Sonne

Kraft der Sonne

Das Superkraftwerk Sonne ist die größte erneuerbare Energiequelle, die uns Menschen zu Verfügung steht. Im Inneren der Sonne herrschen Temperaturen von sage und schreibe 15 Millionen Grad Celsius. Die Sonne arbeitet wie ein Fusionsreaktor: Fortlaufend verschmilzt sie Wasserstoffkerne zu Helium und setzt dabei enorme Energiemengen frei.

Zwar gelangt nur ein kleiner Teil dieses Energiestroms durch die schützende Erdatmosphäre zu uns, aber selbst dieser kleine Teil ist 10000 Mal größer als der weltweite Energiebedarf in einem Jahr.

Wärme gewinnen durch Sonne

Solarthermie bedeutet, die Energie der Sonnenstrahlung in Wärme umzuwandeln. Diese Wärme wird genutzt, um warmes Wasser zu erzeugen und um Wohnungen und Häuser zu heizen.

Die Solarthermie macht sich einen physikalischen Effekt zunutze: Dunkle Oberflächen erwärmen sich schneller und stärker als helle. Während eine schwarze Oberfläche das Sonnenlicht fast vollständig absorbiert und damit schluckt, wirft eine weiße Oberfläche den größten Teil des Sonnenlichts wieder zurück. 

Dunkle Oberflächen haben einen höheren Absorptionsgrad, durch den sie mehr Sonnenenergie in Wärme umwandeln können als helle Oberflächen.

Sonnenstrahlen bündeln

Bündelt man die Sonnenstrahlen mithilfe von Spiegeln, lassen sich damit noch weitaus höhere Temperaturen erreichen, die sich sogar zur Stromerzeugung nutzen lassen, sogenannte Solarwärmekraftwerke.

Dass gebündelte Sonnenstrahlen tatsächlich ordentlich Hitze erzeugen können, zeigen professionelle Solarkocher, so genannte Parabolspiegel.

Die Sonnenstrahlen lassen sich auch mit einer Fresnellinse bündeln. 

Probiere die Linse in folgendem Experiment aus.

Solarturbine

Mit den Eigenschaften, die wir über Solarthermie bisher erfahren haben, können wir uns auch eine Solarturbine bauen.

Dafür brauchen wir:

• 1 Propeller aus unserer Box,
• 1 große Plastikflasche
• schwarze matte Farbe oder schwarzes Tonpapier
• 1 Korkscheibe (5 bis 8 mm dick)
• 5 Stecknadeln
• 1 spitze Schere

Schneide den oberen Teil der Flasche so ab, dass eine etwas 6cm große Öffnung entsteht. Im unteren Teil der Flasche schneidest du einen etwa 1cm breiten Schlitz über die Hälfte des Flaschenumfangs. (Lass dir gegebenenfalls von einem Erwachsenen helfen.)

Die Flasche besprühst oder bemalst du mit matter schwarzer Farbe. Alternativ beklebst du die Flasche mit schwarzem Tonpapier.

Bohre eine Stecknadel durch die Mitte der Korkscheibe.

Mit 4 weiteren Stecknadeln befestigst du die Korkscheibe mittig in der Flaschenöffnung. Die Nadelspitze zeigt nach oben.

Setze den Propeller auf die Nadelspitze.

Stelle die Flasche windgeschützt in die Sonne.

Was passiert?

Die schwarze Flasche absorbiert das Sonnenlicht fast vollständig. Die Energie der Lichtteilchen wird beim Auftreffen auf die schwarze Fläche in Wärmeenergie umgewandelt und erhitzt die Luft im Inneren der Flasche. Da warme Luft leichter ist als kalte, steigt ein warmer Luftstrom nach oben und setzt den Propeller in Bewegung. Durch den unteren Schlitz strömt kalte Luft nach, da ja nun wieder Platz ist. Solange ausreichend Sonnenlicht auf die Flasche scheint, wiederholt sich der Vorgang permanent und hält den Propeller in Bewegung.

Solarstrom für den Motor

Fällt ausreichend Licht auf eine Solarzelle, erzeugt diese Strom und kann zum Beispiel einen Motor antreiben.

Zum Ausprobieren brauchst du:

• 1 Solarmodul
• 1 Motor
• 2 Druckklemmen
• Papier
• Klebeband

Aus Papier bastelst du eine kleine Fahne und befestigst sie mit Klebeband an der Achse des Motors.

Verbinde die Anschlusskabel der Solarzelle mithilfe der Druckklemmen mit den Motorkabeln.

Trage deine Schaltung vorsichtig an einen Platz mit direkter Sonneneinstrahlung

Wie viel Licht braucht die Solarzelle?

Halte deine Hand über die Solarzelle, so dass sie einen Schatten wirft, und bewege sie langsam hin und her. Solange die Solarzelle ausreichend Licht erhält, dreht sich der Motor. Deckt der Schatten deiner Hand die Solarzelle vollständig ab, stoppt der Motor.