Arbeitsblatt: Sonne als Energiekraft

Solarzellen als Alternative Energie Katja Voinova 09.12.2010 PH S300/ H2010 Katja Voinova Inhalt Problem 3 1 Klimaveränderung als zukünftiges, globales Problem 3 2 Der Treibhauseffekt und seine Wirkung auf die Atmosphäre 3 3 2.1 Der natürliche Treibhauseffekt. 3 2.2 Der künstliche Treibhauseffekt . 3 2.3 Folgen und Auswirkungen einer globalen Erwärmung . 4 2.3.1 Auswirkungen auf das Klima und die Oberflächentemperatur . 4 2.3.3 Auswirkungen auf die Menschen . 5 Weniger CO2 . 6 3.1 4 Erneuerbare Energien 6 Geschichte der Photovoltaik . 7 Funktionsweise einer Solarzelle . 8 5 Unterrichtsverlauf . 10 1.Lektion . 10 2.Lektion . 12 6 Reflexion . 13 7 Quellen 14 Internet . 14 Bücher . 14 2 PH S300/ H2010 Katja Voinova Problem 1 Klimaveränderung als zukünftiges, globales Problem Das unterschiedliche Klima auf unserer Erde ist nicht nur auf die verschiedenen klimatischen Zonen, sondern auch auf die zeitliche Veränderung zurückzuführen. Das Klima ist seit der Entstehung der Erde, also seit ca. 4 Milliarden Jahren, in stetiger Veränderung. Man unterscheidet zwischen „natürlichen Klimaveränderungen, zum Beispiel Eiszeitalter, und den anthropogenen Klimaveränderungen, also solche die durch den Menschen verursacht werden. Die natürlichen Klimaveränderungen hatten kaum Einfluss auf die Biosphäre, d.h. auf den gesamten Raum aller lebenden Wesen, da sie über extrem lange Zeiträume stattgefunden stattfanden und die Umwelt sich so an sie anpassen konnte. Der Mensch strebt nach ständiger Verbesserung seines Lebensstandards, ohne Rücksicht auf den eigenen Lebensraum. So stört er diese Harmonie und beeinflusst das Klima stark durch den Treibhauseffekt. 2 Der Treibhauseffekt und seine Wirkung auf die Atmosphäre 2.1 Der natürliche Treibhauseffekt Der natürliche Treibhauseffekt ist eine Voraussetzung für das Leben auf der Erde. Ohne ihn würde die Durchschnittstemperatur auf der Erde -18C betragen. Die Hauptursache für diesen sehr willkommenen Nebeneffekt ist der atmosphärische Wasserdampf, der mit 62 am natürlichen Treibhauseffekt beteiligt ist. 2.2 Der künstliche Treibhauseffekt Menschliche Einwirkungen erhöhen den Anteil an Spurengasen in der Atmosphäre, der Strahlungshaushalt der Erde wird gestört, ein zusätzlicher Treibhauseffekt entsteht, das Klima der Erde verändert sich. Bei den klimarelevanten Spurengasen handelt es sich im Wesentlichen um Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Ozon (O3) und Distickstoffoxid (Lachgas) (N2O). Durch Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Erdöl, Erdgas und Kohle und Brandrodung der Wälder werden Unmengen von CO2 in die Atmosphäre freigesetzt. Methangas (CH4) wird durch die Gewinnung der fossilen Brennstoffe und unter anderem auch die Viehzucht freigesetzt. Die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) welche als Treibgase für Sprühdosen, oder Kältemittel in Kühlschränken eingesetzt werden, bergen ausser der Beteiligung am künstlichen Treibhauseffekt noch eine andere Gefahr, nämlich die Zerstörung der Ozonschicht. Das Ozonloch entsteht also auch durch eine Veränderung der Spurengase in der Atmosphäre, die Folge ist jedoch das vermehrte Auftreffen von gefährlichem UV-Licht auf die Erdoberfläche. 3 PH S300/ H2010 Katja Voinova Abbildung 1 2.3 Folgen und Auswirkungen einer globalen Erwärmung Um die Auswirkungen und Folgen einer globalen Erwärmung übersichtlicher zu gestalten, kann man zwischen 3 Aspekten differenzieren. Man unterscheidet einerseits die „primärem Folgen, also die Auswirkungen betreffend des Klimas und der Oberflächenerwärmung, andererseits die „sekundären Folgen, die Auswirkungen auf die einzelnen Sphären und schliesslich die „tertiären folgen, also die direkten und indirekten Auswirkungen auf die Menschen. 2.3.1 Auswirkungen auf das Klima und die Oberflächentemperatur Die Treibhausgase (welche wie bereits erwähnt mit immer höherer Konzentration in der Atmosphäre vorhanden sind) hindern viele der von der Erde ausgesandten Infrarotstrahlen daran, in den Weltraum zu entweichen. Daraus folgt eine Aufheizung der Troposphäre („Wetterschicht, im Bild hellblau), der bodennahen Schichten und schlussendlich der Erdoberfläche. Seit der industriellen Revolution, hat die globale Temperatur im Durchschnitt bereits um 0,7C zugenommen, was ein Beweis für eine anthropogene Klimaveränderung ist. Abbildung 2 4 PH S300/ H2010 2.3.2 Katja Voinova Auswirkungen auf die Hydrosphäre, Kryosphäre, Biosphäre und Atmosphäre1 Die am häufigsten diskutierte Gefahr, ist wohl ein globaler Anstieg des Meeresspiegels, welcher aber nicht durch das Abschmelzen des Landeises, sondern durch eine thermische Ausdehnung verursacht werden würde. Das Abschmelzen des Landeises (der Antarktis und Grönlands) ist bei hohen Erwärmungs- werten theoretisch auch möglich, würde aber mehrere Tausend Jahre beanspruchen. Noch ein Problem welches die Hydrosphäre betrifft, ist die Verschiebung von Meeresströmungen. Zum Beispiel könnte sich der Golfstrom in seiner Lage ändern oder sogar völlig zum erliegen Abbildung 3 kommen. Dies hätte extreme Folgen für das europäische Klima zufolge, da der Golfstrom der „Wärmelieferant Europas ist. (Diese Vorhersage ist allerdings ziemlich unsicher und nur durch Hypothesen gestützt). Weitere sekundären Folgen wären noch die Verschiebung der Vegetationszonen und damit auch ein Verlust an Artenvielfalt, da viele Pflanzen sich nur langsame an neue Umweltbedingungen gewöhnen können, Veränderungen der Niederschlagsmuster und auch das vermehrte Auftreten von tropischen Wirbelstürmen, bedingt durch die Ausdehnung der wärmeren Bereiche der Ozeane, welche für die Bildung der Taifune und Hurrikans benötigt werden. 2.3.3 Auswirkungen auf die Menschen Einerseits gibt es gesundheitliche Folgen für jeden Einzelnen, wie zum Beispiel eine durch ein wärmeres Klima bedingte Zunahme von Herz-Kreislauferkrankungen, Durchblutungsstörungen oder Atemwegerkrankungen wie Asthma (vor allem im Sommer). Die Erwärmung und die damit verbundene Expansion der tropischen und subtropischen Gebiete können zur Ausbreitung von Krankheitserregern führen und Gebiete durch Krankheiten wie Malaria in Gefahr bringen. Der Anstieg der Meeresspiegel kann einerseits zu Überschwemmungen und somit auch zur Zerstörung von Wohngebieten und Ernte führen, was wiederum viele „Umweltflüchtlinge zur Folge hat. Da nun das Problem und die möglichen Auswirkungen bekannt sind, geht es jetzt darum nach einer Lösung zu suchen. 1 Hydrosphäre: Wasserhülle der Erde; Kryosphäre: Eiskappen, Gletscher und Permafrostböden; Biosphäre: Der Bereich der Erde in welchem Leben vorkommt. 5 PH S300/ H2010 Katja Voinova Lösungsvorschläge 3 Weniger CO2 Wie bereits erläutert, ist Kohlenstoffdioxid (CO2), verursacht durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, das wichtigste Treibhausgas. Massnahmen zur Verringerung der CO2Konzentration müssen genau bei diesem Aspekt angesetzt werden. 3.1 Erneuerbare Energien Dies lässt sich vor allem durch eine rationelle Energienutzung und den Gebrauch von erneuerbaren Energieträgern durchführen. Ohne ihren heutigen Lebensstandard zu verlieren, ist es für die Bewohner der Industrieländer möglich, die Kohlendioxid-Emissionen durch eine effektive Energienutzung um die Hälfte zu reduzieren (Rabe, 1990, S.80). Kurzfristige Möglichkeiten zur Verringerung des Energieverbrauchs sind vor allem im Verkehrsbereich zu finden. In einer Verlagerung des Individualverkehrs mit dem Auto auf die öffentlichen Verkehrsmittel und auch in der so heftig umstrittenen, spürbaren Erhöhung des Benzinpreises durch steuerliche Maßnahmen besteht auf jeden Fall eine kurzfristig einsetzbare Möglichkeit zur Verringerung des Energieverbrauchs. Wichtig ist hierbei, dass dies auf breiter Ebene geschieht und nicht nur in einigen Ballungszentren. Deshalb ist es unerlässlich, den Einzugsbereich öffentlicher Verkehrsmittel auszuweiten und die Attraktivität anderer Verkehrsmittel wie zum Beispiel dem Fahrrad zu erhöhen. Kurzfristig bietet sich ebenfalls die Maßnahme an, Filter in Industriebetrieben und Katalysatoren in Autos einzusetzen, allerdings können diese Möglichkeiten zumindest in Deutschland wohl größtenteils als ausgeschöpft gelten. Mittelfristig sind wohl die effektivsten Maßnahmen zur Verringerung des Energieverbrauchs möglich: Der wohl wichtigste Punkt ist hierbei die Wärmedämmung, da das Heizen mit 75 (Borsch/Wiedemann, 1992, S.106) des Gesamtenergiebedarfs den größten Teil der benötigten Energie in Privathaushalten darstellt. Außer einer rationellen Energienutzung, d.h. einer möglichst effektiven Anwendung der vorhandenen Energieträger, ist es mittelfristig auch sinnvoll, von fossilen auf regenerative Energieträger umzusteigen. Dazu gehören unter anderem die Wasserkraft, die Solarenergie, die Windenergie und Erdwärme. Das Potential zur Nutzung von Wasserkraft muss unter ökologischen Gesichtspunkten in Deutschland schon als ausgeschöpft angesehen werden. Die Solarenergie, bei der man zwischen der Wärmegewinnung durch Kollektoren und der direkten Stromerzeugung durch photovoltaische Zellen unterscheidet, bietet jedoch noch große Einsatzmöglichkeiten. Die Windenergie ist in Deutschland nur auf ungefähr 10 der Fläche (Schönwiese/Diekmann, 1987, S.195) wirtschaftlich nutzbar. Im Gegensatz dazu lässt sich die Erdwärme in größerem Maßstab nutzen und ist deshalb zur zukünftigen Anwendung sicher nicht uninteressant. Global betrachtet gibt es für die einzelnen regenerativen Energieträger auf jeden Fall noch erweiterte Einsatzmöglichkeiten, zum Beispiel die Wüste zur Gewinnung von Solarenergie oder Gebiete mit beständigem starkem Wind (Passate) zur Nutzung von Windenergie. Die erneuerbaren Energieträger müssen auf jeden Fall immer 6 PH S300/ H2010 Katja Voinova stärker eingesetzt werden und die fossilen Energieträger ablösen, wenn der besprochene erste Weg gegangen werden soll. 4 Geschichte der Photovoltaik2 Die Geschichte der Photovoltaik beginnt bereits 1839, als der französische Physiker Alexandre-Edmond Becquerel das erste photoelektrische Element konstruierte. Dieses bestand aus einem Topf, der in der Mitte durch eine Membran geteilt war, die zwar für Flüssigkeiten, nicht aber für Licht durchlässig war. Dieser Topf wurde mit einer Lösung gefüllt und auf jeder Seite eine Platinelektrode eingetaucht. Die Elektroden waren über ein empfindliches Galvanometer elektrisch leitend verbunden. Dadurch, dass der Deckel des Topfes auch halbiert war, konnte eine Seite abgedunkelt werden, wobei auf die andere Sonnenlicht einwirkte. Es stellte sich ein, am Galvanometer ablesbarer, Potentialunterschied ein. Der photoelektrische Effekt war somit entdeckt, konnte aber mit dem damals vorherrschenden Masse-Kugel-Atommodell noch nicht erklärt werden. Der nächste Schritt in der Geschichte der Solarzelle war die Entwicklung der Selenzelle durch Willoughby Smith. Im Jahre 1873 stellte er fest, dass sich die Leitfähigkeit von Selen unter Lichteinstrahlung um das ca. 1000-fache erhöht. Damit war nicht nur der erste Halbleiter entdeckt, sondern auch die Grundvoraussetzung geschaffen um schließlich 1877 die erste Selensolarzelle zu konstruieren. Diese hatte jedoch nur einen Wirkungsgrad von ca. 1 und war, wegen des teuren Selens, sehr unwirtschaftlich. Abbildung 4 Das erste photoelektrische Element von Becquerel Der Photoeffekt, der ja Grundlage dieser Technologie ist, widersprach der von James Clerk Maxwell 1865 aufgestellten Wellentheorie des Lichts. Aus diesem Grund fehlte noch die theoretische Erklärung zur Photovoltaik. Diese lieferte Albert Einstein im Jahre 1905 mit seiner Theorie des Quantencharakters von Licht. Diese besagt nämlich, dass Licht nicht nur als elektromagnetische Schwingung, sondern auch als Abfolge von Teilchen verstanden werden will. Diese energiereichen Teilchen nennt man Photonen. Wird also ein Material dem Licht ausgesetzt, wird es ständig von Photonen getroffen. Dadurch kann es zu einer Herauslösung von Elektronen aus dem Material kommen. Die Folge ist entweder eine positive Aufladung des Materials oder eine Erzielung von Leitfähigkeit. Von da an ruhte die Geschichte der Photovoltaik für fast 50 Jahre. Doch nachdem 1949 von Brattain, Shockley und Bardeen die Physik der Halbleiter erforscht worden war, stand auch der Weg für neue Solarzellen offen. Die erste Entwicklung entstand bereits im Jahre 1951 und war eine auf Germanium basierende Solarzelle. Weitaus wichtiger aber war 1954 die Entwicklung der ersten Silizium-Zelle durch die Wissenschaftler Pearson, Fuller und Chapin in 2 Übernommen aus 7 PH S300/ H2010 Katja Voinova den Bell Laboratories, USA. Diese hatte einen Wirkungsgrad von etwa 6 und war für die Raumfahrt gedacht. Drei Jahre später startete dann auch der erste mit Solarzellen bestückte Satellit ins Weltall. Die neue Technik war natürlich noch nicht für jedermann nutzbar, da sie aufgrund der geringen Stückzahlen und Wirkungsgrade sehr teuer und unwirtschaftlich war. Nach der Ölkrise aber entstanden in den 70er Jahren sehr viele neue Forschungsstationen, die sich auf diese Technologie konzentrierten. Von da an war der Vormarsch der Photovoltaik nicht mehr aufzuhalten. Die Folgezeit war geprägt von Weiter- und Neuentwicklungen und kontinuierlichen Steigerungen der Wirkungsgrade. Heutige Multispektralzellen erreichen bereits einen Wirkungsgrad von bis zu 31 %. Funktionsweise einer Solarzelle Die Funktionsweise einer Solarzelle baut unter anderem auf dem Atommodell nach Bohr auf. Es besagt nämlich, dass der Atomkern von Elektronen auf verschiedenen Energieniveaus umkreist wird. Führt man dem Atom von außen Energie zu, so kann man die Elektronen auf höhere Bahnen soweit anheben, bis sie durch Ionisation vollständig vom Kern gelöst sind. Geschieht eine solche Anhebung durch die im Licht vorhandenen, energiereichen Photonen spricht man vom Photoeffekt. Man unterscheidet zwischen äußerem und innerem Photoeffekt, auf Ersteren soll aber hier, aufgrund der Bedeutungslosigkeit für die Photovoltaik, nicht genauer eingegangen werden. Da sich der innere Photoeffekt stets in Molekülen oder Festkörpern abspielt, muss er mit Hilfe des Bändermodells erklärt werden. Die Energieniveaus liegen in diesem Fall, aufgrund der Wechselwirkungen zwischen den Elektronen verschiedener Atome, viel dichter beieinander als in Einzelatomen. In Festkörpern sogar so nah, dass eine Auftrennung unmöglich ist. Deshalb fasst man sie durch sogenannte Energiebänder zusammen. Das letzte vollständig gefüllte Band wird als Valenzband, das darauffolgende, welches entweder teilweise gefüllt oder ganz leer sein kann, als Leitungsband bezeichnet Bei Halbleitern ist das Leitungsband leer. Bei ihnen allerdings ist der Bandabstand gering genug, um von einer Vielzahl von Elektronen übersprungen zu werden. Dieser Umstand macht ihre Leitfähigkeit abhängig von Licht und Wärme, welche als Energielieferanten für die Anhebung der Elektronen agieren. Wird nun ein Halbleiter mit Licht bestrahlt, so werden laufend die energiereichen Photonen durch das betreffende Material absorbiert und führen ihm somit Energie zu. Ist die Energie groß genug, kann ein Elektron aus dem Valenzband angehoben werden, so dass es frei beweglich ist und das Material leitfähig macht. Man spricht von der Eigenleitung eines Halbleiters. Übrig bleibt außer dem freien Elektron ein sogenasogenanntesDefektelektron oder Loch. Abbildung 5 Anhebung von Elektronen ins Leitungsband 8 PH S300/ H2010 Katja Voinova Zur Stromerzeugung reicht die Eigenleitung allein allerdings nicht aus. Dazu ist nämlich auch noch die Störstellenleitung von erheblicher Bedeutung. Sie basiert auf einer gezielten Verunreinigung von Halbleitern mit Fremdatomen, der Dotierung. Bei der Dotierung wird ca. jedes Millionste Atom im Kristallgitter durch ein Fremdatom ersetzt. Die Folge ist eine leichtere Erzielung von Leitfähigkeit. Je nachdem, ob Fremdatome mit mehr oder weniger Aussenelektronen eingebaut wurden, wird das Material n- oder p-leitend. Die Besonderheit an n-bzw. p-Leitern ist, dass ein n-Leiter nur für Elektronen und ein p-Leiter nur für Löcher leitfähig ist. Eine Solarzelle ist aus einer n- und einer p-leitenden Platte aufgebaut. Dadurch entsteht ein pn-Übergang. Die Löcher aus dem p-Gebiet und die Elektronen aus dem n-Gebiet versuchen nun jeweils in das andere Gebiet zu diffundieren. Dadurch entsteht am pn-Übergang eine Sperrschicht mit wenig freien Ladungsträgern. Durch Zurückbleiben von negativen bzw. positiven Dotieratomen baut sich ein elektrisches Feld in der Raumladungszone auf. Die Diffusion wird durch dieses elektrische Feld, welches ihr entgegenwirkt, bei Erreichen einer bestimmten Diffusionsspannung gestoppt. Abbildung 6 Ausbildung einer Raumladungszone Bei Bestrahlung mit Licht werden Elektronen und Löcher frei, die dann durch das elektrische Feld ins n-Gebiet bzw. p-Gebiet wandern. Es findet eine Ladungstrennung statt. Ist die Sperrschicht überquert ist keine Rekombination von Loch und Elektron mehr möglich. Greift man die so entstehende elektrische Aufladung der beiden Gebiete mit Metallkontakten ab, so fließt Strom, der Photostrom. Abbildung 7 Schematische Darstellung einer Solarzelle 9 PH S300/ H2010 5 Katja Voinova Unterrichtsverlauf 1.Lektion Die Schülerinnen und Schüler erstellen ein Placemat zum Thema globale Erwärmung und Klimawandel. 1. Jeder Schüler schreibt seine Gedanken zu genannten Thema auf seinem Teil des Placemats auf. 2. Die Schüler haben Zeit um die Gedanken der anderen durchzulesen. 3. Gemeinsam entscheiden die Schüler, was sie in der Mitte als Zusammenfassung aller Ideen notieren wollen, und stellen dies anschliessend vor. Die wichtigsten Stichworte werden an der Wandtafel zusammengetragen. Die SuS bearbeiten das Arbeitsblatt 1. Jeder liest es zuerst still für sich, danach können die Aufgaben als Partnerarbeit gelöst werden. Arbeitsblatt 1: Der anthropogene Treibhauseffekt 10 PH S300/ H2010 Katja Voinova Der durch menschliche Aktivitäten verursachte Klimawandel verstärkt paradoxerweise einen Effekt, durch den das Leben auf der Erde erst möglich wurde. Die so genannten Treibhausgase in der Erdatmosphäre vermindern die Wärmerückstrahlung von der Erdoberfläche in das Weltall und speichern die entsprechende Energie in der Erdatmosphäre. Ohne den natürlichen Treibhauseffekt, der vor allem durch den in der Atmosphäre vorhandenen Wasserdampf (vor allem Wolken) und Kohlendioxid (aus organischen Kreisläufen) herbeigeführt wird, läge die bodennahe Durchschnittstemperatur der Erde nicht bei etwa 14 C, sondern ungefähr bei -19 C. Neben diesen lebensnotwendigen natürlichen Treibhauseffekt tritt jedoch seit Beginn der Industrialisierung im 19. Jahrhundert der menschlich verursachte (anthropogene) Treibhauseffekt. Er ist auf den rapiden Anstieg der Emissionen von Kohlendioxid (CO 2), Methan (CH4), Lachgas (N2O) und anderen synthetischen Gasen zurückzuführen, die sich in der Atmosphäre konzentrieren. So ist die Konzentration von CO2 in der Erdatmosphäre seit dem vorindustriellen Zeitalter von 280 ppmv (parts per million in volume, Millionstel Volumenanteile) auf aktuell 375 angestiegen, bei Methan stieg die Konzentration von 730 ppbv (parts per billion in volume, Milliardstel Volumenanteile) auf 1852 ppbv, bei Lachgas von 270 auf 319 ppbv. Andere Treibhausgase wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), wasserstoffhaltige Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW, englisch: HFC) oder perfluorierte Kohlenwasserstoffe (FKW, englisch: PFC) und Schwefelhexfluorid (SF 6) kommen in der natürlichen Zusammensetzung der Erdatmosphäre nicht vor. Sie sind in ihren Konzentrationen während der letzten Jahre erheblich gestiegen []. Eine besondere Brisanz ergibt sich bei den synthetischen Treibhausgasen FCKW, HFKW, FKW und SF 6, weil sie teilweise außerordentlich lange in der Atmosphäre verweilen (bei SF 6 beispielsweise 3200 Jahre) sowie eine durchgängig sehr hohe Treibhauswirkung haben. Weitgehend zweifelsfrei nachgewiesen ist inzwischen, dass diese Erhöhung der Treibhausgaskonzentrationen maßgeblich zu der im letzten Jahrhundert beobachteten Erhöhung der globalen bodennahen Durchschnittstemperatur von ca. 0,6 C 0,2 C) beigetragen hat. Nun hat es natürliche Schwankungen bei den Durchschnittstemperaturen innerhalb sehr langer Perioden immer gegeben (Warm- und Kaltzeiten). Besorgnis erregend ist aber nicht nur die Größenordnung des Temperaturanstieges, sondern vor allem dessen Geschwindigkeit. Niemals in den letzten 1000 Jahren ist ein derartig schneller Temperaturanstieg verzeichnet worden. Gleichzeitig ist die Konzentration des wichtigsten Treibhausgases CO2 in den letzten 20 000 Jahren niemals so schnell angestiegen. Sie verzeichnet heute Werte, die in den vergangenen hunderttausend Jahren nicht erreicht wurden. Projektionen für die zukünftige Entwicklung der Treibhausgasemissionen und Modellrechnungen für die daraus resultierenden Klimaeffekte zeigen, dass die weltweite bodennahe Durchschnittstemperatur gegen Ende des 21. Jahrhunderts im Vergleich zu 1990 um zwischen 1,4 und 5,8 C ansteigen könnte. Diese Bandbreite der Temperaturprognosen ist nicht nur auf wissenschaftliche Unsicherheiten zurückzuführen, sondern berücksichtigt verschiedene Emissionsverläufe. Setzen sich die heute beobachteten Emissionstrends fort, so ist für das Jahr 2100 mit einer Temperaturerhöhung von circa 3 bis 3,5 C (bei einer Unsicherheit der Modelle von etwa 1 C) zu rechnen. Die Folgen einer solch großen und schnellen Temperaturerhöhung können gravierend sein. 11 PH S300/ H2010 Katja Voinova Aufgaben: Arbeitet anhand der Grafik und des Textes heraus: 1. Der natürliche Treibhauseffekt ist eine wichtige Lebensgrundlage für das Leben auf dem Planeten Erde. Was ist der anthropogene Treibhauseffekt, von dem man heute spricht? Warum geht von ihm eine Gefahr für das Leben auf der Erde aus? 2. Wo liegen die Ursachen für den anthropogenen Treibhauseffekt? 3. Welche Folgen ergeben sich für Ökosysteme und den Menschen? Das Arbeitsblatt wir ebenfalls im Plenum besprochen und die Antworten ins Heft notiert. 2.Lektion In dieser Lektion geht es um die verschiedenen erneubaren Energien und um die Nutzung der Sonnenenergie. Die Lehrperson macht einen Übergang von der letzten Lektion zum Treibhauseffekt zu der zweiten Lektion. Die Schüler erstellen an der Wandtafel ein Mindmap zum Thema: „Welche erneubaren Energien kenne ich und woher? Danach erfolgt ein kurzer Input der Lehrperson über die Entdeckung der Photovoltaik durch Alexandre Becquerel. Die SuS überlegen sich zu zweit den Unterschied zwischen Solarzellen und Sonnenkollektoren. Basteln einen Sonnenkollektor (Büchse schwarz anmalen, mit Wasser füllen) und stellen ihn an die Sonnen. Die Wassertemperatur wird gemessen. Am Schluss der Stunde wird die Wassertemperatur nochmals überprüft. Ein Link auf den ich zufälligerweise gestossen bin, bietet eine sehr grosse Auswahl an verschiedenen Unterrichtseinheiten. Scheint sich sehr gut für das Thema der erneuerbaren Energien zu eignen. 12 PH S300/ H2010 6 Katja Voinova Reflexion Ich habe mich sehr spontan für dieses Thema entschieden. Ich habe mir die Arbeit anders vorgestellt, als sie schlussendlich herausgekommen ist. ich wollte ursprünglich den Umweltaspekt stärker gewichten, was aber ziemlich schwierig war, da ich über kein so grosses Wissen zu diesem Thema verfügte. Es gibt im Internet sehr viele Informationen zur Solarenergie, was es aber auch nicht einfacher macht. Ich war dann auch eher froh darüber, dass ich übersehen hatte, dass die Arbeit eher geschichtlich sein sollte. Das hat mir schlussendlich vieles erleichtert. Ich habe sehr vielversprechende Unterrichtsideen gefunden, unterstützt von didaktischen Überlegungen. Das Thema ist sehr gut für sie Sekundarstufe geeignet. Es behandelt ein gegenwärtiges Problem und soll die Schüler auch ein bisschen über ihren eigenen Lebensstil nachdenken lassen. 13 PH S300/ H2010 7 Katja Voinova Quellen Internet Bücher Astrid Kugler: Die Erde, unser Lebensraum. Lehrmittelverlag des Kantons Zürich, 1999. 14