Versuche zur Photovoltaik

Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie mit Hilfe von Solarzellen. Mit Hilfe der folgenden 4 Versuche kannst du herausfinden, wie eine Solarzelle funktioniert und wie man sie optimal nutzen kann.
Zu den Versuchen benötigst du:
• eine Lampe
• ein Messgerät
• zwei Solarzellen
• Abschattungskappen

Versuch:
Stelle die Solarzelle in den Entfernungen (20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm und 45 cm) vor die Lampe und messe jeweils die Kurzschlussströme im DC-Strommessbereich von 200 mA und die Leerlaufspannungen im DC-Spannungsbereich von 2000 mV.
Erstelle eine Tabelle und trage die Ergebnisse der Messungen je nach Entfernung für den Kurzschlussstrom und die Leerlaufspannung ein.

Berechne jetzt die Leistung in Watt für die verschiedenen Entfernungen. Multipliziere dazu den Wert des Kurzschlussstromes mit dem Wert der Leerlaufspannung.
Beispiel:
500mV • 130 mA = 65000 µW (Mikrowatt) = 65 mW =  0,065 Watt
oder
0,5 Volt • 0,13 Ampere = 0,065 Watt

Beim Beschaffen der Versuchsgeräte, beim Einrichten deiner Tabellen und beim Berechnen hilft dir die Lehrkraft.
Wenn du in einer vierten Grundschulklasse bist kannst du das durchführen und berechnen.

Wie lautet deine Beurteilung jeweils zu den Versuchsergebnissen?

Versuch 2 zur Größe der bestrahlten Fläche

Die Leistungsfähigkeit einer Solarzelle hängt natürlich von Ihrer Größe ab. Mit folgendem Versuch kannst du herausfinden, wie sich eine größere oder kleinere Fläche auf die elektrisch bedeutenden Größen Strom und Spannung auswirkt.

Versuch:
Baue das Experiment entsprechend der Abbildung auf.
Stelle die Solarzelle in der Entfernung von 45 cm vor die Lampe.
Messe zuerst für die voll bestrahlte Fläche den Kurzschlussstrom und die Leerlaufspannung.
Messe jetzt noch entsprechend den Abdeckungen in der Abbildung und trage deine Messergebnisse wieder in einer Tabelle ein.

Jetzt kannst du erneut wie im Versuch 1 die Leistung in Watt für die vier Beleuchtungssituationen berechnen.

Versuch 3 zum Auftreffwinkel der Lichtstrahlen

Der Winkel unter dem die Sonne ihr Licht auf die Erde strahlt ändert sich im Verlauf eines Tages und auch im Verlauf eines Jahres ständig. Ob sich dabei auch die Leistung einer Solarzelle ändert kannst du mit folgendem Versuch ermitteln.

Baue die Solarzelle im Abstand von 45 cm so vor der Lichtquelle auf, dass du die Zelle in Winkelschritten von 15 Grad drehen kannst.
(Bei der Einstellung "0 Grad Verdrehung" trifft das Licht senkrekt auf die Zelle, so wie bei den vorherigen Versuchen). Verdrehe jetzt auf 15 Grad, 30 Grad, 45 Grad, 60 Grad, 75 Grad und 90 Grad. (Bei der Einstellung 90 Grad trifft das Licht nicht mehr auf die Zelle).

Berechne jetzt wieder wie zuvor bei den Versuchen die einzelnen Leistungswerte der Solarzelle je nach Gradeinstellung (Auftreffwinkel der Strahlen auf die Zelle).

Versuch 4 zur Anzahl und zur Schaltung von Solarzellen

Um größere auch als Strom verwertbare Leistungen zu erzielen muss man eine große Anzahl von Solarzellen zu Solarmodulen parallel und in Reihe schalten. Mit diesem Versuch kannst du herausfinden, wie sich dabei Strom und Spannung verändern.

Versuch:
Beide Solarzellen stehen nebeneinander im Abstand von 45 cm zur Lichtquelle.
Messe zuerst für beide Solarzellen einzeln den Kurzschlussstrom und die Leerlaufspannung.
Trage diese Ergebnisse in eine Tabelle ein!

Jetzt solltest du die Solarzellen parallel zueinander schalten und die Kurzschlussstrom- und Leerlaufspannungsmessung wiederholen.
Abschließend musst du sie in Reihe schalten und die Messergebnisse aufschreiben.
Nun kannst du anhand deiner Messergebnisse die
Leistung in Watt für die Einzelmessung der Solarzelle I und II
und die Leistung bei Parallelschaltung und Reihenschaltung berechnen.

Bei allen Versuchen kann dir deine Lehrkraft helfen!