Die Grundversuche zur Photovoltaik können gleichzeitig als Einführung in die Elektronik und die elektronischen Schaltzeichen eingesetzt werden. Es bietet sich an, ein Stecksystem auf Holzplättchen selbst zu bauen, die elektronischen Bauteile dazu erhält man bei Conrad. Alternativ dazu eignen sich die fertigen Module mit Steckerbuchsen von >Lexsolar. Die Versuche sollen dazu anregen, dass sich die Schülerinnen und Schüler mit weiteren Forschungsaufträgen zum Thema Photovoltaik beschäftigen.

  

Die elektronischen Bauelemente werden auf Tischlerplatten im Format 10x10cm montiert. Für die 4mm-Steckbuchsen (wenn möglich aus Metall mit Gewinde) werden passende Bohrlöcher an den vorgezeichneten Markierungen gebohrt. Die Steckbuchsen werden ohne Schraubmutter mit dem Hammer eingeschlagen, so dass sie noch etwas herausragen. Anschließend wird das elektronische Bauelement aufgelötet oder auf das Plättchen geklebt, zum Schluss erfolgt das Verlöten der Kabelverbindungen.

Versuch 1: Polarität von SolarzellenEin Solarmodul wird gemäß der Zeichnung mit einem 100-Ohm-Widerstand und einer Leuchtdiode (LED) verbunden. Der Minuspol der LED (schwarz) wird mit dem Minuspol des Solarmoduls (schwarz) verbunden. Am Pluspol wird der Widerstand dazwischen geschaltet. Er begrenzt den Strom, damit die Leuchtdiode nicht zerstört wird.

   

Durchführung: Schließe eine einzelne Solarzelle an einen Verbraucher an, beispielsweise an einen Motor. Achte auf die richtige Polarität. Miss die Spannung, die am Motor anliegt: Stelle dazu das Messgerät auf den Bereich Volt (V). Die rote Anschlussbuchse des Messgeräts (V) wird mit dem Pluspol der Solarzelle verbunden, die schwarze Buchse (Com) des Messgeräts mit dem Minuspol.

Verbinde drei Solarzellen so, dass eine Reihenschaltung entsteht. Beleuchte die drei Solarzellen gleichmäßig. Miss zunächst die Einzelspannungen U1, U2 und U3 (in Volt) und dann die Gesamtspannung U. Wie ergibt sich die Gesamtspannung? Wie kann die Ausgangsspannung in einer Solaranlage erhöht werden?

 

Um die elektrische Leistung einer Solaranlage berechnen zu können, benötigt man neben der Spannung U (in Volt) auch die Stromstärke I (in Ampere), die im Stromkreis fließt. Hierzu muss das Messgerät in Reihe zwischen Solarzelle und Verbraucher geschaltet werden. Die schwarze Com-Buchse wird mit dem Minuspol der Solarzelle verbunden, die rote mA-Buchse dagegen mit dem Verbraucher. Achtung: Beim Messgerät muss zunächst immer der höchste Ampere-Messbereich eingestellt werden. Erst dann wählt man die mA-Einstellungen, wenn die Anzeige nicht ausreicht. Welchen Einfluss haben verschiedene Verbraucher auf die Stromstärke (Motor, Glühbirne)?

 

 

Die elektrische Leistung in Watt (P) errechnet sich aus dem Produkt der Spannung in Volt (U), und der Stromstärke in Ampere (I):  P  =  U × I

Miss zuerst die Spannung, die am Verbraucher anliegt (Symbol V), dann die Stromstärke, die durch den Stromkreis fließt (Symbol A). Die gemessenen Werte müssen in Ampere umgerechnet werden: 1000 mA = 1 A.

 

 

Damit die durch Photovoltaik gewonnene Energie auch nachts oder bei wenig Sonne genutzt werden kann, gibt es verschiedene Möglichkeiten, um die Energie zu speichern. Die einfachste Möglichkeit zum chemischen Speichern von Energie wäre das Laden einer wiederaufladbaren Batterie (Akkumulator oder kurz Akku). Als Alternative bietet sich der Einsatz eines großen Elektrolytkondensators (Elko) an. Ein sogenannter Gold-Cap ist ein Elko mit besonders großer Ladekapazität.