太陽能車實驗報告

一、研究動機:

          陽光是沒有污染而且可以再生的能源,我們想做一輛神奇的

太陽能車,不需要更換電池,也能上路哦!

二、研究目的:

1.  製作太陽能玩具車。

2.  探討太陽能晶片數量與車速的關係。

三、研究設備及材料:

     1.  太陽能晶片四個(每個6g),四驅車一部(重64g),

     小火車一輛(重120g)。

2.  100瓦燈泡,省電馬達2個。

           小馬達需要較大的電壓及電流來驅動它轉動,可是太陽能晶

片的電壓和電流較小,所以必須用省電馬達才能運轉。

                                              

                 【左:省電馬達;右:小馬達】

四、 文獻探討:

    1.太陽能電池是什麼?

       太陽能電池並不同於我們所說的“蓄電池”,而是一片薄

薄的「矽質晶片」,可分為1.單結晶矽太陽電池、2. 多結晶矽

太陽電池、3.非結晶矽太陽電池等三大類,其中非結晶矽太陽

電池又可分為室內用及室外用兩種。在原子排列上“結晶”是

指所構成的原子排列整齊規則,而“非結晶”構成的原子排列

紊亂,成不規則狀,如下圖所示:

                            

                              【結晶】                              【非結晶】

    

      2.太陽能電池的輸出數據

        *開路電壓;英文符號: 『Voc』

             當太陽電池在沒有連接(使用)電器的情況時,直接

     用電壓(伏特)錶所測量出的電壓。

        *短路電流;英文符號: 『Isc

          當太陽電池在沒有負載(連接電器)時,用電流(安培)

     錶直接測量出的電流數據。

       *工作電壓;英文符號: 『Vop』

          在負載電器時,最佳的工作電壓。

       *工作電流;英文符號: 『Iop』

          在負載電器時,最佳的工作電流。

            最大輸出功率;英文符號: 『Pmax』

          為工作電壓與工作電流的乘積,即『Vop X Iop = Pmax(W)。

  3.匹配材料的要求

               因為太陽能電池是在烈日下使用,所以其匹配材料上的

     選擇必須要合乎耐候性的要求。一般設計上為了節省成本而

     選用廉價的電線、塑膠外框、不良披覆材料,導致產品變形、

     電線氧化、披覆變黃或脫落、浸水腐蝕等現象。

    正確的設計基本要求的材質如下:

             塑膠外框:應採PC材料,而不可採用ABC或其他強化塑膠,

                                   因為在長期測試使用下,塑膠類中僅有PC能

                                   通過耐候性的考驗。                                  

             輸出電線:應採用橡膠、矽膠或耐蝕合成皮的鍍錫電線或是

                  船舶專用線,如此才能保障其導電的優良性,一

                  般採用的PVC銅蕊線其防水差、電阻大、日曬易

                  龜裂、受潮易腐蝕氧化,尤其在海島型鹽霧氣候

                  約兩至三週其銅蕊即產生孔雀綠,造成極大的電

                  阻,甚至無法導電。

         披覆材料應採用矽膠或其他特殊的耐候性材料,以免晶片

                 受潮變質,降低或無法輸出電流。

            金屬外框及零件:在陸地上可採用鋁製,在海上則應採用不

                 袗製,零件則採用不袗或銅質鍍黃金製品。

  4.選用的步驟

    太陽能電池在選用的步驟如下:

      1.使用的場所是室內或戶外

     2.需要多少電壓

     3.需要多少電流

     4.使用地區的環境:日照時數或腐蝕或灰塵或溫度

     5.是同步使用還是充電後再使用

     6.是否需要保護線路

     7.評估其經濟價值

     8.選用何種太陽能電池

五、研究過程:

        1.  將四驅車的固定螺絲拆下。

        2.  拆除內部的小馬達。

             3. 利用斜口鉗把四驅車底座的空間加大,放入體積較大

         的省電馬達。

             4. 利用銲槍把太陽能矽晶片串聯起來,再固定在玩具車上。

             5. 把省電馬達的電線接到太陽能矽晶片的正負極上,太陽

         能玩具車就改裝完成了。

                  

             【完成的太陽能四驅車】        【完成的太陽能小火車】

  實驗一:

1.  把玩具太陽能車分別裝上一片、二片、三片太陽能矽晶片。

2.  100瓦燈泡持續照射,看看玩具太陽能車跑完250公分的

   距離要多少時間。

    

測試結果:

 

太陽能矽晶片

一片70g

太陽能矽晶片

二片76g

太陽能矽晶片

三片82g

第一次

 

 

 

太陽能車

不會移動。

3.00

2.28

第二次

3.15

2.16

第三次

3.07

2.19

第四次

3.84

2.53

第五次

3.29

2.62

第六次

3.22

2.37

第七次

3.19

2.28

第八次

2.75

2.47

第九次

3.63

2.71

第十次

3.31

2.50

平均

 

3.245

2.411

排序

3

(沒有移動)

2

1

(最快)

  六、結論與心得:

        1.  我們可以利用太陽能矽晶片和省電馬達,改裝出神奇的太

      陽能四驅車。

  2.  省電馬達的紅線接矽晶片的負極,黑線接正極。如果交換

   連接位置,玩具車行進的方向會相反。

         3.  太陽能小火車因為重量太重而無法啟動,四驅車重量輕,

      所以跑得快。

         4.  裝三片太陽能矽晶片的玩具車是跑得最快的;而裝二片的

      車子跑得比較慢,至於裝一片的根本不動,所以測不出來。

        5.太陽能矽晶片的數目多,玩具車就跑得比較快。因為四驅車體

     積小,所以最多只能裝三片。太陽能電池的體積較大,使用起

     來很不方便,未來我們可以研究更輕薄短小的太陽能電池。

       七、參考資料:

   1.太陽能電池資優班講義

  2.新世紀科學百科全書

   3. 新世紀科學學習百科