Physik/Klasse 8: Experimente mit Solarzellen/Abhängigkeit von äußeren Einflussgrößen

1. Fragestellung

Wie hängen Spannung und Stromstärke an Solarmodulen von äußeren Einflussgrößen (z.B. Neigungswinkel, Verschattung) ab?

Benötigte Materialien

Für das Experiment benötigst du folgende Materialien:

U-Kern, 1 Aufstellplatte für den U-Kern, 2 Blockmagnete, 1 Voltmeter, lange Verbindungsleitungen

2. Vermutung:

Notiert hier eure Vermutungen, wie Spannung und Stromstärke von äußeren Einflussgrößen abhängig sein könnten.

3. Aufbau:

Schließe eine Solarzelle mit Hilfe der Bauteile aus Box 1 und den beiden Kabeln an die entsprechenden Buchsen des Messgeräts an. Wähle zunächst für die Spannungsmessung den passenden Messbereich aus. Die Solarzelle liefert eine Gleichspannung (DC).

Erinnerung: Den passenden Größenbereich findest du, indem du vom höchsten Messbereich schrittweise zu kleineren Messbereichen wechselst.

Zeichne eine Schaltskizze.

Hilfestellung: Aufbau

Foto des Aufbaus:

Für die Messung der Stromstärke ist der Aufbau derselbe, jedoch muss am Messgerät der richtige Messbereich eingestellt werden. Auch hier solltest du vom höchsten Messbereich schrittweise zu kleineren Messbereichen wechseln.

Foto Einstellung Stromstärkemessung:

Schaltskizze Spannungsmessung:

Für die Stromstärkemessung muss statt des Voltmeters ein Amperemeter eingebaut werden (A statt V). Wir verwenden für beide Messungen dasselbe Messgerät.

4. Beschreibung der Durchführung:

Überlege dir, wie du in zwei separaten Messreihen die Abhängigkeit der Spannung und Stromstärke von…

a)     dem Neigungswinkel der Solarzelle und

b)     der Verschattung der Solarzelle

messen kannst. Beschreibe dein Vorgehen nachvollziehbar und führe die Messung durch.

Hilfestellung: Durchführung

a) Der Neigungswinkel der Solarzelle wird systematisch von oberer Maximaleinstellung (1) über die horizontale Einstellung (3) hin zur unteren Maximaleinstellung (5) in fünf Schritten (vgl. Skizze) variiert und für jede Neigungseinstellung werden Spannung und Stromstärke gemessen.

b) Der Verschattungsgrad der Solarzelle wird systematisch von vollständiger Bestrahlung mit Sonnenlicht über 1/4 Verschattung, 1/2 Verschattung, 3/4 Verschattung hin zu vollständiger Verschattung variiert und für jeden Verschattungsgrad werden Spannung und Stromstärke gemessen. Der Einstrahlungswinkel der Lichtquelle (z.B. hier: Sonne) relativ zur Solarzelle wird konstant gehalten.

5. Messergebnisse

Beschreibt übersichtlich eure Beobachtungen.

Hilfestellung: Messergebnisse

In den oben beschriebenen Beispielexperimenten draußen bei Sonnenschein gegen 11 Uhr Ende Juli wurden folgende Stromstärken und Spannungen gemessen:

a) Variation des Neigungswinkels

b) Variation des Verschattungsgrads

6. Auswertung

Formuliert auf der Grundlage eurer Versuchsergebnisse Je-desto-Aussagen über die Abhängigkeit der Induktionsspannung von verschiedenen Größen.

Hilfestellung: Auswertung

Je schneller die Leiterschlaufe in das Magnetfeld hinein- bzw. hinausbewegt wird, desto größer ist der Betrag der induzierten Spannung.

Je mehr Wicklungen das Kabel hat, desto größer ist der Betrag der induzierten Spannung.

Die Bewegungsrichtung oder die Richtung des Magnetfelds beeinflusst die Polung der Induktionsspannung.

Ausblick zu Experiment 2

Die induzierten Spannungen sind in diesem Experiment sehr klein. Aber wir haben gesehen, dass wir den Betrag der Induktionsspannung erhöhen können, indem wir die Anzahl der Wicklungen des Drahtes erhöhen. Wenn wir den Draht ganz oft aufwickeln, erhalten wir eine sogenannte Spule. Damit geht es in Experiment 2 weiter.