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

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1. Fragestellung

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


Download Arbeitsblatt analog

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Solarzellen Abhängigkeit von äußeren Einflussgrößen


Benötigte Materialien

Für das Experiment benötigst du folgende Materialien:

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

Solar 1 Material.png


2. Einstiegsversuch und Vermutung:

Bringe den Motor mit Hilfe der Solarzelle zum Rotieren. Manchmal muss der Motor zuerst angedreht werden. Experimentiere frei mit Neigungswinkel und Verschattung. Wie kannst du eine möglichst große (kleine) Drehzahl des Motors erreichen?


Hilfestellung: Aufbau


Vorwissen


Bevor du mit dem Aufbau fortfährst:

In unserem Experiment wollen wir die Leerlaufspannung und die Kurzschlussstromstärke einer Solarzelle messen.

Die Leerlaufspannung ist die Spannung der Solarzelle, wenn kein Verbraucher (z.B. Motor) angeschlossen ist, wenn also kein Strom fließt.

Die Kurzschlussstromstärke ist die Stromstärke, die erreicht werden kann, wenn kein Verbraucher in den Stromkreis eingebaut wird, d.h. wenn die beiden Enden der Solarzelle einfach leitend miteinander verbunden werden.


Lernpfad aus drei Learningapps zur Messung von Leerlaufspannung und Kurzschlussstromstärke


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


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


5. Messergebnisse

Beschreibt übersichtlich eure Beobachtungen.


Hilfestellung: Messergebnisse



6. Auswertung

Formuliere Schlussfolgerungen aus deinen Messergebnissen und gib Tipps, worauf man bei der Installation einer Solaranlage achten sollte.


Hilfestellung: Auswertung


Ausblick zu Experiment 2: Zusammenschluss zu Solarmodulen

Die in einzelnen Solarzellen entstehenden Spannungen und Ströme sind noch zu klein, um damit Geräte im Haushalt zu betreiben. Deshalb werden einzelne Solarzellen zu Solarmodulen zusammengeschlossen. Doch sollte hier besser eine Parallelschaltung oder eine Reihenschaltung verwendet werden und was ist jeweils der Unterschied? Das wollen wir in Experiment 2 herausfinden.