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Gymnasium Bethel

Differenzierungskurs “Energie - Analytik”

Profil Naturwissenschaften

Dieser Kurs richtet sich an naturwissenschaftlich interessierte Schülerinnen und Schüler (SuS), die gerne experimentieren. Schwerpunkt des Kurses ist in der 8. Klasse das Thema Energie. Hier lernen die SuS mit vielen eigenen Experimenten verschiedene Energieformen und deren Erhaltung kennen.

Am Beispiel der Wärmeenergie wird eine Einheit für die Energie erarbeitet, untersucht wie viel Energie in Lebensmitteln steckt und wie ein Taschenwärmer funktioniert. Eine weitere Unterrichtsreihe behandelt die Dampfmaschine als Motor der Industrialisierung und endet bei der regenerativen Energiegewinnung. Eine großzügige Spende des Fördervereins ermöglicht es den SuS, ein umfassendes Verständnis verschiedener Zukunftstechnologien der erneuerbaren Energien zu erlangen (die Bezeichnung erneuerbare Energie ist aus streng physikalischer Sicht eigentlich falsch, hat sich im Sprachgebrauch aber etabliert).

Der Kurs behandelt in dieser Unterrichtsreihe Versuche zu den Themengebieten der Photovoltaik, der Windenergie und der Wasserstofftechnologie. Nach der Erarbeitung von Grundkenntnissen werden die Aufgaben durchaus komplexerer und so gelingt es in dem Kurs auch die Größenordnungen der gewonnenen elektrischen Energie mit der benötigten Energie für Elektrogeräte des Alltags zu diskutieren.

Fotos und Fragestellungen

Wie viel elektrische Energie kann ein Solarmodul erzeugen und lässt sich die Energie speichern?

Zunächst einmal untersuchen die SuS, wie sich die Leistung eines Solarmoduls verändert, wenn verschiedene Verbraucher (elektrische Geräte) angeschlossen werden. So wird der MPP (Maximum Power Point) ermittelt, bei der das Solarmodul die größte Leistung hat.
Später wird erforscht, wie sich die so erzeugte elektrische Energie mit Hilfe der Wasserstoff Technologie speichern lässt.

Messung mit dem Solarmodul

Ist es für die Feuerwehr gefährlich, ein brennendes Haus mit einer Photovoltaikanlage zu löschen?

Dieser Frage geht die folgende Gruppe nach und untersucht die Auswirkungen der unterschiedlichen Schaltung mehrere kleiner Solarzellen (Reihen- und Parallelschaltungen) auf die erzeugte Spannung und Stromstärke. Wenn es das Wetter ermöglicht, werden alle Messungen unter realen Bedingungen durchgeführt. So kann jeweils auch der Einfluss der Wetterverhältnisse bei den verschiedenen Gruppen mit untersucht und diskutiert werden.
Mit den Messungen bei unterschiedlichen Temperaturen wird auch verständlich, warum der Ertrag der Photovoltaikanlagen auf Hausdächern im Frühjahr größer ist als im Hochsommer. Betrachtet man allein die Sonnenscheindauer ist dies zunächst unverständlich.

Untersuchung der Bedeutung der Temperatur

Wo können Windkraftanlagen effektiv eingesetzt werden?

Die Nutzung von Wind als Energiequelle macht auch die Beantwortung folgender Fragen notwendig. Wie entsteht Wind? In welchen Gegenden ist die Wind-geschwindigkeit besonders hoch und welche Windkraftanlagen können an den verschiedenen Standorten effektiv eingesetzt werden.
Hier erforscht eine Gruppe die Abhängigkeit der Leistung einer Windanlage mit Dreiblattrotor von der Windgeschwindigkeit.  Später werden auch verschiedene Rotoren (vertikale und horizontale Drehachse, unterschiedliche Blattzahl) untersucht.

Messungen mit einem Dreiblattrotor