Protokoll für das NAWI-Profil. Namen: / Klasse: Datum:

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1 Protokoll für das NAWI-Profil Namen: / Klasse: Datum: Station M6: Verschaltungsarten von Solarzellen Aufgabe: Untersuche die Verschaltungsarten von Solarzellen. Vorbetrachtung: 1. Gib die Gesetzmäßigkeiten in der Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen an. Nenne für jede Schaltungsvariante eine prinzipielle Anwendungsmöglichkeit. 2. Gib Aufbau, Arten und Funktionsweise von Solarzellen an und erläutere Leitungsvorgänge in Halbleitern (Stichworte: Elektronen, Defektelektronen, p-leitende / n-leitende Schicht, pn- Übergang, photovoltaischer Effekt). 1

2 Geräte: Abbildung des Versuchsplatzes: Vorsicht! Strahler und Solarmodule nicht berühren, da diese nach längerem Betrieb sehr heiß werden können! Während des Umbaus der Schaltung ist der Strahler auszuschalten! - Versuchsboard SO4203-4K Photovoltaik Board (rechtes Board) [1] Drehschalter zum Ein- bzw. Ausschalten des dimmbaren 120 W - Strahlers ( künstliche Sonne ) Potentiometer im Feld Load als veränderbare Last Dimmer für 120 W - Strahler vier monokristalline Solarmodule (U = 6 V), an den Anschlüssen der Module 1 4 zum Messen und Verschalten im Feld Photovoltaik Cells (linker Pfeil) als Solargeneratoren G1 G4 bezeichnet 2

3 - Schnittstellenboard SO4203-2A UniTrain-I-Interface mit Netzschalter (linkes Board) [1] Schalter zum Ein- bzw. Ausschalten von Versuchs- und Schnittstellenboard; der Schalter muss eingeschaltet sein, damit das interaktive Lernprogramm auf dem Arbeitsplatzrechner gestartet werden kann! Analog-Eingang B (Buchsen B+ und B-) im Feld Analog In Analog-Eingang A (Buchsen A+ und A-) im Feld Analog In - Messzubehör UniTrain-I (2 mm - Messleitungen, Brückenstecker) - Interaktiver Lernkurs UniTrain-I Erneuerbare Energie Photovoltaik Durchführung und Beobachtung: Öffne das interaktive Lernprogramm auf dem Arbeitsplatzrechner durch Klicken auf das Start-Menü. Navigiere zur folgenden Programmseite: G1 G2 Abb. Programmstruktur Photovoltaik \ Das Solarmodul \ Experiment: Verschaltung von PV-Zellen \ Messschaltung zur Ermittlung der Leerlaufspannung des Moduls 1 (G1) [1] 3

4 1. Trage die Messwerte für Leerlaufspannung U OC und Kurzschlussstrom I entsprechend der Tabelle für alle Module in die Tabelle im Programm ein (siehe Abbildung). Bitte mit Komma eingeben. Abb. Programmstruktur Photovoltaik \ Das Solarmodul \ Experiment: Verschaltung von PV- Zellen \ Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom der Solarmodule G1 bis G4 [1] Betätige anschließend den Auswertebutton. 2. Führe den Versuch Reihenschaltung für die Solarmodule 1 und 2 durch. Stelle im linken Fenster des Programmes Reihenschaltung ein (siehe Abbildung). G1 G2 Abb. Programmstruktur Photovoltaik \ Das Solarmodul \ Experiment: Verschaltung von PV-Zellen \ Reihenschaltung [1] Baue dazu die Schaltung unter Zuhilfenahme von weißen Brückensteckern und farbigen Messleitungen jeweils nach der Abbildung im Programm auf. Bei diesem Versuch wird ein Potentiometer (siehe Abbildung auf Seite 2) verwendet, um den Arbeitspunkt der Schaltung (U, I - Werte) einzustellen. Schalte den Strahler mit maximaler Bestrahlungsstärke ein. 4

5 Starte den Versuch jeweils mit dem Widerstandswert 0 Ω am linken Anschlag des Potentiometers und verändere den Widerstandswert langsam bis zum rechten Anschlag. Stelle den Strom I entsprechend der Tabelle ein und lies die zugehörige Spannung U ab. Hinweis: Beachte die Einstellungen der virtuellen Messgeräte (siehe untere Abbildung): - Spannungsmesser (Voltmeter) A die elektrische Spannung und - Stromstärkemesser (Amperemeter) B die elektrische Stromstärke Voltmeter A Amperemeter B Die virtuellen Messinstrumente können direkt auf der Seite im Programm angeklickt werden oder über das Menü Instrumente \ Messgeräte \ Voltmeter A bzw. Amperemeter B aufgerufen werden. Trage die von den virtuellen Messgeräten abgelesenen Werte in die unten stehende Tabelle ein. Erhöhe gegebenenfalls den Messbereich des Spannungsmessers (für Modul 1: 5 V, für Modul 2: 10 V). Messwerttabelle für die Reihenschaltung von PV-Modulen 1 und 2: U = f (I) I in ma U (1 Modul) in V U (2 Module) in V

6 3. Führe den Versuch Parallelschaltung für die Solarmodule 1 und 2 durch. Stelle im linken Fenster des Programmes Parallelschaltung ein (siehe Abbildung). Abb. Programmstruktur Photovoltaik \ Das Solarmodul \ Experiment: Verschaltung von PV-Zellen \ Parallelschaltung [1] Baue dazu die Schaltung jeweils nach der obigen Abbildung im Programm auf. Bei diesem Versuch wird ein Potentiometer verwendet, um den Arbeitspunkt der Schaltung (U, I - Werte) einzustellen. Starte den Versuch jeweils mit dem Widerstandswert 0 Ω am linken Anschlag des Potentiometers und verändere den Widerstandswert langsam bis zum rechten Anschlag. Stelle die Spannung U entsprechend der Tabelle ein und lies die zugehörige Stromstärke I ab. Trage die von den virtuellen Messgeräten abgelesenen Werte in die untenstehende Tabelle ein. Erhöhe ggf. den Messbereich des Stromstärkemessers (200 ma). Messwerttabelle für die Parallelschaltung von PV-Modulen: I = f (U) U in V I (1 Modul) in ma I (2 Module) in ma 0,5 1 1,5 2 2,5 3 6

7 Auswertung: 1. Stelle den Zusammenhang von Stromstärke und Spannung für Reihenschaltung und Parallelschaltung jeweils grafisch auf Millimeterpapier dar. 2. Interpretiere die beiden Diagramme (Stichpunkte). 3. Kreuze jeweils die richtigen Aussagen an. Beachte, dass mehrere Aussagen richtig sein können. 3.1) Bei der Reihenschaltung von Solarmodulen... a)... addieren sich die Stromstärken der einzelnen Solarmodule. b)... bestimmt das Solarmodul mit der kleinsten Stromstärke den Stromfluss. c)... addieren sich die Spannungen der einzelnen Solarmodule. d)... ist die Spannung unabhängig von der Anzahl der in Reihe geschalteten Solarmodule. 3.2) Bei der Parallelschaltung von Solarmodulen... a)... addieren sich die Stromstärken der einzelnen Solarmodule. b)... sinkt die Spannung mit jedem weiteren parallel geschalteten Solarmodul. c)... bestimmt das Solarmodul mit der kleinsten Stromstärke den Stromfluss in der Parallelschaltung. d)... bleibt die Spannung konstant. 4. Nenne für jede Schaltungsvariante eine prinzipielle Anwendungsmöglichkeit. Quellenangabe: [1] Interaktiver Lernkurs UniTrain-I Erneuerbare Energie Photovoltaik der Lucas-Nülle Lehr- und Meßgeräte GmbH 7

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