太陽高度與太陽能獲得量模擬實驗裝置的製作方法
2024-02-13 04:20:15 1
專利名稱：太陽高度與太陽能獲得量模擬實驗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種教具。特別是一種太陽高度與太陽能獲得量模擬實驗裝置。
技術背景
地球上的能源大多來自太陽，地球平均每天獲得27.4×1020J的太陽能，但是，由於地球的自轉和公轉，使得太陽與地球表面的同一地點在不同時間的距離是不同的，因而該地區在不同時間從太陽獲得的太陽能是不同的，這種能量的分配是具有一定的規律的。
為了驗證這一點，對於學生而言，不可能在地球的同一地點測量每年365天不同時間獲得的太陽能，因此，學生只能憑想像對這一自然規律進行理解，不能獲得實驗的感性認識
實用新型內容
本實用新型旨在提供一種教具，它可以直觀地演示在地球上任一地區，在不同時間與太陽有著不同的距離，對於不同高度的太陽，該地區獲得不同量的太陽能的模擬實驗，加深學生對這一規律的理解。
本實用新型包括平行光源，太陽能電池板，角度旋轉計量裝置，電流表和調節裝置；其中太陽能電池板與角度旋轉計量裝置相互垂直連接，以角度旋轉計量裝置調節太陽能電池板的傾斜角度，平行光源照射到太陽能電池板；太陽能電池板、電流表和調節裝置構成串聯電路。
其中，
角度旋轉計量裝置可以包括量角器。
調節裝置可以是電位器。
本實用新型中平行光源可以視為太陽光，隨著角度旋轉計量裝置調節的太陽能電池板的不同傾斜角度，可以象徵地球上的某一地區，由於自轉和公轉形成的不同傾斜角度，即可視為該地區在不同時間與太陽的不同距離。
由於本實用新型平行光源照射到太陽能電池板；由於太陽能電池板與角度旋轉計量裝置相互垂直連接，因此，當以角度旋轉計量裝置調節太陽能電池板的傾斜角度時，太陽能電池板便以通過圓心的水平直徑為軸，相對平行光源轉動相應的的角度。同時，平行光源照射到太陽能電池板後，可以產生不同強度的電流，通過調節裝置的調節，在串聯電路中的電流表中顯示不同的電流強度。這樣，通過本實用新型的實驗，轉動角度旋轉計量裝置，測量出太陽能電池板與平行光源的夾角，再通過電流表測量電流的大小，可以得知太陽能電池板與平行光源不同的距離可以產生不同的電流強度，經過多點測定後，便可驗證太陽對地球表面不同地點，不同時間發射的不同的太陽能。
綜上所述，本實用新型是一種教具，它可以直觀地演示在地球上任一地區，在不同時間與太陽有著不同的距離，對於不同高度的太陽，該地區獲得不同量的太陽能的模擬實驗，加深學生對這一規律的理解。
圖1為本實用新型整體示意圖。
圖2為本實用新型電路原理示意圖。
圖3為實施例1中理論功率的推導示意圖。
圖中1-平行光源，2-太陽能電池板，3-角度旋轉計量裝置，4-電流表，5-調節裝置。
具體實施方式
試驗1
利用本實用新型進行模擬實驗的設計思路
1，太陽距地球大約1.5×1011m，可視為無窮遠，太陽光到達地球已近似平行光線，因此平行光源1可以視為太陽光。
2，採用了矽光電池組(TCA)作為太陽能電池板2，採用微安表作為電流表4，太陽能電池板2與角度旋轉計量裝置3垂直連接。
3，太陽能電池板2、電流表4和調節裝置5構成串聯電路。
模擬實驗及分析
a)改變角度變化及量度裝置的角度，測得在不同太陽高度時的電流值，用公式P＝I2R算出對應的功率；分別與最大功率值(h⊙＝90°時的值)之比，見下表。
b)查出不同太陽高度時正弦函數值，並算出相應的理論功率值一併填入上表。
理論功率P＝Pm.sinh⊙的推導如附圖3，設太陽能電池板在與平行光成90°時獲得功率為最大值Pm，當AO轉至A′O位置時與光線成α角，這時獲得光能的有效面積為A′O′，
則
＝sinα＝sinh⊙
P＝Pm·sinh⊙
根據測得的電流值I代入公式P＝I2R (實驗中R為定值，由於我們主要是看各數值的比例關係，所以為簡化過程，在隨後的計算中將R省略)算出相應的各緯度上的功率值與理論值比較。
其規律是陽光垂直照射時的能量損失很小(因太陽能電池板的反射作用，雖有一層一氧化矽抗反射膜的存在減少了光的反射，但仍存在因反射而造成的能量損失)。隨著緯度的升高(太陽高度減小)太陽能被反射越多，也就是地面獲得的太陽的越來越少。這與物理學中關於光能的計算的理論是統一的。
權利要求1，一種太陽高度與太陽能獲得量模擬實驗裝置，其特徵在於包括平行光源，太陽能電池板，角度旋轉計量裝置，電流表和調節裝置；其中太陽能電池板與角度旋轉計量裝置相互垂直連接，以角度旋轉計量裝置調節太陽能電池板的傾斜角度，平行光源照射到太陽能電池板；太陽能電池板、電流表和調節裝置構成串聯電路。
專利摘要一種太陽高度與太陽能獲得量模擬實驗裝置。涉及一種教具。它可以直觀地演示在地球上任一地區，在不同時間與太陽有著不同的距離，對於不同高度的太陽，該地區獲得不同量的太陽能的模擬實驗，加深學生對這一規律的理解。包括平行光源，太陽能電池板，角度旋轉計量裝置，電流表和調節裝置；其中太陽能電池板與角度旋轉計量裝置相互垂直連接，以角度旋轉計量裝置調節太陽能電池板的傾斜角度，平行光源照射到太陽能電池板；太陽能電池板、電流表和調節裝置構成串聯電路。用於教學，可以使學生得到感性知識加深理解。
文檔編號G09B23/06GK2770016SQ20042008543
公開日2006年4月5日 申請日期2004年11月22日 優先權日2004年11月22日
發明者田園, 田中智 申請人:田園