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Die Solarzelle — vom Licht zum Strom

Vom einzelnen Photon bis zum fertigen Modul — zehn Übungen rund um die Solarzelle im Detail und mit vielen Beispielen. Mit ausführlichem Lösungsweg zu jeder einzelnen Aufgabe.

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Übungsaufgaben

Alle Übungen fortlaufend nummeriert — zuerst die interaktiven Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln, danach die Rechen- und Textaufgaben. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.

A1
Was in der Solarzelle geschieht
AFB I

Sechs Aussagen über die Solarzelle. Markiere alle, die stimmen.

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Die Spannung hängt am Material, die Stromstärke an der Fläche. Und gearbeitet wird mit der Energie einzelner Photonen, nicht mit Wärme.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen rund um Aufbau und Betrieb einer Solarzelle.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Merke: Die Solarzelle arbeitet mit Licht, nicht mit Wärme — und Kälte schadet ihr nicht.
A3
Lückentext mit Wortbank
AFB I

Setze die Fachbegriffe an die richtige Stelle — ein Wort bleibt übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Ein trifft in der auf ein Siliziumatom und erzeugt ein . Das eingebaute trennt die beiden Ladungsträger — so entsteht die .

Die Bandlücke bestimmt nur, welche Photonen überhaupt wirken — sie ist keiner der fünf Schritte.
A4
Wovon hängt es ab?
AFB I

Ordne jede Größe der Ursache zu, von der sie abhängt.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Fläche und Licht
2Material Silizium
3Zahl der Zellen
Fläche bringt Stromstärke, Material bringt Spannung, Reihenschaltung bringt mehr Spannung.
A5
Blitzrechnung
AFB I

Ein Modul hat 2,0 m² Fläche und einen Wirkungsgrad von 20 %. Am Sommermittag treffen 1000 W/m² darauf. Welche elektrische Leistung gibt es ab?

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Erst die Lichtleistung: 2,0 m² · 1000 W/m² = 2000 W. Davon 20 % sind 400 W. Trick: 20 % ist ein Fünftel.
A6
Der Weg der Energie
AFB II

Bringe die fünf Schritte in die richtige Reihenfolge.

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.
A7
Rechenkette
AFB II

Eine Anlage besteht aus 20 Modulen mit je 2,0 m² Fläche und 20 % Wirkungsgrad. Die Bestrahlungsstärke beträgt 1000 W/m².

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Gesamtflaeche der Anlage m²
  2. auftreffende Lichtleistung W
  3. abgegebene elektrische Leistung W
  4. Energie in 5 Stunden bei dieser Leistung kWh
Aus 40 m² Dachfläche werden an einem sonnigen Nachmittag rund 40 kWh — etwa der Wochenbedarf eines kleinen Haushalts.
A8
Bauteil und Aufgabe
AFB II

Verbinde jede Schicht der Solarzelle mit ihrer Aufgabe.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Frage dich immer: Muss die Schicht Licht durchlassen? Dann ist sie dünn oder durchsichtig — sonst darf sie ganzflächig sein.
A9
Fehlersuche im Schulheft
AFB II

Sechs Sätze aus einem Schulheft — drei davon sind falsch. Finde sie.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Die vergessene Fläche in Zeile 6 kostet in Klassenarbeiten die meisten Punkte — W/m² ist eine Leistung pro Fläche.
A10
Was passiert mit der Anlage?
AFB III

Du veränderst etwas an einem Solarmodul. Schätze für jede Zeile ein, was passiert — ohne zu rechnen.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = fällt auf fast null, 2 = wird kleiner, 3 = bleibt gleich, 4 = wird größer, 5 = wird viel größer. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = fällt auf fast null5 = wird viel größer
Du verdoppelst die Fläche einer einzelnen Zelle: die Leerlaufspannung
Du schaltest 36 statt einer Zelle in Reihe: die Gesamtspannung
Wolken halbieren die Bestrahlungsstärke: die Stromstärke
Du deckst das Modul vollständig ab: die abgegebene Leistung
Du putzt die staubige Moduloberfläche: die abgegebene Leistung
Fläche und Licht wirken auf die Stromstärke, die Zellenzahl auf die Spannung. Wer das trennt, sieht die Antwort sofort.