Experimento | 10+: A1 Elektrischer Strom aus Solarzellen

Foto: Photovoltaikanlage auf einer Wiese (Freiflchenanlage).Hinweise und Ideen:Das Foto eignet sich zur Veranschaulichung und beinhaltet thematisch viele Anknpfungspunkte. So knnen davon ausgehend sowohl der Energietrger Sonne als auch die damit verbundenen technologischen Entwicklungen (z. B. Photovoltaik) behandelt werden. Zudem knnen wirtschaftliche und gesellschaftliche Aspekte der Energieversorgung zur Sprache kommen.Fcher: SachkundeBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dr. Michael HuberLizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Schemagrafik:Die Energiewandlung in einem Blatt (Photosynthese), einer Farbstoffsolarzelle (Grtzelzelle) und einer Siliziumsolarzelle im Vergleich.Die Gemeinsamkeit von Photosynthese und Solarzelle ist es, dass Licht (Strahlungsenergie) Elektronen anregt. Die Unterschiede liegen im absorbierenden Material: Bei der Photosynthese ist es der Blattfarbstoff Chlorophyll, bei der Farbstoffsolarzelle sind es Anthocyane und bei der Siliziumsolarzelle sind es dotierte Halbleiter. Bei der Photosynthese fhrt die Elektronenanregung zur Umwandlung der Strahlungsenergie in chemische Energie letztlich in Form von Zucker, bei den Solarzellen zur Umwandlung in elektrische Energie (Stromfluss).Fcher: Biologie, Chemie, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbH unter Verwendung von Medien von: Siemens StiftungLizenz: Siemens Stiftung 2020 (CC BY-SA 4.0 international)

Grafik, interaktiv:Der schematische Aufbau einer Grtzelzelle wird gezeigt und der darin bei Lichteinfall auftretende Elektronenfluss kann interaktiv entwickelt werden. In einer Grtzelzelle wird mithilfe von Farbstoffen die Strahlungsenergie des Lichts in elektrische Energie umgewandelt. Der hier gezeigte Aufbau lsst die Unterschiede gegenber dem Aufbau einer Solarzelle aus Halbleitermaterial deutlich erkennen und zeigt, wie freie Elektronen aus der Anregung der Farbstoffmolekle entstehen und daraus der Elektronenfluss in der Zelle resultiert.Der Aufbau der Zelle kann einzeln oder im Gesamten beschriftet werden. Der Elektronenfluss kann unabhngig davon schrittweise nachverfolgt werden.Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbH unter Verwendung von Medien von: Siemens StiftungLizenz: Siemens Stiftung 2020 (CC BY-SA 4.0 international)

Simulation:Photovoltaik ist die Umwandlung von Licht in elektrische Energie. Physikalisch ist sie ein Beispiel dafr, dass auch bei der Energieumwandlung die Quantisierung der Energie eine wichtige Rolle spielt.Lichtquanten, die auf einen Halbleiter treffen, erzeugen durch den inneren Photoeffekt Leitungselektronen auf hherem Potenzial. Von dort knnen sie zur Nutzung ber den ueren Stromkreis abflieen. Dieser Effekt ist abhngig von der Energie der Photonen und dem Halbleitermaterial. Wie der Stromfluss in einer Photozelle abluft, zeigt eine Animation. Erklrende Grafiken zum inneren Photoeffekt in einem Halbleiter und zum Energieschema der Solarzelle knnen eingeblendet werden.Hinweise und Ideen:Wo werden Photozellen zur Stromgewinnung eingesetzt? Welchen Wirkungsgrad kann man erzielen?Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2020 (CC BY-SA 4.0 international)

Lsungsblatt:Zum gleichnamigen SFU-Arbeitsblatt.Nhere Informationen finden Sie beim zugehrigen SFU-Arbeitsblatt A1 Elektrischer Strom aus Solarzellen (SFU-Arbeitsblatt 1), das auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.Fcher: Biologie, Chemie, Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dr. Wolfgang OseLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

SFU-Arbeitsblatt:Zur gleichnamigen Experimentieranleitung fr Schlerinnen und Schler. Methoden-Werkzeug: Wortliste nach Josef Leisen und Heinz Klippert.Hinweis: Dieses Arbeitsblatt wurde speziell fr den sprachsensiblen Fachunterricht (SFU) entwickelt. Es verwendet das Methoden-Werkzeug Wortliste nach Josef Leisen und Heinz Klippert. Die Wortliste hilft beim Einfhren neuer Begriffe und dient zum Nachschlagen, Wiederholen und ben. Sprachschwache Schlerinnen und Schler erhalten Untersttzung beim Verstehen und Trainieren der Fachsprache. Sie arbeiten mit dem Fachvokabular und werden so befhigt, fachlich zu kommunizieren. Fcher: Biologie, Chemie, Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dr. Wolfgang OseLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

Lsungsblatt:Zum gleichnamigen SFU-Arbeitsblatt.Nhere Informationen finden Sie beim zugehrigen SFU-Arbeitsblatt A1 Elektrischer Strom aus Solarzellen (SFU-Arbeitsblatt 2.1), das auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.Fcher: Biologie, Chemie, Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dr. Wolfgang Ose und Michael MaiwormLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

SFU-Arbeitsblatt:Zur gleichnamigen Experimentieranleitung fr Schlerinnen und Schler. Methoden-Werkzeug: Blockdiagramm nach Josef Leisen und Heinz Klippert.Hinweis: Dieses Arbeitsblatt wurde speziell fr den sprachsensiblen Fachunterricht (SFU) entwickelt. Es verwendet das Methoden-Werkzeug Blockdiagramm nach Josef Leisen und Heinz Klippert. Das Blockdiagramm (auch Satzbaukasten genannt) untersttzt die Satzbildung und fhrt Schlerinnen und Schler schrittweise in das Verfassen fachsprachlicher Texte ein. Sprachschwache Schlerinnen und Schler erhalten Untersttzung beim Verstehen und Trainieren der Fachsprache. Sie arbeiten mit dem Fachvokabular und werden so befhigt, fachlich zu kommunizieren. Fcher: Biologie, Chemie, Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dr. Wolfgang Ose und Michael MaiwormLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

SFU-Arbeitsblatt:Zur gleichnamigen Experimentieranleitung fr Schlerinnen und Schler. Methoden-Werkzeug: Filmleiste / Wortgelnder nach Josef Leisen und Heinz Klippert.Hinweis: Dieses Arbeitsblatt wurde speziell fr den sprachsensiblen Fachunterricht (SFU) entwickelt. Es verwendet die Methoden-Werkzeuge Filmleiste und Wortgelnder nach Josef Leisen und Heinz Klippert. Die Filmleiste untersttzt das zusammenhngende Sprechen und die richtige zeitliche und inhaltliche Abfolge von Handlungen oder Ereignissen. Das Wortgelnder untersttzt die Einfhrung von typischen Satzstrukturen im Fachunterricht und ist eine Sprachsttze fr die Schlerinnen und Schler. Sprachschwache Schlerinnen und Schler erhalten Untersttzung beim Verstehen und Trainieren der Fachsprache. Sie arbeiten mit dem Fachvokabular und werden so befhigt, fachlich zu kommunizieren. Fcher: Biologie, Chemie, Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dr. Wolfgang Ose und Michael MaiwormLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

SFU-Arbeitsblatt:Zur gleichnamigen Experimentieranleitung fr Schlerinnen und Schler. Methoden-Werkzeug: Filmleiste / Wortgelnder nach Josef Leisen und Heinz Klippert.Hinweis: Dieses Arbeitsblatt wurde speziell fr den sprachsensiblen Fachunterricht (SFU) entwickelt. Es verwendet die Methoden-Werkzeuge Filmleiste und Wortgelnder nach Josef Leisen und Heinz Klippert. Die Filmleiste untersttzt das zusammenhngende Sprechen und die richtige zeitliche und inhaltliche Abfolge von Handlungen oder Ereignissen. Das Wortgelnder untersttzt die Einfhrung von typischen Satzstrukturen im Fachunterricht und ist eine Sprachsttze fr die Schlerinnen und Schler. Sprachschwache Schlerinnen und Schler erhalten Untersttzung beim Verstehen und Trainieren der Fachsprache. Sie arbeiten mit dem Fachvokabular und werden so befhigt, fachlich zu kommunizieren. Fcher: Biologie, Chemie, Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dr. Wolfgang Ose und Michael MaiwormLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

Experimentieranleitung zu Experimento | 10+:Inhaltliche Hintergrundinformationen und praktische Hinweise zur Durchfhrung des Experiments A1 Elektrischer Strom aus Solarzellen Wir bauen eine Farbstoffzelle. Es umfasst drei Teilexperimente.Das Experiment setzt sich aus drei Teilexperimenten zusammen: Bau einer Farbstoffsolarzelle Leistung der Grtzelzelle bei verschiedenen Lichtstrken Grere Spannungen durch mehrere GrtzelzellenDas Experiment eignet sich besonders gut fr den Einstieg in das Thema Solarzellen, da im Unterschied zu Experimenten mit fertigen Siliziumzellen die prinzipielle Wirkungsweise von Solarzellen fr die Schlerinnen und Schler praktisch erfahrbar wird. Im Chemieunterricht lassen sich anhand der Experimente die Kenntnisse aus dem Bohrschen Atommodell (Energiestufen bzw. Anregungen von Elektronen) verifizieren und auch die Kenntnisse aus dem Gebiet Redoxchemie anwenden. Im Biologieunterricht knnen die Experimente mit der Farbstoffzelle bestens zur Einfhrung oder zur Illustration des Themas Photosynthese eingesetzt werden. Die Experimente sind nicht wirklich schwierig, setzen aber sorgfltiges Arbeiten voraus. Mit gebten Schlerinnen und Schlern sind alle drei Teilversuche leicht in der vorgesehen Zeit von ca. 45 min durchzufhren. Sehr gut eignet sich das Experiment auch zum Einsatz whrend eines Projekttags zum Thema Regenerative Energien.Hinweise: Bitte beachten Sie die Sicherheitshinweise in der Anleitung sowie die fr Ihre Schule geltenden Sicherheitsrichtlinien. Alle in der Anleitung genannten Materialien mssen selbst im Handel beschafft werden. Einzelne Experimentiermaterialien knnen auch im Onlineshop des Lehrmittelherstellers Arnulf Betzold GmbH unter www.betzold.de/experimento kostenpflichtig bezogen werden.Fcher: Biologie, Chemie, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dieter Arnold\\, Burkhard Apell fr die Siemens StiftungLizenz: Siemens Stiftung 2021 (CC BY-SA 4.0 international)

Linkliste:Weiterfhrende Informationen zum Experiment A1 Elektrischer Strom aus Solarzellen Wir bauen eine Farbstoffzelle.Die Links knnen zur Vorbereitung bzw. zur Vertiefung des Experiments aus Experimento | 10+ eingesetzt werden.Fcher: Biologie, Chemie, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2015 (CC BY-SA 4.0 international)

Lsungsblatt:Zur gleichnamigen Experimentieranleitung fr Schlerinnen und Schler.Das Lsungsblatt enthlt Musterantworten auf alle Fragen, die in der Experimentieranleitung fr Schlerinnen und Schler gestellt werden. Die Antworten sind z. T. sehr kurz, oft nur stichwortartig. Je nach Lernziel mssen sie noch durch zustzliche Erarbeitung aus Lehrbchern und ggf. Recherchen im Internet ergnzt und vertieft werden!Ebenso wird auf die Auswertungen zu den einzelnen Teilexperimenten eingegangen, aber nur dort, wo sich erfahrungsgem Schwierigkeiten ergeben knnten.Nhere Informationen finden Sie in der zugehrigen Experimentieranleitung A1 Elektrischer Strom aus Solarzellen (Schleranleitung), die auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.Fcher: Biologie, Chemie, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2015 (CC BY-SA 4.0 international)

Experimentieranleitung zu Experimento | 10+:Ausfhrliche Anweisungen und Fragen fr Schlerinnen und Schler zur Durchfhrung des Experiments A1 Elektrischer Strom aus Solarzellen Wir bauen eine Farbstoffzelle. Es umfasst drei Teilexperimente.Das Experiment setzt sich aus drei Teilexperimenten zusammen: Bau einer Farbstoffsolarzelle Leistung der Grtzelzelle bei verschiedenen Lichtstrken Grere Spannungen durch mehrere GrtzelzellenZu jedem Teilexperiment erhalten die Schlerinnen und Schler zunchst einen berblick ber die zu verwendenden Materialien sowie Sicherheitshinweise. Darauf folgt die ausfhrliche Schritt-fr-Schritt-Anleitung zur Versuchsdurchfhrung. Im Anschluss daran werden die Schlerinnen und Schler aufgefordert, ihre Beobachtungen zu notieren. Anhand von konkreten Fragen wird auf die Auswertung der Versuchsergebnisse hingefhrt. Zum Abschluss werden vertiefende Fragen zum Experiment gestellt (Lsungsblatt fr die Lehrkraft vorhanden).Hinweise und Ideen: Bitte beachten Sie die Sicherheitshinweise in der Anleitung sowie die fr Ihre Schule geltenden Sicherheitsrichtlinien und besprechen Sie diese mit den Schlerinnen und Schlern.Fcher: Biologie, Chemie, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dieter Arnold\\, Burkhard Apell fr die Siemens StiftungLizenz: Siemens Stiftung 2021 (CC BY-SA 4.0 international)

Sachinformation:
Die wichtigsten Kenngrößen einer Solarzelle und verschiedene Typen von Solarzellen im Überblick.

Der am weitesten verbreitete Solarzellentyp ist die polykristalline Silizium-Solarzelle. In tabellarischer Form sind hier die wesentlichen Daten eines polykristallinen Solarmoduls (60 einzelne Solarzellen) zusammengestellt.
Den Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und Spannung in einer Solarzelle zeigt die sog. U-I-P-Kennlinie (Strom-Spannungs-Leistungs-Kennlinie). Charakteristisch hier ist der Maximum Power Point (MPP). Er gibt an, bei welchem Strom und welcher Spannung die größte Leistung erzielt werden kann.
Neben Silizium haben auch andere Materialien einen gewissen Marktanteil am Bau von Solarzellen. Die unterschiedlichen Typen samt ihren Wirkungsgraden werden in der Übersicht gezeigt.


Fächer: Physics, Technology, Physik

Bibliografie: Siemens Stiftung

Urheber: MediaHouse GmbH

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Sachinformation:So bedient man ein Digitalmultimeter richtig und vermeidet Kurzschlsse beim Aufbau von elektrischen Schaltungen.Die Schlerinnen und Schler erlernen den richtigen Umgang mit dem Digitalmultimeter (Sicherheitshinweise, Auswahl des Messbereichs, Anschlieen der Messkabel usw.). Zustzlich werden Schaltkreise fr einfache elektrische Messungen vorgestellt und es wird erklrt, was bei den jeweiligen Messungen zu beachten ist. Ergnzend dazu gibt es Tipps zur Vermeidung von Kurzschlssen beim Aufbau von Schaltungen und zum sachkundigen Umgang mit Batterien und Akkus.Hinweise und Ideen:Die Themen, die in diesem Grundkurs behandelt werden, sind nur in dem Umfang und in der Tiefe dargestellt, wie es fr das Arbeiten mit Experimento | 10+ ntig ist.Fcher: Biologie, Chemie, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbH unter Verwendung von Medien von: Siemens StiftungLizenz: Siemens Stiftung 2021 (CC BY-SA 4.0 international)

Handreichung:Informationen fr die Lehrkraft zum Einsatz von Experimento | 10+ im Unterricht.Die Lehrkraft erhlt eine pdagogisch-didaktische Einfhrung zum Einsatz von Experimento | 10+ im Unterricht. Die meist unaufwndigen Freihandversuche knnen fcherbergreifend durchgefhrt werden, sie eignen sich als Einstieg in ein neues Thema oder zur bung des bereits Gelernten. Sie haben aktuellen Alltagsbezug, untersttzen selbststndiges, kompetenzorientiertes Lernen und sind fr verschiedene Altersstufen geeignet. Bibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dr. Michael Huber fr die Siemens StiftungLizenz: Siemens Stiftung 2021 (CC BY-SA 4.0 international)

SFU-Arbeitsblatt:Zu den Experimentieranleitungen zum Thema Energie fr Schlerinnen und Schler. Methoden-Werkzeug: Wrfelspiel nach Josef Leisen und Heinz Klippert.Hinweis: Dieses Arbeitsblatt wurde speziell fr den sprachsensiblen Fachunterricht (SFU) entwickelt. Es verwendet das Methoden-Werkzeug Wrfelspiel nach Josef Leisen und Heinz Klippert. Das Wrfelspiel motiviert zur Wiederholung und fhrt zur Festigung von gelernten Fachbegriffen und -inhalten. Sprachschwache Schlerinnen und Schler erhalten Untersttzung beim Verstehen und Trainieren der Fachsprache. Sie arbeiten mit dem Fachvokabular und werden so befhigt, fachlich zu kommunizieren. Fcher: Biologie, Chemie, Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dr. Wolfgang OseLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

SFU-Arbeitsblatt:Zur gleichnamigen Experimentieranleitung fr Schlerinnen und Schler. Methoden-Werkzeug: Bildsequenz / Wortgelnder nach Josef Leisen und Heinz Klippert.Hinweis: Dieses Arbeitsblatt wurde speziell fr den sprachsensiblen Fachunterricht (SFU) entwickelt. Es verwendet die Methoden-Werkzeuge Bildsequenz und Wortgelnder nach Josef Leisen und Heinz Klippert. Die Bildsequenz dient dazu, die zeitliche und logische Reihenfolge von Ereignissen zu trainieren. Das Wortgelnder untersttzt die Einfhrung von typischen Satzstrukturen im Fachunterricht und ist eine Sprachsttze fr die Schlerinnen und Schler. Sprachschwache Schlerinnen und Schler erhalten Untersttzung beim Verstehen und Trainieren der Fachsprache. Sie arbeiten mit dem Fachvokabular und werden so befhigt, fachlich zu kommunizieren. Fcher: Biologie, Chemie, Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dr. Wolfgang Ose und Michael MaiwormLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

Lsungsblatt:Zum gleichnamigen SFU-Arbeitsblatt.Nhere Informationen finden Sie beim zugehrigen SFU-Arbeitsblatt A1 Elektrischer Strom aus Solarzellen (SFU-Arbeitsblatt 2.2), das auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.Fcher: Biologie, Chemie, Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dr. Wolfgang Ose und Michael MaiwormLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

Lsungsblatt:Zum gleichnamigen SFU-Arbeitsblatt.Nhere Informationen finden Sie beim zugehrigen SFU-Arbeitsblatt A1 Elektrischer Strom aus Solarzellen (SFU-Arbeitsblatt 3), das auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.Fcher: Biologie, Chemie, Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dr. Wolfgang Ose und Michael MaiwormLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)