Oppgaver med tall fra virkeligheten

Er solceller lurt i Bergen?

De siste årene er det montert solcelleanlegg på flere store bygg i Bergen – skoler, næringsbygg og på bygningen ‘Visund’ på Haakonsvern. Kommunen, firmaene, og Forsvarsbygg, må ha en tanke om at installasjonene er regningssvarende, at de er gode miljøtiltak, fint for omdømmet – eller alt på en gang. Også andre steder satser de stort på solceller og nye energiløsninger. I Kongsberg kommune åpnet landets største ungdomsskole høsten 2019, Vestsiden Ungdomsskole. Bygget har innovative energiløsninger. Det er solceller på hele takflaten, og skolen har et hydrogenanlegg som lagrer energien. Se innslag på NRK om skolen her.

Vestsida ungdomsskole i Kongsberg

Vestida Ungdomsskole i byggeperioden

Solskinnshistorier, fra klimatv.no, som viser at solceller er populære og nyttige andre steder.

En tankevekkende reportasje som viser hvordan selv små paneler forandrer livet til folk i en masailandsby. Det er også en artikkel om masaiene på nrk.no

I dette Argument-programmet vil undersøke om det er klimasmart med solceller i Bergen.

Dersom solcellene skal være til nytte i arbeidet mot klimaendringene, må energien de gir erstatte fossil energi. I Norge får vi det meste av elektrisiteten vår fra vannkraft, som er helt fri for CO2-utslipp. Fossilt brennstoff bruker vi til biler, båter og motorsykler, i industrien og noe til oppvarming. Vi må altså få elektrisk energi fra solcellene over til disse sektorene, for eksempel gjennom el-biler.

Forskningsspørsmål

Spørsmålet kan vi konkretisere og dele opp, for eksempel slik:

  • Vil vi kunne erstatte fossilt brennstoff med solceller – i stedet for vindkraft? Her på vestlandet?
  • Hvor stor takflate må vi dekke med solceller for å lade en el-bil hele året?

Spørsmålene har ikke opplagte svar. For å finne ut mer om energibruk i Norge, om solceller er effektive i Bergen, og om de virkelig kan bidra til å få ned utslippene, må vi undersøke spørsmål som:

  • Hvor store er egentlig norske CO2-utslipp?
  • Går utslippene raskt ned, eller må vi ha tiltak, som å bruke mindre bensin og diesel?
  • Hvor mye ustlipp sparer vi på å erstatte en fossilbil med en elbil?
  • Hvor mye strøm kan en solcelle egentlig produsere?
  • Hvordan kan vi innrette et solcelleanlegg her, for eksempel på skolen, for at det skal ha mest mulig effekt?
  • Vil solcellene spare inn igjen utslippene som går med til å produsere dem?

1

Er det meningsfullt å satse på solceller? Hjelper det på utslippene?

Her finner du nettsider, statistikk og informasjon om CO2-utslipp:

Statistikken over norske utslipp viser at det ble sluppet ut 53 millioner tonn CO2-ekvivalenter i 2018, 3,4% mer enn i 1992. I EU har utslippene gått ned med 21,7% fra 1990 til 2017. 40% av energiforbruket i Norge kommer fra fossil energi, til transport, industri og landbruk. Vi produserer nesten all elektrisitet med vannkraft – uten utslipp. Spørsmålet blir om solcelleanlegg og vindkraft kan bidra til å redusere bruken av fossil energi i andre sektorer – som biltrafikk og industri.

Utslipp i Norge i 2018, fordelt etter kilde

Statistikk som viser CO2-utslipp fra elektrisitetsproduksjon.

Direktelenke til interaktivt kart som viser utslipp for alle land i Europa.

Statistikk fra Energi og klima, som viser fordelingen av de norske utslippene

Fordelingen av klimagassutslippene i Bergen kommune

Ressurser for å finne ut om hvor mye energi vi kan spare på å bruke el-biler i stedet for fossilbiler:

Dansk beregning av klima-fordelen med elektriske biler

Tabell med omregning fra energibærere til kWh

2

For å få strøm fra solcellene, må solen være oppe, og solcellene må plasseres slik at de fanger energi fra sollyset. Finn ut hvor solen står i forhold til skolen, til ulike tider på dagen og gjennomåret. Undersøk hvordan vi skal plassere solcellepanelene for å få mest mulig effekt.

Ressurser for å undersøke om det er tilstrekkelig med solinnstråling i Bergen, og om solcelleanleggene som finnes, produserer noe særlig:

Solinnstråling fra valgt dag på skolen din:

Sandgotna

Mjølkeråen

Ytrebygda

Strømmende data fra produksjonen på bygget til Sweco Bergen på Fantoft

Bergensveret.no gir også data om temperatur, nedbør, trykk, vind og UV-stråling

diagram

Diagram fra Bergensveret. Den orange kurven viser beregnet solinnstråling uten f.eks. skyer, den røde målt stråling. Vi ser at det er opp til 700 watt per kvadratmeter denne høstdagen.

På bergensveret.no finner du også valget ‘utforsk data’. Her kan elevene sette sammen egne utvalg av måledata, for enkeltdager, flere dager, måneder eller år. Det går også an å sammenligne flere stasjoner.

Verktøy for å måle areal, retning og lengde finner du på kart i skolen. Velg ‘tegne og måle i kartet

Kurve over solcelleproduksjon

Diagrammet viser produksjonen på bygget ‘Basen’ på Marineholmen, april 2019. De grønne tallene øverst gjelder dagen 1.september.

 

2-10

Det er nå en oppgave å finne ut hvordan vi skal plasser solcellene for å mest mulig effekt. Vi må da kunne måle strøm og spenning, og få Pasco-programmene til å regne ut effekt og energi.
I dette avsnittet finner du veiledninger til hvordan du kan koble opp trådløse sensorer fra Pasco, og bruke programvaren til å lage kurver for effekt og energi.

Veiledning og forslag til å måle strøm , spenning og effekt på solceller.

I arbeidet med måling og beregning, får du bruk for dette programmet som er laget til argumentprosjekt:

For å måle spenning og strøm på solcellen, må den levere strøm til en bruker. Vi kobler derfor en diode, lyspære eller motor til solcellen før vi begynner målingene. Det er greit å begynn med å måle spenning. Filmen under viser hvordan du kan koble opp en eller to solcellepanel, sette inn en Pascosensor som måler spenning, og lese av.

De små solcellepanelene vil typisk gi 1 til 2 volt, helt avhengig av hvor mye lys de får. Prøv inne med vanlig belysning, med en sterk lampe, og ute i solen. Spenningen vil også variere mye etter hvordan du innretter panelet mot lyskilden. Finn frem til en metode for å finne ut hva som gir høyest spenning ute i dagslyset! Under ser du en film der vi har laget en liten rigg for å prøve helningsvinkel på tre seriekoblete solcellepaneler. Slikt kan gjøres enkelt, med papp, treplater, lego – eller meccano, som vi har brukt.

I neste omgang skal vi måle hvor mye strøm solcellen leverer. Her vil vi få små verdier, og målingen blir derfor i milliampere, mA.

Firmaene som installerer solceller regner først hvor mye spenning de kan oppnå, ved å seriekoble flere paneler. Deretter vil de måle eller beregne strømmen, for å finne hvor stor effekt anlegget kan gi, altså hvor mange kW det leverer.

Under finner du en instruksjon om hvordan du kan måle strøm og spenning, og finne effekten på solcelle.

 

Effekt på solcellepanel.

Hvordan måle strøm og spenning med trådløs pascologger, og få ut tall for effekt?

Solcellepanelet vil produsere strøm straks den blir utsatt for lys. Hvor mye strøm og spenning panelet gir, avhenger av lysenergien som treffer det.

Strøm måler vi i Ampere, A. Solcellepanlene gir forholdvis lave A-verdier, slik at vi ofte må måle i milliampere, mA.

Spenning måler vi i volt, V. De små panelene vi bruker gir gjerne mellom 0,5 og 2 volt.

Effekten er produktet av strøm og spenning, volt multiplisert med ampere. Effekt måles i watt, W.

For å finne effekten, må vi altså måle strøm og spenning, og multiplisere verdiene. Vi kan gjøre utregningen manuelt, eller bruke et Pasco-program som gir verdien direkte. Det er utviklet et slikt program i Argument. Du kan laste det ned her

Pasco har også et ferdig program i SparkVue, som gir tall både for effekt (W) og energi i Joule (J). Dette finner du i ‘sparklab’ under general physics.

Filene under veileder om oppkobling og måling med trådløse sensorer for spenning og strøm. Instruksjonen er den samme, i formatene pdf. og  m4v-video. En powerpoint-fil med samme innhold ligger i drive-mappen, til fri bruk.

Filen under er den samme veiledningen i pdf-format:

Effektmåling solcelle-p

Hvis dere vil logge over lengre tid, for eksempel en hel dag, finner dere en instruksjon om ‘remote logging’ her.

Vi kan bruke akkurat de samme målemetodene for å beregne spenning, strøm og energi på de litt større panelene skolen har.

12

Beregne produksjon

Dere har nå mange data og opplysninger som viser produksjon på solceller. Dere har målt selv på de små panelene, og sett på produksjon på anlegg. Nå er det en oppgave å finne frem til en metode for å beregne hvor mye et anlegg på taket av skolen kan produsere per kvadratmeter.

Bruk metoden til å beregne årsproduksjon. Sammenlign gjerne med lignende anlegg i Bergensområdet, for å sjekke hvor realistisk beregningen er. På siden til Sweco-bygget kan du se både produksjonen i dag, gjennom en uke, måned eller år: https://stromberg.solarlog-web.eu/8791.html?c

Skriv en rapport der dere forklarer metoden, og viser resultatene dere er kommet frem til.

14

Kan vi spare CO2 ved å bruke solceller?

For å svare på dette spørsmålet, må vi finne ut både hvor mye bensin eller diesel vi kan erstatte med strøm fra solcellene, OG hvor mye CO2 vi sparer ved å erstatte fossilbiler med el-biler.

Når vi har en felles måle-enhet kan vi sammenligne drivstoff fra alle slags energikilder. For eksempel kan vi finne ut hvor mye elektrisk strøm en liter bensin tilsvarer, eller hvor mye energi det er i fyringsolje i forhold til ved eller diesel.

Velg et fossilt brennstoff som dere vil regne om. Bruk denne tabellen til å finne tallene, og sett opp en sammenligning. Hvis dere nå sammenligner med hvor mye solcellene kan produsere på en kvadratmeter – kan dere si noe om hvor mye fossilt drivstoff vi kan spare med strøm fra en kvadratmeter solcellepanel, gjennom er år?

Faktaark med omregningstabeller og sammenligninger:

Utslipps- og energitabeller

Innhold

1 CO2-utslipp fra bensin og diesel:
2 Utslipp per kjørte kilometer, wtw, etter drivstoff, gram CO2-ekvivalenter
3 Klimagassutslipp fra elektrisitetsproduksjon:
4 Omregningstabell for energivarer, fra liter/kg til kWh

1 CO2-utslipp fra bensin og diesel:

Utslippene fra en liter drivstoffet kan regnes på minst to måter: 1 Fra drivstofftanken til hjulene, det vil si v regner bare forbrenningen i motoren. Denne måten å regne på kalles tank-to-wheel, ttw. 2 Vi kan regne alle utslipp fra oljen pumpes opp, gjennom raffinering, transport og forbrenning, til hjulene ruller. Da blir utslippene per liter høyere, når vi regner med alt. Regnemåten kalles well-to-wheel, wtw

Drivstoff Well-to-wheel
1 liter diesel 3,2 kg CO2-ekvivalenter
1 liter bensin 2,8 kg CO2-ekvivalenter

 

2 Utslipp per kjørte kilometer, wtw, etter drivstoff, gram CO2-ekvivalenter

Bensin 162
Diesel 147
Biodiesel raps 71
Biodiesel soya 124
Etanol fra sukkerrør 26
Diesel med 7%rapsolje 141
Med 30% rapsolje 124

 

3 Klimagassutslipp fra elektrisitetsproduksjon:

Gram CO2-ekvivalenter per produsert kWh:

Vannkraft 4
Solceller 60-106 Varierer mye etter produksjonsmetode for panelen
Vindkraft 14-21
Kullkraft uten rensing 400-577
Kullkraft med rensing 180-275
Gasskraft uten rensing 400-577 Rensing av gasskraft krever karbonfangst og -lagring

 

Kilde for de tre siste tabellene: Fremtiden i Våre hender, som siterer en rekke kilder

https://www.framtiden.no/dokarkiv/faktaark/147-klimagassutslipp-fra-forbruk/file.html

Ipcc regner utslippene fra solenergi til 30-80g CO2 per kWh

http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srren/SRREN_Full_Report.pdf

4 Omregningstabell for energivarer, fra liter/kg til kWh

http://www.miljokommune.no/Temaoversikt/Klima/Klima–og-energiplanlegging/omregningsverktoy_tabeller/Omregningsfaktorer-energivare-til-kWh/

Energivare Enhet Omregnet til kWh
Autodiesel 1 liter 10,056
Bensin 1 liter 9,024
Fyringsolje 1 liter 10,056
Fyringsolje 1 kg 11,972
Fyringsparafin 1 liter 9,694
Fyringsparafin 1 kg 11,972
Naturgass, i gassform 1 Sm3 9,92
Naturgass, flytende (LNG) 1 kg 12,5
LPG 1 liter 6,778
LPG 1 kg 12,815
Pellets 1 kg 4,8
Flis 1 kg 4,3
Ved og treavfall 1 m3 fast mål 2330
Bioetanol 1 liter 5,5
Bioetanol 1 kg 7,4
Biodiesel 1 liter 8,6
Biodiesel 1 kg 10,2
Biogass 1 kg 2,8

 

 

 

15

Forslag til læringsløp ligger på lærersiden, se boks til høyre

 

4 Comments

Må bruke tangampmetet for å måle strøm fa slipper man å frakoble spenningsførende ledninger virker bå både ac og dc.

Avis vi sier 1170 soltimer i Bergen, og at et 600w solcelle panel koster 7000kr (fra eBay https://www.ebay.com/itm/Solaranlage-Inselanlage-80W-100W-150W-160W-200W-300W-400W-600W-Watt-USB-12V/153158295240?hash=item23a8f21ec8:m:mq7-EVc2IclEWJKT2i9D1HA&var=453010947829) og at inntektene er 1 kr pr kwt, da har man inntekt på 702 kr for en kostnad på 7000 kr. Vet at det også produseres ca 10% av maks produksjon ved overskyet, og at det ikke nødvendigvis er maks ved sol, men hvis vi antar de to tingene veier opp for hverandre, så er vi der sånn ca. Nedbetalingstid ved 3% finansieringskostnad (lang rente) blir da 12 år, og jeg tipper levetiden kanskje er 15 år, så da går regnestykket ca i null. Lykke til med prosjektet. Forutsetningen om 1 kr per kwt gjelder bare om man enten bruker strømmen selv eller er en svært liten produsent (under 5000kwh) og har gunstig avtale.

    Glemte å justere for subsidier.

Det som hadde vært interessant hadde vært forskjellen på de forskjellige typen solcellepanelene. Spennende lesing uansett!

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *