Vom einzelnen Photon bis zum fertigen Modul — 30 Übungen rund um die Solarzelle im Detail und mit vielen Beispielen. Mit ausführlichem Lösungsweg zu jeder einzelnen Aufgabe.
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Übungsaufgaben
Dreißig Übungen, fortlaufend nummeriert: Aufgaben zum Klicken, Ziehen und Knobeln wechseln sich mit Rechen- und Eingabeaufgaben ab. Jede Übung gibt dir sofort eine Rückmeldung, und zu jeder Aufgabe gibt es zwei gestufte Tipps.
A1
Der Punkt maximaler Leistung
AFB I
Die Kennlinie zeigt, welche Stromstärke I eine einzelne Siliziumzelle bei der Spannung U liefert. Die abgegebene Leistung P = U · I ist der Flächeninhalt des orangen Rechtecks. Bestimme den Arbeitspunkt, an dem die Zelle die größte Leistung abgibt – die Leistung wird dir oben rechts angezeigt.
Ziehe den violetten Punkt auf der Kennlinie (oder tippe ins Diagramm). Das orange Rechteck vom Ursprung bis zum Punkt hat den Flächeninhalt U · I. Mit der Tastatur: Tab zum Punkt, ←/→ verschieben, Shift+Pfeil in großen Schritten, Enter prüft.
Der Punkt maximaler Leistung (englisch „maximum power point“, MPP) liegt bei etwa 0,49 V und 2,98 A, also rund 1,46 W. Links davon ist das Rechteck flach und breit, rechts davon bricht die Stromstärke ein – dazwischen ist die Fläche am größten.
Beobachte die Leistung P oben rechts, während du den Punkt von links nach rechts schiebst.
Die Leistung steigt erst und fällt kurz vor der Leerlaufspannung steil ab; der höchste Wert liegt knapp unter 0,5 V.
A2
Wirkungsgrad im Labor
AFB II
Im Labor beleuchtet eine Lampe eine Zelle mit der Fläche 0,015 m² mit 600 W/m². Im Punkt maximaler Leistung misst man U = 0,50 V und I = 3,1 A. Werte die Messung aus.
Beide Werte eintragen, Enter prüft.
Lichtleistung: 600 W/m² · 0,015 m² = 9 W. Elektrische Leistung: 0,50 V · 3,1 A = 1,55 W. Wirkungsgrad: 1,55 W : 9 W ≈ 0,172 = 17,2 % – etwas unter dem Wert guter Module.
Die Lichtleistung ist Bestrahlungsstärke mal Fläche; die elektrische Leistung ist U · I.
Wirkungsgrad = elektrische Leistung : Lichtleistung = 1,55 W : 9 W.
A3
Der Weg der Energie
AFB II
Erläutere den Weg der Energie vom Licht bis zum Verbraucher, indem du die fünf Schritte in die richtige Reihenfolge bringst.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Ein Photon trifft die Sperrschicht
2Ein Elektron-Loch-Paar entsteht
3Das eingebaute Feld trennt die beiden
4Ladungen sammeln sich an den Kontakten
5Strom fließt durch den Verbraucher
Am häufigsten wird die Trennung durch das Feld vergessen — ohne sie würden die Paare sofort wieder rekombinieren.
Am Anfang steht das Licht, am Ende der Verbraucher im äußeren Stromkreis.
Erst entsteht das Paar, dann trennt es das Feld, dann sammeln sich die Ladungen an den Kontakten.
