Integreret energisystem Elevvejledning

Integreret energisystem Elevvejledning Baggrund Klodens klima påvirkes af mange faktorer. For at kunne erstatte energiforsyningen fra fossile brændsler som kul, olie og naturgas, skal der bruges vedvarende energi. Problemet er bare, at der ikke altid er energi nok når den skal bruges. Solen skinner ikke om natten, og vinden blæser ikke hele tiden. Det er derfor nødvendigt at kunne lagre energien. Denne aktivitet består af: Klasseaktivitet, hvor I skal læse om, og diskutere, hvilke muligheder der er for at lave et energiforsyningssystem, der reducerer CO2-udledninger. Klasseaktivitet, hvor I forbereder busaktiviteten (brug af multimeter) Busaktivitet, hvor I skal gennemføre forsøg med solceller, vindmøller og brændselsceller. Klasseaktivitet, hvor I skal se et eksempel fra Samsø, hvor man er ved at lave øen selvforsynende med vedvarende energi. Formålet med aktiviteten er, at finde ud af, hvilke muligheder vi har for at lave et bæredygtigt energisystem i fremtiden. I skal også finde ud af, hvordan solceller og vindmøller fungerer. Og hvordan man kan lagre den vedvarende energi, f.eks. i brint. Til dette formål bruger vi et avanceret batteri kaldet en brændselscelle. I skal være ved Klimakaravanebussen kl. 11.00 11.45 Pauser aftales med jeres lærer. Dagens forløb 8.30 9.00 9.00 9.15 9.15 10.45 10.50 11.00 11.00 11.45 11.45 12.15 12.15 12.30 12.30 13.00 13.00 13.30 Fælles morgensamling med film og introduktion til dagen. Udlevering af materiale ved bussen Forberedelse af busøvelsen i klassen En klimakaravanemedarbejder introducerer emnet i klassen Gennemføres øvelser ved bussen Afrunding i klassen (se soundslide om Samsø) Afleveres det udleverede materiale igen ved bussen Pause Fælles afslutning og afrunding på dagen På de næste side beskrives de aktiviteter, I skal gennemføre i dag. 1

KLASSEAKTIVITET (9.15-10.45) I dette forløb skal gennemføres 3 opgaver: 1) Læse og diskutere opslag 8 Hvilke løsninger skal vi vælge i Debatmagasinet. 2) Træning i brug af multimeter. 3) Læse faktablade om sol, vind og brint. Til disse tre opgaver skal klassen deles i 4 mindre grupper. Klasseaktivitet 1: Hvilke løsninger skal vi vælge (30 min) I skal ved at læse debatmagasinets opslag Hvilke løsninger skal vi vælge? (opslag 8, side 20) om forskellige energiteknologier sætte jer ind i, hvilke forskellige løsninger der findes for at skaffe energi uden et CO2-udslip, og derved ikke medvirke til global opvarmning. I gruppen skal I diskutere følgende spørgsmål: Hvordan hænger energiforbrug og klimaforandringer sammen Hvad kan vi gøre for at undgå klimaforandringerne? Se også opslag 3 (side 10) og 4 (side 12) i debatmagasinet. I opslag 8, på side 21 i debatmagasinet, er der desuden følgende spørgsmål, som I skal tage stilling til: Hvilke alternative energiformer vil du vælge, hvis du som politiker skal beslutte landets energifremtid? Danmark har valgt ikke at satse på atomkraftværker. Hvad er din holdning til atomkraft? Mener du, at vi i Danmark skal leve op til alle klimapanelets forslag til at begrænse udledning af drivhusgasser? Forbered svarene, så I kan præsentere dem for klimakaravanens medarbejder. 2

Klasseaktivitet 2: Brug af multimeter (30 min) I gruppen skal I gennemgå og forstå brugen af et multimeter. A. Måling af spænding (Volt) Tilslut pæren eller anden strømbruger til energikilden (batteriet). Rød til rød, og sort til sort. Multimetrets skal stå på jævnspænding V ved tallet 20. Sæt en rød ledning i stikket hvor der står VΩmA Sæt en sort ledning i stikket, hvor der står COM Sæt den røde ledning fra multimeter til rød på pære (+) Sæt den sorte ledning fra multimeter til sort på pære (-) Aflæs spænding (Volt) Resultat B. Måling af strøm (Ampere) Multimeterets drejeknap skal stå på 10A Sort ledning sættes på batteriets minuspol (-) og på minuspolen ved pæren. En rød ledning sættes i stikket på multimetret, hvor der står 10A, og den anden ende af denne ledning sættes i rød ved batteriets pluspol (+) En rød ledning sættes i stikket hvor der står COM og ledningen sættes i ved pæren (rød) pluspolen. Aflæs strøm (Ampere) Resultat Måling af spænding (Volt), skal sidde i parallelforbindelse Måling af strøm (Ampere), skal sidde i serieforbindelse C. Apparatets effektforbrug (Watt) kan nu beregnes: Effekt (Watt) = Spænding (Volt) x Strøm (Ampere) Resultat D. Serieforbindelse Hvis man ønsker højere spænding, kan man forbinde batterier, eller solceller, i serie. I dette tilfælde er 3 solceller sat i serie. De giver en spænding på:0,5 + 0,5 + 0,5 = 1,5 V og 1 x Ampere E. Parallel-forbindelse Hvis man ønsker flere ampere, men samme spænding, skal man forbinde batterier eller solceller i parallel. I dette tilfælde er 2 serier sat i parallel. De giver stadig en spænding på 1,5 V, men nu 2 x Ampere OBS! Hver elev præsenterer multimeterets brug for de andre i gruppen. Hver elev er forberedt på at præsentere brug af multimeter for klimakaravanens medarbejdere. 3

Klasseaktivitet 3: Læsning af faktablade (30 min) I gruppen skal I nu forberede jer på de emner, I skal arbejde med ved bussen. I skal fortsætte med at arbejde i de 4 grupper, men grupperne bliver slået sammen 2 og 2, når I kommer ud til bussen. I skal nu læse de faktablade, der findes bagerst i denne vejledning. Jeres lærer fortæller, hvilke grupper der læser hvad: Gruppe 1: Vindmøller samt Brint og brændselsceller Hold A Gruppe 2: Vindmøller samt Brint og brændselsceller Gruppe 3: Solceller samt Brint og brændselsceller Hold B Gruppe 4: Solceller samt Brint og brændselsceller Spørgsmål til faktablade: Hold A De vindmøller, der er i Danmark, har forskellig alder og størrelse. En moderne vindmølle er på mindst 2 MW (MegaWatt). Det betyder, at den kan levere 2 MW, når vinden blæser optimalt. En 2 MW mølle kan årligt producere ca. 6.000.000 kwh (kilo-watt-timer). da h k M G T Nogle dekadiske præfikser deka 101 10 hekto 102 100 kilo 103 1000 Mega 106 1.000.000 Giga 109 1.000.000.000 Tera 1012 1.000.000.000.000 Danmarks elforbrug var i 2006 36.000 GWh 1. Hvor mange 2MW vindmøller skal der til at dække hele Danmarks elforbrug? 2. Kan man bare erstatte de eksisterende vindmøller? Hvorfor/hvorfor ikke? 3. Kan det umiddelbart lade sig gøre i praksis, at få al strøm fra vindmøller? Spørgsmål til faktablade: Hold B En solcelle på 1 m2 kan årligt producere 100 kwh (kilo-watt-timer).. Danmarks samlede areal er 43.000 Danmarks elforbrug var i 2006 36.000 GWh. 2 m ha Nogle arealmål kvardratmeter 1 m2 hektar 10.000 m2 kvardratkilometer 1.000.000 m2 1. Hvor stort et areal med solceller kræves, for at dække det danske elforbrug? 2. Kan det umiddelbart lade sig gøre i praksis, at få al strøm fra solceller? 4 Nogle danske øers areal Sjælland 7.031 Fyn 2.985 Lolland 1.243 Falster 514 Langeland 284 Læsø 118 Samsø 114

BUSAKTIVITET (11.00-11.45) Hold A skal arbejde med vindmøller og brændselsceller. Hold B med solceller og brændselsceller. HOLD A: Vindmøller, brint og brændselsceller I skal bruge: Vindmølle model Vindmøllepark-simulator Små brændselsceller Brændselscellestak Radio og evt. TV Batteripakke Små pærer Pakke I havde i klassen Multimeter Div. ledninger Modelvindmølle Opgave: I skal undersøge, hvordan i kan bruge modelvindmøllen og vindmøllepark-simulatoren til at levere en spænding og strøm, der passer til de apparater I skal bruge (racerbane, pære, radio, batteripakke og brændselsceller). 1. Arbejd sammen to og to. Mål spændingen (V) på vindmøllen, og hver af generatorerne i vindmølleparken, uden apparater tilsluttet. Volt 2. Tilslut nu en pære, og mål spænding (V) strøm (A) på opstillingen. 3. Hvad sker der med spændingen, når der er et apparat tilsluttet? og Vindmølle park-simulator, med 6 hånddrevne generatorer 4. Hvor mange Watt (W) leverer en mølle i vindmøllepark-simulatoren? Watt Nu skal I til at arbejde sammen i hold. Først to hold med 5-6 elever på hvert hold. Hvert hold skal bruge en bane på racerbanen, og 3 generatorer/ vindmøller. Første opgave er at finde ud af, hvordan I kan få racerbilerne til at køre. 5. Hvordan skal de enkelte vindmøller i parken kobles sammen, for at I kan få begge biler til at køre. Prøv først at tilslutte en generator til én bane. Kører bilen? Hvis ikke, så prøv at tilslutte endnu en generator til racerbanen. Men skal den nu være i serie eller parallel? Se evt. på vejledningens side 3, hvordan man laver serie og parallel forbindelser. Prøv jer frem! Hvad virker? 6. Det gælder om, at være det hold, der først får sin bil til at køre 10 omgange på banen. 5

HOLD A: Vindmøller, brint og brændselsceller.. fortsat Nu skal I arbejde sammen alle sammen. I skal have fjernsynet til at køre. Se på apparatet for at vurdere, hvilken spænding (V) og strøm (A) det skal bruge, for at det fungerer. Eller prøv jer frem! I kan evt. bruge jeres resultater fra Klasseaktivitet 2 ang. serie- eller parallelforbindelse. 7. Hvordan skal de enkelte vindmøller i parken kobles sammen, for at I kan få fjernsynet til at vise et godt billede? Nu blæser vinden jo ikke hele tiden. En vindmølle i Danmark kører mellem 6-7.000 timer om året. Hvor mange timer er der i øvrigt på et helt år? Hvis et energisystem skal baseres på vedvarende energi, f.eks. i form af el fra vindmøller, skal det derfor være muligt at lagre energien fra vindmøllerne i de perioder, hvor det blæser godt, så energien kan bruges i de perioder, hvor det ikke blæser. I skal nu undersøge to muligheder for lagring af vindmøllestrøm: Batterier og brint. 8. Brændselscellestakken består af 5 serieforbundne brændselsceller. Hver celle kræver 2 Volt. Hvor mange Volt kræves for at få hele brændselscellestakken til at producere brint? 9. Når man skal trække strøm ud af brændselscellestakken, kan den kun levere ca. 0,8 Volt pr celle. Prøv med et radioapparat eller en pære at få strøm ud af brændselscellen. 10.Prøv også at lade en eller to batteripakker op ved hjælp af vindmølle park simulatoren. Hvordan skal det gøres? Brug de batteripakker I brugte i klassen. Sørg for at de er afladet pæren lyser ikke, bilen kan ikke køre. 11.Kan I lave et system, således at I kan få leveret strøm til jeres udstyr, uanset om vinden blæser eller ej. 12.Hvordan skal de forskellige ting forbindes? 13.Virker det? 6

BUSAKTIVITET (11.00-11.45) Hold A skal arbejde med vindmøller og brændselsceller. Hold B med solceller og brændselsceller. HOLD B: Solceller brint og brændselsceller I skal bruge: Solceller kuffert med solceller og ledninger Plade til montering af solceller Små brændselsceller Brændselscellestak Radio og evt. TV Batteripakke Små pærer Pakke I havde i klassen Multimeter Div. ledninger Opgave: Holdet deles i 2-3 grupper, der hver får en solcellekuffert I skal undersøge, hvordan solcellerne kan forbindes, så de kan levere en spænding (V) og strøm (A), der passer til de apparater I skal bruge (pære, radio, batteripakke, brændselsceller). 1. Mål spændingen (V) på en solcelle Volt 2. Find ud af, hvor mange solceller der skal til at få pæren til at lyse? 3. Mål spænding Volt, og strøm Ampere på opstillingen med pæren 4. I skal nu se, om I kan få en radio til at spille alene på solceller. Se på radioen om der er informationer, I kan bruge ang. spænding og strøm, eller prøv jer frem. Hvor mange solceller skal I bruge? (I kan også se i klasseaktivitet 2 ang. serie- og parallelforbindelse). 5. Mål spænding Volt, og strøm Ampere på opstillingen med radioen. Nu skinner solen jo ikke hele tiden. Ifølge DMI er der mellem 1.300 og 1.800 solskinstimer i Danmark om året. Hvor mange timer er der i øvrigt på et helt år? Hvis et energisystem skal baseres på vedvarende energi, f.eks. i form af el fra solceller, skal det derfor være muligt at lagre energien fra solcellerne. I skal nu undersøge to muligheder for lagring af solcellestrøm: Batterier og brint. 6. Brug en af de batteripakker I brugte i klassen. Sørg for at den er afladet pæren lyser ikke. I har tidligere målt spændingen på batteripakken (klasseaktivitet 2). Brug det resultat til at finde ud af, hvor mange solceller I skal sætte til for at oplade batterierne. Sæt batterierne til opladning og gå videre til brændselscellen. Fortsættes næste side. 7

HOLD B: Solceller, brint og brændselsceller.. fortsat 7. I skal starte med at arbejde med den lille brændselscelle. Den skal bruge 2 Volt for at lave brint. Forbind det rette antal solceller (mål inden tilslutningen) og iagttag, hvad der sker. Hvilken beholder kommer der brint i, og hvilken kommer der ilt i? Hvorfor? 8. Når man skal trække strøm ud af den lille brændselscelle, kan den kun levere ca. 0,8 Volt. I kan derfor kun få den lille blæser/motor til at køre. Lille PEM brændselscelle NU SKAL ALLE 2-3 SMÅ GRUPPER PÅ HOLD B ARBEJDE SAMMEN, OM AT FÅ BRÆNDSELSSTAKKEN TIL AT FUNGERE. 9. Brændselscellestakken består af 5 serieforbundne brændselsceller. Hver celle kræver 2 Volt. Hvor mange Volt kræves for at få brændselscellestakken til at producere brint? 10. Gør som med den lille brændselscelle, tilslut det rette antal solceller (mål inden tilslutningen), og iagttag, hvad der sker. Hvor kommer der brint, og hvor ilt? 11. Når I har lavet noget brint, testes om radioen kan spille. Også disse brændselsceller leverer 0,8 Volt pr. celle. Brændselscellestak 12. Kan I lave et system, således at I kan få leveret strøm til jeres udstyr, uanset om vinden blæser eller ej. 13. Hvordan skal de forskellige ting forbindes? 14. Virker det? 8

KLASSEAKTIVITET (11.45-12.30) Som afslutning på aktiviteten skal I i klassen se soundslide 3 Samsø som energi-ø. På Samsø er man ved at opbygge et energisystem, som gør øen selvforsynende med vedvarende energi. Links: www.solenergi.dk information om solceller og solvarme, Teknologisk Institut http://www.windpower.org/composite-29.htm - Vind med Møller, Undervisningsprogram fra vindmølleindustrien fra 5 klasse og op. HUSK at aflevere alle vejledninger tilbage til bussen inden I går til fællessamlingen! 9