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2026-07-14T06:30:28Z

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{{T}}

{{BR}}
= Solarthermie – Wärme von der Sonne =

[[Datei:Flat-plate solar thermal collector, viewed from roof-level.png|500px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
= Einleitung =

'''Solarthermie''' nutzt die [[Sonnenenergie]], um Wärme zu gewinnen. Ein [[Thermischer Solarkollektor|Sonnenkollektor]] nimmt [[Sonnenstrahlung]] auf. Dadurch wird eine Flüssigkeit warm. Sie bringt die Wärme zu einem Speicher. Dort kann sie später für warmes Wasser oder zum Heizen genutzt werden.

'''Merke:''' [[Solarthermie]] erzeugt vor allem '''Wärme'''. [[Photovoltaik]] erzeugt '''elektrischen Strom'''.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=JwjT_1koMGY |500|center}}

{{BR}}
= Lernziele =

Nach diesem aiMOOC kannst Du die wichtigsten Teile einer Solarthermieanlage benennen, ihren Energiefluss erklären, Solarthermie und Photovoltaik unterscheiden und einfache Rechnungen zur Wärmeenergie durchführen.

{{BR}}
= Lernbereiche =

# [[Physik]]: Wärme, Energie und Energieumwandlung
# [[Wärmelehre]]: Erwärmung von Wasser und Wärmeverluste
# [[Erneuerbare Energie]]: Nutzung der Sonnenenergie
# [[Technik]]: Aufbau und Funktion einer Solarthermieanlage
# [[Umweltbildung]]: Möglichkeiten und Grenzen klimafreundlicher Wärmeversorgung

{{BR}}
= So funktioniert Solarthermie =

[[Datei:Solar water heating schema.svg|500px|rahmenlos|center]]

# [[Absorber]]: Eine dunkle Fläche nimmt Sonnenstrahlung gut auf und wird warm.
# [[Wärmeträger]]: Eine Flüssigkeit nimmt die Wärme auf.
# [[Umwälzpumpe]]: Sie bewegt die Flüssigkeit durch Rohre.
# [[Wärmetauscher]]: Er überträgt die Wärme auf das Wasser im Speicher.
# [[Wärmespeicher]]: Er hält warmes Wasser für später bereit.

Die abgekühlte Flüssigkeit fließt zurück zum Kollektor. So entsteht ein '''Kreislauf'''.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=XIIj3Q5OV7M |500|center}}

{{BR}}
== Energieumwandlung ==

Die Energie wird nicht erzeugt, sondern umgewandelt:

'''Strahlungsenergie der Sonne → innere Energie des Absorbers → Wärmeenergie der Flüssigkeit → Wärmeenergie im Speicher'''

Das ist ein Beispiel für [[Energieumwandlung]] und [[Energieübertragung]].

{{BR}}
== Warum ist der Absorber dunkel? ==

Dunkle Oberflächen [[Absorption|absorbieren]] viel Strahlung. Helle oder glänzende Flächen reflektieren mehr Licht. Eine Abdeckung aus Glas lässt Licht hinein und bremst den Wärmeverlust.

[[Datei:Batch solar thermal collector.gif|400px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
= Bauarten von Kollektoren =

Ein [[Flachkollektor]] besitzt einen flachen Absorber unter einer Glasscheibe. Ein [[Vakuumröhrenkollektor]] besteht aus Glasröhren. Das Vakuum verringert den Wärmeverlust.

[[Datei:Evacuated tube collector.gif|450px|rahmenlos|center]]

[[Datei:Capteur a tubes sous vide 001.JPG|500px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
= Wärme berechnen =

Für das Erwärmen von Wasser gilt näherungsweise:

<math>Q = m \cdot c \cdot \Delta T</math>

Dabei ist <math>Q</math> die Wärmeenergie, <math>m</math> die Masse des Wassers, <math>c</math> die spezifische Wärmekapazität und <math>\Delta T</math> die Temperaturänderung.

Für Wasser kannst Du mit <math>c \approx 4{,}2\,\mathrm{kJ/(kg\cdot K)}</math> rechnen.

'''Beispiel:''' Ein Kilogramm Wasser wird um 10 Kelvin erwärmt. Dann gilt: <math>Q = 1\,\mathrm{kg}\cdot 4{,}2\,\mathrm{kJ/(kg\cdot K)}\cdot 10\,\mathrm{K}=42\,\mathrm{kJ}</math>.

{{BR}}
= Wärmeverluste und Wirkungsgrad =

Nicht die ganze Sonnenenergie gelangt in den Speicher. Ein Teil wird reflektiert. Ein weiterer Teil geht durch [[Wärmeleitung]], [[Konvektion]] und [[Wärmestrahlung]] an die Umgebung verloren. Gute Dämmung verringert diese Verluste.

Der [[Wirkungsgrad]] beschreibt den Anteil der eingestrahlten Energie, der als nutzbare Wärme ankommt.

{{BR}}
= Solarthermie und Photovoltaik =

{| class="wikitable"
! Technik
! Ergebnis
! Typische Nutzung
|-
| '''Solarthermie'''
| Wärme
| Warmwasser und Heizungsunterstützung
|-
| '''Photovoltaik'''
| elektrischer Strom
| Lampen, Geräte und Stromnetz
|}

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=UZXG6ybd73A |500|center}}

{{BR}}
= Solarthermie im Alltag =

Solarthermieanlagen stehen oft auf Hausdächern. Sie können Wasser für Dusche, Küche oder Heizung erwärmen. Bei wenig Sonne hilft meist ein zweites Heizsystem.

[[Datei:Solar panels, Santorini2.jpg|500px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
= Interaktive Aufgaben =

{{BR}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}

'''Was erzeugt eine Solarthermieanlage hauptsächlich?'''
(Wärme)
(!Elektrischen Strom)
(!Wind)
(!Kernenergie)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welches Bauteil nimmt die Sonnenstrahlung auf?'''
(Absorber)
(!Steckdose)
(!Generator)
(!Turbine)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was transportiert die Wärme im Solarkreislauf?'''
(Wärmeträgerflüssigkeit)
(!Luftstrom im Zimmer)
(!Elektrische Ladung)
(!Kohlenstoffdioxid)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Aufgabe hat der Wärmespeicher?'''
(Er hält Wärme für später bereit)
(!Er erzeugt Sonnenlicht)
(!Er misst die Windgeschwindigkeit)
(!Er wandelt Wärme direkt in Schall um)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Warum ist der Absorber meist dunkel?'''
(Er nimmt viel Strahlung auf)
(!Er erzeugt dadurch Strom)
(!Er wird dadurch leichter)
(!Er verhindert jede Reflexion)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Energie steht am Anfang der Energieumwandlung?'''
(Strahlungsenergie)
(!Lageenergie)
(!Kernenergie)
(!Schallenergie)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was ist das Ergebnis der Photovoltaik?'''
(Elektrischer Strom)
(!Warmwasser)
(!Heizöl)
(!Dampf aus einem Kessel)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Bauart nutzt ein Vakuum zur Wärmedämmung?'''
(Vakuumröhrenkollektor)
(!Flachbildschirm)
(!Windrad)
(!Solarzelle)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Größe beschreibt den nutzbaren Anteil der eingestrahlten Energie?'''
(Wirkungsgrad)
(!Lautstärke)
(!Dichte)
(!Geschwindigkeit)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wie viel Wärmeenergie braucht ein Kilogramm Wasser für eine Erwärmung um zehn Kelvin ungefähr?'''
(42 Kilojoule)
(!4,2 Joule)
(!4200 Kilojoule)
(!0,42 Kilojoule)

{{E}}
<br>

{{BR}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Absorber || nimmt Sonnenstrahlung auf
|-
| Pumpe || bewegt die Solarflüssigkeit
|-
| Wärmetauscher || überträgt Wärme auf Speicherwasser
|-
| Speicher || hält Wärme für später bereit
|-
| Solarthermie || liefert nutzbare Wärme
|-
| Photovoltaik || liefert elektrischen Strom
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Drag and Drop ==

<div class="lueckentext-quiz">

{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Aufgabe
|-
| '''Kollektor'''
| Sonnenstrahlung aufnehmen
|-
| '''Solarflüssigkeit'''
| Wärme transportieren
|-
| '''Pumpe'''
| Kreislauf antreiben
|-
| '''Wärmetauscher'''
| Wärme übertragen
|-
| '''Speicher'''
| Wärme aufbewahren

|}
{{E}}

<br>
<br />

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| Absorber || Welche dunkle Fläche nimmt Sonnenstrahlung auf?
|-
| Kollektor || Welches Bauteil sammelt die Sonnenwärme auf dem Dach?
|-
| Speicher || Welches Bauteil hält warmes Wasser für später bereit?
|-
| Pumpe || Welches Bauteil bewegt die Solarflüssigkeit?
|-
| Reflexion || Wie heißt das Zurückwerfen von Licht?
|-
| Wirkungsgrad || Welche Größe beschreibt den nutzbaren Energieanteil?
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Solarthermie+Wärme+von+der+Sonne </iframe>

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Bei der Solarthermie wird { Sonnenstrahlung } in Wärme umgewandelt. Der dunkle { Absorber } nimmt die Strahlung auf. Eine { Solarflüssigkeit } transportiert die Wärme durch Rohre. Die { Pumpe } hält den Kreislauf in Bewegung. Ein { Wärmetauscher } gibt die Wärme an das Wasser ab. Der { Speicher } hält die Wärme für später bereit. Gute { Dämmung } verringert Wärmeverluste. Photovoltaik erzeugt im Unterschied zur Solarthermie { Strom }.
</quiz>

<br>

{{BR}}
= Offene Aufgaben =

{{BR}}
=== Leicht ===

# [[Energiekette]]: Zeichne den Weg der Energie von der Sonne bis zum warmen Wasser.
# [[Bauteile]]: Beschrifte eine Skizze mit Kollektor, Pumpe, Wärmetauscher und Speicher.
# [[Medienanalyse]]: Wähle ein Bild oder Video aus dem Kurs und erkläre in drei Sätzen, was darauf geschieht.
# [[Erklärtext]]: Erkläre einer jüngeren Person in höchstens 80 Wörtern den Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik.

{{BR}}
=== Standard ===

# [[Absorptionsexperiment]]: Stelle ein schwarzes und ein weißes Gefäß mit gleich viel Wasser in die Sonne. Miss die Temperaturen in gleichen Zeitabständen. Arbeite sicher und unter Aufsicht.
# [[Messwertdiagramm]]: Zeichne aus Deinen Temperaturwerten ein Zeit-Temperatur-Diagramm und deute den Verlauf.
# [[Funktionsmodell]]: Baue aus Schläuchen, Gefäßen und einer ungefährlichen Handpumpe ein Modell des Solarkreislaufs. Verwende kein heißes Wasser.
# [[Fotorecherche]]: Suche in Deiner Umgebung nach Solarkollektoren. Dokumentiere Standort, Ausrichtung und mögliche Verschattung, ohne Privatgrundstücke zu betreten.

{{BR}}
=== Schwer ===

# [[Wärmeberechnung]]: Berechne die Energie, die nötig ist, um fünf Kilogramm Wasser um 25 Kelvin zu erwärmen.
# [[Versuchsplanung]]: Plane einen fairen Versuch zur Frage, wie eine transparente Abdeckung die Erwärmung eines schwarzen Gefäßes verändert.
# [[Schulgebäude]]: Beurteile, ob ein Teil des Schuldachs für Solarthermie geeignet sein könnte. Nutze die Kriterien Ausrichtung, Neigung, Verschattung und Wärmebedarf.
# [[Erklärvideo]]: Produziere ein kurzes Video mit Modell oder Animation. Zeige Energieumwandlung, Wärmetransport, Speicher und Wärmeverluste.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

# [[Bewölkter Tag]]: Erkläre, was in der Anlage bei wenig Sonne geschieht und warum ein Speicher allein nicht immer ausreicht.
# [[Defekte Pumpe]]: Beschreibe die Folgen, wenn der Kollektor warm ist, die Pumpe aber stillsteht.
# [[Dämmung]]: Begründe mit den Arten des Wärmetransports, warum Rohre und Speicher gedämmt werden.
# [[Technikwahl]]: Eine Schule möchte entweder Wärme für Duschen oder Strom für Computer gewinnen. Ordne jeweils eine passende Solartechnik zu und begründe.
# [[Sommer und Winter]]: Erkläre das Problem, dass im Sommer oft viel Sonnenwärme vorhanden ist, der Heizbedarf aber im Winter höher ist.
# [[Modellkritik]]: Ein Modell zeigt nur Kollektor und Wasserhahn. Nenne fehlende Bauteile und erkläre ihre Funktionen.

<br>
<br>

{{BR}}
= Lernnachweis =

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

# den Aufbau einer Solarthermieanlage richtig beschriften kannst,
# den Energiefluss in eigenen Worten erklären kannst,
# Solarthermie und Photovoltaik sicher unterscheidest,
# eine einfache Rechnung mit <math>Q = m \cdot c \cdot \Delta T</math> durchführen kannst,
# Messwerte in einem Diagramm darstellen und deuten kannst,
# Wärmeverluste erklären und Verbesserungen begründen kannst.

<br>
<br>

{{BR}}
= OERs zum Thema =

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Solarthermie </iframe>

{{BR}}
= Links =

{| align=center
{{:D-Tab}}
'''[[Solarthermie – Wärme von der Sonne]]'''
# [[Solarthermie]]
# [[Thermischer Solarkollektor]]
# [[Absorber]]
# [[Wärmespeicher]]
# [[Wärmetauscher]]
# [[Wärmetransport]]
# [[Energieumwandlung]]
# [[Wirkungsgrad]]
# [[Photovoltaik]]
|}

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Klasse 9]]
[[Kategorie:Wärmelehre]]
[[Kategorie:Energie]]
[[Kategorie:Erneuerbare Energie]]
[[Kategorie:Solarenergie]]
[[Kategorie:Klimabildung]]

{{BR}}
= aiMOOC-Projekte =
[[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]]
{{MT}}

Solarthermie – Wärme von der Sonne - Versionsgeschichte

Glanz: aiMOOC über GPT aiMOOC Action erstellt