03.11.2025 10:30 bis 03.11.2025 15:00

Die Kraft der Sonne

Swiss International School Basel

Die Sonne und ihre Bedeutung für die Erde
Die Sonne ist lebenswichtig für die Erde. Ohne sie wäre unser Planet dunkel, gefroren und leblos.
Sie ist ein gigantischer Ball aus heissem Plasma. Im Inneren laufen Kernfusionsprozesse ab: Zwei Atomkerne verschmelzen zu einem neuen Kern. Bei der Fusion von Wasserstoff zu Helium entsteht enorm viel Energie und je mehr Helium dazu kommt, desto heller und wärmer strahlt die Sonne. Unsere Sonne ist im Vergleich zur Erde riesig, im Vergleich zu anderen Sternen jedoch eher klein. Wäre sie hohl, könnten rund eine Million Erden in ihr Platz finden. Mit einem Gewicht von 1'989'000'000'000'000'000'000'000'000'000 kg macht sie 99,86 % der gesamten Masse unseres Sonnensystems aus. Zur Veranschaulichung nutzen wir im Unterricht eine blaue Stecknadel (Erde) und einen gelben Schaumstoffball (Sonne). Der massstabsgetreue Abstand zwischen beiden beträgt im Klassenzimmer rund zehn Meter.

Die Sonne bewegt sich um das Zentrum der Milchstrasse, während sich die Erde um die Sonne dreht. Durch Erdrotation und Neigung der Erdachse entstehen Tag und Nacht sowie die Jahreszeiten. Das Sonnenlicht benötigt 8 Minuten und 20 Sekunden, um uns zu erreichen. Ihre Wärme kann nicht direkt über diese Distanz transportiert werden – sie entsteht erst auf der Erde, wenn Licht absorbiert und in Wärme umgewandelt wird.

Nahezu alle Energieformen auf unserem Planeten haben ihren Ursprung bei der Sonne
Die Sonne liefert die Energie, die Wetter, Meeresströmungen und den Wasserkreislauf antreibt. Sie ermöglicht das Wachstum der Pflanzen durch Photosynthese, wodurch Nahrung und Sauerstoff für Tiere und Menschen entstehen. Der natürliche Treibhauseffekt hält die Temperatur der Erde in einem Bereich, der Leben erlaubt. Ohne Sonne keine Photosynthese, kein Pflanzenwachstum, keine Biomasse, kein Holz, keine Kohle, kein Erdöl und kein Erdgas. Auch Wind- und Wasserkraft existieren nur dank der Sonnenenergie. Ohne Sonneneinstrahlung gäbe es keine Verdunstung, keinen Wasserkreislauf und keine Luftbewegungen. Warme Luft steigt auf (Thermik, tiefer Luftdruck), kalte Luft sinkt ab (und erwärmt sich dabei, hoher Luftdruck). Die ungleichmässige Erwärmung verschiedener Oberflächen – etwa von Stein, Wasser oder Wald – und ihre unterschiedlichen Wärmeeigenschaften führen zu Luftströmungen, wie etwa See- und Landwind.

Was passiert auf der Erde wenn die Sonne scheint? Anhand eines Baumstamms mit Jahresringen beschäftigen wir uns mit der Phosynthese. Den Wasserkreislauf stellen wir mit einem transparenten Beutel nach. Das Wasser im Beutel verdunstet und kondensiert, sobald wir den Beutel ein paar Minuten in die Sonne stellen. Die Entstehung von Wind demonstrieren wir mit einem Teelicht und einem kleinen Flügelrad. Anschliessend übertragen wir die drei Phänomene auf ein Arbeitsblatt und ordnen die passenden Energieträger zu.

Die Kraft der Sonne ist beeindruckend
In der Schweiz beträgt die Sonneneinstrahlung mittags bei senkrechtem Sonnenstand etwa 1'000 W/m². Pro Quadratmeter liefert die Sonne jährlich etwa so viel Energie wie 100 kg Heizöl. Insgesamt ist die Energiemenge, die die Sonne auf die Erde abstrahlt, mehr als 5'000-mal grösser als der gesamte Energiebedarf der Menschheit. Es liegt also an uns, diese Energie noch besser zu nutzen.

Beispiele zur Photovoltaik
Gemeinsam erkunden wir auf Google Earth, wo bereits grosse Solaranlagen stehen und wie diese aussehen. Auf einerKarte von swisstopo erkennen wir, dass sich das Schuldach mit einem potenziellen Jahresertrag von rund CHF 17'240 „sehr gut“ für eine Photovoltaikanlage eignet. Nachdem wir die Leistung grosser Photovoltaikanlagen in Basel (Grosspeter Tower, Messe Basel, St. Jakob Park und Multiterminal 4 im Rheinhafen) mit jenen der Laufwasserkraftwerke Riehenteich und Birsfelden verglichen haben, bauen wir eine eigene kleine PV-Anwendung. Das Mini-Flugzeug, das wir konstruieren, fliegt bereits bei diffusem Licht im Kreis – also auch ohne direkte Sonneneinstrahlung. Anschliessend lernen wir den Aufbau und die Funktionsweise einer Solarzelle kennen: Aus welchen Materialien sie besteht, woher die Rohstoffe stammen und wie durch Photovoltaik (altgriechisch „phōs“ = Licht und „Volt“ = Einheit für elektrische Spannung) elektrische Energie entsteht.

Experimente zur Solarthermie
Am Nachmittag findet der Unterricht im Freien statt. Zum Glück ist der Himmel fast wolkenlos, denn für die Solarthermie benötigen wir im Gegensatz zur Photovoltaik direktes Sonnenlicht. Mit Lupen und einem Parabolspiegel bündeln wir die Sonnenstrahlen, bis eine Zeitung Feuer fängt. Mit Handspiegeln ausgerüstet und als ganze Schulklasse im Kreis aufgestellt imitieren wir Europas grösstes Solarturmkraftwerk Planta Solar 20 (Andalusien) und lassen alleine mit der Kraft der Sonne in der Mitte des Kreises einen Ballon zerplatzen. Ein echtes solarthermisches Kraftwerk funktioniert ähnlich wie ein herkömmliches Dampfkraftwerk, nur dass anstelle fossiler Brennstoffe konzentrierte Sonnenstrahlung genutzt wird. An der Turmspitze entstehen so Temperaturen von über 1'000 °C. Als Wärmeträger dienen Flüssigsalze, die die Hitze speichern und den Betrieb auch nach Sonnenuntergang ermöglichen. Etwas weniger heiss werden Parabolrinnenkraftwerke. Gewölbte Spiegel bündeln das einfallende Sonnenlicht in einer Brennlinie. Wir haben einen solchen Röhrenkollektor mit Spiegel als mobilen Hotdog-Grill auf ein E-Bike montiert. Zum Abschluss gibt es für alle Teilnehmenden ein warmes Wienerli oder ein vegetarisches Würstchen im Brot. Selbstverständlich erhitzt mit Sonnenkraft.