Strom aus Sonnenlicht: Mit Solarenergie das Weltall erkunden

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler die Solarenergie kennen und wie diese genutzt werden kann, um Strom für den Verbrauch auf der Erde zu erzeugen.

  • Physik / Astronomie / Technik / Sache & Technik
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
  • 2-3 Unterrichtsstunden
  • Arbeitsblatt, Experiment, Ablaufplan
  • 2 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Solarenergie wird oft für Raumfahrtmissionen genutzt, da sie die einzige Energiequelle ist, die nicht mit dem Raumschiff gestartet werden muss und das Raumschiff mehrere Jahre lang mit Strom versorgen kann. In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler zwei physikalische Gesetze kennen, die das Design von Solarmodulen für Raumfahrtmissionen beeinflussen: das Abstandsgesetz (auch reziprokes Quadratgesetz oder quadratisches Entfernungsgesetz) und den Einfallswinkel.

Die Lernenden führen zwei einfache Untersuchungen mit einer Photovoltaikzelle (Solarzelle) und einer Lichtquelle durch. Zuerst messen sie, wie sich die von den Solarzellen erzeugte Leistung mit der Entfernung von der Lichtquelle ändert und versuchen, das Abstandsgesetz für die Strahlungsintensität experimentell zu ermitteln. Die Lernenden führen dann ein zweites Experiment durch, um die Abhängigkeit der Leistung der Solarzelle vom Einfallswinkel zu untersuchen. Schließlich werden sie diese Konzepte auf echte ESA-Raumfahrtmissionen anwenden.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

Didaktisch-methodischer Kommentar

Die Schülerinnen und Schüler erkennen in dieser Unterrichtseinheit den Nutzen von Solarenergie und verstehen die Abläufe, die bei der Umwandlung von Lichtenergie in Strom stattfinden. Dabei wird die Bedeutung des Einfallwinkels der Sonneneinstrahlung behandelt und wie deren Intensität zu berechnen wird. Anschließend wird der Aufbau und die Funktionsweise einer Solarzelle behandelt. Um das Erlernte zu verinnerlichen und anzuwenden, werden daraufhin Experimente zu den Themen Abstandsgesetz und Einfallswinkel durchgeführt. Zudem werden eigene Stromkreisläufe mit Solarzellen gebaut. Dabei machen sich die Schülerinnen und Schüler sich mit der elektrischen Spannung, der Stromstärke, der Leistung und der Strahlungsintensität vertraut. Zuletzt werden die Anforderungen an die Solarenergie in der praktischen Anwendung bei Weltraummissionen untersucht.

  • Altersgruppe: 14-18 Jahre
  • Schwierigkeitsgrad: mittel
  • Vorbereitungszeit: Eine Stunde
  • Kosten: gering

Unterrichtsmaterial "Strom aus Sonnenlicht" zum Download

Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler

  • verstehen, was Strahlungsintensität ist und lernen sie zu berechnen.
  • erfahren den Aufbau und die Funktionsweise von Solarzellen.
  • lernen die Bedeutung des Einfallswinkels kennen und führen Experimente dazu durch.
  • führen Experimente zum Abstandsgesetz durch.
  • analysieren Daten und stellen diese graphisch dar.
  • bauen und gestalten eigene Stromkreise mit Solarzellen.
  • machen sich mit der elektrischen Spannung, der Stromstärke, der Leistung und der Strahlungsintensität vertraut.
  • untersuchen die Anforderungen an Solarenergie bei ihrem Einsatz bei Weltallmissionen.

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Lizenzinformation

Frei nutzbares Material
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In Kooperation mit

ESERO Germany

Dieses Material wird angeboten von ESERO Germany, dem European Space Education Resource Office in Deutschland. ESERO ist ein gemeinsames Projekt der European Space Agency (ESA) und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).