Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema Photovoltaik, speziell mit photovoltaischen Inselanlagen und deren Einsatzmöglichkeiten im Unterricht der Berufsschule. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine praxisorientierte didaktische Einheit zur Photovoltaik exemplarisch für den Bildungsgang Elektroniker1 für Energie- undGebäudetechnik (EEGT) im Lernfeld 11EG zu konzipieren.
Bei der Gestaltung sollen insbesondere Experimente zu photovoltaischen Inselanlagen im Mittelpunkt stehen. Die experimentelle Bearbeitung des Themas wurde gewählt, da Versuche die Anschaulichkeit der Theorie erhöhen. Das Konzept soll Lehrkräften einen Leitfaden bieten, das Thema Photovoltaik handlungsorientiert, schülerselbstorganisierend und praxisnah zu erarbeiten.
Im Kapitel 2 - Fachwissenschaftlicher Teil - werden die Grundlagen der Photovoltaik und photovoltaischer Inselanlagen dargestellt. Neben theoretischen Inhalten soll insbesondere die Praxis- und Zukunftsbedeutung der Technologie hinterfragt werden. Dabei spielen besonders Wirkungsgrade der Systemkomponenten, Einsatzmöglichkeiten der Technologie sowie das Potential der Photovoltaik eine wichtige Rolle.
Das Kapitel 3 - Didaktischer Teil - setzt am aktuellen Stand der Diskussion um Handlungsorientierung an. Dazu werden die Anforderungen an die berufliche Bildung im Berufsfeld Elektrotechnik skizziert und die Bedeutung des Lernorts Berufsschule für die Förderung beruflicher Handlungskompetenz näher erläutert. Es wird gezeigt, welchen derzeitigen Rahmenbedingungen ein didaktisches Konzept zu Grunde liegen sollte. Anschließend wird das Experiment als eine mögliche Methode handlungsorientierten Unterrichts genauer beschrieben und klassifiziert. Abschließend wird die Konzeption der didaktischen Einheit vorgestellt und begründet.
Im Kapitel 4 - Experimenteller Teil - werden die theoretischen Grundlagen zu photovoltaischen Inselanlagen in Experimente umgesetzt. Hierzu werden zuerst die beiden verwendeten Experimentiersysteme vorgestellt. Die Planung, Durchführung und Auswertung einer Auswahl an Experimenten wird beschrieben. Durch einen didaktischen Kommentar zu jedem Experiment wird die Theorie-Praxis-Verknüpfung erläutert und Überlegungen zu weiterführenden didaktische Zielen angestellt.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Fachwissenschaftlicher Teil
- 2.1 Definition Photovoltaik
- 2.2 Sonnenstrahlungsenergie
- 2.3 Geschichte der Photovoltaik
- 2.4 Grundlagen der Halbleitertheorie
- 2.4.1 Festkörpermaterialien
- 2.4.2 Innerer Photoeffekt
- 2.4.3 pn-Übergang
- 2.4.4 Halbleiterdiode
- 2.5 Solarzellen
- 2.5.1 Aufbau und Funktionsweise
- 2.5.2 Ersatzschaltbild und Kennlinie
- 2.5.3 Arbeitspunkt
- 2.5.4 Wirkungsgrad
- 2.6 Solarmodule
- 2.6.1 Aufbau und Wirkungsgrad
- 2.6.2 Abhängigkeit von der Bestrahlungsstärke und Temperatur
- 2.6.3 Verluste durch Abschattung
- 2.6.4 Ausrichtung von Solarmodulen
- 2.7 Photovoltaische Inselanlagen
- 2.7.1 Aufbau und Einsatzmöglichkeiten
- 2.7.2 Akkumulator
- 2.7.3 Laderegler
- 2.7.4 Wechselrichter
- 2.7.5 Gesamtbetrachtung einer Inselanlage
- 2.8 Potential der Photovoltaik
- 2.8.1 Beitrag der Photovoltaik zur Stromerzeugung
- 2.8.2 Beschäftigungsstruktur
- 3 Didaktischer Teil
- 3.1 Anforderungen an die berufliche Bildung im Berufsfeld Elektrotechnik
- 3.2 Handlungsorientierung
- 3.2.1 Berufliche Handlungskompetenz als Leitziel
- 3.2.2 Lernfeldkonzept und die Umsetzung im Berufsfeld Elektrotechnik
- 3.2.3 Handlungsorientierter Unterricht
- 3.2.4 Leittexte
- 3.2.5 Experimente
- 3.3 Konzept der didaktischen Einheit
- 3.3.1 Beschreibung und Anforderungen
- 3.3.2 Ziele
- 3.3.3 Handlungsstruktur
- 4 Experimenteller Teil unter didaktischen Aspekten
- 4.1 Experimentiersysteme
- 4.2 Experimentiervorschläge im Rahmen des didaktischen Konzepts
- 4.2.1 Experiment 1: Kennlinien und Temperatureinfluss auf Solarmodule
- 4.2.2 Experiment 2: Reihen- und Parallelschaltung von Solarmodulen
- 4.2.3 Experiment 3: Abschattung von Solarmodulen
- 4.2.4 Experiment 4: Inselanlage ohne Speicher (DC)
- 4.2.5 Experiment 5: Inselanlage mit Speicher (DC)
- 4.2.6 Experiment 6: Inselanlage mit Speicher (AC)
- 5 Zusammenfassung und Ausblick
- 6 Anhang
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese wissenschaftliche Hausarbeit zielt darauf ab, eine praxisorientierte didaktische Einheit für die Aus- und Weiterbildung im Bereich Photovoltaik zu gestalten. Der Fokus liegt auf der Entwicklung eines experimentellen Lernansatzes, der die Handlungskompetenz der Auszubildenden fördert.
- Entwicklung einer praxisorientierten didaktischen Einheit für die Photovoltaik-Ausbildung
- Handlungsorientierter Unterricht und Förderung der beruflichen Handlungskompetenz
- Integration von Experimenten zur Vertiefung des Verständnisses
- Konzept und Umsetzung einer didaktischen Einheit basierend auf dem Lernsystem „PV-Inselanlage“
- Analyse des Potentials der Photovoltaik-Technologie
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung führt in das Thema der wissenschaftlichen Hausarbeit ein und beschreibt die Zielsetzung der Arbeit, die Entwicklung einer praxisorientierten didaktischen Einheit für die Aus- und Weiterbildung im Bereich Photovoltaik. Sie skizziert den Aufbau der Arbeit und erläutert die Methodik.
2 Fachwissenschaftlicher Teil: Dieser Kapitelteil bietet einen umfassenden Überblick über die Grundlagen der Photovoltaik. Es werden die Definition von Photovoltaik, die Prinzipien der Sonnenstrahlungsenergie, die Geschichte der Technologie sowie die Grundlagen der Halbleitertheorie detailliert erklärt. Die Funktionsweise von Solarzellen und -modulen wird ebenso umfassend beleuchtet wie der Aufbau und die Anwendung photovoltaischer Inselanlagen und ihr Potential. Der Abschnitt verbindet theoretische Grundlagen mit praktischen Anwendungen und legt die Basis für den didaktischen Teil der Arbeit.
3 Didaktischer Teil: Dieser Teil befasst sich mit den Anforderungen an die berufliche Bildung im Bereich Elektrotechnik. Es wird das Konzept der Handlungsorientierung ausführlich erläutert und seine Bedeutung für die berufliche Handlungskompetenz der Auszubildenden hervorgehoben. Der Abschnitt beschreibt ein didaktisches Konzept für eine Einheit zum Thema Photovoltaik, das auf experimentellem Lernen basiert und die Handlungskompetenz der Schüler fördert. Die Ziele und die Struktur der didaktischen Einheit werden detailliert dargestellt.
Schlüsselwörter
Photovoltaik, Solarzellen, Solarmodule, Inselanlage, didaktische Einheit, Handlungsorientierung, berufliche Handlungskompetenz, experimentelles Lernen, Aus- und Weiterbildung, Elektrotechnik, Sonnenenergie, Halbleitertheorie.
Häufig gestellte Fragen zur wissenschaftlichen Hausarbeit: Praxisorientierte Didaktische Einheit zur Photovoltaik
Was ist der Hauptfokus dieser wissenschaftlichen Hausarbeit?
Die Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung einer praxisorientierten didaktischen Einheit für die Aus- und Weiterbildung im Bereich Photovoltaik. Der Schwerpunkt liegt auf einem experimentellen Lernansatz zur Förderung der Handlungskompetenz der Auszubildenden.
Welche Themen werden im fachwissenschaftlichen Teil behandelt?
Der fachwissenschaftliche Teil bietet einen umfassenden Überblick über die Grundlagen der Photovoltaik. Behandelt werden die Definition von Photovoltaik, Sonnenstrahlungsenergie, die Geschichte der Technologie, Grundlagen der Halbleitertheorie (Festkörpermaterialien, innerer Photoeffekt, pn-Übergang, Halbleiterdiode), der Aufbau und die Funktionsweise von Solarzellen und -modulen, photovoltaische Inselanlagen (Aufbau, Akkumulator, Laderegler, Wechselrichter), sowie das Potential der Photovoltaik (Beitrag zur Stromerzeugung und Beschäftigungsstruktur).
Wie wird Handlungsorientierung im didaktischen Teil umgesetzt?
Der didaktische Teil erläutert die Anforderungen an die berufliche Bildung in der Elektrotechnik und das Konzept der Handlungsorientierung. Es wird die Bedeutung der beruflichen Handlungskompetenz hervorgehoben, das Lernfeldkonzept im Kontext der Elektrotechnik beschrieben und handlungsorientierter Unterricht, Leittexte und Experimente als didaktische Maßnahmen vorgestellt. Ein didaktisches Konzept für eine Photovoltaik-Einheit, basierend auf experimentellem Lernen, wird detailliert beschrieben (Ziele, Handlungsstruktur).
Welche Experimente werden im experimentellen Teil vorgeschlagen?
Der experimentelle Teil beschreibt verschiedene Experimentiersysteme und vorschläge im Rahmen des didaktischen Konzepts. Dies beinhaltet Experimente zu Kennlinien und Temperatureinfluss auf Solarmodule, Reihen- und Parallelschaltung von Solarmodulen, Abschattung von Solarmodulen und verschiedene Konfigurationen von Inselanlagen (mit und ohne Speicher, DC und AC).
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Schlüsselwörter sind: Photovoltaik, Solarzellen, Solarmodule, Inselanlage, didaktische Einheit, Handlungsorientierung, berufliche Handlungskompetenz, experimentelles Lernen, Aus- und Weiterbildung, Elektrotechnik, Sonnenenergie, Halbleitertheorie.
Welche Kapitel umfasst die Arbeit?
Die Arbeit gliedert sich in eine Einleitung, einen fachwissenschaftlichen Teil, einen didaktischen Teil, einen experimentellen Teil unter didaktischen Aspekten, eine Zusammenfassung und einen Ausblick sowie einen Anhang. Der fachwissenschaftliche Teil behandelt die Grundlagen der Photovoltaik sehr detailliert, während der didaktische Teil sich mit dem didaktischen Konzept für die Vermittlung dieses Wissens befasst. Der experimentelle Teil beschreibt praktische Übungen zur Vertiefung des Gelernten.
Welche Zielsetzung verfolgt die Arbeit?
Die Zielsetzung ist die Gestaltung einer praxisorientierten didaktischen Einheit für die Aus- und Weiterbildung im Bereich Photovoltaik, mit Fokus auf einem experimentellen Lernansatz zur Förderung der Handlungskompetenz der Auszubildenden. Es geht um die Entwicklung eines Konzepts und dessen Umsetzung, basierend auf dem Lernsystem „PV-Inselanlage“, und die Analyse des Potentials der Photovoltaik-Technologie.
- Quote paper
- Andre Küppers (Author), 2009, Experimentieren mit einer "PV-Inselanlage". Gestaltung einer praxisorientierten Unterrichtseinheit für die Aus- und Weiterbildung im Bereich Photovoltaik, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/339929
