T Regenerative Energien Photovoltaik

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1 Regenerative Energien Photovoltaik Kat. Nr. 564 DE Solar 1. Auflage Version: 03BB05PME11W00 LD DIDACTIC GMBH. Leyboldstrasse 1. D Hürth. Phone (02233) Fax (02233) by LD Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Technical alterations reserved

2 Hinweise Verwendung von Beispieldateien Kopieren Sie die auf der CD enthaltenen Dateien (Texte als *.pdf und Messdateien als *.labs) in ein gemeinsames Unterverzeichnis. Installieren Sie die Software CASSY Lab 2 auf Ihrem PC. Durch Klicken auf Laden Sie das CASSY Lab Beispiel name.labs werden speziell auf den Versuch zugeschnittene Messdateien aufgerufen. Wenn der automatische Start auf Ihrem Rechner nicht funktioniert, starten Sie die Dateien manuell. EMV Die empfindliche Elektronik der Geräte, die in dieser Versuchsbeschreibung enthalten sind, kann in Experimentieraufbauten durch ESD (Entladung statischer Elektrizität) beeinträchtigt werden. Deshalb sind elektrostatische Aufladung (insbesondere durch die Benutzung in geeigneten Räumen) zu vermeiden bzw. durch Entladung zu beseitigen. Versuche Das Buch kann möglicherweise auch Versuchbeschreibungen mit Geräten enthalten, die nicht Gegenstand der Lieferung sind. Durchführbar sind dann grundsätzlich nur die Versuche, für die LD die benötigten Geräte geliefert hat. Weitergehende Ansprüche aus diesem Versuchshandbuch bestehen nicht. Abweichend von den hier beschriebenen Versuchen sind von qualifizierten Personen unter Berücksichtigung der geltenden Sicherheitsbestimmungen auch Experimente nach eigenem Ermessen möglich. Photovoltaik 2/17

3 Inhaltsverzeichnis Hinweise... 2 Verwendung von Beispieldateien... 2 EMV... 2 Versuche... 2 Grundlagen... 4 Einsatz der Solarenergie... 4 Versuchsaufbau...5 Untersuchung der Ausgangsgrößen des Solar-Panels... 6 Material... 6 Versuchsdurchführung... 7 Hinweise... 7 Variante... 7 Ergebnis... 8 Ausgangsgrößen des Solar-Panels... 8 Untersuchung der Ausgangsgrößen des Solar-Ladereglers... 9 Material... 9 Versuchsdurchführung... 9 Hinweise... 9 Variante Ergebnis Ausgangsgrößen des Solar-Ladereglers Darstellung der Ausgangsgrößen am Wechselrichter Darstellung der Ausgangsgrößen am Wechselrichter Material Versuchsdurchführung Hinweise Variante Ergebnisse Ausgangsgrößen des Wechselrichters Fragen Antworten Photovoltaik 3/17

4 Grundlagen Solar- oder Sonnenenergie entsteht auf der Sonne durch Kernfusion und erreicht die Erde in Form elektromagnetischer Strahlung. Aufgrund des großen Abstandes von der Sonne kann die Erde kann nur einen geringen Teil der Sonnenenergie einfangen, der überwiegende Teil wird in den Weltraum abgestrahlt. An der Grenze der Atmosphäre beträgt die durchschnittliche Intensität der Sonneneinstrahlung noch ca kw/m 2. Dieser Wert heißt Solarkonstante. Beim Durchgang durch die Atmosphäre treten aber Verluste durch Reflexion und Absorption auf. Abhängig von geologischen und meteorologischen Faktoren erreichen den Erdboden daher nur noch ca. 70% der Sonnenenergie. In Deutschland erreicht die solare Einstrahlung einen Maximalwert von 1000 W/m². Einsatz der Solarenergie Der größte Teil der Sonnenergie dient der Erwärmung der Erde. Das macht das Leben auf der Erde in seiner jetzigen Form erst möglich. Wichtig ist auch die Photosynthese der Pflanzen, die letztlich alle Energie die für tierisches und pflanzliches Leben bereitstellt. Neben diesen natürlichen Konsumenten von Sonnenenergie tritt zunehmend auch eine technische Nutzung vor allem im Bereich der Energieversorgung. Technisch lässt sich die Sonnenenergie auf verschiedene Arten einsetzen: solarthermisch durch Speicherung der Sonnenwärme photovoltaisch durch direkte Umwandlung der Sonnenstrahlung in elektrische Energie Gewinnung chemischer Energie aus energiereichen Pflanzen oder aus Bioabfällen. In diesem Praktikum werden nur Versuche zur Photovoltaik beschrieben. Photovoltaik 4/17

5 Versuchsaufbau Der Versuchsaufbau zur Photovoltaik enthält von links nach rechts folgende Komponenten Solar-Panel mit Lampe (12 V / 20 W, Halogenstrahler nicht dargestellt) Solar-Laderegler Solar-Akku Solar-Wechselrichter 230 V / 50 Hz Wechselstromverbraucher. Ohmsche Last mit Glühlampe und elektronische Last mit Energiesparlampe Nicht dargestellt sind : PC Tastatur Monitor Sensor-CASSY 2 Experimentier-Rahmen Photovoltaik 5/17

6 Untersuchung der Ausgangsgrößen des Solar-Panels Es wird die von der Beleuchtung abhängige DC-Leistung am Ausgang des Solar-Moduls gemessen und aufgezeichnet. Material Solar-Akku Solar-Wechselrichter Solar-Panel mit Lampe Solar-Laderegler Lampenfassung E S2 Sensor-CASSY Starter 2 USB Satz 10 Brückenstecker schwarz Sicherheitskabel 100 cm rot Sicherheitskabel 100 cm blau Sicherheitskabel 100 cm schwarz 1 Energiesparlampe 5 W 1 Buch: Regenerative Energien 1 PC mit Windows 98/NT oder höher 1 Rahmen Photovoltaik 6/17

7 Versuchsdurchführung Hinweise Wegen der hohen Leistung wird die Lampe im Betrieb sehr heiß. Es besteht Verbrennungsgefahr. Lassen Sie die Lampe daher auf keinen Fall unbeaufsichtigt in Betrieb. Richten Sie die Lampe nicht auf brennbare Materialen, wie z.b. Tischoberflächen, Tapeten oder Wandverkleidungen aus Stoff, Holz oder andere leicht entzündlichen Materialen. Bauen Sie den Versuch wie dargestellt auf. Schalten Sie die Lampe ein. Laden Sie das CASSY Lab Beispiel SolarPanelShadow.labs. Verbinden Sie das Sensor-CASSY 2 mit der Schaltung: Schleifen Sie den Stromeingang I3A des Sensor-CASSY in die Verbindungsleitung des Solar-Panels zum Solar-Laderegler. Messen Sie die Ausgangsspannung des Solar-Panels mit dem Spannungseingang UB1 des Sensor CASSY. Starten Sie die Messung durch Drücken von F9. Stellen Sie die Ausgangssignale des Solar-Panels grafisch dar. Werten Sie die Messung aus. Schatten Sie das Solar-Panel ab, indem Sie eine Hand zwischen Lampe und Panel halten. Vorsicht: Heiß. Schalten Sie die Lampe nach Durchführung des Versuchs wieder aus. Variante Bestimmen Sie die elektrische Abgabeleistung des Solar-Panels als Funktion des Einfallwinkels. Photovoltaik 7/17

8 Ergebnis Ausgangsgrößen des Solar-Panels I A1 A 30 U B1 V 20 0,5 Ausgangsspannung des Solar-Panels Abschattung 10 Leistung des Solar-Panels Solarstrom Während der Abschattung bleibt die Solarspannung praktisch konstant. Das Solar-Panel besitzt keine Bypassdioden, die bei Abschattung den Solarstrom der nichtabgeschatteten Zellen übernehmen. Der Solarstrom und somit die aus dem Solar-Panel entnehmbare, elektrische Leistung brechen deshalb schon bei Abschattung einer kleinen Fläche stark ein. t / s Photovoltaik 8/17