miljolare.on logo miljolare.no logo  
  om nettverket | kontakt | A til Å | english
Du er her: Forsiden > Aktiviteter > Energi > Solenergi > Veiledning

Aktivitet:

Solenergi

Valg for denne aktiviteten:

 Hovedside  Les veiledning  Legg inn data  Vis resultater

 Bakgrunnstoff  Læreplanmål

Formål

  • Få innsikt i at forbrenning av fossilt brennstoff fører til menneskeskapte klimaendringer.
  • Bli bevisst at det finnes fornybare energikilder som alternativer til fossilt brennstoff.
  • Få innsikt i hvordan bruk av ikke-fornybar energi kan reduseres.
  • Bli kjent med energiformer og energioverganger.

Utstyr

  • To solcelleenheter
  • En lavspenningsmotor
  • En propell som motoren kan drive
  • En motstand, helst på 5,6 ohm
  • To ledninger med ører i ene enden og bananstikker i andre enden
  • En ledning med bananstikker i begge ender
  • To krokodilleklemmer
  • Et multimeter

Denne utstyrspakken kan bestilles fra KPT Naturfag, kontaktinformasjon:
E-post: firmapost@kptnaturfag.no
Tlf: 71 58 89 00

utstyr

Oversikt over utstyret

Strøm, spenning og effekt

Strøm måles i ampere (A). Ampere beskriver hvor mange elektroner som strømmer gjennom en ledning per sekund. Vi måler her strømmen fra solcellen i milliampere, altså tusendels ampere, fordi cellen gir nokså liten strømmengde.

Spenning måles i volt (V) eller millivolt (tusendels volt). Spenning er differansen i elektrisk ladning mellom to punkter. I aktiviteten måler vi strømmen i volt. Om vi sammenligner elektrisk strøm med vannstrøm, kan vi si at strøm er et mål på hvor mye vann som renner forbi et punkt, mens spenning tilsvarer vanntrykket.

For å kunne måle eller bruke strømmen fra solcellen, må den kobles opp i en strømkrets. Strømmen må da gå fra den ene pluss-polen på solcellen, gjennom et apparat eller en motstand, tilbake til minus-polen på solcellen. I en likestrømskrets, som vi får med solcellen, går strømmen hele tiden samme vei i kretsen. I vekselstrømkretser, som i det vanlige strømnettet i hjemmene, veksler retningen 50 ganger per sekund.

Effekt måles i watt (W). Watt er et uttrykk for energimengde per sekund. 1 volt er definert som den spenningen som skal til for at en strøm på 1 ampere skal gi en watt. Dermed kan vi bare multiplisere strøm og spenning, og finne effekten. VA = W (angis også som UI = P).

Vi bruker et multimeter for å måle strøm og spenning. Multimeteret kobles parallelt inn i strømkretsen for å måle spenning, og i serie for å måle strøm.

Parallellkobling får vi når kretsen først er koblet opp slik at den fungerer, og en ny last, eller for eksempel et måleapparat, kobles på kretsen, slik at pluss kobles til pluss og minus til minus. Strømkretsene i hjemmene er koblet på denne måten, ellers ville alle lys i en kurs gå om en lyspære gikk.

Seriekobling får vi dersom strømmen går gjennom alle laster (/strømbruker) i en krets fra pluss til minus. Juletrebelysning er gjerne koplet sammen på denne måten, og da går lyset i hele rekken hvis en pære går.

Med last mener vi altså en strømbruker, eller en komponent som er satt inn i kretsen for å hemme strømmen. Dersom strømmen skulle gå direkte fra pluss til minus på strømleverandøren uten å gå via en last, får vi en kortslutning. Lasten kan også være en elektromotor, en lyspære eller for eksempel en PC. Vi kan også sette inn en motstand, en elektronisk komponent som er laget for å gi en bestemt resistans. Resistans måles i ohm. Motstandene har fargeringer som viser verdien etter en bestemt kode. Ohms lov sier at det et fast forhold mellom strøm, spenning og resistans i en strømkrets (resistansen er spenningen delt på strømmen, R = U/I). Ved å regulere motstanden, kan vi dermed variere spenningen i en krets. Demperne vi bruker på lysbrytere i hjemmet inneholder dreiemotstander som er regulerbare motstander.


Bli kjent med utstyret

Hvordan koble sammen utstyret?

Ledningene har bananstikker der de skal kobles til motoren og ører der de skal skrues til solcellen. Vi bruker krokodilleklemmer for å koble inn motstanden. En holder gjør det mulig å sette solcellene opp i vinkel mot solen.

Om vi bruker flere solceller, kan de kobles sammen på flere måter. Parallellkobling, som bildet under til venstre viser, gir mer strøm men lavere spenning. Her kobles minus-pol til minus-pol og pluss-pol til pluss-pol. Seriekobling er best for å finne maksimal ytelse. Da kobler vi pluss-pol til minus-pol slik bildet under til høyre viser. Dere kan måle effekten (strøm x spenning) til solceller både når de er koplet sammen parallellt og i serie, men husk på at dere må måle både strøm og spenning på samme oppsett og solforhold for å få meningsfylte verdier for effekten.

Parallellkobling

parallellkobling
 

Seriekobling

Seriekobling

For å kunne se at cellen produserer strøm, og for å kunne måle spenning og strøm, må cellen kobles til en last. Med last mener vi et apparat eller en motstand. En lavspenningsdiode eller en tilsvarende motor er bra. Dioden vil lyse, og motoren kan drive for eksempel en lett propell.

Vifte og multimeter i krets

Bildet viser oppkobling for måling av strøm, med en lavspenningsmotor som driver en propell koblet inn i kretsen. Solcellene er i dette eksempelet koplet sammen parallelt. Vi ser at viften går når solinnstrålingen er sterk nok, men vi vil også se at cellen produserer strøm selv om viften ikke går. Det skal bli nokså mørkt før strøm- produksjonen slutter helt.

I dette eksempelet har vi byttet ut propellen med en motstand. Solcellene er nå koplet sammen serielt, og bildet viser måling av spenning, altså måling parallelt med lasten.

Her måler vi strøm. Solcellene er fremdeles koplet sammen serielt, og nå gjør vi også målingene serielt med multimeteret koplet inn mellom strømkilde og last. I disse to måleeksempelene fant vi en spenning på 1380 millivolt (1,38 V) og en strøm på 85,2 milliampere (0,0852 A). Vi finner effekten ved å gange disse størrelsene: P = U x I = 1,38 V x 0,0852 A = 0,1176 W.

Gjennomføring

Ta gjerne utskrift av skjemaet nederst på siden og bruk dette til å notere måleresultatene i.

1: Mål strøm og spenning

Kople inn motstanden på 5,6 ohm i solcellekretsen. Registrer minst en måling av spenning og en av strøm. Når dere måler, prøv å plassere solcellepanelet i tilnærmet samme vinkel som dere ville brukt hvis dere hadde hatt solceller på taket. På bygninger med flate tak monteres gjerne solcellepanel i en vinkel i forhold til taket slik at eksponeringen for solsstrålingen blir så god som mulig (se punkt 2 under). Registrer maksimumsverdien over en kort periode, f.eks. 20 sekunder. Ta gjerne opp til 5 gjentatte målinger gjennom dagen, for eksempel annenhver time. Noter klokkeslettet for når dere gjør målingene. Når dere registrerer verdier for spenning og strøm, vil effekten regnes ut automatisk.

Hvordan måle spenning?

Vi måler spenning parallelt med lasten. Vær nøye med å plassere ledningene riktig i multimeteret og på målepunktene. Minus-side er alltid merket med svart, bruk derfor svart ledning på minus-siden (som også gjerne er merket med «com» på multimeteret). Pluss-ledningen, med rød plugg, skal stå i inngangen over. Koble motstanden inn i kretsen ved å feste krokodilleklemmer på bananstikkene på ledningene fra solcellepanelet. Still multimeteret på måleområdet 2 V (2000 millivolt) likespenning, og slå på apparatet. Mål så spenningen ved å sette polene fra multimeteret mot hver sin krokodilleklemme (se foto over). Dersom du måler feil vei, vil multimeteret vise riktige sifre men med minus foran. Pass på å bruke millivolt i rapporteringsskjemaet.

Hvordan måle strøm?

Vi måler strøm i serie med lasten (vi kopler da multimeteret inn i kretsen mellom strømkilden og lasten). Det må nå være tre ledninger i kretsen (se bildet til høyre og skissen under). Ledning fra minus på solcellen går til «com» på mulimeteret. Videre går det en ledning fra pluss-inngangen på multimeteret til lasten. Den tredje ledningen går så fra lasten til pluss-polen på solcellen. Kretsen er sluttet, og vi måler strøm i serie med apparatet. Still inn på måling av likestrøm opptil 0.2 A (200 milliampere). Pass på å bruke milliampere i rapporteringsskjemaet.

Måling av strøm

Dere har nå to avlesninger (spenning og strøm), eller en serie av slike tallpar hvis dere har gjort flere målinger.

2: Mål skolens sørvendte takareal

Når vi monterer solceller på hustak, bør vi plassere dem på den sørvendte delen av taket slik at de utsettes for mest mulig sollys. På flate tak monteres gjerne solcellepaneler på skrå slik at de får en bedre eksponering mot solen. Finn ut/beregn hvor stor den sørvendte delen av skolens tak er, og registrer dette på skjemaet. Mål også lengde og bredde på solcellepanelet dere bruker (hvis dere har koplet sammen flere solceller, måler dere den totale lengden og bredden). Effekten vi forventer hvis den sørvendte delen av taket var kledd med solpanel regnes så ut automatisk når dere seinere registrerer resultatene deres på miljolare.no sammen med målingene dere har gjort.

3: Undersøk skolens energiforbruk

For å kunne vurdere om solceller på taket vil være et alternativ eller et betydelig supplement til skolens elektrisitetsforsyning, oppfordrer vi dere om å finne ut hvor mange kWh skolen forbruker i løpet av en typisk høstuke. Når dette registreres, vil dere få utregnet hvor stor del av skolens energiforbruk kunne vært erstattet av energi fra solpanel hvis slike hadde vært montert på taket.

4: Noter solforholdene ved målingen(/e)

Effekten som solceller gir varierer betydelig med hvor skyet det er. Noter om det er sol, delvis skyet eller helt overskyet den dagen dere gjør solcellemålingene. Bruk skalaen under.

Skyforhold
Kilde: naturfag.no

5: Registrer resultatene

Når dere registrerer målingene dere har gjort på miljolare.no under «Legg inn data», vil dere på resultatvisningssidene få opp resultater på følgende:

  • Hvor stor effekt solcellepanelet deres gir under de rådende solforholdene
  • Hvor mye solenergi dere kunne høstet hvis den sørvendte delen av taket hadde vært dekket av solceller
  • Hvor stor del dette utgjør av skolens forbruk av elektrisk energi

Resultatene over registreres klassevis. I tillegg oppfordrer vi dere til å la elevene enkeltvis svare på et spørreskjema med spørsmål relatert til solenergi og alternative energikilder.


Forslag til diskusjons-/fordypningsspørsmål

  • Hvorfor brukes ikke solceller mer i Norge?
  • Kan du tenke deg andre steder i lokalmiljøet ditt utenom skolen som ville egnet seg godt for å montere opp solcellepanel?
  • Solcellepaneler er ganske dyre i innkjøp. Burde norske myndigheter tilby bedre støtteordninger for kjøp/bruk av solcelleteknologi?
  • Hvilke positive effekter kan dere tenke dere vil følge i kjølvannet av en mer utstrakt bruk av fornybare energikilder?

Forslag til andre solenergiaktiviteter

Hvis dere ønsker å gjøre mer praktisk arbeid med solenergi, finnes det flere artige måter å demonstrere hvordan man kan utnytte solvarmen på: Dere kan for eksempel lage en Fingervarmer eller enkle solovner: her er en type og her en annen. Se Bakgrunnsstoffet for aktiviteten for flere tips og ressurser. Last gjerne opp bilder av dette arbeidet når dere registrerer solcelleresultatene på miljolare.no.



Skjema

Dette skjemaet kan du ta utskrift av og bruke når du jobber med aktiviteten.Når du er klar til å legge informasjonen inn i databasen, går du til registrer data.

Del 1 av dette skjemaet besvares klassevis. Hvis dere har gjort en måling, fyller dere bare ut første linje i tabellen, og hvis dere har gjort gjentatte målinger gjennom dagen, fyller dere inn videre nedover i tabellen. Del 2 deles ut og besvares enkeltvis per elev.

DEL 1

Lengde på solcellepanel (cm)  
Bredde på solcellepanel (cm)  

Måling nr. Klokkeslett
(nærmeste time)
Solforhold
(0-4)
Spenning avlest
i millivolt (mV)
Strøm avlest
i milliampere (mA)
         
         
         
         
         
         

Sørvendt takareal på skolebygning (m2)  
Skolens energiforbruk (kWh per uke)  

DEL2

A.Indiker hvor enig du er i påstanden.

Solenergi er billigere enn annen energi. Helt enig Litt enig Vet ikke Litt uenig Helt uenig
         
Bruk av mer fornybar energi vil redusere forurensingen. Helt enig Litt enig Vet ikke Litt uenig Helt uenig
         
Fornybare energiressurser (som solenergi) bør bli benyttet mer i Norge. Helt enig Litt enig Vet ikke Litt uenig Helt uenig
         
Jeg vil oppmuntre skolen min til å installere solceller og benytte andre fornybare energikilder. Helt enig Litt enig Vet ikke Litt uenig Helt uenig
         
Norge fører en bærekraftig klimapolitikk. Helt enig Litt enig Vet ikke Litt uenig Helt uenig
         

B. Vårt nåværende energiforbruksmønster fører til en del miljøproblemer. Hvor viktige er de følgende virkemidlene når det gjelder å få gjort noe med disse problemene? (1 = ikke viktig, 5 = helt nødvendig, hvis du ikke har noen mening om dette svarer du "Vet ikke")

Staten bør lage lover som legger bedre til rette for bruk av fornybar energi. 1 2 3 4 5 Vet ikke
           
Hver enkelt av oss bør være flinkere til å gjøre miljøbevisste valg selv om dette kanskje vil være dyrere på kort sikt. 1 2 3 4 5 Vet ikke
           
Vi må forske mer for å utvikle teknologien bak fornybare ressurser slik at fornybar energi blir billigere og mer effektiv. 1 2 3 4 5 Vet ikke
           
Vi må bedre pengestøtteordninger for å ta i bruk fornybare energikilder. 1 2 3 4 5 Vet ikke
           
Vi må endre våre sosiale normer, verdier og livsstil. 1 2 3 4 5 Vet ikke
           
Vi må bli flinkere til å informere hverandre om problemene med bruk av fossile energikilder. 1 2 3 4 5 Vet ikke
           
Temaet bærekraftig bruk av energikilder bør tyngre inn i undervisningen. 1 2 3 4 5 Vet ikke
           
Vi må få høyere inntekter slik at vi har råd til å velge miljøvennlige løsninger som gjerne ikke er de billigste. 1 2 3 4 5 Vet ikke
           

C. Hva kan dere gjøre for å redusere energiforbruket i ditt nærmiljø?

Vis bare skjema