Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

Erhaltungssatz der elektrischen Gesamtladung Die gesamte elektrische Ladung eines abgeschlossenen Systems ist konstant. Strom von der Sonne – Photovoltaik Eine unerschöpfliche Energiequelle ist für uns die Sonne. Sie bestrahlt die Erde im jahreszeitlichen Mittel mit ca. 1 370W/m 2 , ein Teil wird direkt von der Atmosphäre in den Weltraum reflektiert. Bei klarem Wetter treffen in Mitteleuropa an einem Sommertag auf eine horizontale Fläche maximal 900W/m 2 . Mittels Photovoltaik- Anlagen lässt sich dieser Energiefluss teilweise nützen. Der Grundbaustein dieser Anlagen, die Solarzelle (s. Exp. 74.1), ist meist eine dün- ne Scheibe aus Silizium mit einer besonders behandelten Oberfläche. Licht, das auf die Scheibe fällt, macht Elektronen im Kristallgitter beweglich. Auf einer Seite der Scheibe sammeln sich Elektronen, auf der anderen herrscht Elektronenmangel: Die Ladungstrennung führt zu einer Spannung von ca. 0,5V . Mehrere Solarzellen bilden ein Solarmodul mit einer Ausgangsspannung von etwa 30V. Die maximale Leistung eines Moduls wird bei einer Bestrahlungsintensität von 1 000W/m 2 ge- messen und erreicht bei hochwertigen Modulen 150W/m 2 . Die tatsächliche Leis- tung hängt vom Neigungswinkel und der Abweichung von der Südrichtung ab, im Tagesverlauf auch von Wolken, Schatten von Gebäuden und Bäumen, etc.. Zur Ein- speisung ins Stromnetz muss die Gleichspannung in Wechselspannung ( 230V ) ge- wandelt werden. 1.3 Die elektrische Spannung Aus dem Alltag sind der Begriff Spannung und seine Einheit, das Volt , bekannt. Elektrische Spannungen haben wir bei den Experimenten zur Elektrostatik kennen gelernt. Sie entstehen, wenn positive und negative Ladungen getrennt werden. Doch was bedeutet „elektrische Spannung“? Einige weitere Experimente zur La- dungstrennung, die mit einfachen Mitteln gemacht werden können, sollen beim Verstehen helfen. Gemeinsam ist den folgenden Versuchen, dass zur Ladungstren- nung Energie aufgewendet werden muss. Experiment: Solarzelle (Elektrizität aus Licht) 74a.1 Du brauchst: 1 Solarzelle, 2 Messkabel, 1 Multimeter, 1 Tischlampe, Maßband Verbinde die Solarzelle mittels der Kabel so mit dem Multimeter, dass du die Span- nung an den Buchsen der Solarzelle messen kannst. Wähle am Multimeter den Bereich Gleichspannung (DCV) und einen dir geeignet erscheinenden Messbe- reich. E 1 a) Beleuchte die Solarzelle mit der Tischlampe. Miss die Spannung bei ver- schiedenen Entfernungen der Lampe und trage die Werte in eine Tabelle ein. E 2 b) Stelle das Ergebnis grafisch dar (z. B. mit einem Tabellenkalkulationspro- gramm) und interpretiere das Ergebnis. 74.4 Monatlicher Ertrag einer PV-Anlage nahe Wien. Module mit 30m 2 Fläche liefern bei optimaler Beson- nung 5 kW elektrische Leistung. Im Jahr 2015 lieferte die Anlage ca. 4900 kWh elektrische Energie. In den meisten Monaten wurde wetterbedingt mehr Strom erzeugt (blaue Säulen) als der erwartete mittlere Ertrag (rote Säulen). 74.1 Die Bahnen geladener Teilchen werden in Detektoren sichtbar. Je nach dem Ladungs- vorzeichen sind die Bahnen gekrümmt. Durch Kollisionen werden weitere Teilchen erzeugt: Wenn sie elektrisch geladen sind, erfolgt dies immer paarweise mit entgegengesetzten Ladungen. 74.3 Mit Photovoltaik(PV)-Anlagen wird Sonnenenergie in elektrische Energie umge- wandelt. Statt der üblichen Montage auf Dächern können sie auch interessant gestaltet werden. 74.2 Diese Solarzelle liefert abhängig von der Beleuchtungsstärke eine Spannung bis etwa 0,55V. Der Bereich 10VDCV ist am digitalen Multimeter eingestellt. Da kein Verbraucher angeschlossen ist, wird hier die Leerlauf- spannung der Zelle gemessen. 74 E-LEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des V rlags öbv