Stiftung PHÄNOMENTA Lüdenscheid

Fotovoltaik

Lfdn Nr 144Drehe das Solarmodul in die Sonne oder erzeuge durch deinen Körper einen Schatten. Wie ändert sich der Wasserstrahl? Schwankt die Anzeige, dann reicht die Sonneneinstrahlung für die Pumpe nicht aus.

WORUM GEHT ES?
Fotovoltaik spielt in der Technik inzwischen eine große Rolle. Hier kann man erste einfache Erfahrungen damit machen: In einer großen Vitrine aus Glas und Edelstahl steht ein Aquarium, das mit Wasser gefüllt ist. Daneben befindet sich ein handelsübliches, drehbar gelagertes Solarmodul, das eine Pumpe in der Vitrine mit dem benötigten Strom versorgt. Wird die Ausrichtung zur Sonne verändert oder ein Schatten auf dem Solarmodul erzeugt, ändert sich sofort die Stärke des Wasserstrahls. Möchte man mit der Fotovoltaik experimentieren, dann geht das am besten zu zweit und nur an Tagen, an denen die Sonne scheint.

WESHALB IST DAS SO?
Solarzellen bestehen meistens aus Silizium. Dieses chemische Element gehört zu der so genannten Gruppe der Halbleiter, deren Wert der elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem von Metallen und Isolatoren liegt. Durch das Hinzufügen von geringsten Mengen anderer Elemente lassen sich diese Eigenschaften gezielt beeinflussen. Man sagt, die Halbleiter werden dotiert. In der Solarzelle wird diese Möglichkeit gleich zweimal angewandt. So bilden sich zwei Schichten, zwischen denen sich elektrische Ladungen trennen lassen.

Scheint Licht auf die Solarzelle, dann übertragen die Photonen ihre Energie auf die Elektronen. Dabei werden sie regelrecht von der einen Schicht in die andere „katapultiert“. Je mehr Licht einfällt, desto mehr Elektronen gelangen auf die andere Seite und desto größer wird der Konzentrationsunterschied der Ladungsträger.

Verbindet man nun die beiden Schichten durch einen äußeren Leiter, kommt es zum Ladungsausgleich und es fließt ein Strom, dessen Stärke mit der Helligkeit bzw. mit dem Konzentrationsunterschied zunimmt. Hier wird mit dem erzeugten Strom eine Wasserpumpe betrieben. Anhand der geförderten Wassermenge kann man direkt beobachten, welchen Einfluss die Stärke des Sonnenlichts auf den erzeugten Strom hat.

Alltagsbezug
Zu Solarbatterien zusammengefasste Solarzellen finden in der Technik einen breiten Anwendungsbereich. Weit verbreitet ist die preiswerte Form der Dünnschicht-Solarzelle, die einen Wirkungsgrad von etwa 14 % besitzen. Das heißt, dass etwa 14 % der einfallenden Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Man findet Dünnschicht-Solarzellen u. a. an Armbanduhren und Taschenrechnern, aber auch an Wegleuchten, Notrufsäulen, Solarmobilen und Satelliten – also überall dort, wo relativ wenig Energie dezentral zur Verfügung stehen soll.

Termine

13. Mai 2017
Informationsnachmittag für Lehrer/innen und Erzieher/innen
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24. Juni 2017
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