P r o f i O e c o E n e r g y DK Energi fra vedvarende energikilder S. 2 Olie, kul, Kernekraft S. 2 Indhold Vand, vind, sol S. 2 Energi S. 3 Omdannelse af vandenergi S. 3 Hammermølle S. 3 Omdannelse af vandenergi til elektricitet S. 4 Vandturbine med lysdiode S. 5 Vindenergi S. 5 Omdan vindenergi til bevægelse S. 6 Omdan vindenergi til elektricitet S. 7 Solenergi S. 8 Baggrund S. 8 Omdan solenergi til elektricitet S. 8 Solcellemodel med en solcelle S. 9 Solcellemodel med to solceller Parallel forbindelse S. 10 Serie forbindelse S. 11 Lagring af elektrisk energi S. 12 El-bil med opladestation S. 12 Goldcap energilager S. 12 Omvendt-parallelforbindelse S. 13 Vejbom S. 14 Sporing af Solen S. 14 Øko-huset S. 15 Intro af brændselscelle S. 16 Profi Oeco Energy + Brændselscelle sæt fra S. 17 1
DK P r o f i O e c o E n e r g y Energi fra vedvarende Energikilder Olie, kul, kernekraft Hver eneste dag har vi brug for enorme mængder energi. Lad os tage et kik på et eksempel på en ganske normal dag: Om morgenen bliver du vækket af en clockradio. Denne får strøm fra elnettet. Når du er stået op, tænder du lyset og tager et varmt brusebad, som er blevet opvarmet af et olie- eller gasfyr. Så tørrer du dit hår med en føntørrer og børster tænder med en elektrisk tandbørste. Du laver dig en kop te eller kaffe til morgenmaden. Vandet blev kogt på et elektriskeller gaskomfur. Den sandwich du har smurt aftenen før, blev gemt i køleskabet natten over. Du tager nu en bus eller et tog for at komme hen til skolen, eller dine forældre kører dig derhen i deres bil. Busser, tog og biler bruger brændstof. Vi kunne blive ved på denne måde, med at opremse alle de situationer, hvor du skal bruge energi. Listen ville være endeløs, og det ville summme sig op til at vi alle bruger enorme mængder energi. Hvor kommer al den energi fra? Den største del får vi fra fossile brændsler: naturgas, olie og kul. I mange lande er en stor del af strømmen fremstillet med kernekraft. Men disse typer energiproduktion har alle deres ulemper: Mængden af fossile brændsler på jorden er begrænset. Forbrænding af olie og kul giver udslip af skadelig sod (partikelforurening) som forurener omgivelserne, samt CO 2 der er ansvarlig for at jordens atmosfære konstant bliver varmere (global opvarmning). På trods af de høje sikkerhedskrav til kernekraft-anlæg, er der altid en risiko for et atomuheld, når der anvendes radioaktivt materiale. Processen giver også anledning til store mængder radioaktive affald, der stadig vil udsende radioaktiv stråling flere tusinde år fra nu. Vand, vind, sol Der er mange gode grunde til at søge efter alternativer, der er miljøvenlige og som findes i uudtømmelige mængder. Sådanne former for energi findes og kaldes vedvarende energikilder. Med dit Profi Oeco Energy sæt kan du undersøge energi produktion fra: Vand Vind Sol Ulig fossile brændsler findes disse energikilder i uendelige mængder, uden nogen af de uheldige bivirkninger, der er beskrevet ovenfor, når disse energikilder benyttes. Du vil her bruge mange forskellige modeller til at undersøge, hvordan disse energikilder kan bruges til at generere og lagre elektricitet og drive fischertechnik modellerne. 2
P r o f i O e c o E n e r g y DK Vi taler konstant om energi, men hvad betyder det og hvordan kan den måles? Energi Vi har behov for energi: til at accelerere et legeme eller til at bevæge det imod en kraft, til at opvarme et emne, til at komprimere en gas, til at få elektrisk strøm til at løbe og til at udsende elektromagnetiske bølger. Planter, dyr og mennesker skal bruge energi til at leve. Enheden, hvorved energi og arbejde måles, hedder joule (J). Hvis du vil vide mere om energi, kan du finde interessante artikler om det på Internettet og i lærebøger. Opfindelsen af vandhjulet var en milepæl i udviklingen af teknologi, fordi man nu kunne udnytte tilføje mekaniske energi til den almindelig muskelkraft - ved hjælp af vandenergi (vandkraft). Omdannelse af vandenergi til bevægelse...... med vand hjulet... med hammer møllen En hammermølle er en smedje med en hammer drevet af vandkraft. Den roterende bevægelse fra vandhjulet udfører et periodisk løft af hammeren via en knastaksel; tyngdekraften sørger for at hammeren falder ned og rammer smedeemnet som holdes på en ambolt under hammeren. De få hammermøller, der stadig eksisterer idag og som bruges til produktion, er hovedsageligt drevet ved elkraft. 3
DK P r o f i O e c o E n e r g y Hammermølle De fleste af disse fabrikker lå ved kraftige åer og floder, da smedjen blev drevet af vandkraft. Du skal nu bygge en model af hammermøllen, for at undersøge det mekaniske princip (se samlevejledningen). Du kan holde vandhjulet ind under det rindende vand fra en vandhane, for at få den til at løbe rundt. Opgave: Hvad er ulempen i brugen af denne form for vandenergi? Energien kan kun bruges hvor der er strømmende vand (åer og floder). Energien kan ikke gemmes. den skal bruges med det samme, når den er til rådighed. Energien er kun passende til et begrænset omfang af anvedelser. Omdannelse af vandenergi til elektricitet For hundrede år siden brugte mennesker den kinetiske energi fra vandet til at drive maskiner direkte. Som industrialiseringen udviklede sig, blev direkte brug af vandenergi udskiftet med elektrisk strøm (elektricitet). 4
P r o f i O e c o E n e r g y DK En vandturbine er en turbine der omsætter vandenergien så den kan udnyttes. I et vandkraftværk (vandenergi-drevet kraftværk) dannes energien fra vandets strømning til mekanisk energi af vandturbinen. Turbinen roterer med vandets strømning. Turbinens roterende aksel driver en generator, der omsætter den roterende energi til elektrisk strøm (elektricitet). En sådan turbines rotor kan være op til 11 meter i diameter. Vand turbine med lysdiode Byg nu modellen af vandturbinen (se samlevejledningen s.5). Hold vandhjulet ind under en strålen fra en vandhane og lad hjulet snurre hurtigt nok til at lysdioden lyser. Bemærk rotationsretningen for hjulet på vejledningen. Nedgravet vandturbine Opgave: Hvordan virker vandturbinen? Vandhjulet overfører sin roterende energi til transmissionshjulet. Et bælte (gummibånd) overfører den roterende bevægelse til generatorens (solar motor) hjul. Solar motoren fungerer som en generator og omdanner den roterende energi til elektrisk energi og får lysdioden til at lyse. Lysdiode (LED) Forsigtig: Lysdioden er kun egnet til at vise hvordan strøm kan genereres med solar motoren. Må ikke udsættes for mere en maksimalt 2 V direkte spænding. Den vil umiddelbart blive ødelagt ved højere spændinger. Vær deuden opmærksom på at motoren ikke bliver våd under forsøget. Solar motor Mennesker har udnyttet vindenergi i flere hundrede år. Vinden kunne bruges til at transportere skibe og balloner; men vinden kunne også bruges til at udføre mekanisk arbejde ved hjælp af vindmøller og vandpumper. Wind energy 5
DK P r o f i O e c o E n e r g y Omdan vind energi til bevægelse Ganske som i en rigtig vindmølle, omdanner modellen af en vindmølle med pumpe vindens kinetisk energi til rotationsenergi. En vindmølle er en konstruktion, der anvender vinger (rotorblade) der skubbes rundt af vinden (kinetisk energi), således at det fremringer rotationsenergi. Den roterende bevægelse overføres til den nederste del af møllen ved hjælp af et tandhjul eller remdrev og en overføringsaksel. Remdrev og remstrammer skal sikrer at den roterende bevægelse bliver overført til en mekanisk drevet pumpe. Byg modellen af en vindmølle med pumpe (se samlevejledningen s.12). Forsøg: Hvordan kan du få vindmøllen til at bevæge sig? Prøv med forskellige ting (blæs på den, hårtørrer, ventilator, vind eller hold modellen i hånden og roter rund om dig selv så hurtigt du kan). 6
P r o f i O e c o E n e r g y DK Efter opdagelsen af af elektricitet og opfindelsen af generatoren, opstod ideen om at bruge vinden til at fremstille strøm helt naturligt. Til at begynde med var disse vindmøller baseret på rene ombygninger af ældre møller. I stedet for at omdanne vindenergien til mekanisk energi, blev den brugt til at producere elektricitet ved hjælp af en generator. Efterhånden som viden om luftens dynamik blev udviklet, blev møllernes- og vingernes udformning forbedret til det, vi kender i dag. Siden oliekrisen i 1970-erne, har der været forsket i hele verden på nye og bedre alternativer til fremstilling af energi, hvilket har medført en stor fremgang i udviklingen af den moderne vindenergi. Omdan vindenergi til elektricitet Opgave: Byg en vindmølle der kan få en lysdiode (LED) til at lyse. (Se samlevejledningen s.22) Lysdiode (LED) Vindmøllen overfører dens roterende energi til et transmissionshjul. Et remdrev (gummibånd) overfører den roterende bevægelse til hjulet på solar moterens aksel. Denne virker nu som en generator, idet den omdanner den roterende bevægelse til elektrisk energi og får lysdioden til at lyse. Før du afprøver den, skal du lige sikre dig at møllevingerne roterer i den rigtige retning, og at lysdioden er forbundet korrekt (se samlevejledningen). Solar motor 7
DK P r o f i O e c o E n e r g y Solenergi Baggrund Solenergi er det, vi kalder den energi, der stammer fra kernereaktioner (kernefussion) i solens indre, og som udsender elektromagnetisk stråling, hvoraf en lille del når jorden. Heraf udgør langt den største del af denne energi varmestråling. Der findes mange forskellige solkraft-teknologier, der kan hjælpe os med at udnytte solenergien: Solfangere producerer varme eller termisk energi (f.eks. til at varme brugsvand eller til rumopvarmning) Koncentreret solkraft laver elektrisk strøm ved at koncentrere varmen fra solen for at danne vanddamp, der kan drive en dampturbine. Sol-kogere eller solkomfurer kan bruges til at koge og stege mad Solceller omdanner solens energi direkte til elektrisk strøm. Omdan solkraft til elektricitet En solcelle er en elektrisk komponent, der kan omdanne energien i lys (sædvanligvis sollys) til direkte at producere elektrisk energi. Det fysiske princip bag denne teknologi kaldes den fotovoltaiske effekt. Solceller bør ikke forveksles med solfangere, hvor solenergien opvarmer et transportmedium (sædvanligvis varmt vand til opvarmning). Solceller er fremstillet af silicium. Store stænger af silicium bliver skåret ud i ca. 0.5 millimeter tykke skiver (wafers). I det næste trin bliver disse skiver forurenet med andre atomer, der lægger sig i de øverste lag af silicium-krystallen, og ved hjælp af en maske, danner to forskellige områder (et positivt p-lag og et negativt n-lag), og hvor grænsen mellem lagene udgør et delvist ledende bånd (halvleder). Silicium solcelle Kort forklaret får elektroner fra m-laget energi fra solens stråler (bliver exiteret), hvorved de hopper over grænselaget hvorved der genereres en strøm af elektroner, der kan drive en forbundet elektrisk enhed, såsom solar motoren. Jo mere lys (og dermed energi) der falder på solcellen, des større strøm vil der løbe. Når solcellen er forbundet med en ydre belastning, vil elektronerne løbe igennem denne. Du kan forestille dig det som en cyklus; elektroner bliver konstant exiteret fra n-laget til p-laget, og løber derefter retur igennem den ydre belastning til n-laget. Den genererede strøm af elektroner får nu motoren til at rotere. p-lag n-lag Sollys Kredsløbs symbol Grænselag Belastning Elektron strøm 8
P r o f i O e c o E n e r g y DK Solcellemodellen anvendt i dette forsøgssæt består af to solceller, der er forbundet i serie. Den leverer en spænding på 1V og en maksimal strømstyrke på 440 ma. Solcelle-motoren har en nominel spænding på 2 V, men den begynder at arbejde ved 0,3 V (uden belastning, det vil sige uden at motorens aksel skal drive en model). Solcellemodel med en solcelle Byg ventilatormodellen til det første eksperiment med solcellen (se vejledningen s. 23). Forsøg 1: Find frem til hvor meget lys, der kræves for at få motoren til at køre. Du kan bruge en lampe med el-pære til at gøre dette. Prøv også modellen udenfor i sollys Forsøg 2: Hvis du har et amperameter og et voltmeter (multimeter), kan du bruge det til at måle spændingen (V) fra når motoren begynder at køre og strømmen (A), der kræves til det. M 1V A 440mA V Test opstilling Byg modellen med pariserhjulet (se samlevejledning s.38). opgave: Hvorfor kører pariserhjulet langsommere rundt end ventilationsfanen? Ventilationsfanens propeller er forbundet direkte til motoren. Propellernes rotation er den samme som Motorens. Pariserhjulets motor skal drive en langt større vægt. Trækspændingen i gummibåndet har også en betydning. Forsøg 3: Lav nogle forsøg, der kan svare på følgende spørgsmål: Hvor meget lys skal der være, for at motoren kan arbejde tilstrækkeligt? Hvilke lyskilder kan anvendes til at producere energi? El-pære Energispare pære Halogen pære ja Nej ja Nej Lysdiode Lysstofrør Solen 9
DK P r o f i O e c o E n e r g y Solenergi modeller med to solceller Parallel forbindelse To solceller forbundet i parallel producerer mere strøm ved samme spænding. Dette kredsløb skal du bruge til forsøgene med solar cyclist model (se samlevejledningen s.34). Forsøg 1: Hvis du har et multimeter, kan du bruge dette til at måle den spænding og strøm, som parallelforbindelsen af solcellerne producerer. M 1V A 880mA Forsøg 2: Find ud af hvad der sker, hvis du først kun har en solcelle, og dernæst forbinder V den anden i parallel. Test opstilling Byg nu pariserhjulet som det næste (se samlevejledningen s.38). Her skal du også bruge to solceller forbundet i parallel. Forsøg 3: Gentag forsøg 1 og 2 med denne model. Begge modeller har samme mekaniske opbygning. Solcellerne er forbundet til solar motoren. Hvis solcellerne bliver belyst, begynder solar motoren at rotere. Hjulet der sidder på hovedakslen af pariserhjulet, drives af et bælte (elastik). Med modellen solar cyclist er det cykelhjulet, der bliver drevet rundt. Forsøg: Undersøg de to modellers kraftoverførsel (transmision) - hvad er forskellen? I modellen med solar cyclist drives hjulet direkte af motoren via et bælte. På pariserhjulet, derimod, sker transmissionen via et snekkedrev på motoren, der driver et gearhjul, der er forbundet til et hjul, der igen driver bæltet til hjulet på hovedakslen. Resultatet er at Pariserhjulet kører langsommere rundt. 10
P r o f i O e c o E n e r g y DK Solcellebiler får det meste af deres fremdrift direkte fra solen. Overfladen af køretøjet er beklædt med solceller, der omsætter solens energi til elektrisk strøm. På grund af afhængigheden af elektriciteten, medbringer de fleste solcellebiler et lager af energi (typisk en akkumulator), således at de kan fortsætte med at køre, når der er dårlige lysforhold eller overskyet, i det mindste for en tid. Til solcelle bilen skal solcellerne bruges i serieforbindelse, dvs. større spænding med samme strøm. Byg modellen som beskrevet i samlevejledningen og forbind ledningerne som vist i kredsløbs-diagrammet. Med denne model bliver en ny komponent indført, kontakten. Kontakter tilhører berøringssensor kategorien. Når man trykker på den røde knap, bliver en forbindelse inde i trykknaphuset sluttet (forbundet) mekanisk og der kan løbe strøm fra punkt 1 til 3. Samtidig med bliver kontaktens forbindelse mellem punkt 1 og 2 afbrudt. Solenergi-modeller med to solceller Serieforbindelse 1V V 1V V V Solcelle bil 2V A Test opstilling M 440mA Kontakter eller afbrydere kan bruges på forskellige måder: Kontakt der er "normalt åben" 1V 1 0V 2 3 De to kredsløbsdiagrammer viser forsøgets opstilling. Pluspolen på solcellen forbindes til 1 på kontakten, og solar motoren forbindes til 3 på kontakten og til minuspolen på solcellen. Sålænge kontaktens knap ikke er trykket ned, er motoren slukket. Når du trykker på knappen, vil kredsløbet blive forbundet igennem 1 og 3, og motoren kører. 2 Hvad er kontaktens funktion? Hvis sollyset skinner på solcellerne og kontakten er sluttet til, vil snekkedrevet, der er tilsluttet motoren på solcellen, begynde at dreje og sætte tandhjulet i bevægelse. 1 1V 3 1 2 3 Kontakt Forsøg 1: Find ud af hvor meget lys, der skal til for at få bilen til at køre. 0V 11
DK P r o f i O e c o E n e r g y Opbevar elektrisk energi Elektrisk bil med opladestation En bil der kører på solenergi er ikke automatisk en Soldrevet-bil. Hvis bilen f.eks. blot benytter en elektrisk ladestation der er forsynet fra solceller, hvor elektriciteten er produceret af solceller, men bilen selv er en elektrisk bil. Ombyg solcellebil-modellen til den el-bilen og byg modelen af den solcelle-ladestation (se samlevejldeningen). For at bygge ladestationen skal du bruge solcellerne fra bilen. Under forsøgene med solcellen, har du sikkert bemærket at denne form for energi har en ulempe. Energiproduktionen stopper, når der ikke er direkte sollys, f.eks. når noget skygger for solen. Derfor er det vigtigt at have en form for energilager, så solenergien kan opbevares til den skal bruges. Goldcap energi lager Goldcap* Den Goldcap kapacitor, der medfølger i sættet er ganske enkelt et energilager. Den består af to stykker aktiveret kulfilm, der er adskilt af et tyndt isolerende lag. Det særlige ved denne Goldcap-kapacitor er, at den har en ekstrem høj lagringstæthed for elektricitet. Kapacitorens ladningskapacitet er hele 10 F (farad). Du kan derfor bruge Goldcap-en som et lille genopladeligt batteri. Fordelen ved at benytte Goldcap-en frem for et genopladeligt batteri, er, at den kan oplades meget hurtigt, og den kan ikke overoplades eller over-aflades ved 3 V. Advarsel, fare for eksplosion! forbind aldrig Goldcap-en til en spænding over 3 V, ellers er der fare for eksplosion! Goldcap-en må derfor aldrig forbindes til den 9 V strømforsyning, der følger med i andre af fischertechniks sæt. Når stikene skal monteres på Goldcap-en, er det vigtigt at polariteten er korrekt (forbind det grønne stik til minus). Det anbefales at benene på Goldcap-en afkortes til samme længde. "Tank" den elektriske bil op ved at forbinde den til solcelle-ladestationen. Hvis der er tilstrækkeligt med sollys, vil Goldcap-en blive opladt. Når den er fuldt opladt (lysdioden lyser), kan Goldcap-en forbindes til bilens motor, Når du trykker på kontakten vil bilen begynde at køre. * På trods af navnet, er der desværre intet guld i Goldcap-en! Goldcap er et produktnavn, som producenten har valgt at kalde den. 12
P r o f i O e c o E n e r g y DK Forsøg 1: Hvis du har et måleapparat, kan du forsøge at måle spændingen på Goldcap-en, mens den bliver ladt op. Du kan derved også se hvor lang opladetid, der er tilbage. Forsøg 2: Se hvor langt en el-bil kan køre på en fuld tank. Hvor hurtigt kan den køre? Hvilken funktion har LED-en i solcelle ladestationen? Den virker som en opladnings indikator. LED-en lyser, når Goldcap-en er fuldstændig opladt. Omvendt-parallel Hvad betyder det? Det betyder, at to solcelle-paneler er forbundet parallelt, således at pluspolen på den ene solcelle er forbundet til minus polen på det andet solcelle. Hvorledes reagerer dette kredsløb, når lyset skinner på det? Illustrationen viser hvad der sker: I situationen i midten skinner solen på begge solcellemoduler med den samme intensitet i lyset, således at spændingen på de to moduler udligner hinanden og voltmeteret viser 0V. Hvis en af modulerne svigter eller står i skygge, vil det kun være det andet modul, som er i lys, der producerer strøm og voltmeteret vil slå ud i forhold til den retning strømmen løber. omvendt-parallel forbindelse Dette princip kan du anvende i de to næste modeller. 13
DK P r o f i O e c o E n e r g y Vejbom Byg en vejbom, som den er beskrevet i samlevejledningen. I denne model kan du anvende solenergi til at åbne og lukke en vejbom. Princippet her er, at motoren ikke bevæger sig, når begge solceller bliver belyst med den samme intensitet. Hvis du skygger for den ene solcelle, vil motoren starte med at bevæge sig og lukke bommen. Hvis du skygger for den anden solcelle, åbnes bommen igen. På denne måde kan du bruge forbindelsen til at erstatte en omskifter, der vender polerne. Opgave: Lav et diagram, der viser, hvorledes man kan få motoren (eller strømmens retning i motoren) til at køre den anden vej, når en af solcellerne kommer i skygge. Hvis begge solceller bliver belyst med den samme intensitet, vil spændingerne udligne hinanden og motoren vil stå stille. Hvis en af solcellerne overdækkes, vil spændingen på den model, der bliver belyst, påvirke motoren. Motoren drejer og lukker eller åbner bommen. Sporing af Solen En anden anvendelse af omvendt - parallelforbindelse er en model der følger efter sollyset. Følg samlevejledningen s.58, for at lave modellen nedenfor. Denne enkle model virker sådan, at solcellemodulerne orienterer sig i forhold til solen som skyggen på et solur. Der hvor de to solceller mødes vil hele tiden pege i retning af solen. Opgave: Hvordan fungerer dette simple princip med at følge solen? Princippet her er det samme som med bommen. Hvis begge modeller bliver belyst af solen med den samme intensitet, vil spændingerne udligne hinanden, og motoren vil derfor står stille. Når solen flytter sig, vil en af solcellerne være mere belyst en den anden og en positiv eller negativ spænding vil blive påført motoren. Dette får motoren til at rotere indtil lyset kommer ind forfra igen og dermed lyser lige meget på begge solceller. Vigtigt! Når du sætter ledningerne på modellen, skal du være opmærksom på at forbinde ledningerne rigtigt, ellers vil modellen muligvis bevæge sig væk fra solen i stedet for hen imod den. 14
P r o f i O e c o E n e r g y DK I det næste forsøg, skal du bruge alt det du har lært omkring energikilder. Billedet nedenfor viser et hus, hvor husejeren har valgt at bruge forskellige former for vedvarende energikilder. Vi kalder denne model Øko-huset (i samlevejledningen eco-house). Energiproduktionen reducerer omkostningerne for varme og elektricitet i huset. Øko-huset Opgave: Find viden på internettet om forskellige former for energiomsætning eller vedvarende energiproduktion. LED-pæren der er indsat i modellen repræsenterer den enkelte forbrugers forbrug af elektricitet så som lys, TV osv. Forsøg 1: LED-pæren får i første omgang strøm fra vindkraft. Sæt komponenterne sammen som det er beskrevet i samlevejledningen. Ulempen ved dette system er, at LED-pæren ikke lyser, når der ikke er nogen vind. Forsøg 2: I dette forsøg får LED-pæren sin strøm fra solcellerne. Sæt komponenterne sammen som det er beskrevet i samlevejledningen. Ulempen ved dette system er, at LED-pæren ikke lyser, når der ikke er nok sollys til stede. Forsøg 3: I dette forsøg anvender man både sol og vindenergi. Goldcap-en fungerer som energilager. Sæt komponenterne sammen som det er beskrevet i samlevejledningen. I dette system kompenserer man for de ulemper, der var i de to foregående forsøg. Hvis vinden blæser (mini-kontaken er ikke slået til) bliver huset forsynet med energi fra vindmøllen. LED-pæren lyser. Samtidig med dette bliver Goldcap-en opladt af solcellerne. Hvis vinden ikke blæser er mini-kontakten slået til. I dette tilfælde kommer strømforsyningen til LED-pæren fra Goldcap-en, der er opladet med energi fra solen. 15
DK P r o f i O e c o E n e r g y Hvad skal man gøre, hvis noget ikke virker? Mekanisk fejl Sørg for at de bevægelige komponenter kan bevæges let og frit. Er komponenterne sat sammen som beskrevet i samlevej-ledningen? Electrical fault Lyser LED-pæren ikke lyser - tjek retningen på strømmen. Retningen på motorens rotation Tjek strømretningen? Goldcap bliver ikke opladt Tjek strømretningen? Trykknap Tjek at den er tilsluttet korrekt 1, 2, 3 Solcellen producerer ingen spænding forkert eller for svag lyskilde Levering af energi til solcellen Sol, halogenlampe, el-pære Ikke en energisparepære eller LED-lampe! Afstand til lyskilde Med en 100 W pære på en afstand af ca. 40 cm vil en motor uden belastning rotere. Intro af Brændselscelle Udover de former for vedvarende energi, som er blevet introduceret i dette forsøgssæt, kan tillægssættet med brændselcellen vise nogle rigtig gode eksempler på effektiv anvendelae af vedvarende energi. Du kan bruge denne energikilde til at drive modellerme fra forsøgssættet Oeco Energy og mange andre tekniske modeller. 16
P r o f i O e c o E n e r g y + F u e l C e l l K i t DK Forsøg med Oeco Energy + brændselscelle sæt S. 18 Ventilator S. 18 Brændselscellebiler S. 19 Solcellestation S. 19 Brændselscellebil med solcellestation. S. 19 El-bil med solcellestation S. 20 Solcellebil med tre solceller S. 20 Forbedret øko-hus med tre solceller S. 21 Parallelforbindelse med brændselscelle og solceller S. 21 Indhold Profi Oeco Energy + Fuel Cell Kit Pumpen S. 21 17
DK P r o f i O e c o E n e r g y + F u e l C e l l K i t A k t i v i t e t s o g Ventilator Forsøg med Oeco Energy + Brændselscelle sættet Læs først vejledningen til Brændselscelle sættet (Fuel Cell kit) og blive fortrolig med, hvordan brændselscellen fungerer. Herefter kan du starte med at bygge ventilatoren ud fra instruktionerne i Oeco Energys samlevejledning. Husk, du skal ikke installere solcellen. Forsøg 1: Fyld brændselcellen med destilleret vand og fremstil hydrogen og oxygen (se vejledningen til FuelCell Kit). Herefter forbinder du motoren fra ventilatoren til stikkene på brændselscellen. Ventilatoren bliver nu drevet af brændselscellen. Opgave: Læg mærke til hvor meget hydrogen, der bliver forbrugt over en tidsperiode, mens modellen kører. Du kan bruge vandstanden i brint cylinder, som en indikator for forbruget. Hvad ser du? Jo længere modellen er i gang, desto mere hydrogen, bliver der brugt. Dette betyder, at hvis modellen kører i dobbelt så lang tid, har den også brugt dobbelt så meget hydrogen. Forsøg 2: Lav nu forsøg 1 med en anden model fx cyklisten eller pariserhjulet fra Oeco Energy sættet. Sammenlign mængden af hydrogen, der bliver brugt af modellerne i samme tidsrum. Du vil finde at de forbruger forskellige mængder hydrogen. Jo mere en model bruger af energi, desto mere hydrogen skal der til. 18
P r o f i O e c o E n e r g y + F u e l C e l l K i t DK Brændselscellebiler er transportmidler med et elektrisk drev, hvori en brændselscelle anvendes til at frembringe den nødvendige elektriske strøm fra hydrogen eller methan som energikilde. Denne form for fremdrift anses stadig for at være eksperimentel af de fleste mennesker og udviklingen er i konkurrence med batteriforsynede elektriske drev; ikke desto mindre startede den første serieproduktion af brændselscelle-køretøjer i 2008. Brændselscellebiler Problemer med rækkevidden og en øget effektivitet af genopladelige batterier (pris og levetid) har resulteret i at mange bilfabrikanter på nuværende tidspunkt ser teknologien bag brændselscellen som en mulig fremtidsteknologi. Men udvikling af infrastruktur til brintproduktion, brintlagring og påfyldning er i gang. Du har nu allerede bygget og startet en solcelleladestation med forsøgssættet OECO ENERGY. I de næste forsøg skal du udvide forsøgene med en ekstra solcelle. Disse er forbundet i serie og vil derfor producerer en højere spænding. Solcellestation Byg ladestationen drevet af solceller som beskrevet i samlevejledningen (s. 78). Forsøg 1: Test hvor lang tid det tager at oplade en brændselscelle med en, to og tre solceller. Tid 1 solcelle 2 solceller 3 solceller Byg brændselscellebilen, der passer til ladestationen (samlevejledning s. 81) Forsøg 2: Fyld brændselscellen med destilleret vand og forbind den med solcelleladestationen og begynd at fremstille hydrogen og oxygen. Lav forsøg med brændselscellebilen. Brændselscellebil med solcellestation. Hvor meget hydrogen forbrænder cellen i et givent tidsrum? Hvor langt kan bilen kører på en "fuld tank"? Hvornår kører bilen længst på en fuld tank - når den kører lige ud eller når den kører i en cirkel? Jo længere bilen kører, desto mere hydrogen forbrænder den. Når bilen kører i en snæver kurve, forbruger den mere hydrogen. Når køretøjet bevæger sig rundt i en snæver kurve, har motoren behov for mere energi, end når køretøjet kører ligeud. Derfor forbruges der også mere brint, når køretøjet bevæger sig i en cirkel. 19
DK P r o f i O e c o E n e r g y + F u e l C e l l K i t A k t i v i t e t s o g El-bil med solcelle station I det næste forsøg skal du anvende både solcellestationen (s.78) og el-bil modellen (s. 46-48 og 52-53. Indsæt en lysdiode for at angive opladningstilstanden. Forsøg: Læg mærke til hvor lang tid det tager de tre solceller at oplade Goldcap-en. Hvor lang tid tager det bilen at køre en meter? Sammenlign evt. med tidligere forsøg. Vigtigt! Når lysdioden, der indikerer opladningstilstanden, begynder at lyse, er Goldcap-en endnu ikke fuldt opladet. Lad bilen være forbundet til solcellestationen i endnu 2 minutter. Den høje ladespænding, der kommer ved de tre solceller, vil give Goldcap-en en mærkbar større opladning end ved de to solceller. Du vil derfor bemærke at bilen nu kan bevæge sig meget længere og langt hurtigere. Solcelle-bil med tre solceller Forskellen mellem en parallelle forbindelse og en serieforbindelse af solcellerne er, at spændingen i den parallelle forbindelse forbliver den samme, mens der tilføres mere strøm end med ét modul. I serieforbindelsen forbliver strømmen den samme, hvorimod spændingen af de to solceller lægges sammen. Du skal bruge serieforbindelse til dine eksperimenter. Byg solcellebilen med tre solceller (se samlevejledningen s. 46-47 og 85-87). Du kan anvende solcellebilen til at lave de følgende forsøg med solceller i serieforbindelse. Forsøg 1: Test hvor meget lysintensitet, der skal bruges for at få bilen til at køre. Lav forsøget med en, to og tre solceller. Ved at forbinde solcellerne i serie, bliver deres spænding lagt sammen. Derfor vil tre solceller give ca. 3 V. Forsøg 2: Test effekten af lysintensiteten på bilens hastighed. Hvor lang tid bruger bilen på at køre en meter? Forsøg 3: Test underlagets betydning (tæppe, trægulv osv.) for bilens hastighed. Hvor meget tid bruger bilen nu på at køre en meter? 20
P r o f i O e c o E n e r g y + F u e l C e l l K i t DK En tredie solcelle er tilføjet til øko-huset fra forsøgsættet Oeco Energy. Brug samlevejledningen (s. 88) til at bygge det forbedrede øko-hus Forbedret Øko-hus Forsøg : Test hvilken effekt den tredie solcelle har på økohuset. Hvor lang tid tager det Goldcap-en at blive opladet og afladet. med tre solceller Opladningstid Afladningstid Byg solcellepumpen og brændselscellen til de næste forsøg (se samlevejledningen s.95). Brændselscellen er forbundet parallelt med solcellerne. På denne måde bliver brændselscellen opladt mens solcellepumpen kører.. Parallelforbindelse af brændselscelle og solceller Pumpe Forsøg 1: Tjek arbejdshastigheden for pumpen med to og tre solceller. Hvad finder du frem til? Jo flere solceller der er forbundet i serie, desto højere spænding får man på motoren. Derfor kører motoren hurtigere. Forsøg 2: Dæk solcellerne til således, at de ikke laver nogen spænding. Hvad sker der med pumpen. Pumpen fortsætter med at køre, fordi den nu får spænding fra Brændselscellen 21
DK P r o f i O e c o E n e r g y + F u e l C e l l K i t A k t i v i t e t s o g Forsøg 3: Fyld brændselscellen med destilleret vand og placér modellen i sollys eller belys solcellerne med en egnet lyskilde (fx 100W pære i en afstand af 30 cm). Hvad ser du? Pumpen bevæger sig samtidig med at der dannes hydrogen og oxygen i brændselscellen. Motoren og brændselscellen er forbundet parallelt. Forsøg 4: Vent til der er blevet dannet en vis mængde af hydrogen, dæk derefter solcellerne til eller sluk for lyskilden. Hvad ser du nu? Læg også mærke til cylinderen med hydrogen. Modellen kører langsommere nu, men den stopper ikke. Brændselscellen forbruger hydrogen. Hvis lysintensiteten bliver for lille, drives modellen af brændselscellen. Pumpen vil nu blive ved med at køre efter solnedgang eller, hvis solen bliver dækket af en sky. Årsagen til at modellen kører langsommere er, at brændselscellen afgiver en mindre spænding end solcellerne. En elektrisk motor kører langsommere, hvis spændingen bliver mindre. Hvad skal man gøre, hvis det nogle gange ikke virker? Mekanisk fejl Sørg for at de bevægelige dele kan bevæges let og frit. Tjek at komponenterne er installeret, som det angives i samlevejledningen. Elektrisk fejl Brændselscellen producerer ingen strøm Tjek vandstanden, anvendte du destilleret vand? Solcellerne producerer ingen strøm forkert lyskilde? Der er mere information om brændselscellen i vejledningen: Fuel Cell Kit 22