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NATURWISSENSCHAFTEN
SOLARENERGIE
KLASSE:
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DATUM:
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NAMEN:
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I.
VERSUCHSZIEL
► Mit der Hilfe einer Solarzelle soll elektrischer Strom produziert werden. Es soll untersucht werden, wie der Ertrag einer Solaranlage maximiert werden kann. ► Mit der Hilfe eines Solarkollektors soll die im Licht enthaltene Wärmestrahlung genutzt werden, um Wasser zu erwärmen. II.
DIE SOLARZELLE
► Materialbedarf: Tischlampe mit 60-Watt-Glühlampe (als „Ersatz“ für die Sonne), Solarzelle mit 4mm-Steckern, Multimeter. 1. Versuch Es soll untersucht werden, welche elektrische Spannung die Solarzelle liefert, wenn sie beleuchtet wird. a) Drehe den Drehschalter am Multimeter in die Position V. Falls das Multimeter AC anzeigt, so drücke einmal auf die gelbe Taste. b) Lege die Solarzelle flach auf den Tisch und stecke den roten Stecker in die VBuchse, den blauen Stecker in die COM-Buchse. c) Schalte die Tischlampe an und stelle sie über die Solarzelle, sodass sich die Glühlampe in einer Entfernung von 20 bis 30 cm von ihr befindet. d) Notiere die Spannung! Spannung der Solarzelle : U = __________ Volt. e) Wie muss man sich anlegen, um eine Spannung von 14,5 Volt zu erhalten, welche es ermöglichen würde einen 12-Volt-Bleiakkumulator zu laden?
P. Rendulić 2012
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2. Versuch Es soll untersucht werden, welchen maximalen elektrischen Strom die Solarzelle je nach Einstrahlungswinkel des Lichts liefern kann. a) Drehe den Drehschalter am Multimeter in die Position A. Falls das Multimeter AC anzeigt, so drücke einmal auf die gelbe Taste. b) Lege die Solarzelle flach auf den Tisch und stecke den roten Stecker in die 10 oder 20 A-Buchse, den blauen Stecker in die COM-Buchse. c) Miss jeweils die Stromstärke für die 3 gezeigten Positionen der Lampe! Achte darauf, dass die Entfernung Lampe-Solarzelle jeweils gleich ist! I1 = ____________ Ampere
I2 = ____________ Ampere
I3 = ____________ Ampere
Schlussfolgere!
d) Stelle die Lampe in die Position 2! Lege die Solarzelle flach auf den Tisch! Fasse die Solarzelle am Kabel an und drehe sie langsam in eine vertikale Position! Beobachte dabei die Stromstärke und schlussfolgere!
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e) Im Winter steht die Sonne meist tief am Horizont, im Sommer steht sie meist hoch am Himmel. Zeichne für beide Fälle, wie man die Solarzelle ausrichten muss, um über einen Tag gesehen so viel wie möglich elektrische Energie zu produzieren! WINTER:
SOMMER:
f) Normalerweise werden Solarzellen fest auf Dächern montiert. Welche Eigenschaften muss das Dach aufweisen, damit die Solaranlage über ein ganzes Jahr gesehen so viel wie möglich elektrische Energie liefern kann?
3. Versuch Es soll untersucht werden, welchen Einfluss die Bewölkung auf den von der Solarzelle gelieferten Strom hat. a) Der Versuchsaufbau entspricht dem im 2. Versuch. Die Lampe soll sich senkrecht in einer Entfernung von 20 bis 30 cm von der Solarzelle befinden (in der Position 1). b) Notiere den elektrischen Strom! Gelieferter Strom : I = ____________ Ampere (ohne Bewölkung) c) Halte ein weißes Blatt Papier zwischen die Lampe und die Solarzelle (das Blatt Papier absorbiert wie eine Wolke Licht). Notiere den elektrischen Strom! Gelieferter Strom : I = ____________ Ampere (mit Bewölkung) d) Welchen Einfluß hat die Bewölkung auf den Ertrag einer Solaranlage? Schlussfolgere!
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III.
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DER SOLARKOLLEKTOR
► Materialbedarf: Solarkollektor (Leybold 38950), 500 oder 1000 Watt Lampe (als „Ersatz“ für die Sonne), Schläuche, Wasserpumpe, Stromversorgung, Ausgleichsgefäß, Thermometer, Stoppuhr, Stativmaterial. Versuchsaufbau und Durchführung
a) Der Solarkollektor wird wie gezeigt aufgebaut und mit Wasser befüllt. Das Ausgleichsgefäß soll in etwa zu ¾ gefüllt sein und an einem Stativ befestigt werden. . Eine Pumpe pumpt das Wasser durch den Kreislauf und sorgt dafür, dass das Wasser gleichmäßig durch die von der Lampe geliferte Wärme erwärmt wird. b) Die Temperatur Θ des Wassers im Ausgleichsgefäß wird in Abhängigkeit der Zeit t gemessen und die Messwerte werden in eine Tabelle eingetragen.
t (min)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Θ (°C) c) Was stellst du fest?
d) Stelle die Messwerte in einem Temperatur-Zeit-Diagramm graphisch dar! Benutze dazu Millimeterpapier! Welche Form hat die Graphik?
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