A3 Die U-I-Kennlinie

Die wichtigste Kennlinie zeigt das Verhalten der Solarzelle bei verschiedenen Verbraucherwiderständen.

Durchführung:

Für die Ermittlung der U-I-Kennlinie sind folgende Materialien notwendig:

• 1 Digitalspannungsmesser
• 1 Digitalstrommesser
• 1 Widerstandsdekade 1-10 Ω (in Einerschritten)
• mehrere Verbindungskabel
• 1 Solarzelle 150 mA (z.B. Solaris Best.Nr. S50, Maße 1,25x5 cm, siehe Bezugsquellen)
• oder eine bereits gekapselte Zelle.
• 1 Solarmeter
• je nach Dekade evtl. 2 Krokoklemmen

Die Widerstandsdekade kann in verschiedenen Varianten leicht selbst hergestellt werden. Empfohlen werden 1 Ω -Metallschichtwiderstände mit einer geringen Toleranz.

Variante 1: Die Widerstände werden auf eine Lochrasterplatine gelötet. Zum Verbinden wird vor bzw. hinter den Widerständen jeweils ein Einlötstift eingesteckt und gelötet. Dort wird die Dekade mit Krokoklemmen an den Stromkreis angeschlossen, so daß Widerstandswerte zwischen 0 und 11 Ω einstellbar sind. Variante 2: Auf einer vorgebohrten Kunststoffplatte werden, ähnlich wie bei Variante 1, Bananensteckerbuchsen befestigt. Auf der Rückseite werden die Buchsen mit je einem Widerstand verlötet. Auf der Vorderseite muß allerdings die Stromführung und der jeweilige Widerstandswert gekennzeichnet werden.

Natürlich können die Versuche auch mit Geräten der Lehrmittelsammlung durchgeführt werden.

Versuchsschritte:

1. Kurzschlußstrom messen. Wert in Ampere in die Tabelle eintragen (fast 0 Ω ).
2. Leerlaufspannung messen. Wert in Volt in die Tabelle eintragen (R = ∞ ).
3. Nach Schaltskizze (unten) den Stromkreis aufbauen.In 1-Ω -Schritten den Lastwiderstand erhöhen und die Photospannung U_ph und den Photostrom I_ph der Zelle messen und notieren.
4. Bestrahlungsstärke mit dem Solarmeter bestimmen.
5. Die Meßwerte in ein Diagramm eintragen.

Tab.3: Meßbeispiel einer Solarzelle S 50, E=38 mW/cm²

Bem.: Wenn die Meßwerte anschließend nicht zur Berechnung des Wirkungsgrads benötigt werden, ist es sinnvoll die Eintragung der Meßwerte für Stromstärke und Spannung mit mA bzw. mV vorzunehmen.

Ergebnis:

Im abgebildeten Diagramm entspricht der Schnittpunkt der Meßkurven mit der Abszisse der jeweiligen Leerlaufspannung, der Schnittpunkt mit der Ordinate (Photostrom) entspricht der Kurzschlußstromstärke.

Während die Kennlinie bei ansteigendem Verbraucherwiderstand anfänglich annähernd konstant verläuft (in Höhe des Kurzschlußstromes), fällt die Stärke des Photostromes mit steigendem Widerstand ziemlich schnell ab. Da es sich um einen Halbleiter handelt, gilt hier nicht das Ohmsche Gesetz.

Man kann auch die Kennlinien mehrerer Bestrahlungsstärken in ein Diagramm zeichnen:

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