Spannung und Stromstärke bei Reihenschaltung von Solarzellen

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1 Lehrer-/Dozentenblatt Spannung und Stromstärke bei Reihenschaltung von Solarzellen Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusätzliche Informationen Die Schüler sollen eine Reihenschaltung von Solarzellen untersuchen, indem sie die Leerlaufspannung U ges und die Kurzschlussstromstärke I ges messen. Durch das Schaltung von Solarzellen in Reihe können höhere Spannungen erzielen werden. Desweiteren werden die Spannungen U 1 und U 2 an den beiden Solarzellen gemessen. Hieraus und aus U ges lässt sich der Zusammenhang für in Reihe geschaltete Solarzellen ableiten: U ges = U 1 + U 2. Die Stromstärken an den einzelnen in Reihe geschalteten Solarzellen ist gleich der Kurzschlussstromstärke I ges : I ges = I 1 = I 2.

2 Spannung und Stromstärke bei Reihenschaltung von Solarzellen Aufgabe und Material Aufgabe Was geschieht bei einer Reihenschaltung von zwei Solarzellen? Schalte zwei Solarzellen in Reihe und untersuche die Spannung und Stromstärke.

3 Material Position Material Bestellnr. Menge 1 Leitungs-Baustein, gerade, SB Leitungs-Baustein, unterbrochen, SB Leitungs-Baustein, Anschlussbaustein, SB Leitungs-Baustein, winklig, SB Lampenfassung E10, SB Ausschalter, SB Solarzelle 2,5 x 5 cm, mit Steckern Halter für die Solarzelle 2,5 x 5 cm, mit Steckern Glühlampe 6 V/0,5 A, E 10, 10 Stück (1) 10 Doppelbuchse, Paar,1 x rot und1 x schwarz Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, rot Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, blau Digitalmultimeter, 3 1/2-stelliges Display, mit NiCr-Ni Thermoelement PHYWE Netzgerät DC: V, 2 A / AC: 6 V, 12 V, 5 A

4 Aufbau und Durchführung Aufbau Baue den Lampenstromkreis nach Abb. 1 auf. Bereite dann den Stromkreis für die Solarzellen vor (Abb. 2). Abb. 1 Abb. 2 Setze beide Stromkreise wie in Abb. 3 zusammen. Abb. 3 Stecke beide Solarzellen in ihren Halter Abb. 4 und schließe sie wie in Abb. 5 an. Achte genau auf die Anschlüsse der Solarzellen.

5 Abb. 4 Abb. 5 Setze beide Solarzellen in gleichem Abstand neben die Glühlampe (Abb. 6). Abb. 6 Durchführung Messung der Spannung Schließe den Lampenstromkreis wie in Abb. 7 an das Netzgerät an. Das Netzgerät ist zunächst ausgeschaltet und der Schalter im Stromkreis ist geöffnet. Abb. 7

6 Stelle den Messbereich des Multimeters auf 20 V- und verbinde es mit dem Stromkreis der Solarzellen (Abb. 8). Schalte das Netzgerät ein und stelle den Spannungsknopf auf 6V. Schließe den Schalter und schalte das Messgerät ein. Lies die angezeigte Spannung U ges ab und notiere sie im Protokoll. Abb. 8 Miss nun jeweils die Spannung U 1 und U 2 der einzelnen Solarzellen wie es in Abb. 9 gezeigt wird. Abb. 9 Messung der Stromstärke Öffne den Schalter. Baue nun einen Stromkreis für Solarzellen, mit dem du den Strom messen kannst (Abb 10).

7 Abb. 10 Stelle den Messbereich des Multimeters auf 200 ma- und schließe es an (Abb. 11). Schließe den Schalter und lies die Stromstärke I ges ab und notiere sie im Protokoll. Abb. 11 Miss nun jeweils die Ströme I 1 und I 2 der beiden Solarzellen, in dem du die Stromstärke, wie in Abb. 12, direkt neben der Solarzelle misst. Abb. 12

8 Lehrer-/Dozentenblatt Protokoll: Spannung und Stromstärke bei Reihenschaltung von Solarzellen Ergebnis - Beobachtungen 1 (3 Punkte) Notiere deine gemessenen Spannungswerte: U ges = 10 V U 1 = 5 V U 2 = 5 V Ergebnis - Beobachtungen 2 (3 Punkte) Notiere deine gemessenen Stromwerte: I ges = 29.5 ma I 1 = 29.5 ma I 2 = 29.5 ma Auswertung - Frage 1 (10 Punkte) Was kann man durch Reihenschaltung von Solarzellen erreichen? Durch die Reihenschaltung von Solarzellen wird eine größere Spannung erreicht. Auswertung - Frage 2 (10 Punkte) Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Gesamtspannung U ges und den Spannungen U 1 und U 2 der einzelnen Solarzellen bei der Reihenschaltung? Es ergibt sich der Zusammenhang U ges = U 1 + U 2.

9 Lehrer-/Dozentenblatt Auswertung - Frage 3 (10 Punkte) Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Gesamtstromtstärke I ges und den Stromstärken I 1 und I 2 der einzelnen Solarzellen bei einer Reihenschaltung? Es besteht der Zusammenhang I ges = I 1 = I 2.