Unterrichtssequenz Solarzelle

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1 Material 2 Unterrichtssequenz Solarzelle In der ersten Stunde werden die physikalischen Grundlagen der Wirkungsweise einer Solarzelle sowie ihr prinzipieller ufbau erarbeitet. Im Zentrum dieser Sequenz steht ein Schülerexperiment zur Solarzelle, welches die nwendung folgender Kompetenzen erfordert: - eine elektrischen Schaltung nach Schaltplan und ergänzende Experimentieranordnungen aufbauen, - elektrische Messgeräte sicher einsetzen, - Messwerte systematisch erfassen und im vorgegebenen Diagramm darstellen, - Messergebnisse verallgemeinern, - Ursachen von Messabweichungen erkennen und beeinflussen - en aus den Erkenntnissen ableiten. Um die Schülerinnen und Schüler differenziert zu fördern, kann dieses Schülerexperiment in verschiedenen arianten durchgeführt werden (vgl. rbeitsanleitungen für die Gruppen 1 bis 6). Im nschluss werden die Ergebnisse der Gruppenarbeit zusammengefasst und über die orund Nachteile des Einsatzes von Solarzellen diskutiert. Hinweise: - Für die Schülerexperimente sollten keine Solarmodule verwendet werden, da sonst die Messwerte durch die Schülerinnen und Schüler nur schwer ausgewertet und verallgemeinert werden können. - Die Größe der orwiderstände und des Potentiometers sind im orfeld auf die jeweils verwendeten Solarzellen abzustimmen. In der Regel ist ein Widerstand von 50 Ω geeignet. - Der bstand Lampe Solarzelle kann gut mithilfe des Stativmaterials Optik variiert werden.

2 Gruppe 1 (ariante 1) Untersuchung von Solarzellen: Einfluss von Sonnenschein und Wolken Wird elektrische Energie mithilfe einer Solarzelle gewonnen, dann spielt auch das Wetter eine große Rolle. Bei Sonnenschein wird viel Energie gewonnen und bei bedeckten Himmel vielleicht gar keine mehr. Untersuche den Zusammenhang zwischen der Beleuchtungsstärke und der Leistung, die eine Solarzelle abgibt. (1) Baue die Experimentieranordnung entsprechend der bbildung auf. (2) Miss die Stromstärke und die Spannung für den bstand Lampe-Solarzelle s = 5 cm. (3) Die Beleuchtungsstärke wird mit zunehmendem bstand Lampe-Solarzelle kleiner. Wiederhole die Messung für drei weitere bstände. (2) Stelle den Zusammenhang zwischen dem bstand Lampe-Solarzelle s und Leistung P in einem P(s) Diagramm dar. Formuliere deine Erkenntnis aus dem Diagramm mithilfe einer Je-desto-ussage. Erläutere, wie das Licht im Klassenraum dein ersuchsergebnis beeinflusst haben Erläutere, wie deine Erkenntnisse aus diesem ersuch beim Einsatz von Solarzellen (z. B. bei Parkautomaten, Nottelefonen) berücksichtigt werden muss.

3 Gruppe 1 (ariante 2) Untersuchung von Solarzellen: Einfluss von Sonnenschein und Wolken Wird elektrische Energie mithilfe einer Solarzelle gewonnen, dann spielt auch das Wetter eine große Rolle. Bei Sonnenschein wird viel Energie gewonnen und bei bedeckten Himmel vielleicht gar keine mehr. Untersuche den Zusammenhang zwischen der Beleuchtungsstärke und der Leistung, die eine Solarzelle abgibt. (1) Baue die Experimentieranordnung entsprechend der bbildung auf. (2) Miss die Stromstärke und die Spannung für bei einer eingeschalteten Lampe. (3) Wiederhole die Messung für zwei und dann für drei eingeschaltete Lampen. (2) Stelle den Zusammenhang zwischen der nzahl n der eingeschalteten Lampen und Leistung in einem P(n) Diagramm dar. Formuliere deine Erkenntnis aus dem Diagramm mithilfe einer Je-desto-ussage. Messabweichung Erläutere, wie das Licht im Klassenraum dein ersuchsergebnis beeinflusst haben Erläutere, wie deine Erkenntnisse aus diesem ersuch beim Einsatz von Solarzellen (z. B. bei Parkautomaten, Nottelefonen) berücksichtigt werden muss.

4 Untersuchung von Solarzellen: Große und kleine Zellen Gruppe 2 Wird elektrische Energie mithilfe einer Solarzelle gewonnen, dann spielt die Größe der Solarzelle eine Rolle Untersuche den Zusammenhang zwischen der Größe der beleuchteten Fläche und der Leistung, die eine Solarzelle abgibt. (1) Baue die Experimentieranordnung entsprechend der bbildung auf. (2) Miss die Stromstärke und die Spannung ohne bdeckung. (3) erdecke ein iertel der Fläche der Solarzelle. Miss jetzt erneut die Stromstärke und Spannung. (4) Wiederhole die Messung, indem du die Hälfte, drei iertel und schließlich die ganze Fläche verdeckst. (2) Stelle den Zusammenhang zwischen dem nteil der bestrahlten Fläche und Leistung in einem P() Diagramm dar. Formuliere deine Erkenntnis aus dem Diagramm mithilfe einer Je-desto-ussage. Erläutere, wie das Licht im Klassenraum dein ersuchsergebnis beeinflusst haben Formuliere eine Regel für die Benutzung von Geräten, die mit Solarzellen betrieben werden.

5 Untersuchung von Solarzellen: Der Winkel entscheidet Gruppe 3 Wird elektrische Energie mithilfe einer Solarzelle gewonnen, dann ändert sich die gewinnbare Energie im erlaufe eines Tages und auch zu verschiedenen Jahreszeiten. Untersuche die Zusammenhänge zwischen dem Einfallswinkel der Strahlung und der Leistung der Solarzelle. α (1) Baue die Experimentieranordnung entsprechend der bbildung auf. (2) Miss die Stromstärke und die Spannung für einen Einfallswinkel von α = 0. (3) ergrößere den Einfallswinkel. Miss erneut die Stromstärke und Spannung. (4) Wiederhole den Schritt (3) für fünf weitere Winkel. (2) Stelle den Zusammenhang zwischen dem Einfallswinkel α und Leistung P in einem P(α) Diagramm dar. Formuliere deine Erkenntnis aus dem Diagramm mithilfe einer Je-desto-ussage. (1) Erläutere, wie das Licht im Klassenraum dein ersuchsergebnis beeinflusst haben (2) Bei der eränderung des Winkels muss der bstand Lichtquelle-Solarzelle nicht verändert werden. Begründe diese ussage und erläutere, wie du das bei deinem Experiment beachtet hast. Erläutere, wie eine Solarzelle (z. B. bei einem Parkautomaten) angebracht werden müsste, damit sie eine möglichst große Leistung abgibt.

6 Untersuchung von Solarzellen: Solarzellen im erbund (Teil 1) Gruppe 4 Soll elektrische Energie mithilfe von Solarzellen gewonnen werden, dann reicht oft zum Betrieb eines Gerätes eine Zelle nicht aus. Untersuche wie sich die Gesamtspannung verändert, wenn drei Solarzellen nacheinander in Reihe geschaltet werden. (1) Baue die Experimentieranordnung mit einer Solarzelle entsprechend der bbildung auf. (2) Miss die Spannung. (3) Schalte eine zweite Solarzelle zur ersten in Reihe. Miss erneut die Spannung. (4) Wiederhole den Schritt für die dritte Solarzelle. (1) Stelle den Zusammenhang zwischen der nzahl n der Solarzellen und Spannung in einem U(n) Diagramm dar. (2) Formuliere deine Erkenntnis aus dem Diagramm mithilfe einer Je-desto-ussage. (1) Erläutere, wie das Licht im Klassenraum dein ersuchsergebnis beeinflusst haben (2) Durch die nordnung Lampe-Solarzellen können Messabweichungen entstehen können. Begründe diese ussage und erläutere, wie du das bei deinem Experiment beachtet hast. Ein Taschenrechner soll mit Solarzellen betrieben werden. Er benötigt eine Spannung von 5, aber nur eine sehr kleine Stromstärke. Beschreibe eine Lösung für dieses Problem.

7 Untersuchung von Solarzellen: Solarzellen im erbund (Teil 2) Gruppe 5 Soll elektrische Energie mithilfe von Solarzellen gewonnen werden, dann reicht oft zum Betrieb eines Gerätes eine Zelle nicht aus. Untersuche wie sich die Gesamtstromstärke verändert, wenn drei Solarzellen nacheinander parallel geschaltet werden. (1) Baue die Experimentieranordnung mit einer Solarzelle entsprechend der bbildung auf. (2) Miss die Stromstärke. (3) Schalte eine zweite Solarzelle zur ersten parallel. Miss erneut die Stromstärke. (4) Wiederhole den Schritt für die dritte Solarzelle. (1) Stelle den Zusammenhang zwischen der nzahl n der Solarzellen und Stromstärke I in einem I(n) Diagramm dar. (2) Formuliere deine Erkenntnis aus dem Diagramm mithilfe einer Je-desto-ussage. (1) Erläutere, wie das Licht im Klassenraum dein ersuchsergebnis beeinflusst haben (2) Durch die nordnung Lampe-Solarzellen können Messabweichungen entstehen können. Begründe diese ussage und erläutere, wie du das bei deinem Experiment beachtet hast. Ein Elektromotor soll mit Solarzellen betrieben werden. Er benötigt eine Stromstärke ca. 300 m. Beschreibe eine Lösung für dieses Problem.

8 Untersuchung von Solarzellen: Solarzellen im Einsatz Gruppe 6 Wird ein elektrisches Gerät mit einer Solarzellen betrieben, dann müssen Gerät und Solarzelle gut aufeinander abgestimmt werden. Untersuche wie sich die von der Solarzelle abgegebene Leistung mit der Größe des äußeren Widerstandes verändert. (1) Baue die Experimentieranordnung mit einer Solarzelle entsprechend der bbildung auf. (2) Miss die Stromstärke und die Spannung für R = 0. (3) Markiere am Potentiometer 0,1 R, 0,2 R usw. bis 0,9 R. (4) Stelle den Widerstand jetzt auf 0,1 R und miss erneut die Spannung und die Stromstärke. (5) Wiederhole den Schritt 4 für die anderen Markierungen. Wertetabelle R in Ω I in m U in P in mw (2) Stelle den Zusammenhang zwischen der Größe des äußeren Widerstandes R und der von der Solarzelle abgegebenen Leistung in einem P(R) Diagramm dar. Formuliere deine Erkenntnis aus diesem Diagramm. Erläutere, wie das Licht im Klassenraum dein ersuchsergebnis beeinflusst haben Erläutere die Regel: Der Widerstand des Wandlers muss an die Solarzelle angepasst werden.