laver inspirerende undervisning om energi og miljø TEMA: Solenergi Elevvejledning BAGGRUND Klodens klima påvirkes når man afbrænder fossile brændsler. Hele verden er derfor optaget af at finde nye muligheder for at dække det stadigt stigende energiforbrug med andet end olie, kul og gas. I skal i denne aktivitet undersøge, hvor meget energi solen leverer samt hvordan vi kan udnytte solens energi til både strøm, opvarmning af boliger og til varmt vand. Når I også opgave 4, skal I arbejde med solenergi som brændstof til biler. Denne aktivitet består af: Klasseaktivitet, hvor I skal læse og diskutere, hvordan vi i fremtiden sikrer en bæredygtig energiforsyning. Øvelser, hvor I skal lave forsøg med solfangere og solceller. Klasseaktivitet, hvor I skal fremlægge gruppens øvelser. Eventuelt teoretiske ekstraopgaver. PROGRAM 8:008:15 Introduktion til dagens program 8:159:45 Gruppearbejde 9:4510:00 Pause 10:0011:00 Fremlæggelse og afslutning OPGAVER I deles i grupper, der skal arbejde med forskellige opgaver inden for solenergi. I skal forberede en fremlæggelse af jeres arbejde til afslutningen, så skriv alle jeres svar ned. Undervisningen indeholder fire opgaver: Opgave 1: Hvordan virker solceller? Opgave 2: Hvordan virker solfangere? Opgave 3: Brug af solenergi i kommunen Opgave 4: Solenergi som brændstof til biler Formålet med aktiviteten er at få en forståelse for, hvordan vi kan udnytte solen som energikilde til strøm, opvarmning af vores huse og til varmt vand. 1
OPGAVE 1 Hvordan virker solceller? Formål For at producere elektricitet ved hjælp af energien fra solen bruges en solcelle. I denne opgave skal I først læse, hvordan en solcelle fungerer og derefter svare på spørgsmålene nedenunder. Til sidst skal I se, om I kan få en radio til at spille ved hjælp at energien fra solceller. B. Parallelforbindelse Hvis man ønsker flere ampere, men samme spænding, skal man forbinde batterier eller solceller parallelt. I dette tilfælde er 2 serier sat i parallelt. De giver en spænding på 1,5 V, men nu 2 ampere. En solcelle kan give og 1 A. I skal fremlægge for klassen, hvordan en solcelle virker, hvor meget elektricitet den kan lave og hvordan den skal placeres for at producere mest mulig elektricitet. For at løse opgaven skal I bruge følgende: Elevvejledning Faktaark om solceller Computer med netadgang Solceller og udstyr til solceller Eventuelt en halogenlampe Solceller skal have sollys for at fungere! Hvis der ingen sol er, eller det er meget mørkt, kan I bruge en arbejdslampe med ca. 300500 Watt som sol. Måling af spænding Når I har samlet solcellerne, som I mener, de skal forbindes, tilslutter I multimeteret. Mål først spændingen fra solcellerne, uden hverken pære eller radio er tilsluttet. Sammenlignet med billedet nedenfor, svarer det til, at I sætter ledninger direkte fra multimeter til batteri (solceller). Forsøg med solceller I skal selv afprøve, hvordan solceller virker. Prøv at se, om I kan få en radio til at spille ved hjælp af solceller. Her følger en vejledning: Samling af solceller Undersøg først hvor mange volt 1 solcelle giver. Se på det lille måleinstrument i toppen af cellen husk at 500 millivolt =. Eller brug mulitmeter til at måle spænding med. Solceller kan forbindes på to måder: A) serieforbindelse B) parallelforbindelse. A. Serieforbindelse Hvis man ønsker højere spænding, kan man forbinde batterier eller solceller i en serieforbindelse. 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 ampere Multimetre kan se forskellige ud, men de virker på samme måde Måling af spænding (Volt) Tilslut pæren eller anden strømbruger til energikilden (solcellerne). 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) 2
Spørgsmål Efter forsøget med solceller skal I svare på følgende spørgsmål: Måling af spænding (Volt), skal sidde i parallelforbindelse 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 pærens pluspol. Aflæs strøm (Ampere) Måling af strøm (Ampere), skal sidde i serieforbindelse Apparatets effektforbrug (solcellernes produktion i Watt) kan nu beregnes: Effekt (Watt) = Spænding (Volt) x Strøm (Ampere). Resultat: Watt Tilslutning af radio I skal tilslutte radioen til solcellerne og undersøge, om de kan trække den. Undersøg radioen står der noget på den om spænding (Volt), strøm (Ampere) eller effekt (Watt)? Hvis der gør, kan I bruge det som hjælp til at finde ud af, hvor mange solceller I skal bruge. Mål spænding igen, når radioen spiller. 1. Hvilke typer af solceller findes der? 2. Hvilke typer af solceller har størst virkningsgrad, dvs. hvilke kan producere mest elektricitet? 3. Hvilke materialer er solceller lavet af? 4. Hvordan bevæger elektronerne sig på en solcelle, så de producerer elektricitet? 5. Hvordan skal solceller være placeret for, at de producerer mest mulig elektricitet? 6. Hvad betyder skyggepåvirkningen for solceller? 7. Har skygge en effekt på hvor meget strøm, solcellerne producerer? Find inspiration i faktaarket og afprøv skyggevirkning på jeres radio fra jeres forsøg med solceller og radio. Se hvor meget skygge, der kan være og radioen stadigvæk spiller. 8. Tag stilling til følgende: Udover at sætte solceller op, som kan lave strøm til vores strømforbrug, vil det også være en mulighed at skære ned på strømforbruget i hjemmet. Hvad kan indbyggerne i jeres kommune gøre for nedsættelse af deres strømforbrug? Hvilke interessekonflikter kan der opstå hos befolkningen? I kan få gode ideer til strømbesparelse på www. dongenergy.dk i dokumentet Alt om energiforbrug. 3
OPGAVE 2 Hvordan virker solfangere? Formål I denne opgave skal I undersøge, hvordan en solfanger virker. I skal finde ud af, hvor man kan placere solfangere i jeres kommune og finde alternativer til hvad man kan gøre i sin bolig for at mindske varmetabet. I skal læse faktaarkene for at svare på spørgsmålene og for at kunne lave forsøg med en solfanger. For at løse opgaven skal I bruge følgende: Elevvejledning Faktaark om solfangere Solfangere Termometer Computer med internetadgang Forsøg med solfangere I skal nu selv afprøve, hvordan solfangere virker. Forsøget skal, hvis det er muligt, laves udendørs. Til forsøget skal I bruge: 1 stk. solfanger med vandbeholder 2 stk. termometre Træstykke (3 x 10 cm) Savsmuld Vand Halogenlampe på 300500 Watt, hvis det er skyet Samling af solfanger: Sæt gummiproppens to huller ned over de to rør, der stikker ud af kassens øverste side Det lille glasrør skal sættes ned i det venstre Figur: Skitse af en solfanger hul (når solfangeren ses forfra) Det store plastrør sættes ned over gummiproppen. Det er vigtigt, at alt sidder godt fast, så systemet er vandtæt Gør forsøget klar: Fyld forsigtigt solfangeren med vand indtil vandbeholderen (plastrøret) er næsten fyldt, ca. 2 dl. Hæld lidt savsmuld (ca. ½ tsk.) i vandet og rør rundt. Stik de to termometre gennem de 2 huller i træstykket og sæt dem ned i vandbeholderen (plastrøret), så det ene sidder ned i det lille glasrør (top) og det andet sidder i bunden af det store plastrør (bund). Placer solfangeren optimalt. Nu er I klar til at lave forsøget Aflæs temperaturen på de to termometre og skriv det i skemaet. I skal derefter aflæse temperaturen hvert minut i 10 minutter og skrive det i skemaet hold også øje med savsmuldet i vandet og beskriv, hvad der sker. Skema til at skrive jeres målinger ind i: Tid Start 1 min. 2 min. 3 min. 4 min. 5 min. 6 min. 7 min. 8 min. 9 min. 10 min. Indløb/Bund Temperatur Udløb/Top Når I har målt i 10 minutter, skal I indtegne resultaterne for temperaturen som to grafer, én for indløbstemperatur og én for udløbstemperatur i et koordinatsystem, som vist herunder. 4
Spørgsmål til forsøget: Hvad sker der med savsmuldet, og hvorfor sker det? Hvorfor er solfangeren malet sort? Grader 70 60 50 40 30 20 10 Figur: Solens retning 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Minutter Hvorfor er der flamingo i bunden af solfangeren og en glasplade foran solfangeren? Spørgsmål I har nu lavet forsøg med en model af en solfanger. Her til sidst skal I finde ud af, hvordan solvarmeanlæg anvendes mest optimalt. 1. Hvor meget af den samlede solindstråling når jordens overflade? 2. hvor stor en del anvendes til fotosyntese? 3. Vil det forbedre solfangerens virkningsgrad at hælde en solfanger, så den står mere vinkelret på solindstrålingen? Hvor mange gange større (med hvilken faktor) er den årlige solindstråling i Sahara end i Danmark ved en hældning på 0 O? (Se tabel i faktaarket om solfangere) Hvor meget solenergi rammer årligt en m 2 i Danmark ved en hældning på 0 O og ved 40 O? (Se tabel i faktaarket om solfangere) Hvilken hældning er bedst i Danmark? 4. Hvor mange m 2 solfanger skal en familie på fire bruge til at dække 6070% af familiens forbrug af varmt vand i et år? 5. Udover hældningen er der også andre faktorer der påvirker en solfanger evne til at producere varmt vand. Se på to følgende figurer og forklar hvilke forhold, der også gør sig gældende? Figur: Solindstråling og behov for opvarmning og varmt vand i et hus i løbet af et år. Kilde: www.batec.dk Hjælpespørgsmål: Hvilken retning er bedst til at udnytte solens varme og hvorfor er denne retning bedst? Tror I, det har betydning, om solfangeren ligger ned på jorden eller står op? Prøv at kigge på den sidste figur og se, om I kan forklare, hvorfor solvarmen ikke kan dække hele årets varmtvandsbehov. I kan desuden få flere ideer fra: www.brobyvarme.dk www.naturgas.dk 5
OPGAVE 3 Brug af solenergi i kommunen? Formål I denne opgave skal I undersøge, om jeres kommune kan klare sig udelukkende med solenergi til at dække indbyggernes energiforbrug. For at løse opgaven skal I bruge følgende: Elevvejledning Faktaark om solfangere Oplysningsark om kommunens areal, antal indbyggere, kort over kommunen samt et luftfoto over et parcelhusområde. Spørgsmål Find svar på følgende spørgsmål ved hjælp af faktaarket om solens indstråling og oplysningsark om jeres kommune. 1. Hvor stor er solindstrålingen i Danmark? 2. Hvor stor solindstråling er der på kommunens areal? 3. Hvor vil det være muligt at sætte solfangere (til varmt vand) og solceller (til el/strøm) op i jeres kommune dvs. på større arealer? (kort over kommunen) 4. Se på et billede af en lille del af jeres kommune. Hvor kunne man sætte solfanger og solceller op? 5. En person har et normalt elforbrug på mellem 10001500 kwh om året. For at dække et sådant forbrug, skal der bruges mellem 1015 m 2 solceller. Hvor mange m 2 solceller skal der til at dække elforbruget for hele befolkningen i jeres kommune? 6. Hvor mange m 2 skal der til for at dække 60 70% af varmen til brugsvand til kommunens befolkning? 7. Hvor mange m 2 solceller og solfanger skal der i alt sættes op i jeres kommune for at dække befolkningens elforbrug og 6070% af opvarmningen af brugsvand? 8. Vil det være muligt i jeres kommune at sætte så mange m 2 solceller op som i spørgsmål 6? (brug kort over kommunen til at finde placeringer til solceller og solfangere) 9. Tag stilling til følgende dilemma: De arealer, som skal bruges til opsætning af solceller og solfangere, bliver i dag brugt til andre formål. Det kan f.eks. være landbrug, rekreative områder, fodboldbaner mm. Hvilke konflikter kan der opstå, når brugere af et område ikke mere har adgang til dette område? Og hvordan løses disse interessekonflikter? Vidste du? Furesø Kommune er 57 km 2 og har 35.204 indbyggere. For at dække 6070 % af kommunens energiforbrug til varmt vand, skal der bruges ca. 52.000 m 2 solfangere. Det svarer arealmæssigt til ca. 81 fodboldbaner. Solvarmeanlæg i Marstal på Ærø med 18.365 m 2 solfangere (svarer til næsten 3 fodboldbaner), der leverer varmt vand via et fjernvarmenet til 1.500 huse i Marstal by. Det svarer til, at ca. 600 husstande udelukkende opvarmes af solenergi hele året. Solvarmeanlægget sparer hvert år et forbrug på 800.000 liter olie (svarende til 2.120 tons CO 2 ). 6
OPGAVE 4 Solenergi som brændstof til biler Priser for Better Places fem forskellige abonnementstyper: Formål I denne opgave skal I undersøge, hvordan man kan bruge strøm fra solceller som brændstof, andre alternativer til bæredygtig transport og hvordan man kan få folk til at ændre transportvaner. 10.000 KM PR. ÅR 1495, pr. måned 15.000 KM PR. ÅR 1695, pr. måned 20.000 KM PR. ÅR 1895, pr. måned Spørgsmål 1. Hvor langt kan en elbil køre på et opladet batteri? 2. Hvorfor er batteriskiftestationer nødvendige? 3. Hvor vil det være bedst at have en elbil i Danmark i forhold til batteriskiftestationerne? 4. Er der en batteriskiftestation i jeres kommune? (se: www.danmark.betterplace.com/ loesningen/kortoverinfrastrukturen/) 5. Hvor kunne der være batteriskiftestationer placeret i jeres kommune? 6. Hvad koster det at køre 1 km i de fem forskellige medlemstyper? 7. Lav en graf der viser, hvad det koster at køre med de forskellige ordninger fra spørgsmål 6, samt med en benzin bil, der kører 18 km/l med en benzinpris på 12,50 kr. (pris yaksen og km xaksen). Hvor mange kilometer skal man køre pr. måned, for at det kan svarer sig at køre i elbil? 8. Hvor meget CO 2 sparer man, hvis man kører 10.000 km, 15.000 km, 20.000 km og 30.000 km i en elbil? 9. Hvilken betydning har udslip af CO2 for klimaet? Se evt. faktaark som inspiration 10. Tag stilling til, hvordan kommunen kan få en mere bæredygtig transport, dvs. en transportform som ikke udleder så meget CO 2. (Se nedenstående tabel) 30.000 KM PR. ÅR 2495, pr. måned UBEGRÆNSET KM PR. ÅR 2995, pr. måned Værd at vide En almindelig bil udleder ca. 170 g. CO 2 pr. kilometer. En elbil med strøm fra et kraftværk udleder ca. 70 g. CO 2 pr. kilometer Transportform Cykling Bus Tog Fly Bil CO2udslip pr. km/person 8 g 54 g 30 g 135 g 170 g (afhænger af biltype) 7
FREMLÆGGELSE I fremlægger jeres svar på spørgsmålene for resten af klassen. I kan derefter sammen udarbejde en kort liste med forslag til kommunen over, hvad der kan gøres for at udnytte solenergien bedre til at dække befolkningens energiforbrug. Liste til kommunen Formålet er at få lavet en kort liste over ting, som jeres kommune kan gøre for at udnytte solenergien til at dække befolkningens energiforbrug. 1. Beslut hvilke ting, der skal med på jeres liste. Diskutér fordele og ulemper ved jeres forslag. Er der nogen, der er så gode, at kommunen skal bruge dem, er der nogle I vil forkaste med det samme? Hvis I ikke kan blive enige om hvilke forslag, der skal være med på listen, må I stemme om det. 2. I har nu en liste over forslag, som kommunen kan bruge. Kan I sige noget om, hvor meget af kommunens energiforbrug, der kan dækkes af solenergi? 3. Beskriv også de problemer og muligheder, som forslagene på listen kan give kommunen. I kan vælge at sende listen med jeres kommentarer til kommunen eller lokalavisen, med et følgebrev der forklarer, hvorfor I har arbejdet med emnet, og hvorfor det er vigtigt at udnytte solenergien. 8