3.Versuch Verhalten der Solarzelle bei unterschiedlicher Bestrahlungsfläche 6

Transkript

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2 Inhalt Anwendungsmöglichkeiten für Solarzellen 1.Versuch Solarzellen als Energiewandler 1 Abhängigkeit der Solarzelle von äußeren Einflüssen 2.Versuch Beleuchtungsstärken unterschiedlicher Lichtquellen 4 3.Versuch Verhalten der Solarzelle bei unterschiedlicher Bestrahlungsfläche 6 4.Versuch Messen der Spannung und des Stroms bei unterschiedlichen Einstrahlungswinkeln 8 5. Versuch Klimatische bzw. globale Abhängigkeiten 10 Voraussetzung für die Durchführung der Versuche: Auf jedem Platz befinden sich die Arbeitsunterlagen Gewusst wie -. Jeder von euch soll die Ergebnisse für sich selbst protokollieren und die Fragen beantworten. Es folgt eine Nachbesprechung - jeder soll mit seinen Arbeitsunterlagen in der Lage sein, über die Ergebnisse eines bestimmten Versuches zu referieren! Es arbeiten jeweils 3 (max. 4) Schüler in einer Gruppe! Für Versuch 1 befindet sich jeweils nur ein Ventilatormodell und ein Lämpchen an jedem Tisch - bitte tauscht die Geräte untereinander aus!

3 Anwendungsmöglichkeiten für Solarzellen 1. Versuch: Solarzellen als Energiewandler benötigte Materialien: 2 Solarzellen, Modul mit Elektromotor und Lämpchen, Ventilatormodell, Experimentierleuchte Zeit für die Durchführung des Versuchs ca. 15 Minuten Versuchsaufbau: Teil 1 Teil 2 Verwende am Anfang nur eine Solarzelle! Wenn das Lämpchen nicht leuchtet, - nimm zwei Zellen! Versuchsbeschreibung: Die Gruppen tauschen Ventilator und Lämpchen, da nur einmal pro Tisch vorhanden! Teil 1: Verbinde eine Solarzelle mit dem Ventilator. Setze die Solarzelle unterschiedlichen Helligkeiten aus, in dem du die Entfernung der Zelle zur Experimentierleuchte änderst. Tipp: Der Abstand zwischen Solarzelle und Experimentierleuchte kann bis zu 2 m betragen bevor du etwas erkennen kannst! Was ändert sich? Wechsle nun die Anschlüsse am Ventilator. Was ist festzustellen? Notiere deine Beobachtungen:

4 Teil 2: Baue den Versuch mit dem Lämpchen auf. Verwende am Anfang nur eine Solarzelle! Wenn das Lämpchen nicht leuchtet, kannst du die zweite Zelle hinzufügen. Wie ändert sich die Helligkeit des Lämpchens bei unterschiedlichem Lichteinfall auf die Solarzelle(n) (variiere den Abstand wie im Teil 1 des Versuches)? Wenn das Lämpchen mit einer Zelle nicht leuchtet - welche Ursache könnte das haben? Notiere deine Beobachtungen: Versuchsauswertung: Fasse zusammen: Was ist beim Annähern und Entfernen der Solarzelle zur Lichtquelle in beiden Versuchen zu beobachten! Beim Annähern (Entfernen) der Solarzelle an die Lichtquelle wird der Ventilator:... (...). Beim Annähern (Entfernen) der Solarzelle von der Lichtquelle wird das Lämpchen:... (...). Was ist beim Umpolen des Ventilators festzustellen? Beim Umpolen des Ventilators ändert sich... Überlege, welche Energieformen auftreten und wie oft Energie gewandelt wird. bedeutet: wird umgewandelt in Sonnenlicht Solarzelle Ventilator...energie...Energie...energie 2

5 Sonnenlicht Solarzelle Glühlämpchen...energie... Energie...energie Zur Praxis: Überlege, zu welchen Tages- / Jahreszeiten eine Photovoltaikanlage auf einem Hausdach mehr oder weniger Elektrizität liefert? Wieso stellt die Kühlung eines Raumes(z. B. mit einem Deckenventilator) in den Sommermonaten eine ideale Anwendungsmöglichkeit für die Sonnenenergienutzung dar? Denke dabei an die Speichermöglichkeiten, die es für elektrische Energie gibt und welche Nachteile diese Systeme haben! Die erzeugte Energie kann...genutzt werden weniger...! Zu welcher Zeit wird elektrische Energie zur Beleuchtung benötigt, und welches Problem siehst du bei diesem Anwendungsfall? Was würdest Du zusätzlich zum Versuchsaufbau benötigen, um eine sinnvolle Anwendung für die Beleuchtung zu erhalten?

6 Abhängigkeit der Solarzelle von äußeren Einflüssen 2. Versuch Beleuchtungsstärken unterschiedlicher Lichtquellen benötigte Materialien: elektrischer Beleuchtungsmesser, Digitalvoltmeter, verschiedene Lichtquellen (siehe Tabelle) Zeit für die Durchführung des Versuchs ca. 15 Minuten Versuchsaufbau: Zum Versuch: Die uns umgebenden Lichtquellen unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Beleuchtungsstärke und die Farbe des Lichtes. Das Sonnenlicht ist durch den hohen Anteil blauen Lichtes sehr viel weißer als das durch den hohen Rotanteil gelblich erscheinende Glühlampenlicht. Durch die Messung der Beleuchtungsstärke der unterschiedlichsten Lichtquellen soll hier versucht werden, einen qualitativen Eindruck vom Unterschied der Leistungsfähigkeit der Lichtquellen zu erhalten. 4

7 Versuchsbeschreibung: Bevor du mit dem Versuch beginnst prüfe die heutige Wetterlage und kreuze zu deiner Erinnerung an:!!!! Schätze zuerst die Intensität des Lichts an den verschiedenen Messorten ab und bilde eine Rangfolge der Lichtverhältnisse. 1 = hellster Messort 5 = dunkelster Messort Trage diese geschätzten Werte in die Tabelle ein. Miss mit dem elektrischen Beleuchtungsmessers des Digitalvoltmeters (roter Punkt in Richtung der Lichtquelle!) ( DC-Strommessbereich von 2000 µa!) den Fotostrom in µa. Die Messsonde soll so ausgerichtet sein, dass die Maximalwerte erreicht werden. Trage die gemessenen Werte in die Tabelle ein. Vergleiche die geschätzten Werte mit den gemessenen. Bedenke, dass das menschliche Auge ein begrenztes Wahrnehmungsvermögen hat. Versuchsdurchführung: Messorte 1. Eigene Einschätzung 2. Fotostrom in µa 1. Tageslicht im Versuchsraum Versuchsraum mit Beleuchtung Gangbeleuchtung Tageslicht am geschlossen Fenster im Vortragssaal Tageslicht am offenen Fenster im Vortragssaal Versuchsauswertung: Erinnere dich an die Ergebnisse aus Versuch 1. - Zusammen mit den neuen Erfahrungen aus Versuch 2 solltest du nun eine Vorstellung über den sinnvollen Aufstellungsort einer Solaranlage haben! Wodurch wird die solare Ernte einer Solaranlage beeinflusst?... 5

8 3.Versuch Verhalten der Solarzelle bei unterschiedlicher Bestrahlungsfläche benötigte Materialien: Experimentierunterlage, Halogenstrahler, Solarzelle, Abdeckungen, Digitalvoltmeter Zeit für die Durchführung des Versuchs ca. 15 Minuten Versuchsaufbau: Versuchsbeschreibung: Baue das Experiment wie im Versuchsaufbau dargestellt auf. Stelle bei der Messung!der Spannung (U) den DC-Spannungsmessbereich auf 2000 mv ein.!des Stroms (I) den DC-Strommessbereich auf 2000 ma ein. 6

9 Benütze für die nachfolgenden Messungen die beiden schwarzen Abdeckungen, wie dargestellt. Führe Messungen der Spannung* und des Stroms* bei unterschiedlicher Solarzellenfläche durch. Beginne mit der unbedeckten Solarzelle und den angegebenen Messbereichen. Bei jeder Änderung der bestrahlten Solarzellenfläche ist jeweils die Spannung und der Strom zu ermitteln. Trage die Werte in der Tabelle ein. *Die exakte Bezeichnung für Strom und Spannung wäre hier und im folgenden Text Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung. Versuchsdurchführung: beleuchtete Fläche der Solarzelle Spannung [mv] Strom [ma] nicht abgedeckt ¼ abgedeckt ½ abgedeckt ¾ abgedeckt Versuchsauswertung: Welche äußeren Störfaktoren (Umgebung/Natur) können den Ertrag einer auf einem Hausdach installierten Solaranlage ebenso negativ wie die Abdeckungen beeinflussen? Welchen Einfluss hat die Dach- bzw. Modulneigung auf die Sauberkeit der Generatoroberfläche? Kreuze an und erkläre! Die Neigung wirkt sich positiv! negativ! aus, weil... 7

10 4. Versuch Messen der Spannung und des Stroms bei unterschiedlichen Einstrahlungswinkeln benötigte Materialien: Experimentierunterlage, Halogenstrahler, Solarzelle, Digitalvoltmeter Zeit für die Durchführung des Versuchs ca. 15 Minuten Versuchsaufbau: Versuchsbeschreibung: Baue das Experiment gemäß der Abbildung auf. Stelle bei der Messung!des Stroms (I) den DC-Strommessbereich auf 200 ma ein.!der Spannung (U) den DC-Spannungsmessbereich auf 2000 mv ein. Führe den Versuch durch, indem Du die Solarzelle nach den auf der Unterlage angegebenen Winkeln zurechtrückst und die jeweiligen Messwerte in der Tabelle notierst. Übertrage die Werte in das vorgedruckte Diagramm. Wähle für die Kurven eine unterschiedliche Linienart oder verschiedene Farben! Kennzeichne die jeweils besten Werte für Strom und Spannung im Diagramm. 8

11 Versuchsdurchführung: Winkel in Grad Strom [ma] Spannung [mv] Diagramm: Versuchsauswertung: Wann erhältst Du die größten Werte?... Wie könntest Du diese Ergebnisse bei der Aufstellung von Solarmodulen nützen? Die Sonnenstrahlen sollen...auf die Solarzelle auftreffen, dazu müssten die Zellen...zur Sonne ausgerichtet sein. Wieso erhältst du bei deinen Messungen keine Nullwerte?... 9

12 5. Versuch Klimatische bzw. globale Abhängigkeiten Versuchsaufbau Benötigte Materialien: Styroporkugel, Sockellampe Zeit für die Durchführung des Versuchs ca. 10 Minuten Täglich dreht sich die Erde einmal um sich selbst und gleichzeitig bewegt sie sich auf einer elliptischen Bahn in 365 Tagen (=1 Jahr) um die Sonne. Versuchsaufbau: Simuliere mit Hilfe des Styropormodells und der Sockellampe diese Vorgänge. Die Abbildung soll dir dabei helfen! Beobachte den Schatten der beiden Zeiger am Modell! Wo ist der Schatten immer kürzer bzw. gar nicht vorhanden? Kreuze an:! Äquator! Nordhalbkugel Die Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium. Welche Eigenschaften haben Halbleiter, wenn sie erwärmt werden? Kreuze an:! Sie verbiegen sofort und zerfallen zu Staub!! Ihre Leitfähigkeit nimmt ab!! Sie verändern ihre Farbe und werden rot-grün gestreift! 10

13 Überlege dir, welche klimatischen Eigenschaften der optimale Aufstellungsort einer Photovoltaikanlage haben soll. Nutze deine bisher gewonnen Erfahrung? Kreuze an:! direkte Sonneneinstrahlung! indirekte Sonneneinstrahlung! staubig! reine Luft! feucht! trocken! heiß! kühl Gibt es viele Orte auf der Erde, wo diese optimalen Rahmenbedingungen ohne Ausnahme erfüllt werden? Kreuze an:! Ja! Nein Was meinst du? Lohnt es sich eine Photovoltaikanlage an einem Ort aufzustellen, der nicht so ideale klimatische Voraussetzungen bietet? Warum? Kreuze an:! Ja! Nein