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Sekundarstufe II

 
Photovoltaik-Experimentiergerät 5.15 als Fertiggerät Solarmodul mit Potentiometer für Kennlinienaufnahme
Art.Nr.: 83645Stückpreis: in EUR
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Beschreibung:

Das Photovoltaik- Experimentiergerät PV 5.15 ist ein Spezialgerät für Experimente

  • zur Aufnahme der Hellkennlinie I-U-Kennlinie, P-U-Kennlinie
  • der Bestimmung des MPP (Maximum-Power-Point)
  • des Wirkungsgrades einer Solarzelle
  • zur Aufnahme der Dunkelkennlinie (Diodenkennlinie) der Solarzelle.

Das Gerät ist mit dem Stativfuß 8 mm für den Einsatz auf einer optischen Bank PV 5.0 (oder für jede schulübliche opt. Bank) konstruiert. Die Experimente werden in der Anleitung beschrieben.

Details:

Die I-U- und P-U- Kennlinien von Solarzellen erlauben eine Analyse der elektrischen Funktion einer Solarzelle und deren Qualität und Wirkungsgrad. In der Wissenschaft und Technik werden diese Analyseverfahren "Charakterisierung" von Solarzellen bezeichnet. Jede Solarzelle ist eine beleuchtete Halbleiterdiode, daher ist die Kenntnis der Kennlinien einer Halbleiterdiode zum Verständnis der Solarzellen-Kennlinien von großer Bedeutung.

Das nebenstehende Diagramm zeigt die typische I-U- Kennlinie und die daraus gewonnene P-U-Kennlinie einer Standard-Solarzelle bei einer Bestrahlungsstärke von S = 1000 W/m². Wird die Solarzelle nicht durch eine last belastet (Widerstand), so liegt der Leerlauf- Fall vor, d.h. es kann an der Solarzelle die Leerlaufspannung UL gemessen werden, da kein Strom entnommen wird, ist I = 0. Dieser Fall ist im rechten unteren Ende des Diagramms zu erkennen, hier liegt die typische Leerlaufspannung 0,6 V vor. Wird die Solarzelle kurzgeschlossen mit einem Widerstand 0 Ohm, so liegt der Kurzschlussfall vor.

Lernziele:

Die Schülerinnen und Schüler / Auszubildenden sollen durch eigene Experimente mit PV 5.1

  • Die I-U-Kennlinie (Hellkennlinie) einer Solarzelle punktweise aufnehmen, als Graph zeichnen und erklären können
  • Die I-U-Kennlinie (Hellkennlinie) einer Solarzelle punktweise aufnehmen und mit Excel auswerten, graphisch darstellen und erklären können
  • Die Leistungskurve = P-U-Kennlinie einer Solarzelle aus den manuell gewonnen Messdaten der I-U-Kennlinie graphisch erstellen und erklären können
  • Die Leistungskurve = P-U-Kennlinie einer Solarzelle aus den manuell gewonnen Messdaten der I-U-Kennlinie mit Excel graphisch darstellen und erklären können
  • Die Hellkennlinie und die Leistungskurve mit einem PC- gesteuerten Interface (z.B. CassyLab) aufnehmen und erklären können
  • Die Dunkelkennlinie (Diodenkennlinie I-U) manuell punktweise aufnehmen und erklären können
  • Die Dunkelkennlinie (Diodenkennlinie I-U) manuell punktweise aufnehmen, mit Excel darstellen und erklären können
  • Die Dunkelkennlinie (Diodenkennlinie I-U)mit einem Oszilloskop aufnehmen und erklären können
  • Die Verschiebung der Dunkelkennlinie in –y-Richtung bei Beleuchtung mit dem Oszilloskop darstellen und erklären können
  • Den Maximum-Power-Point MPP einer Solarzelle aus den Messdaten bestimmen und erklären können
  • Den Solarzellenwirkungsgrad im MPP aus den Messdaten bestimmen, erklären und beurteilen können
  • Den Füllfaktor FF einer Solarzelle als Qualitätsmerkmal aus den Messdaten bestimmen, erklären und beurteilen können
  • Die Bestrahlungsstärke S des Lichts (Lichtintensität) aus den Messdaten berechnen und die Messmethode erklären können
  • Kennlinienscharen bei verschiedener Bestrahlungsstärke mit Excel oder CassyLab aufnehmen, darstellen und erklären können
geeignet für:
  • Das Solarmodul PV 5.15 ist für den Einsatz in der gymnasialen Oberstufe – Jahrgangsstufen 10 -13 entwickelt worden. Vorkenntnisse der Halbleiterphysik und Kenntnisse der Funktion einer Halbleiterdiode sind erforderlich.
  • Das Modul PV 5.15 kann auch in der beruflichen Ausbildung – Berufsschule BBS, Berufsakademie, Ausbildungsbetrieb - eingesetzt werden.
Technische Daten:

Gemessen wurde bei einer Bestrahlungsstärke von 1000 W/m, AM 1,5 , T= 25°C (Internationale Normwerte)
1000 W/m² entsprechen einer Solarstrahlung  der strahlenden Sommersonne mittags bei blauem Himmel

Messgröße  +   Bezeichnung

Zahlenwert + Maßeinheit

Modulmaße                  s       

60 x 80 mm  

Anschlüsse:     + und -   Pol als Lötpunkt auf der Rückseite

Material: Glasfasergewebe mit 2 Klebebändern, Zelle laminiert,

               deutsche Fertigung

Zellfläche                     A                  

24,5 cm²

Dicke der Solarzelle       d

200 µm

Solarzellentyp:   Monokristalline Silizium- Solarzelle  deutscher Fertigung

Leerlaufspannung         Voc

600  mV

Kurzschlussstrom          Isc

916 mA

Wirkungsgrad               ?

15,6 %

Stromdichte                  j

37,4 mA/cm²

Füllfaktor                      FF

73,8 %

Stromstärke im MPP      IMPP

830 mA

Spannung im MPP         UMPP

470 mV

Max. Leistung im MPP    PMPP                 

395 mW

Lieferumfang:

Fertiggerät + didaktische Unterlage

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    84244  4 mm PVC-Messleitung schwarz    3,00 EUR 
 
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