Station 1 Experimente Fortgeschrittene

Experiment 1 

Mit dem Solarmodul SUSE CM6MS lassen sich Energie- Umwandlungsprozesse an einem Solarmodul mit Solarzelle, Elektromotor und Propeller demonstrieren. Hierbei laufen mehrere Energieumwandlungsprozesse ab, bearbeite die nachfolgenden „Energiekästen“ und fülle sie mit einem eigenen Text aus.

Licht Energieform                                                 Eigenschaften der Energieform Licht

Solarzelle Energiewandler                                     Energie- Umwandlungsprozess in der Solarzelle

Elektromotor  Energiewandler                               Energie- Umwandlungsprozess im Elektromotor

Propeller Energiewandler                                            Energie- Umwandlungsprozess durch den Propeller

 

Experiment 2: Die elektrische Spannung der Solarzelle 

Die Leerlaufspannung UocU_oc
UocU_oc ist die elektrische Spannung U der unbelasteten Solarzelle, es ist kein Gerät an die Solarzelle angeschlossen, oc = open circuit. 
Der Wert der Leerlaufspannung ist vom Halbleitermaterial, der Lichtintensität (Bestrahlungsstärke S) und von der Qualität der Solarzelle abhängig. 
Moderne Hochleitungs- Solarzellen aus Silizium erreichen Werte von 0,64….0,67V.

Verwende ein Multimeter im Messbereich 20V DC und schließe das Voltmeter mit 2 Laborkabeln polrichtig an die beiden Buchsen der beleuchteten Solarzelle an.

Der Wert der Spannung Uoc sollte im Sonnenlicht zwischen 0,60V und 0,64V liegen, bei bedecktem Himmel 0,5V - 0,6V, im Innenraum bei ca. 0,3V, unabhängig von der Fläche! Bei gleicher Bestrahlungsstärke sollten alle Solarzellen etwa die gleiche Spannung haben, der Standard-Test-Wert wäre 0,65 V. Kleine Differenzen sind Qualitätsunterschiede.

Die Leerlaufspannung hängt nur von der Lichtintensität, vom Material und der Qualität der Solarzelle ab. Bei unserer Solarzelle ist das Material Silizium Si. 

 Messungen zur Spannung:

Ort der Messung Draußen bei 
Sonnenschein
zur Sonne gerichtet
oder auf OHProjektor Draußen bei 
Sonnenschein
im Schatten Draußen bei 
bedecktem Himmel

Im beleuchteten 
Innenraum Leerlaufspannung
U in V
mit Solar-Motor



Leerlaufspannung
U in V
Motor ausgeschaltet

Experiment 3 Die maximale Stromstärke der Solarzelle = Kurzschlussstrom 

Der Kurzschlussstrom I_sc der Solarzelle         sc = short circuit 
Im Gegensatz zu anderen Stromquellen (Batterie, Netzgerät…) darf man Solarzellen kurzschließen, der Kurzschlussstrom ist sogar eine sehr wichtige Größe bei Solarzellen. Der Strom fließt hier direkt von Minus der Solarzelle über das Amperemeter zum Pluspol der Solarzelle.

Verwende zur Stromstärkemessung ein Multimeter im Messbereich 10A DC, welches mit Laborkabeln an + und – Buchse der Solarzelle angeschlossen wird.
Nur für Messungen im Innenraum den Messbereich 20mA oder 2mA verwenden!

Der Wert des Kurzschlussstroms ist direkt proportional zur Zellenfläche und zur Lichtintensität /Bestrahlungsstärke, sowie abhängig von der Qualität. Standard-Test-Wert: Bei der Solarzelle dieses Moduls mit den Maßen 52mm x 26mm ist die Kurzschluss- Stromstärke bei einer Lichtintensität von 1000W/m² genau 1,025A = 1025mA.
 

Weitere Messungen:

Ort der Messung Draußen bei 
Sonnenschein
zur Sonne gerichtet
oder auf OHProjektor Draußen bei 
Sonnenschein
im Schatten Draußen bei 
bedecktem Himmel Im beleuchteten 
Innenraum Kurzschlussstrom
I_sc in A und in mA
mit Solar-Motor



Kurzschlussstrom
I_sc in A und in mA
Motor ausgeschaltet

Was fällt Dir bei der Spannungs- und Stromstärkemessung auf, notiere hier Deine 
Beobachtungen und Erklärungen:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Die elektrische Leistung der Solarzelle PE in W (Watt)

Formel:         PE = U_oc x I_sc x 0,8=.................W            (Rechne hier mit deinen Messwerten aus den vorher gegangenen Aufgaben) 

 

Vereinfachter Ansatz: P ist Leerlaufspannung x Kurzschlussstrom x 0,8, P sollte also im Idealfall bei 1000 W/m² Einstrahlung 0,53 W sein. Der Faktor 0,8 erklärt sich über die Kennlinie und den MPP der Solarzelle und lässt sich dort exakt bestimmen. 

 

Ort der Messung  Draußen bei 
Sonnenschein
zur Sonne gerichtet Draußen bei 
Sonnenschein
im Schatten Draußen bei 
bedecktem Himmel Im beleuchteten 
Innenraum Kurzschlusstrom
I_sc in A
Werte übernehmen



Spannung U_oc
in V 
Werte übernehmen



Leistung P
U_oc x I_sc x 0,8
in W



Leistung P
U_oc x I_sc x 0,8
in mW

5. Die Qualität der Solarzelle++++++++++