Vorschau - Netzwerk Lernen

RAAbits Hauptschule 7–9 · Naturwissenschaften 46
Experimente mit Fotovoltaik
1 von 14
Experimente mit Fotovoltaik: Wir bauen ein Solarmobil
Jost Baum, Wuppertal
Physik
Aufbau und Funktionsweise von Reihen- und Parallelschaltungen, Stromstärke
und Spannung in der Reihenschaltung bzw. Parallelschaltung, Aufbau und
Funktion einer Solarzelle, eine Solartankstelle und ein Solarfahrzeug bauen
Didaktisch-methodische Hinweise
Solarenergie ist ein Stromlieferant der Zukunft. Seit der Diskussion um den Klimawandel, steigenden
Strompreisen und der Suche nach umweltfreundlichen und zukunftsträchtigen Energiequellen überlegen
viele Bürger, ob eine Solaranlage nicht eine lohnenswerte Anschaffung wäre.
U
A
Aber wie funktioniert eigentlich eine Solaranlage beziehungsweise eine Solarzelle? In dieser
Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler, wie Fotovoltaik funktioniert: Mithilfe einfachster
Mittel bauen die Jugendlichen eine Solartankstelle und ein Solarmobil und untersuchen die
Eigenheiten der Solartechnik.
H
C
Lüsterklemmen, ein Sperrholzbrett, ein Messgerät und zwei Solarzellen (400 mA) stellen die
Versuchsstation Ihrer Schülerinnen und Schüler dar (M 1/2). Sie bestimmen mit dem Strom- und
Spannungsmessgerät die Stromstärke und Spannung bei Parallel- und Reihenschaltung und vervollständigen physikalische Formeln.
S
R
Die Frage, wie durch Lichteinfall Strom entsteht, wird auf M 3 erläutert. Die Schülerinnen und
Schüler lernen die Funktionsweise von Solarzellen kennen, indem sie einen Lückentext ausfüllen.
Mithilfe von M 4 bauen die Schülerinnen und Schüler eine Solartankstelle. An dieser wird der
Mignonakku, der später für das Solarmobil benötigt wird, aufgetankt.
O
V
Die Konstruktionsbeschreibungen M 5 und M 6 zeigen den Jugendlichen, wie sie das Solarmobil bauen können. Das fertige Fahrzeug testen sie dann in einem Rennen.
Teste dich selbst! – In M 7 überprüfen die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen über elektrische
Schaltungen und Solarzellen. Sie können ihre Ergebnisse mit einer Nachbarin oder einem Nachbarn
vergleichen.
Für diese Einheit benötigen Sie:
Die Angaben sind jeweils für eine Arbeitsgruppe berechnet. Passen Sie sie entsprechend der Anzahl
der Arbeitsgruppen bitte an.
M1
M2
M3
1 Sperrholzbrett
1 Lüsterklemmenleiste (3 mm Innendurchmesser)
1 Strommessgerät
2 Solarzellen 400 mA
1 Sperrholzbrett
1 Lüsterklemmenleiste (3 mm Innendurchmesser)
1 Spannungsmessgerät
2 Solarzellen 400 mA
Versuchsaufbau und Material wie M 1
zur Vollversion
RAAbits Hauptschule 7–9 · Naturwissenschaften 46
M1
Experimente mit Fotovoltaik
3 von 14
Wir messen die Stromstärke
(Reihen- und Parallelschaltung)
Ihr braucht:
– 1 Sperrholzbrett
– 1 Strommessgerät
– 1 Lüsterklemmenleiste
– 2 Solarzellen
Aufgaben
1. Baut folgende Schaltungen auf. Messt jeweils die Stromstärke. Schreibt eure
Ergebnisse auf die Linien.
2. Ergänzt dann die Rechenzeichen in den Formelkästen.
U
A
a) Reihenschaltung mit einer Solarzelle:
H
C
Ergebnis: ___________________________________
___________________________________________
S
R
b) Reihenschaltung mit zwei Solarzellen:
O
V
Igesamt = I1
I2
Ergebnis: ___________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
c) Parallelschaltung mit zwei Solarzellen:
Igesamt = I1
I2
Ergebnis: ___________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
zur Vollversion
RAAbits Hauptschule 7–9 · Naturwissenschaften 46
M3
Experimente mit Fotovoltaik
7 von 14
Wie funktioniert eine Solarzelle?
Aufgaben
1. Der Informationstext verrät dir, wie eine Solarzelle funktioniert. Fülle den Lückentext
mit folgenden Wörtern aus:
elektrisches • Fotovoltaik • Metallkontakten • Stromkreis •
Sonnenlichts • Sonnenstrahlen • elektrische • Silizium
Solarzellen
die
wandeln
Energie von Sonnenstrahlen
U
A
direkt in __________________
Energie um. Das funktioniert
5
folgendermaßen:
H
C
Solarzellen bestehen aus dem
Halbleiter*________________.
Eine Solarzelle besteht aus
S
R
zwei Halbleiterschichten: eine
10
n-Schicht (n = negativ) und eine p-Schicht (p = positiv). Am Übergang der beiden
Schichten (p-n-Übergang) baut sich ein ______________________ Feld auf. Bei einer
O
V
Solarzelle ist die n-Schicht so dünn, dass die Photonen des einfallenden _______________________ sie durchdringen können und ihre Energie an ein Elektron abgeben.
Das so angeregte Elektron bewegt sich zu den _____________________ der n-Schicht.
15
Beim Anschluss eines Verbrauchers (z.B. einer Lampe) wird der ___________________
geschlossen: Die Elektronen fließen über den Verbraucher zum Rückseitenmetallkontakt der Solarzelle und schließlich zurück.
Diesen Effekt nennt man „_____________________“.
Worterklärung:
*Halbleiter (Z. 7) = Stoffe, die unter Zufuhr von Licht oder Wärme elektrisch leitfähig werden, während sie bei tiefen
Temperaturen isolierend wirken.
2a) Baut die abgebildete Schaltung auf. Verändert
die Lage der Solarzelle zum Licht.
2b) Sucht die Stellung, bei der der größte Strom
fließt. Welche Stromstärke messt ihr?
zur Vollversion
RAAbits Hauptschule 7–9 · Naturwissenschaften 46
M5
Experimente mit Fotovoltaik
11 von 14
Wir bauen ein Solarmobil
Ihr braucht:
– 1 Schuhkarton
– 1 Schaschlikspieß
– 1 Solar-Getriebemotor
– Klingeldraht
– kurze und lange Schrauben (M3)
– 5 Muttern (M3)
– Kabel
– Lötzinn
– 1 Mignonakku mit Batteriehalter
– doppelseitiges Klebeband
– Sekundenkleber
– 1 Lüsterklemmeneinsatz (diesen erhaltet ihr, wenn ihr die Schrauben
einer Lüsterklemme löst und den Einsatz im Plastik herausnehmt)
U
A
Werkzeug: Zirkel, Lineal, Kleber, Schere, Lötkolben, Flachzange, Bleistift, Schraubendreher
H
C
Bauplan:
Getriebemotor
Ansicht von der Seite
Getriebemotor
S
R
O
V
Lüsterklemmeneinsatz
Ansicht von unten
Ansicht von oben
Vorderachse mit Rädern
Schlitz mit Hinterrad
Getriebemotor
Batteriehalter mit Mignonakku
zur Vollversion
12 von 14
M6
RAAbits Hauptschule 7–9 · Naturwissenschaften 46
Experimente mit Fotovoltaik
Bauanleitung unseres Solarmobils
Aufgaben
1. Bildet Vierergruppen und teilt auf: Wer übernimmt bei der Montage welche
Aufgaben? Notiert die Namen.
Fahrgestell: ____________
Motormontage: ___________
Räder: ______________
Verdrahten und Verlöten der Kabelverbindungen: _____________________________
2. Legt den Bauplan (M 5) neben euch. Baut das Solarmobil nach folgender Anleitung
zusammen:
U
A
1. Fahrgestell
Funktioniere den Deckel des Schuhkartons zum
Fahrgestell um. Bringe dazu die Bohrungen bzw.
Schlitze nach Plan an. Befestige dann ein Stück
doppelseitiges Klebeband auf dem Karton. Auf
diesem befestigst du später den Batteriehalter.
H
C
2. Räder
S
R
Zeichne mit dem Zirkel drei Räder auf den Rest des Schuhkartons und schneide sie aus.
Der Durchmesser sollte etwa 7 cm sein. Gib ein Rad an den Motormonteur weiter.
Montiere die Achse (den Schaschlikspieß) am Fahrgestell. Befestige zwei Räder auf
der Achse. Fixiere die Räder mit Sekundenkleber (gib acht, dass deine Finger nicht
zusammenkleben!) und richte sie aus. Die überstehenden Holzstücke kannst du
abtrennen, wenn der Kleber getrocknet ist.
O
V
3. Motormontage
Stecke die Bauteile des Solar-Getriebemotors
nach Anleitung zusammen. Stecke das Rad auf
die M3-Schraube und sichere es von der
anderen Seite mit der Mutter. Stecke die Hälfte
des Lüsterkemmeneinsatzes auf die Achse des
Getriebemotors. Sichere ihn von oben mit der
kleinen Schraube. Stecke nun die M3-Schraube
mit dem Rad in den Lüsterklemmeneinsatz.
Befestige das Rad von oben mit der zweiten kleinen Schraube. Montiere anschließend
den Motor mit den kurzen M3-Schrauben und den Muttern auf die Unterseite des
Fahrgestells.
4. Verdrahtung
Befestige den Batteriehalter auf dem doppelseitigen Klebeband. Verdrahte und verlöte
die Anschlüsse des Batteriehalters zum Motor. Setze den Mignonakku ein.
3. Macht ein Wettrennen mit euren Solarmobilen.
zur Vollversion