Bearbeiten Sie in einer Zweiergruppe das Thema Photovoltaik. Lösen Sie der Reihe nach die Ihnen gestellten Aufträge.

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1 Photovoltaik Aufgaben Bearbeiten Sie in einer Zweiergruppe das Thema Photovoltaik. Lösen Sie der Reihe nach die Ihnen gestellten Aufträge. Bei Verständnisfragen hat Ihr Fachbuch oder Ihr Lehrer eine Antwort. Hilfsmittel Literaturhinweis: - Europa Elektrotechnik, Kapitel und Fachbuch Solar-Dachanlagen - Internet Lernziele Nach dem Lösen der Lernaufgabe können Sie: - den Begriff Solarzelle beschreiben, - den Aufbau einer Solarzelle zeichnen und bezeichnen, - die Leerlaufspannung einer Solarzelle messen, - das Verhalten von Solarzellen bei Abdunkelung beschreiben, - die Schaltungsarten von Solarzellen unterscheiden, - die Betriebskennlinie einer Solarzelle ermitteln, - die maximale Leistung einer Solarzelle berechnen, - den Wirkungsgrad einer Solarzelle berechnen, - die Bestandteile einer Photovoltaikanlage nennen. Ausführung! Beachten Sie folgende Weisungen: - Bei sonnigem Wetter sind die Versuche auch ohne Glühlampenlicht möglich. Richten Sie dazu die Solarzellen nach der Sonneneinstrahlung aus. - Während der regulären Unterrichtszeit muss an dieser Lernaufgabe gearbeitet werden. - Unerledigte Arbeiten werden als Hausaufgabe vervollständigt. - Fachgespräche bereichern den Unterricht, formulieren Sie deshalb Fragen schriftlich.

2 Auftrag 1: Auftrag 2: Lesen Sie im Fachbuch Europa Elektrotechnik im Kapitel das Thema Solarzellen sowie im Kapitel das Thema Photovoltaikanlagen durch, und markieren Sie Wichtiges im Text. Beantworten Sie folgende Fragen zu diesem Text: a) Wie lautet die Definition einer Solarzelle? b) Womit beschäftigt sich die Photovoltaik? c) Aus welchem Halbleitermaterial besteht eine Solarzelle zur Hauptsache? d) Warum haben Solarzellen ein schwarzblaues Aussehen? e) Welche und welche Stromart gibt eine Solarzelle ab? Auftrag 3: Ordnen Sie die Typen von Solarzellen den vorgegebenen Bezeichnungen zu. Zeichnen Sie die Verbindungslinien. Monokristalline Zelle Dünnschicht- Zelle Polykristalline Zelle Auftrag 4: Zeichnen Sie folgende Symbole mit Schablone, und geben Sie die Polaritäten an. ( + mit roter Farbe, - mit blauer Farbe) Batterie Solarzelle Solarmodul Wechselrichter

3 Auftrag 5: Ermitteln Sie die Leerlaufspannung einer Solarzelle. Stellen Sie eine 100 W-Glühlampe im Abstand von 5 cm vor die Solarzelle und schliessen Sie das Voltmeter an. Zeichnen Sie die Versuchsschaltung und messen Sie die Leerlaufspannung einer Zelle. U 0 Dunkeln Sie die Solarzelle schrittweise auf folgende Teilflächen ab, und messen Sie die entsprechenden Leerlaufspannungen. Fläche ganz hell ¼ dunkel ½ dunkel ¾ dunkel ganz dunkel Beschreiben Sie die Erkenntnisse aus diesem Versuch. Auftrag 6: Verbinden Sie den Solarmotor mit der Solarzelle. Stellen Sie eine 100 W-Glühlampe im Abstand von 5 cm vor die Solarzelle. Dunkeln Sie die Solarzelle schrittweise auf folgende Teilflächen ab, und messen Sie und Strom. Berechnen Sie anschliessend die entsprechenden Leistungen. Fläche ganz hell ¼ dunkel ½ dunkel ¾ dunkel ganz dunkel Strom Leistung Beschreiben Sie die Erkenntnisse aus diesem Versuch...

4 Auftrag 7: Schliessen Sie eine Solarzelle mit dem Amperemeter kurz und messen Sie und Kurzschlussstrom bei einem Abstand von 5 cm zur Lichtquelle. Schalten Sie eine zweite Solarzelle in Serie zur Ersten und messen Sie erneut die Betriebswerte bei Kurzschluss. I K Serieschaltung eine Solarzelle zwei Solarzellen Kurzschlussstrom Formulieren Sie ein Gesetz für die Gesamtspannung und den Gesamtstrom bei der Serieschaltung von Solarzellen im Kurzschluss. Auftrag 8: Schliessen Sie eine Solarzelle mit dem Amperemeter kurz und messen Sie und Kurzschlussstrom bei einem Abstand von 5 cm zur Lichtquelle. Schalten Sie eine zweite Solarzelle parallel zur Ersten und messen Sie erneut die Betriebswerte bei Kurzschluss. I K Parallelschaltung eine Solarzelle zwei Solarzellen Kurzschlussstrom Formulieren Sie ein Gesetz für die Gesamtspannung und den Gesamtstrom bei der Serieschaltung von Solarzellen im Kurzschluss.

5 Auftrag 9: + - x : An einer einzelnen Solarzelle A = 10 cm x 10 cm wurde und Strom bei Belastung mit einem veränderbaren Widerstand vom Leerlauf bis zum Kurzschluss gemessen. Diese Messwerte sind in folgender Tabelle festgehalten. U [V] 0,00 0,20 0,40 0,50 0,55 0,56 0,57 0,58 0,59 0,60 I [A] 3,0 2,98 2,95 2,74 1,88 1,56 1,18 0,75 0,26 0,0 R [] P [W] Aufgaben: a) Berechnen Sie den Lastwiderstand für die jeweiligen Messwerte. b) Berechnen Sie die Leistung für die jeweiligen Messwerte. c) Wie gross ist die Leerlaufspannung? U 0 =... V d) Wie gross ist der Kurzschlussstrom? I K =... A e) Wie gross ist die maximale Leistung (Maximum Power Point)? MPP =... A f) Zeichnen Sie die Betriebskennlinie der Solarzelle I = f (U) mit roter Farbe. g) Zeichnen Sie die Betriebskennlinie der Solarzelle P = f (U) mit grüner Farbe. [A] I P [mw] 3, , , ,1 1,8 1, , , , , ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 U [V] h) Die Strahlungsleistung der Sonne in Mitteleuropa beträgt etwa 1000 W/m 2. Berechnen Sie den maximalen Wirkungsgrad der Zelle.

6 Auftrag 10: Die Bilder zeigen den Aufbau eines Solarmoduls. Beschreiben Sie den Begriff "Solarmodul" Auftrag 11: Zeichnen Sie die Schaltung für ein Solarmodul mit 6 V Nennspannung. Auftrag 12: Bezeichnen Sie die Hauptbestandteile einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage Auftrag 13: Beschreiben Sie die Funktion eines Wechselrichters.