Klasse 8: Experimente mit Solarzellen/Reihen- und Paralllelschaltung von Solarzellen

1. Fragestellung

Wie ändern sich Spannung und Stromstärke, wenn Solarzellen in Reihen- bzw. Parallelschaltungen zu Solarmodulen zusammengeschlossen werden?

Benötigte Materialien

Für das Experiment benötigst du folgende Materialien:

Steckbrett, Box 1: Grundschaltungen, Multimeter, 2 Kabel, aus Box 3: 2 Solarzellen, 1 Motor, Sonnenlicht oder eine starke Lampe

2. Aufbau:

Schließe…

a) eine einzelne Solarzelle

b) zwei Solarzellen in einer Reihenschaltung

c) zwei Solarzellen in einer Parallelschaltung

…mit Hilfe der Bauteile aus Box 1 und den beiden Kabeln an die entsprechenden Buchsen des Messgeräts an. Wähle jeweils 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:

a) eine einzelne Solarzelle

Schaltskizze Spannungsmessung:

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:

b) zwei Solarzellen in einer Reihenschaltung

Schaltzskizze:

c) zwei Solarzellen in einer Parallelschaltung

Schaltzskizze:

3. Beschreibung der Durchführung:

Messe für den ersten Aufbau Spannung und Stromstärke der Solarzelle. Messe anschließend für jeden der beiden anderen Aufbauten b) und c) Stromstärke und Spannung des entstandenen Solarmoduls…

(1) ...wenn beide Solarzellen mit Licht bestrahlt werden.

(2) ...wenn eine Solarzelle beschattet wird (Abdecken mit Papier!).

4. Messergebnisse

Notiere deine Ergebnisse übersichtlich in geeigneten Tabellen.

Hilfestellung: Messergebnisse

Beispielmessung drinnen ohne direkte Sonneneinstrahlung in Fensternähe an einem sonnigen Sommertag:

5. Auswertung

Formuliere Schlussfolgerungen aus deinen Messergebnissen. Erkläre insbesondere, wie sich Spannung und Stromstärke des Gesamtmoduls verhalten, wenn

a) eine Reihenschaltung der Solarzellen vorliegt.

b) eine Parallelschaltung der Solarzellen vorliegt.

Gehe jeweils auch darauf ein, wie sich eine Verschattung einer Solarzelle auf das gesamte Modul auswirkt, wenn eine Reihenschaltung bzw. eine Parallelschaltung vorliegt.

Hilfestellung: Auswertung

a) In einer Reihenschaltung von Solarzellen addieren sich die Spannungen der einzelnen Solarzellen. Die Stromstärke entspricht der an einer einzelnen Zelle gemessenen Stromstärke. Bei Beschattung einer Zelle sinkt die Stromstärke auf 0mA, die Spannung entspricht der Spannung einer einzelnen (der nicht verschatteten) Zelle. Bei einer Reihenschaltung kann also durch Abdeckung/starke Verschattung einer einzelnen Zelle kein Strom mehr fließen.

b) In einer Parallelschaltung von Solarzellen addieren sich die Stromstärken der einzelnen Zellen. Die Spannung ändert sich nicht. Bei Abdeckung einer Zelle halbiert sich die Stromstärke wieder, d.h. es trägt nur die nicht abgedeckte Zelle zum Stromfluss bei. Es fließt kein Strom durch den abgedeckten Zweig. Der Stromfluss durch den anderen Zweig wird nicht beeinflusst. Die Spannung wird nicht beeinflusst.