Die wärmende Kraft der Sonne

Die Lehrperson fragt nach zwei Freiwilligen, die stellvertretend für die Klasse drei in unterschiedlichen Farben bemalte Getränkekartons (schwarz, weiß, mittlere Farbe) mit kaltem Wasser befüllen. Zwei weitere Freiwillige messen nun mit einem Thermometer die Temperatur des Wassers, die in allen Getränkekartons gleich sein sollte. Die Ergebnisse werden auf der Tafel für alle sichtbar notiert. Anschließend werden die Kartons in die pralle Sonne gestellt.

Die Lehrperson und die Lernenden gehen nach draußen (Schulhof, Park etc.). Die Lernenden haben nun 5 Minuten Zeit, um zwischen sonnigen und unterschiedlich stark beschatteten Orten zu spazieren und unterschiedliche Flächen zu berühren (z. B. Hauswände, den Boden, die Wiese …). Dabei sollen sie auf folgende Aspekte achten:

• An welchen Orten spürt man die Wärme der Sonne besonders stark?
• Welche Flächen nehmen die Sonnenstrahlung stärker auf (absorbieren)? Woran bemerkt man dies?
• Welche Flächen nehmen die Sonnenstrahlung weniger stark auf und werfen sie zurück (reflektieren)?

Anschließend versammeln sich alle in einem Kreis und das Erlebte wird ins Plenum getragen. Zu welchen Antworten sind die Lernenden gekommen? Was hat sie ggf. überrascht?

Info für die Lehrperson: Glatte und helle Flächen reflektieren einen höheren Anteil der eintreffenden Strahlung, während dunkle Flächen ein großes Spektrum an Licht absorbieren und sich dadurch erwärmen.

Alle Energie auf der Erde ist umgewandelte Sonnenenergie, was die Sonne zur wichtigsten natürlichen Energiequelle der Erde macht. Beispielsweise nutzt Windkraft zur Energieerzeugung Temperaturunterschiede in der Luft, die von der Sonneneinstrahlung verursacht werden. Durch Bewegungen in der Luft – dem Wind – werden die Unterschiede ausgeglichen. Auch Wasserkraft wird erst durch Sonnenenergie ermöglicht, da diese Verdunstung, Niederschlag und den gesamten Wasserkreislauf reguliert und beeinflusst.

Die direkte Nutzung der Sonnenenergie basiert auf dem Prinzip, dass das Sonnenlicht auf bestimmten Flächen besonders stark absorbiert wird. Solarthermie-Anlagen nutzen dies zur Wärmeerzeugung, wohingegen Photovoltaik-Anlagen zur Stromerzeugung genutzt werden.

In Paaren überlegen die Lernenden, welche Vor- und Nachteile/Herausforderungen bei der Nutzung von Sonnenenergie entstehen können. Die Ergebnisse werden danach ins Plenum getragen und diskutiert. Folgendes Informationsvideo zu Solarthermie und Photovoltaik wird anschließend gemeinsam angesehen (heizung.de erklärt: Die Solarthermie) und ggf. verbleibende Fragen geklärt.

Die Lernenden sollen nun aufgrund der bisherigen Informationen selbst einschätzen und diskutieren, in welchem der Getränkekartons das Wasser am stärksten erhitzt und eine Reihung bis zum kühlsten Karton vornehmen.

Am Ende der Stunde können die Lernenden die Wassertemperatur testen und die erwarteten Temperaturunterschiede gefühlsmäßig überprüfen. Zudem wird erneut in jedem Karton die Wassertemperatur gemessen, notiert und überprüft, ob das gefühlte Erleben mit der objektiven Temperatur übereinstimmt.

Weiterführung: Im Idealfall kann nach 2-3 Stunden (je nach Sonneneinstrahlung) das Experiment erneut ausgewertet und die Temperatur des Wassers über einen längeren Zeitraum evaluiert werden.