Lernstation
SEK II-1
Jahrgang 11-12 (Altersstufe 17-20 Jahre)
Gymnasium, Integrierte Gesamtschule, Kooperative Gesamtschule, Berufsbildende Schulen, Hochschulen
Lernstation für schülerzentrierte Experimente für 3 SchülerInnen in Arbeitsgruppe
Die Lernstation SEKII-1-2025 enthält Photovoltaik- Experimentiergeräte für eine Arbeitsgruppe von 3 SchülerInnen für SEKII- Experimente zur Solarenergie, zur Photovoltaik und Halbleiterphysik.
Mit den Anleitungen können qualifizierte Experimente selbständig durchgeführt werden.
Neben dem gelieferten Material sind aus der Sammlung der Schule erforderlich:
1. Netzgerät 12 V DC, >3 A zum Betrieb der Halogenleuchte SUSE 5.16
2. Schulübliche Muffen für die optische Bank (Leybold- oder Phywe-Muffe)
3. Optional: Messinterface z.B. CassyLab, Vernier o.ä. zur Aufnahme von Kennlinien
Netzgerät und Muffen sind nicht im Lieferumfang!
Schülerinnen und Schüler beim Selbstbau von Modulen im NILS-Labor
Schülerinnen und Schüler beim Messen an Solarmodulen mit Motor und Propeller
I-U-Kennlinie (rot) und P-U-Kennlinie (blau) aufgenommen mit dem Kennlinienmodul SUSE 5.15
Eingezeichnet sind außerdem die Leerlaufspannung Uoc, der Kurzschlussstrom Isc und der Maximum Power Point (MPP) der Solarzelle
Gliederung des Handbuchs:
1. Übersicht und didaktisch/methodisches Konzept
2. Gerätebeschreibungen
3. Experimente
Geräte der Lernstation SEK II-1
Optische Bank SUSE 5.0Alu
Robuste optische Bank aus Aluminium zum Aufbau und Durchführung der Experimente
Halogenstrahler SUSE 5.16
Halogenstrahler 12 V / 35 W auf Stativfuß zum Einsatz auf der optischen Bank mit Muffe.
Mit der Experimentierleuchte werden die Solarzellen bestrahlt, um Messungen und Experimente durchzuführen.
Das Dach über dem 35-W-Reflektorstrahler schützt vor zufälligen Berührungen der heißen Lampe.
Der Reflektorstrahler kann vertikal geschwenkt werden.
Zum Betrieb ist ein Netzgerät 12 V (DC oder AC) mit zwei Laborkabeln erforderlich, I> 3A!
Kennlinienmodul SUSE 5.15
Mit dem Kennlinienmodul lassen sich die I-U- und die P-U-Kennlinie aufnehmen, um den Wirkungsgrad und den Maximum Power Point (MPP) einer Solarzelle zu bestimmen.
Hier ist der Einsatz eines automatischen Messinterfaces z.B. CassyLab o.ä. sinnvoll. Automatisch werden damit beim Drehen des Potentiometers eine große Anzahl Messwerte aufgenommen und graphisch dargestellt.
1 Digital-Multimeter zur Durchführung der Messungen mit 2 Messleitungen mit Messspitzen
4 Laborkabel 100 cm mit 4 mm Büschelstecker; 2x schwarz + 2x rot
1 Box mit 3 unterschiedlichen Solarzellen und 1 Silizium- Wafer für Ausbildungszwecke
Handbuch auf USB-Stick mit solardidaktischen Grundlagen (Solarstrahlung, Halbleiterphysik, Solarzelle), Gerätedateien und Experimentieranleitungen
Solarmodul SUSE 5.22
Mit dem 2-Solarzellen-Modul SUSE 5.22 lassen sich Experimente zu den physikalischen Eigenschaften von Solarzellen im Freien oder auf der optischen Bank durchführen (mit Multimetern oder mit einem Mess- Interface).
Das Modul enthält 2 identische Solarzellen, mit einem Verbindungsstecker lassen sich die beiden Solarzellen in Reihe schalten. Mit diesem Modul lassen sich zahlreiche Experimente zur Einzelsolarzelle und zur Reihen- und Parallelschaltung durchführen. Das Modul wird mit einer Muffe auf der optischen Bank befestigt.
Winkelmodul SUSE 5.1alpha
Mit dem Solarmodul lassen sich die Abhängigkeiten von Spannung U, Stromstärke I und Leistung P vom Einstrahlungswinkel 𝛼 auf der optischen Bank messen.
Mit der Kreiswinkelscheibe kann die Solarzelle stufenlos mit genauer Winkelablesung gedreht werden, so dass sich genaue Messwerttabellen U(𝛼), I(𝛼) und P(𝛼) und mathematische Funktionen erstellen lassen. Der gelbe Stift markiert die 0-Grad-Position.
Zubehör der Lernstation SEK II-1
Speichermodul SUSE 4.12
Das Speichermodul enthält zwei Superkondensatoren mit je 5 F (in Reihenschaltung) und kann die elektrische Energie der Solarzellen speichern. Bei 5V DC lässt sich eine Energie von 62,5 J speichern.
Es können Auf- und Entladevorgänge beobachtet und gemessen werden.
Wird der Solarmotor SUSE 4.16 als elektrische Last angeschlossen, dauert die Entladung über 15 Minuten!
Solarmotor SUSE 4.16
Der Solarmotor SUSE 4.16 kann an Solarzellen oder an das Speichermodul SUSE 4.12 angeschlossen werden. Er dient auch bei der Messung von Entladevorgängen als elektrische Last. Am Solarmodul fließen bei 1,3 V Spannung (SUSE 5.22 in Reihenschaltung) fließen ca. 60 mA bei hoher Propellerdrehzahl.
Der Motor kann auch als Generator verwendet werden: Pustet man auf den Propeller entsteht eine Generatorspannung von ca. 1-3 V DC, damit lässt sich auch der Solarspeicher SUSE 4.12 aufladen.