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

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1. Fragestellung

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


Download Arbeitsblatt analog

Hier kann das zugehörige Arbeitsblatt heruntergeladen werden (Rechtsklick und "Link in neuem Tab öffnen" auswählen, sonst ist diese Seite weg)

Solarzellen Reihen- und Parallelschaltung


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

Solar2 Material.png


Hintergrundwissen


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


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 für jeden Aufbau eine Schaltskizze zur Spannungsmessung.


Hilfestellung: Aufbau


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



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

Teste dein Wissen mit dem Abschlussquiz:



SolarCellPanel.jpg Solarmodul aus 60 Zellen


Zusatzaufgaben für Schnelle


a) Auf Hausdächern werden nicht einzelne Solarzellen, sondern sogenannte Solarmodule montiert. In einem gängigen Modul werden etwa 60 einzelne Solarzellen in Reihe geschaltet (vgl. Module in den Abbildungen). Die Lehrlaufspannung einer einzelnen Solarzelle beträgt etwa 0,6V. Berechne die Leerlaufspannung eines ganzen Moduls. Baue anschließend aus deinen Solarzellen ein Solarmodul, das die dreifache Leerlaufspannung einer einzelnen Solarzelle hat und kontrolliere deinen Aufbau durch Messung. Hinweis: Du benötigst mehr als einen blauen Koffer.


Hilfestellung

b) Leon möchte ein Modul bauen, mit dem er den Motor auch im Schatten betreiben kann. Er misst im Schatten eine Stromstärke von 6mA an einer Solarzelle. Jedoch dreht sich der Motor erst nach einem "Andrehen" per Hand weiter, wenn die gemessene Kurzschlussstromstärke seiner Anlage mindestens 24mA beträgt. Der Spannungswert einer einzelnen Zelle ist bei ihm hoch genug. Fertige eine Schaltskizze eines Aufbaus an, mit dem sich der Motor auch bei ihm weiterdreht. Könnt auch ihr im Schatten mit diesem Aufbau einen Motor am Laufen halten?


Lösung

c) Auch die Solarmodule, die bereits jeweils aus etwa 60 einzelnen Solarzellen aufgebaut sind, müssen auf Hausdächern wieder miteinander verschaltet werden. Recherchiere, wie Solarmodule auf Hausdächern heute verschaltet werden und welche Ursachen dafür eine Rolle spielen. Vergleiche mit deinen Ergebnissen aus der Auswertung.