62.1 Beskrivelse Bildet under viser hvordan modellen tar seg ut slik den står i utstillingen.

Transkript

1 62 SOLCELLER (Rev 3.0, ) 62.1 Beskrivelse Bildet under viser hvordan modellen tar seg ut slik den står i utstillingen Oppgaver Slå på lampa som er en "liksom-sol" ved å trykke på knappen på veggen. Prøv også å skygge for "sola" med handa over solcelle-brikken på veggen. Hva skjer med racerbilen og vindmølla?

2 62.3 Experimentarius forklarer Sola (eller lampa) gir fra seg energi til solcellene, som deretter produserer strøm. Denne strømmen får vindmølla til å gå rundt og racerbilen til å kjøre. Solcelle-brikken på bordet er koblet til bilbanen.hvis du skygger for brikken med handa blir det mindre effekt, så bilen går saktere rundt.. Liten Lampe solcelle Tidsbryter Stor solcelle Vindmølle drives av liten solcelle Bilbane drives av stor solcelle Figur 62.1 Modell Solceller I denne modellen bruker vi opp strømmen med en gang, men vi kan også lede den til et batteri for å spare den til senere. Du har kanskje sett minikalkulatorer med solceller? Dessuten har mange solcelle-panel på hytta si. Der lagres strømmen i et batteri, slik at vi også har støm på overskya dager. Selv om været i Norge ikke alltid er like solskinns-klart, er energien fra sola her i landet 1500 ganger så stor som vårt totale energiforbruk! Og kanskje det viktigste av alt: Solenergi produseres uten å forurense! 62.4 Utdypende forklaring I 1902 oppdaget den tyske fysikeren Philipp Lenard at når lys traff enkelte metaller, ble det sendt ut elektroner - som om lysets sammenstøt med metallet slo løs elektroner fra atomene i metallet. Da fysikerne begynte å utforske den foto-elektriske effekten, ble de forbauset over å finne at energien hos elektronene som var slått løs ikke varierte med lysstyrken, slik man ventet, men var bare avhengig av fargen på lyset (dvs frekvensen). Albert Einstein mente at disse mystiske resultatene lett kunne forklares ved at en tenkte på lys som energipakker (fotoner).

3 Det benyttes idag ulike metoder for å omdanne sollys til elektrisk energi. Den vanliste er en tørr solcelle som er produsert av halvledermaterialet silisium. Denne ble utviklet i forbindelse med romfartsprogrammet for å brukes som energikilde ombord i romfartøyer. Virkningsgraden for en slik celle er ca 15% regnet av den totale innfallende energien. + - Metallelektrode + + p-ledendse skikt n-ledendse skikt e - e - p-n-ledendse skikt Metallelektrode Figur 62.2 Solcelle laget av en p-n overgang med påførte metallelektroder P-skiktet består av silisium iblandet f.eks. bor, som er et treverdig grunnstoff. N-skiktet er silisium tilsatt et femverdig grunnstoff, f.eks. fosfor. På denne måten skapes det frie elektroner i metallet, som flyter som en strøm gjennom f.eks. en liten motor (i vindmølla eller racerbilen), men som også kan være et batteri som vist på Figur Når en skygger for lyset, slik at det faller mindre lys på solcellene slåes det løs færre elektroner slik at strømmen reduseres. Dette gir seg utslag i at motorene går langsommere Bruksområde I våre modeller brukes strømmen øyeblikkelig etter som den blir laget. Normalt lader solcellestrømmen en akkumulator, slik at energien kan brukes senere etter behov. Mange har etter hvert fått solcelleanlegg på hyttene sine. I slike anlegg lagres eneregien i ett eller flere batterier (akkumulatorer). På denne måten får en også strøm om kvelden når det er mørkt ute. Solcelleenergi brukes mest til opplysning, da oppvarming normalt krever for store energimengder for at solcelleenergi monner i særlig grad. Strømproduksjonen skjer så lenge solcellene belyses, og materialene hverken forbrukes eller brytes ned på andre måter. Solcellepanelene har lang levetid, omkring 30 til 50 år, og elektrisitetsproduksjonen medfører ingen støy eller annen forurensning. Andre aktuelle anvendelser i Norge er fyrtårn, lys og registreringsbøyer langs kysten, telekommunikasjonsanlegg på fjellet, satelitter, klokker og kalkulatorer. Kommersielt tilgjengelige solceller gir med optimal plassering et årsutbytte på rundt 100kWh/m 2. Hvis man må gå veien om batterilager og strømomformer, vil energiutbytte reduseres med 15-30%. Selv om været i Norge ikke alltid er like solskinns-klart, er energien fra sola som treffer landet vårt hele 1500 ganger så stor som vårt totale energiforbruk.

4 For store leveranser av solcellepaneler var markedsprisen i 1994 ca. 25kr pr. W maksimaleffekt ved maksimal solinnstråling. Under norske solforhold vil dette gi en elektrisitetspris på rundt 3 kr/kwh. I tillegg til solcellepanelene kommer kostnader til batterier, regulatorer etc, noe som kan øke investeringskostnadene betraktelig. Det er ventet at prisen for solcelleanlegg vil bli redusert med 25-50% i løpet av neste 10-års periode, som følge av mer effektiv teknologi og rasjonelle produksjonsmetoder. For norske forhold er solcellesystemer med dagens prisnivå kun konkurransedyktige i områder langt fra elektrisk forsyningsnett. Solcellene vil kunne konkurrere med bensineller dieselgeneratorer ved elbehov mindre enn ca. 20 kwh/døgn. Et 50 W solcelleanlegg for hyttebruk koster med batteri og reguleringsutstyr rundt 5000,- kr. (1994) Prosjektoppgaver 1. Solcelleanlegg Lag et enkelt solcelleanlegg som får en motor til å gå eller en lampe til å lyse. Små solceller kan kjøpes. 2. Enkel solfanger Lag en enkel solfanger og mål hvor godt den virker. Bruk to termometer, to gummipropper med hull, to plastposer og en svart og en hvit papp-plate. Hvit papp Svart papp Vann Figur 62.3 Temperaturen måles i to plastposer fylt med vann. Plastposene ligger henholdsvis på hvit og svart papp. Legg den ene plastposen på hvit kartong, den andre på sort kartong. Plasser dem ved siden av hverandre i sola. Undersøk hva som skjer! Mål temperaturen på vannet ved start, etter 15 minutter, 30 minutter og etter en time.

5 Prøv å gi en forklaring på det som skjer. Hvilken praktisk nytte kan en ha av dette forsøket? Hvordan kan en lage en hyttedusj til utendørsbruk? 3. Solgrill Oppgaven går ut på å grille en pølse ved hjelp av sola. Til dette trenger en en rund glassbolle med rund bunn, alluminiumsfolie, en skje, en stor kork, lim, grillspyd eller strikkepinne, pølse og en solvarm dag. 1) Kle bollen innvendig med aluminiumsfolie. Glatt ut folien med en skje slik at en kan speile seg i den. 2) Fjern litt av folien midt i bunnen og lim fast korken 3) Tre pølsa på grillspydet og stikk det i korken 4) Still bollen med grillspydet rett mot sola 5) Prøv det samme med en rå potet Figur 62.4 En kom benyttes for å varme en pølse ved hjelp av sollys Beskriv på forhånd hva du tror skjer! Beskriv resultatene etter at forsøket er gjennomført Prøv å lag en fingervarmer. Tegn og forklar hvordan du vil lage den. Hvilke andre oppfinnelser kan du lage ved å utnytte energien fra sola?

6 4. Soldestillasjon av saltvann I sydlige egner er det ofte knapt med feskvann, men rikelig med saltvann og sol. Følgende metode er foreslått og også benyttet til å destillere saltvannet for å fremstille drikkevann. Sol Svart malt Saltvann Renne Ferskvann Figur 62.5 Soldestilasjon av saltvann. Et kar med skråstilt topp inneholder saltvann. En glassplate er montert på skrå på oversiden slik at fordampet vann kan renne ned til en renne. Vannet fanges opp av renna og føres ned i en trakt som samler opp det destillerte vannet i et lite kar. Karet settes i sola slik at mest mulig lys treffer karet. En enda enklere løsning kan være at en graver en grop på stranda hvor saltvann ledes inn. Gropa kan eventuelt bekles med en svart søppelsekk. Deretter skråstilles en glassplate på et stativ slik at vannet som fordamper treffer plata. Glassplata er montert slik at en spiss nederst på plata henger over et lite kar som samler opp vannet. Sørg for at vannfordampningen fra ferskvannskaret blir mint mulig. Glassplate Saltvann Ferskvann Figur 62.6 Soldestillasjon av saltvann, enkel løsning. Etter at alt saltvannet er fordampet vil en også kunne sanke et tynt saltlag. Ideen til dette prosjektforslaget er hentet fra Harald Røstviks bok Solenergi, se litteratur under.

7 62.7 Litteratur Se referansene [92] side 79, [96] og [94] i bibliografien. Den mest komplette beskrivelsen finnes i referanse [67], men begynner å bli litt gammel på enkelte punkter. Harald N. Røstvik, SOLENERGI,SUN-LAB Forlag 1991, ISBN Denne boka inneholder et vell av forslag til enkel alternativ energi. Ta evt. også kontakt med SOLFORSK c/o SINTEF, Arkitektur og byggteknikk, 7034 Trondheim, Tlf: , Fax: Andre kilder til informasjon er: - Norges forskningsråd, postboks 2700 St. Hanshaugen, 0131 Oslo, Tlf: Spør etter heftet Nye fornybare energikilder - Norges vassdrag- og energiverk, postboks 5091 Maj, 0301 Oslo, Tlf: