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おもしろ科学実験室(工学のふしぎな世界)

太陽電池で遊ぼう・測ろう

2018年8月24日
東京農工大学 工学部

はじめに

 今回は、再生可能エネルギーの一つ、太陽光発電に着目して実験をおこないます。太陽電池に光をあてて生じた電気を測ったり、太陽電池でLEDを光らせたり、モーターを回したり、紙も使っておもちゃを工作したりすることを通じて、エネルギーへの理解を深めましょう。

用意するもの

  • 太陽電池
  • LED
  • 太陽電池工作用モーター
  • デジタルマイクロメーター(テスター)
  • 電気スタンド(電球型のもの、LED電球も可)
  • ものさし(30cm程度)
  • 画用紙
  • セロハンテープ
  • ハサミ
    (実験1-4ですべてが必要ではありませんので、おこなう実験に合わせて用意してください。)

太陽電池

1Wソーラーパネル 電子部品販売店やネット通販で手に入ります。
他の太陽電池でも出力が1W, 電圧が5V程度のものなら大丈夫です。
リード線がないものを買った場合は、自分でリード線を半田付けします。
リード線の先にコネクタがついている場合は、外します。

今回使用したもの

最大出力:0.935W 開放電圧:5.5v 短絡電流:170mA
https://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/detail.php?code=EEHD-04J7
コネクタはカッターナイフで外しました。

LED

φ5着色赤色LED 電子部品販売店やネット通販で手に入ります。 他の色でも良いですが、必要電圧が1-3V程度のものにしてください。 5V用のLEDは、今回使用した5.5Vの太陽電池では光りません。

今回使用したもの

順電圧:1.8~2.4V 輝度:25~50mcd
https://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/detail.php?code=EEHD-4FE3

太陽電池工作用モーター(ソーラーモーター)

模型販売店や電子部品販売店、ネット通販で手に入ります。
太陽電池用でなくても良いですが、数十mA程度の電流で回るものを選んで下さい。

今回使用したもの

ソーラーモーター03
http://www.tamiya.com/japan/products/76011/index.html

デジタルマイクロメーター

今回使用したものは廃盤ですが、同様の製品が電子部品販売店で2000円前後でも売っています。ネット通販でも手に入ります。
mAの電流を測れるものにしてください。

実験1: 電球を離していくと太陽電池の電流はどう変化する?

電球(LED電球)の光をあてながらデジタルマルチメータ(テスター)で太陽電池の電流とを測定しよう。
電球と太陽電池の距離も物差しで測って、測定できたら、距離を変えながら記録してグラフにまとめてみよう。

ヒント1:光はまっすぐ進む。
ヒント2:LED電球の光はほぼ均一に、距離が離れるほど、広がっていく。
ヒント3:太陽電池の電流の大きさは、照らした光の強さにほぼ比例する。
ヒント4:四角錘の高さと底面の面積の関係は?

発展クイズ:考えてみよう

Q.1 LED電球と太陽光では実験1の結果はどう違うだろうか?

ヒント:地上では、太陽の光はどう進むだろうか?

Q.2 太陽電池は太陽光に対し、どの向きに置くと良いだろうか?

a)
b)
c)

ヒント:どの角度が一番多く、太陽光があたるだろうか?

実験2:太陽電池を2つつなげると電流と電圧はどう変わる?

太陽電池を2つ用意して、2つの太陽電池をつないで電流と電圧を測ってみよう。

ヒント:2つの乾電池をつなぐ、2種類のつなぎ方と同じ!

実験3:太陽電池を使ってLEDを光らそう!

LEDを直接太陽電池のリード線につないで、電球(LED電球)の光や、太陽光をあてると、LEDが光ります。

注意点

LEDの足にはプラスとマイナスがあります。長い方の足を、プラス(赤いリード線)につなぎましょう。

実験4:太陽電池を使ってモーターを回そう!

画用紙でプロペラを作って、ソーラーモーターの回転軸にセロハンテープで貼り付けます。太陽光や電球の強い光を太陽電池にあてるとプロペラが回ります。LED電球の場合は、太陽電池にかなり近づけないと回りません。

太陽電池とモーターの、同じ色の線を結びます。太陽電池とモーターの、同じ色の線を結びます。
晴れていると窓際の太陽光で勢いよく回ります。晴れていると窓際の太陽光で勢いよく回ります。

発展工作:太陽電池とモーター、LEDと、画用紙を使っておもちゃを作ろう!

設計図を描いて、画用紙とモーター、LEDをどう使うか考えてから作ろう!

※このページに含まれる情報は、掲載時点のものになります。

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