Strom aus der Sonne

Teaser „Strom aus der Sonne“

Was wird vermittelt?

Wie funktioniert eine Solarzelle? Was ist Solarenergie?

Im Experiment „Strom aus der Sonne“ lernen Kinder spielerisch, wie Solarzellen funktionieren und wie Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt wird. Sie setzen einen Propeller mit Solarenergie in Gang und messen die Stromstärke bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen. Dabei untersuchen sie, welchen Einfluss eine abgedeckte Fläche der Solarzelle sowie der Einfallswinkel des Lichts auf die Stromproduktion haben. Abschließend können sie ihr Wissen im optionalen Expertentest anwenden, indem sie eine Solaranlage auf einem Schuldach platzieren und korrekt ausrichten.

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Schritt-für-Schritt-Anleitung für den Einsatz im Unterricht

Dauer: ca 30-40 Minuten

Lernziel: Die Schülerinnen und Schüler lernen, wie Solarzellen Strom aus Sonnenlicht erzeugen und wie verschiedene Faktoren wie die Beleuchtungsstärke und der Neigungswinkel der Photovoltaikpanele die Stromerzeugung beeinflussen.

Einstieg

Die Lernenden betreten das virtuelle Labor und folgen der Einführung von Dr. Blubber. Dabei erfahren sie, wie eine Solarzelle funktioniert und wie sie Licht in Strom umwandelt. Eine Animation erklärt den Prozess der Stromerzeugung durch Sonnenlicht, wenn Sonnenstrahlen die in Solarzellen befindlichen Elektronen zum Schwingen bringen.

Schritt 1: Materialien auswählen

Nun suchen die Lernenden die benötigten Materialien im virtuellen Materialschrank.
  • eine Solarzelle
  • eine Stehlampe
  • einen Propeller
  • zwei Kabel
  • einige Winkelblöcke
  • ein Strommessgerät
  • ein Blatt Papier
Hinweise helfen den Lernenden bei der Auswahl.

Schritt 2: Solarzelle anschließen

Die Lernenden verbinden die Solarzelle über zwei Kabel mit dem Propeller. Anschließend schalten sie die Lampe ein, damit die Solarzelle „Sonnenlicht“ erhält und Strom erzeugen kann.

Schritt 3: Stromerzeugung messen

Durch das Licht der Lampe, das auf die Solarzelle trifft, wird der Propeller durch den erzeugten Strom in Bewegung gesetzt. Die Lernenden verbinden nun das Strommessgerät über das obere Kabel mit dem Propeller und der Solarzelle, um die erzeugte Stromstärke zu messen. Die Lampe wird erneut eingeschaltet. Das Messgerät zeigt den Wert 160 mA, der automatisch im Messprotokoll des Forscherpads eingetragen wird.

Schritt 4: Solarzelle abdecken, Stromstärke messen und protokollieren

Die Lernenden decken nun einen Teil der Solarzelle mit dem Blatt Papier ab, um zu simulieren, was bei wolkigem Wetter passiert. Sie messen, wie sich dadurch die Stromstärke verändert. Zuerst wird das obere Viertel abgedeckt und der Messwert (120 mA) aktiv in das Messprotokoll eingetragen. Danach wird die Hälfte abgedeckt (80 mA), dann drei Viertel (40 mA) und schließlich die komplette Solarzelle (0 mA).

Schritt 5: Diagramm erstellen und Ergebnisse interpretieren

Ein Diagramm der Messergebnisse wird erstellt. Es zeigt, dass die Stromstärke abnimmt, je mehr von der Solarzelle abgedeckt wird. Die Lernenden beantworten die Frage, was man außerdem noch aus dem Diagramm lernen kann – die erzeugte Stromstärke nimmt gleichmäßig ab, d. h. die Solarzelle erzeugt nur noch mit der bestrahlten Fläche Strom.

Schritt 6: Winkel der Solarzelle ändern

Nun sollen die Lernenden den Winkel der Solarzelle anpassen, um herauszufinden, wie der Winkel des Lichteinfalls die Stromerzeugung beeinflusst. Sie legen nacheinander vier 20°-Winkelblöcke unter die Solarzelle und sehen auf dem Messgerät, wie sich der Strom verändert (20°: 128 mA, 40°: 96 mA, 60°: 64 mA, 80°: 32 mA). Die Lernenden tragen auch diese Messwerte in ihr Protokoll ein.

Schritt 7: Zusammenhang zwischen Einfallswinkel und Stromerzeugung verstehen

Dr. Blubber fragt die Lernenden, in welcher Position die Solarzelle am meisten Strom erzeugt - wenn sie genau senkrecht zum Licht steht. Ein Erklärfilm verdeutlicht, wie sich die Stromleistung abhängig vom Einfallswinkel des Lichts auf die Solarzelle verändert.

Schritt 8: Aufräumen

Die Lernenden entscheiden, ob sie das virtuelle Labor selbst aufräumen oder dies automatisch erledigen lassen möchten. Wenn sie sich für das selbstständige Aufräumen entscheiden, müssen sie die benutzten Materialien korrekt sortieren.

Expertentest (optional)

Im Expertentest können die Lernenden ihr neu erworbenes Wissen unter Beweis stellen, indem sie ein geeignetes Dach (nach Süden ausgerichtet, große Fläche) für die Installation einer Solarzelle auswählen und den Winkel anpassen (15°). Zum Schluss gibt Dr. Blubber noch wichtige Tipps und Faustregeln für die Stromerzeugung mit Solarzellen. Die Lernenden erhalten ein Expertendiplom, wenn sie den Test vollständig bis zum Ende durchführen.

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