Experiment des Monats Sekundarstufe: Einfluss des Bleuchtungswinkel (Solarzelle)

SolarfeldEchtes Aprilwetter gerade. Es ist kalt mit Schnee oder Hagel. Im nächsten Moment scheint die Sonne und die Winterjacke wird überflüssig. Was die Sonne für eine Kraft hat! Das könnt ihr auch zu Hause ausprobieren.

Die Solarenergie ist eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen. Wie wandeln die Solarzellen die Solarenergie in elektrische Energie um? Wie wirkt sich die Beleuchtungsstärke oder der Beleuchtungswinkel auf die Leistung von Solarzellen aus? Der Frage gehen wir mit unserem Experiment des Monats für die Sekundarstufe auf den Grund.

Dafür wird benötigt: Solarzelle, 2 Abgreifklemmen, Verbindungsleitungen, Strommesser sowie eine Kunstlichtquelle (23060)

So wird es gemacht: Die Anschlüsse der Solarzelle über Verbindungsleitungen und Abgreifklemmen mit einem Strommesser verbinden.

Die in unserem Gerätesatz 23060 verwendeten Solarzellen sind mit festen Anschlussleitungen versehen. Die elektrischen Verbindungen erfolgen über die Kontaktstifte an den Anschlussleitungen. Der mit der roten Anschlussleitung verbundene Kontaktstift bildet den Pluspol der Solarzelle. Die elektrischen Verbindungen erfolgen durch das Aufstecken der Verbindungsleitungen auf die Kontaktstifte der Anschlussleitungen. Die Verbindungen zu Messinstrumenten bzw. zu den Elektroden werden mit Verbindungsleitungen hergestellt, die zuvor mit Abgreifklemmen ver­sehen wurden.

Nun wird die Solarzelle bei gleichem Abstand der Lichtquelle von der Oberfläche aus verschiedenen Winkeln beleuchtet.
Achtung: Der Abstand zwischen Solarzelle und der Kunstlichtquelle muss dabei unbedingt unverändert bleiben!

Voraussetzung für das Gelingen der Versuche ist die gleichmäßige und ausreichende Beleuchtung der Solarzellen. Das ist optimal bei Sonnenlicht gegeben. Für die Durchführung der Versuche mit Kunstlicht eignen sich besonders gut Halogenstrahler. Die Kunstlichtquelle ist so anzuordnen bzw. zu halten, dass alle beim jeweiligen Versuch verwendeten Solarzellen beleuchtet werden. Das bedingt eine Anordnung der Lichtquelle unmittelbar senkrecht über den Solarzellen. Der Abstand ist dabei so zu wählen, dass alle Solarzellen vom Lichtbündel der Halogenlampe erfasst werden.

Durch Kippen der Solarzelle werden anschließend Einfallswinkel a von etwa 60° und 30° eingestellt und die jeweiligen Kurzschlussstromstärken gemessen und in der Tabelle eingetragen.


Frage ExperimentWelche Auswirkungen hat das Beleuchten aus unterschiedlichen Winkeln auf den Kurzschlussstrom?


Auswertung

Je schräger das Licht auf die Oberfläche auftrifft, umso geringer ist der erreichbare Kurzschlussstrom und damit die entnehmbare Leistung. Um einen möglichst großen Kurzschlussstrom zu erzielen, muss das Licht möglichst im rechten Winkel auf die aktive Oberfläche der Solarzelle auftreffen.

Für die Nutzung von Solarzellen als elektrische Energielieferanten wird der für den jeweiligen Einsatzort günstigste Winkel fest eingestellt oder die Solarzellen werden ständig durch eine Nachführungsautomatik optimal zur Sonne ausgerichtet.



Haben wir das Interesse an naturwissenschaftlichen Experimenten geweckt?

Hier eine kleine Auswahl unserer Experimentier-Sets zum Thema Solarenergie.