Solceller i forsvaret VIRKEMÅTE OG BRUKSOMRÅDER

Transkript

1 Solceller i forsvaret VIRKEMÅTE OG BRUKSOMRÅDER Farstad, Torstein Otterlei Ingeniørfaglig innføring SKSK 10. juni 2015

2 Innhold Innledning... 1 Forståelse... 2 Bruksområder... 3 Operasjoner i Norge... 3 Baser i Norge... 3 INTOPS... 4 Konklusjon... 4 Bibliografi... 5 Innledning Det dukker stadig opp alternative kilder til energi, som både har negative og positive sider ved seg selv. Noen av disse konkurrerer kanskje sterkt med petroleumsindustrien om noen år, som for eksempel solceller eller solpanel. Spørsmålet er om de nye metodene for å fange og bruke energi er bedre, lett tilgjengelige og at man ikke går tom for sol fortere enn man går tom for diesel eller bensin. Hvordan fungerer egentlig solcellen og kan den brukes av forsvaret i allerede godt brukte systemer? SIDE 1

3 Forståelse For å forstå hvordan en solcelle fungerer og hvordan hele solcellepanelet fungerer, er det viktig å ha basiskunnskaper om noen grunnstoffer i kjemien og om atomfysikk. Det er viktig å forstå hvordan skallmodellen fungerer og at elektroner i et atom kan hoppe opp og ned i skallnivå med tilføring eller frarøvelse av energi. Kort sagt har elektroner nærmere kjernen lavere energinivå enn elektroner som er lengre vekk fra kjernen. Elektroner kan løftes opp til høyere energinivåer med tilføring av energi i form av fotoner, som sollys. Solceller er basert på silisium med gitterstruktur, altså i fast form. Silisium har nemlig fire elektroner i sitt ytterste skall og vil gjerne ha åtte, som alle andre atomer. Silisium danner da en gitterstruktur med fire andre silisium atomer. Når atomene er i nøytral stilling, ligger de i noe som kalles for valensbåndet. Når atomene blir utsatt for sollys med høy nok energi, vil som regel et av de ytterste elektronene bevege seg ut fra valensbåndet og inn i noe som kalles ledningsbåndet. Hvis ikke vi forhindrer elektronene på noen som helst måte, vil det raskt flytte seg ned igjen til atomet og slippe ut igjen den energien den fikk tilført. Dette kan man stoppe ved å generere et elektrisk felt, slik at elektronene og «hullene» beveger seg i hver sin retning, grunnet ladning, og dette skaper i tillegg en elektrisk strøm. Metoden som brukes for å skape dette elektriske feltet uten bruk av et eksternt batteri, er ved noe som kalles n-doping og p-doping. Doping av stoffer er så enkelt som at noen av silisium atomene byttes ut med andre atomer, i disse tilfellene bor og fosfor. Utfallet av dette er at silisiumet enten får negativ eller positiv ladning, fordi SIDE 2

4 bor bare har 3 elektroner i sitt ytterste skall og fosfor har 5 elektroner i sitt ytterste skall. Når du plasserer disse to typene silisium mot hverandre, får man noe som kalles en pn-overgang. Sluttresultatet her er at man har silisium med et sterkt elektrisk felt. Når sollyset nå treffer vil elektroner hoppe opp i ledningsbåndet, og elektronene og hullene vil bevege seg i to forskjellige retninger. Solcellen er først ferdig når man har plassert metalledere på toppen og bunnen av pnovergangen. Bruksområder Solceller tas i bruk i svære solcelleparker og private hjem for å fange energi og skape strøm til allmenn forbruk. Dette fungerer bra for hus eller store tomme områder som ligger nær ekvator og har relativt høyt antall soldager. En solcelle generer i gjennomsnitt mellom 0,3 og 0,6 volt, så et brukbart solcellepanel er på noen kvadratmeter. Det er altså minst to krav for at solcelleteknologien skal være brukbar, nok plass og nok sol. Det er nemlig flere bruksområder for solceller i forsvaret, nemlig som erstatning for drivstoff, energikilde til elektrisk utstyr og nødløsning når hovedkilden ikke fungerer. OPERASJONER I NORGE Når det gjelder det norske forsvaret og det miljøet det opereres i på hjemmebane kan man støte på en del utfordringer. Hæren operer i skog og mark, der utstyr må være robust og tåle vått vær slik at det fungerer når solen skinner. I tillegg har ikke hæren noen virkelig store kjøretøy utenom stridsvogner som kan brukes som overflate til solcellene, dette hjelper ikke til med kamuflasje heller. Men det virker som noen av disse problemene har blitt forsøkt løst før, i en artikkel 1 fra 2008 forteller nemlig Major Ugelstad at de har utviklet et lett, robust solcellepanel som er sammenleggbart og som gir ut 55 watt. Tanken er at lag og avdelinger skal kunne lade opp batterier til samband uten å bli avslørt av støy eller varme. Artikkelen er fra 2008 og det virker ikke som ideen har plantet seg videre til andre avdelinger i forsvaret, annet enn de som er nevnt i artikkelen, Etteretningsbataljonen og Forsvarets spesialkommando. BASER I NORGE I sjøforsvaret driver vi operasjoner til sjøs, og som det ser ut fremover, skal vi mer og mer nordover. Muligheten for å pakke fartøyene med solceller og sende dem til nordlige strøk der solen ikke skinner like sterkt er der, men vil ikke nødvendigvis være effektivt. Det hjelper ikke til med 1 SIDE 3

5 reflektering og lav signatur heller. Haakonsvern, som er sjøforsvarets hovedbase, har kommet med en smartere løsning som kanskje ikke hjelper forsvaret direkte i det operative, men som kan støtte oppunder på lang sikt. Nybygget til FLO som ble iverksatt bygging på i vinter 2014 er designet og konstruert for å gå i null på energi og miljø. Det skal monteres solceller på taket og det er satt i gang tiltak for at alle ansatte skal sykle istedenfor å kjøre bil til jobb. Dette kan flere av forsvarets baser lære av. Innsparing av penger og ressurser på noen områder gjør at andre områder har tilgang på de ressursene de så sårt trenger til riktig tidspunkt. INTOPS Et annet sted solceller kanskje er nyttig både for små leire, raske og lette baser og for fotlag er når man operer i sydlige strøk. Dette kan komme godt til nytte for kystjegere eller marinejegere som er på oppdag til fots i land i Midtøsten, Afrika eller andre varme strøk. Det kan brukes til det samme som i Norge, men solen er mer sikker enn her hjemme. Panelene kan også brukes til å drifte improviserte bivuakker med ting som trenger litt strøm hvis dette er nødvendig. Konklusjon Solceller har en god fremtid foran seg, det hjelper både miljøet og lommeboken. Sjøforsvaret har funnet måten solceller skal implementeres i første omgang, uten at dette går utover fartøy eller operative avdelinger. Hæren har ikke gjort noe stort nummer ut av de sammenleggbare solcellene SIDE 4

6 som er blitt utviklet til de forskjellige spesialenhetene deres, men det er ikke en altfor gale ide det heller. Hvis det ikke blir en ting som blir brukt så ofte, kan det umulig være noen dårlig ide å en ekstra energikilde å falle tilbake på hvis noe skulle skje. Solceller i Forsvaret trenger enda litt tid på å godgjøre seg og bli integrert som en miljøvennlig løsning i de forskjellige store basene rundt om i landet før vi kan ta større steg videre. Bibliografi Clementsen, L. (u.d.). Arkitektur.no. Hentet fra Fløttre, N., & Guddingsmo, Å. (u.d.). Hentet fra NDLA: Schnoor, T. (u.d.). Hentet fra DR: Skagemo, L. (u.d.). Forsvarets Forum. Hentet fra Sørheim, E. (u.d.). Hentet fra Bergen Kommune: University of California Television. (u.d.). The Power of the Sun - The Science of the Silicon Solar Cell. Hentet fra Youtube: Wikipedia. (u.d.). Hentet fra SIDE 5