Wie können wir die elektrische Leistung maximieren, die vom Solarmodul erzeugt wird? VORSICHT

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1 5.3 In diesem Experiment wirst du untersuchen, welchen Einfluss der Einfallswinkel des Lichts auf die elektrische Leistung hat, die vom Solarmodul erzeugt wird Wie können wir die elektrische Leistung maximieren, die vom Solarmodul erzeugt wird? Sicherheit Trag beim Experimentieren eine Schutzbrille. Solarmodul Lastmessbox Zwei Kabel, 1 rot und 1 schwarz Watt PAR-Lampe oder äquivalente Lichtquelle Maßband Winkelmesser (Du kannst mit der Vorlage auf Seite 46 auch deinen eigenen Winkelmesser aus Papier herstellen) VORSICHT Heiße Oberflächen von Solarmodul und Lampe! Hautverbrennungen. Berühr nicht die heißen Oberflächen des Solarmoduls und der Lampe. Warte, bis sich das Solarmodul und die Lampe abgekühlt haben. VORSICHT Entzündung von Wasserstoff! Hautverbrennungen und Beschädigung der Brennstoffzelle. Keine offenen Flammen. Rauchverbot. Gut belüfteter Arbeitsplatz. 1. Verbinde mit den Kabeln das Solarmodul und die STROM- Buchsen an der Lastmessbox rot mit rot und schwarz mit schwarz. 40 Dr FuelCell Model Car Experimentieranleitung für Lehrer / innen

2 HINWEIS Überhitzen des Solarmoduls! Fehlfunktion oder dauerhafter Schaden der Solarzellen. Verwende nur Lichtquellen mit einer maximalen Leistung von 120 W. Halte einen Mindestabstand von 20 cm zwischen Lichtquelle und Solarmodul. Bündel das Licht nicht. 2. Positionier die Lichtquelle. 3. Stell den Lastdrehschalter auf KURZSCHLUSS. 4. Drück den ON / OFF-Taster. 5. Prüf, ob auf dem Display des Amperemeters eine Zahl erscheint. Wenn keine Zahl angezeigt wird, überprüf die Verbindungen. Wenn eine negative Zahl angezeigt wird, sind die Verbindungen falsch und müssen geändert werden. Abb. 5-7 Solarmodul und Lastmessbox aufstellen An die Ergebnisse! 6. Stell das Solarmodul und die Lichtquelle so auf, dass der Abstand etwa 40 cm beträgt und der Einfallswinkel genau 0 Grad ist. Richte das Solarmodul dabei direkt auf die Lichtquelle. 7. Schalte die Lichtquelle ein. 8. Vergrößer oder verkleiner den Abstand zwischen Solarmodul und Lichtquelle, bis eine Stromstärke zwischen 0,100 und 0,150 Ampere angezeigt wird, aber lass dabei den Einfallswinkel bei 0 Grad. Halte den Mindestabstand von 20 cm ein, um eine Überhitzung des Solarmoduls zu vermeiden. 9. Miss den Abstand und schreib ihn auf. Experimentieranleitung für Lehrer / innen Dr FuelCell Model Car 41

3 10. Schreib die Stromstärke, die auf dem Amperemeter angezeigt wird, in die untenstehende Tabelle. TIPP Beachte, dass die Zahl auf dem Display mit einem führenden Dezimalpunkt angezeigt wird. Die Zahl.105 A steht zum Beispiel für etwas mehr als ein Zehntel eines Ampere oder für 105 Milliampere. Einfallswinkel (Grad) 0º 10º 20º 30º 40º 50º 60º 70º 80º 90º Tabelle 5-4 Einfallswinkel Vorhergesagte Stromstärke [ma] Tatsächliche Stromstärke [ma] 11. Dreh das Solarmodul, so dass der Einfallswinkel exakt 90 Grad beträgt, aber veränder die Position des Solarmoduls nicht. 12. Schreib die Stromstärke auf, die auf dem Display des Amperemeters angezeigt wird. Auf Grundlage der bisherigen Ergebnisse kannst du vielleicht vorhersagen, wie groß die Stromstärke bei einem Einfallswinkel von 10 Grad ist: 13. Wie hoch schätzt du die Stromstärke bei einem Einfallswinkel von 10 Grad? Schreib deine Schätzung in TABELLE 5-4 EINFALLSWINKEL. 14. Stell mit dem Winkelmesser (siehe Abb. 5-10auf Seite 46) einen Einfallswinkel von 10 Grad ein, ohne die Position des Solarmoduls zu verändern. 15. Schreib die tatsächliche Stromstärke in TABELLE 5-4 EINFALLSWINKEL. 42 Dr FuelCell Model Car Experimentieranleitung für Lehrer / innen

4 Abb. 5-8 Solarmodul ausrichten 16. Fahr mit dem Vorhersagen und Messen in 10-Grad-Schritten fort, bis du 80 Grad erreicht hast. Überprüf den Abstand zwischen Lichtquelle und Solarmodul bei jeder Messung. 17. Wenn du deine Messungen abgeschlossen und aufgeschrieben hast, erstell mit Hilfe deiner Aufzeichnungen im untenstehenden Koordinatensystem einen Graphen, der deine Ergebnisse darstellt. Der experimentelle Teil ist beendet um mehr Informationen zu erhalten, musst du deine Aufzeichnungen jedoch weiter bearbeiten: 18. Vervollständige mit deinen Ergebnissen aus TABELLE 5-4 EINFALLSWINKEL das folgende Diagramm. Experimentieranleitung für Lehrer / innen Dr FuelCell Model Car 43

5 Abb. 5-9 Stromstärke als Funktion für Einfallswinkel Das Experiment und das Sammeln von Daten sind beendet. Du kannst deine Ergebnisse nun auswerten und dein Wissen testen. Aber bevor du das tust: Schalte die Lampe aus. Warte, bis sich das Solarmodul abgekühlt hat. Bau dann die Materialien vorsichtig ab und gib sie deinem Lehrer zurück. 44 Dr FuelCell Model Car Experimentieranleitung für Lehrer / innen

6 5.3.2 Fragen Schüler Beantworte die Fragen auf einem extra Blatt Papier. 1. Was ist ein Ampere? Was ist ein Milliampere? 2. Ist das Milliampere eine brauchbare Einheit, um festzustellen, bei welchem Winkel das Solarmodul am besten arbeitet? 3. Was hast du über die Ausrichtung deines Solarmoduls gegenüber der Lichtquelle herausgefunden? 4. Warum ist es wichtig, das Solarmodul bei jeder Messung auf dem selben Abstand zur Lichtquelle zu halten? Ist das auch wichtig, wenn man Sonnenlicht als Lichtquelle verwendet? 5. Wie verhielt sich deine Vorhersage für die Stromstärke bei einem Einfallswinkel von 10 Grad im Vergleich zur tatsächlichen Stromstärke? Wie hast du deine Vorhersagen für die weiteren Winkel angepasst? Sind deine Vorhersagen aufgrund der Betrachtung der gemessenen Werte genauer geworden? 6. Konntest du mit deinem Diagramm die Stromstärke für 25 Grad und 75 Grad relativ genau vorhersagen? Wie könntest du deine Vorhersagen für 25 Grad und 75 Grad überprüfen? 7. Um die maximale Stromstärke zu erhalten, haben wir die Lichtquelle und das Solarmodul auf einer Linie angeordnet. Die Sonne scheint sich sowohl horizontal als auch vertikal zu bewegen. Was musst du wissen, bevor du ein Solarmodul dauerhaft auf dem Dach deiner Schule anbringst? 8. Wird die Erzeugungsrate von elektrischer Energie an jedem Tag des Jahres gleich sein? Warum oder warum nicht? Welche Lösung würdest du vorschlagen? Ist deine Lösung auch anwendbar? 9. Was ist die Antwort auf die Frage am Anfang dieses Experiments: Wie können wir die elektrische Energie maximieren, die vom Solarmodul erzeugt wird? Experimentieranleitung für Lehrer / innen Dr FuelCell Model Car 45

7 5.3.3 Vorlage für die Ausrichtung des Solarmoduls Abb Vorlage für die Ausrichtung des Solarmoduls 46 Dr FuelCell Model Car Experimentieranleitung für Lehrer / innen