Klasse 8: Experimente mit Solarzellen/Reihen- und Paralllelschaltung von Solarzellen
Wie ändern sich Spannung und Stromstärke, wenn Solarzellen in Reihen- bzw. Parallelschaltungen zu Solarmodulen zusammengeschlossen werden?
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
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.
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:
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!).
Notiere deine Ergebnisse übersichtlich in geeigneten Tabellen.
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
Formuliere Schlussfolgerungen aus deinen Messergebnissen und gib Tipps, worauf man bei der Installation einer Solaranlage achten sollte.
a) Wenn die Solarzelle so ausgerichtet wird, dass die Sonne senkrecht einfällt, sind sowohl Spannung als auch Stromstärke am größten. Wenn man den Einstrahlwinkel verändert, nimmt die Spannung nur leicht ab und auch bei vollständiger Abkehr von der Sonne ist die Leerlaufspannung noch vergleichsweise hoch.
Die Stromstärke nimmt jedoch stark ab, wenn der Einstrahlwinkel des Sonnenlichts schlechter wird.
b) Ähnlich wie in Experiment a) ändert sich die Spannung mit zunehmendem Verschattungsgrad nur wenig. Die Stromstärke sinkt dagegen mit zunehmendem Verschattungsgrad drastisch ab, es kann ein annähernd proportionaler Zusammenhang zwischen bestrahlter Fläche und Stromstärke beobachtet werden: Wird z.B. die Hälfte der Fläche verschattet, sinkt die Stromstärke auf die Hälfte.
Tipps: Die Solarzelle sollte so montiert werden, dass ein möglichst senkrechter Einfall des Sonnenlichts ermöglicht werden kann. In Deutschland liegt der optimale Ausrichtungswinkel bei ca. 30°-35°. Auf Dächern, die gegen Norden ausgerichtet sind, lohnt sich ein Anbringen von Solarmodulen nicht. Das Süddach ist am ertragreichsten. Außerdem sollten die Solarmodule möglichst wenig verschattet werden.
