太陽電池で発電した電気をためて、ためた電気でLEDを光らせる実験をしてみましょう。

前回の実験はこちらです。

使うもの

• 前回の実験で使った実験装置
• ショットキーバリアダイオード
• スーパーキャパシター

実験じゅんび

赤い線を抜く

太陽電池のプラスの赤い線を、ブレッドボードからぬきます。

スーパーキャパシターをさす

スーパーキャパシター(正式な名前は電気二重層コンデンサといいます)は、電気をためる部品です。普通のコンデンサーよりも1000倍くらい多くの電気をためることができます。今回はこの部品を充電電池の代わりに使います。

この部品には充電電池と同じく、プラスとマイナスがあります。長いリードがプラス、短いリードがマイナスです。

このスーパーキャパシターをLEDと接続して、ためた電気でLEDが光るようにします。

長いリード(プラス)を1cにさし、短いリード(マイナス)を4cにさします。

ショットキーバリアダイオードをさす

ショットキーバリアダイオードはダイオードの仲間で、電気を片方向にしか流さないようにする部品です。

銀色の線のある方から出たリードをカソード、反対側をアノードと呼びます。電気はアノードからカソードへは流れることができますが、カソードからアノードへは流れません。

今回は、蓄電した電気が太陽電池に逆流しないように、太陽電池とスーパーキャパシターの間に接続します。

銀色の線のあるカソードのリードを1eの穴にさします。もう片方のリードを＋の穴にさします。

太陽電池の赤い線をさす

ブレッドボードの両サイドにある赤い＋と青いーの穴は、これまでと違ってたてにつながっています。

この＋の穴のどこでもいいので、太陽電池の赤い線(プラス)をさします。

配線図

今回準備した配線は、上の図のようになっています。

太陽電池で発電した電気は、ショットキーバリアダイオードを通って、スーパーキャパシターとLEDに伝わり、スーパーキャパシターを充電しながらLEDが光ります。

太陽電池が発電しなくなっても、スーパーキャパシターにためた電気でLEDが光ります。

実験

蓄電してみる

実験装置を外へ持ち出して、太陽電池に光を当ててみましょう。

最初はスーパーキャパシターに電気がたまっていないためLEDが光ません。電気がたまるにつれて、LEDがだんだん明るくなっていきます。

しばらく充電し続けると、これ以上明るくならなくなります。蓄電完了です。

太陽電池の上に手を置いて、太陽電池に影を作ってみましょう。

前回の実験では、影を作るとすぐにLED電球が暗くなりました。

今回は太陽電池が発電しなくても、スーパーキャパシターに電気がためてあるので、LEDが暗くなりません。

どのくらい光り続けるかな？

暗い部屋へ持って行ってもLEDは光り続けます。どのくらい長く光り続けるでしょうか。

電気が減っていくと、だんだんLEDは暗くなっていきます。明るさはどう変化するでしょうか。

ショットキーバリアダイオードを使う理由

今回の実験では、スーパーキャパシターにたまった電気が、太陽電池に逆流しないようにショットキーバリアダイオードを入れました。

ショットキーバリアダイオードはダイオードの仲間です。

ダイオードは、p型半導体とn型半導体という2種類の半導体がくっついた構造をしています。

p型半導体からn型半導体へは電気は流れることはできますが、n型からp型へは流れることができません。

太陽電池の構造も実はダイオードと同じです。

 

p型半導体にn型半導体がくっついています。光が当たって発電しているときは、n型半導体からp型半導体へ流れる電気が発生し、電池のようになります。

ところが暗くなって発電しなくなると、太陽電池がダイオードのようになってしまいます。

もし逆流防止のためのショットキーバリアダイオードがないと、上の図のようになります。

発電しているときは太陽電池から電気が出てきて、スーパーキャパシターを充電することができます。ところが暗くなって発電しなくなると、ためた電気が太陽電池を通って放電してしまいます。

せっかくためた電気を放電させないために、太陽電池とスーパーキャパシターの間に、逆流防止用のショットキーダイオードを入れます。

また、ショットキーダイオードはダイオードの仲間ですが、ダイオードに比べて電気が減りが少ないという特徴があります。具体的には、電気がダイオードを通ると電圧が0.6から1Vくらい下がってしまいますが、ショットキーダイオードは0.3Vくらいと半分以下で済みます。