Solarzellen

Ziele

Die Schüler entwickeln ein Solarmodulsystem, das den Winkel des Solarmoduls im Verhältnis zur Sonne so anpasst, dass eine optimale Ausgangsleistung erzielt wird. Mithilfe eines problemorientierten Ansatzes suchen und finden die Schüler den optimalen Winkel zwischen Lichtquelle und Solarmodul.

Planung

Um mit dieser Unterrichtseinheit zu beginnen, sollte die Lehrkraft vor dem Unterricht die folgenden Hilfsmittel zur Hand haben:

  • Fable-Gelenkmodul
  • Solarmodule
  • Spannungsmessgerät
  • Amperemeter  
  • Glühlampe oder Widerstand
  • Optional: LEGO-Steine zum Bau einer Halterung für das Solarmodul
  • Eine leistungsstarke Halogen-Glühlampe (500 W), für den Fall, dass die Sonne nicht scheint.
  • Aufgabenblatt

Fach und Klassenstufe: Physik/Chemie

Klasse: 8-9

Dauer: 6 Einheiten (6 x 45 Minuten)

Dokumenten

Lernaktivitäten

Vor dem Projekt sollte sich die Klasse mit alternativen Energiequellen beschäftigt haben, damit sich die Schüler mit verschiedenen bestehenden Technologien auskennen. Es ist auch wichtig, dass die Schüler wissen, wie man ein Amperemeter und Voltmeter verwendet und dass sie einfache elektrische Stromkreise aufbauen können.
Die Klasse wird in Gruppen von 2-4 Personen aufgeteilt.
Bevor die Gruppen mit dem Programmieren und Entwickeln ihres Systems anfangen, sollen die Bedingungen für eine optimale Ausgangsleistung des Solarmoduls erforscht werden. Die Effizienz eines Solarmoduls ist am höchsten, wenn die Sonnenstrahlen in einem senkrechten Winkel auf das Solarmodul treffen. Die Schüler müssen für die Ausrichtung des Solarmoduls den Stand der Sonne am Himmel berücksichtigen. Das System soll auch zwischen Sommer und Winter unterscheiden können, da die Höhe der Sonne im Verlauf des gesamten Jahres unterschiedlich ist.
Zur Untersuchung der Ausgangsleistung ihres Systems messen die Schüler die Stromstärke und Stromspannung ihrer Anordnung. Es ist wichtig, dass eine Glühlampe oder ein geeigneter Widerstand in den Stromkreis integriert wird, damit die Schüler die Stromstärke des Solarmodulsystems messen können. Die Größe der Glühlampe hängt davon ab, welche Stromleistung das Solarmodul erzielt und wie viele Solarmodule im Rahmen des Experiments verwendet werden. Diese Faktoren müssen daher berücksichtigt werden, bevor das Material verwendet wird.

Fable wird dann so programmiert, dass möglichst viel Sonnenlicht auf das Solarmodul trifft. Die Schüler sollen hierbei den optimalen Verlauf beschreiben, dem das Solarmodul folgen soll. An dieser Stelle kann die Aufgabe auch aufgeteilt werden. Das System kann vereinfacht werden, indem ausschließlich die Tageszeit berücksichtigt wird, an der die Sonne am höchsten steht (Zenit). Die Gruppe baut dann ein elektronisches Steuerungssystem, welches die Position der Sonne am Himmel im Winter und im Sommer berücksichtigt. Auf der Abbildung ist der Stand der Sonne (am Zenit) über Kopenhagen im Sommer und im Winter zu sehen.

Um den Schwierigkeitsgrad des Projekts zu erhöhen, kann die Funktionalität des Systems so erweitert werden, dass das System im Sommer und im Winter den Winkel des Solarmoduls morgens, mittags und abends entsprechend einstellt.

Die Schüler können auch einen anderen Ort der Erde zur Entwicklung des Systems auswählen. Weitere Informationen zum Stand der Sonne im Laufe des Jahres finden Sie im Online-Almanach unter http://www.torbenhermansen.dk/almanak/solhojde/solhojde.php. Bedenken Sie, dass die Schüler darauf achten sollen, in der nördlichen Hemisphäre zu bleiben, da ansonsten alle Richtungen umgekehrt werden müssen.

Am Ende präsentieren die Schüler das von ihnen entwickelte System. Es ist daher wichtig, dass die Gruppen jeden Arbeitsschritt dokumentieren.

Bewertung

Die Schüler präsentieren sich gegenseitig ihre Ergebnisse.

Zusätzlich füllen die Schüler ein Selbstevaluationsformular aus. Diese Beurteilung dient lediglich als persönliche Hilfe für die Schüler, sie kann jedoch auch von der Lehrkraft im Hinblick auf zukünftige Unterrichtseinheiten konsultiert werden.

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