energię  z  ogniw 

fotowoltaicznych i przekazujących ją do odbiorników lub systemu elektroenergetycznego jest 
charakterystyka ogniw fotowoltaicznych. Jest ona w podobna dla róŜnych typów ogniw. 
 
 

 

 
Rys. 1. Przykładowe charakterystyki ogniwa 
fotowoltaicznego dla róŜnych temperatur 

 

 
Rys. 

2. 

Przykładowe 

charakterystyki 

ogniwa  fotowoltaicznego  dla  róŜnych 
wartości nasłonecznienia 

 

 

 
 

Z  przedstawionych  na  rys.  1  i  2  wykresów  moŜna  odczytać,  Ŝe  w  części 

charakterystyki  ogniwo  zachowuje  się  jak  ustępliwe  źródło  napięciowe  w  części  zaś  jak 
ź

ródło  prądowe.  UniemoŜliwia  to  bezpośrednie  zasilanie  urządzeń  stałoprądowych,  gdyŜ 

wymagają  one  w  większości  stałej  wartości  napięcia  zasilania.  Ponadto  zauwaŜyć  warto,  Ŝe 
wraz  ze  wzrostem  natęŜenia  światła  padającego  na  ogniwo  następuje  niewielki  wzrost 
napięcia  rozwarcia  tego  źródła,  a  znacznie  wzrasta  wartość  prądu  zwarcia.  Natomiast 
temperatura  ma  wpływ  na  wartość  napięcia  rozwarcia.  Co  ciekawe  dla  niŜszej  temperatury 
napięcie rozwartego źródła jest wyŜsze.  
 
 

Z  charakterystyki  U-I  ogniwa  wynika,  Ŝe  ma  ono  tzw.  maksymalny  punkt  mocy 

(MPP), czyli punkt na charakterystyce U-I w którym ogniwo produkuje najwięcej mocy przy 
zadanych  warunkach  nasłonecznienia  i  temperatury.  Aby  zwiększyć  wydajność  ogniwa 
naleŜy  obciąŜać  je  taką  wartością  rezystancji  dla  której  występuje  MPP.  Rezystancja  ta 
wynosi:  

mpp

mpp

I

U

R

=

. 

PołoŜenie maksymalnego punktu mocy ogniwa na charakterystyce U-I związane jest ściśle z 
temperaturą źródła oraz natęŜeniem światła, które na nie pada. NaleŜy przy tym zauwaŜyć, Ŝe 
temperatura ma większy wpływ na wartość napięcia przy jakim MPP wystąpi, natomiast nie 
ma  praktycznie  wpływu  na  wartość  prądu  charakteryzującego  optimum  mocy.  Zmiany 
natęŜenia  światła  powodują  zmiany  wartości  prądu  odbieranego,  ale  nie  mają  natomiast 
większego wpływu na napięcie przy którym występuje maksimum mocy. Zostało to ukazane 
na  rys.  3,  który  jest  zbiorem  charakterystyk  elektrycznych  ogniwa  fotowoltaicznego  dla 
róŜnych wartości natęŜenia światła. 

 

3 

 

Rys. 3. Charakterystyka mocy produkowanej w zaleŜności od nasłonecznienia 

 
 

Ćwiczenie naleŜy wykonywać po kolei według instrukcji. 

 

1.

  Przed  przystąpienie  do  badań  naleŜy  podłączyć  układ  według  schematu  1.(  układ 

poprawnie  mierzonego  prądu  )  lub  2.  (  układ  poprawnie  mierzonego  napięcia).  Wybrać 
jeden z nich i uzasadnić swój wybór. 

Schemat 1. 

 

 

Schemat 2. 

 

 

4 

 

2.

 NaleŜy zdjąć charakterystykę I = f(U) w zaleŜności kąta ustawienia modulów. 

Wypełniamy tabelę 1. 
 

TABELA 1. 

α = 0º 

α = 15º 

α = 30º 

α = 45º 

α = 60º 

L. 

p. 

U 

I 

P=U*I 

U 

I 

P=U*I 

U 

 

U 

I 

P=U*I  U 

I 

P=U*I  U 

1. 

 

 

 

 

 

 

 

1. 

 

 

 

 

 

 

 

2. 

 

 

 

 

 

 

 

2. 

 

 

 

 

 

 

 

3. 

 

 

 

 

 

 

 

3. 

 

 

 

 

 

 

 

… 

 

 

 

 

 

 

 

… 

 

 

 

 

 

 

 

30. 

 

 

 

 

 

 

 

30.   

 

 

 

 

 

 

 
Zaczynamy  od  wyznaczenia  punktu  pracy  jałowej  –  rozwarte  zaciski  obciąŜenia  (punkt  A)  i 
punktu pracy zwarciowej (punkt B). Dalej regulując rezystancję obciąŜenia (Robc) w zakresie 
od 0Ω do 300Ω z przemyślnym krokiem notujemy ok. 30 punktów charakterystyki. Procedurę 
powtarzamy dla kaŜdego d. 
 

3.

  Z  punktów  wyznaczonych  w  czasie  badania  obliczamy  moc  P=U*I  i  wykreślamy 

charakterystykę  P  =  f(I),  która  pokaŜe  połoŜenie Punkt  Mocy  Maksymalnej  (ang.  Maximum 
Power Point, skr. MPP). 
W jednym układzie współrzędnych mają znaleźć się P=f(U) i U = f(U) . 

 

4.

  Z  otrzymanych  danych  policzymy  Filtr  Factory  (FF),  który  wyznacza  jakość  baterii 

słonecznych. FF liczymy ze wzoru: 

SC

OC

I

U

P

FF

⋅

=

max

  

gdzie: 
Pmax – moc maksymalna 
Uoc – napięcie ogniwa bez bciąŜenia 
Isc – prąd zwarcia. 
Parametr ten mieści się w zakresie od 0 do 1, gdzie FF=1 oznacza prostopadłość 
charakterystyki U=f(I). 

 
5.

  Następnie  wyznaczamy  charakterystykę  I=f(cos(α))  przy  U=0  (zwarcie).  Regulując  kąt 

ustawienia modułów (α) notujemy wartość natęŜenia prądu zwarcia  I

zw

.  Pomiar powtarzamy 

ok. 30 razy. 
Wypełniamy tabelę 2. 
 

TABELA 2. 

U = 0V (zwarcie) 

L.p. 

I 

α 

cos(α) 

1 

 

 

 

2 

 

 

 

3 

 

 

 

… 

 

 

 

30 

 

 

 

 
 

 

5 

PowyŜsze dane wykreślić na papierze milimetrowym i wraz z interpretacją powinny znaleźć 
się w sprawozdaniu do ćwiczenia. 

 
Lliteratura: 
 
[1]. 

Strony internetowe na temat fotowoltaiki. 

[2]. 

Radecki  Tadeusz,  Andrzej  Kondyba  –  Przetwarzanie  energii  w  elektrowniach 

słonecznych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2000, Gliwice