Oppgaver med tall fra virkeligheten

Solceller – til læreren

I Argument-programmet arbeider elever i 10. klasse med spørsmålet om solceller kan være noe for egen skole, og for bygg i Bergensområdet. Læringsløpet som blir foreslått har tre hovedelementer:

  • Lære om behovet for energiløsninger, og om solceller
  • Prøve ut elektrisitetspoduksjonen på små solcellepaneler, måle og regne effekt
  • Lage forslag til prosjektering av solcelleanlegg på egen skole

En skisse av hvordan en løsning kan se ut, ligger her.

Elevsidene ligger her:

Forslag til et undervisningsforløp over 15-20 timer

Læringsløp:

Overordnet problemstilling:

Er det klimasmart med solceller i Bergen?

Konkretisert til to konkrete problemstillinger: 

  • 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?

Delproblemstillinger :

  • 1: Hvordan erstatte fossile med alternative energikilder?
  • 2: Hvor mye energi kan vi få ut av solceller her hvor skolen ligger?
  • 3: Hvordan plassere solceller for at de skal gi mest mulig energi?
  • 4: Hvor mye CO2 fra fossilt brensel kan vi spare ved å bruke solceller?
  • 5: Hvor mye CO2 slippes ut når en produserer solceller?

Koder:

  • TPD betyr tenk-par-del
  • Grønt er utforskende arbeidsmåte
  • Blått er aktiviteter som innebærer argumentering eller kritisk tenkning
  • Matematikk: Aktiviteter med modellering eller regnetrening

 

Time Aktivitet og oppgave
1 Stimulere til faglig interesse

 

Fag: Samfunnsfag, Naturfag

– Tall eller graf som viser CO2 utslipp fra Norge, og at 40% av energien vår kommer fra fossile kilder: P1 Hvordan erstatte med alternative energikilder? Hvorfor produsere mer elektrisk energi hvis den allerede er fornybar?

Kort TPD med tolkning av tall/graf: Hvor mye energi bruker vi i Norge i et år, og hvor mye er fra vannkraft, fossilt og fornybar?

-Video som viser at solceller produserer elektrisitet og er populære i Tyskland og solrike land

– Innslag fra NRK som viser solceller og andre klimavennlige energiløsninger fra Vestsiden ungdomsskole i Kongsberg

-Direkte data fra anlegget:  https://stromberg.solarlog-web.eu/12100.html?c

-Kort video fra gråtung dag i Bergen

To avisoppslag med ulike meninger om bruk av vindkraft og solceller på vestlandet

Problemstilling: Men får vi nok energi med solceller her vi bor?

Gruppebobling og deling: Hvor mye eller lite CO2 kan en spare på solceller her i Bergen? Hvor mye CO2 slipper biler  og lastebiler ut? Hvor mye CO2 i året slipper vi ut i Norge? (ca. 50 mill tonn) Hvor mye CO2 sparer vi hvis vi bruker el-bil i stedet for fossilbil?

Skalere opp.

Lærer presenterer tre-fire nøkkeltall for CO2-utslipp, og problemstilling 1.

2 Intro: Måling av energi fra solceller

Og lære om solens posisjon (i lokalt terreng) ved soloppgang, i sør og solnedgang.

 

Fag:

Naturfag, samfunnsfag (naturgeografi)

Problemstilling (rep): Får vi nok energi hvis vi bruker solceller? Delproblem: Hvordan får vi mest mulig lys til solcellene her i Bergen? Hvordan plassere de slik at de produserer mest mulig energi?

Lærer viser solcelle, koblingskrets og amperemeter. Video eller bilde på el-tavle av solens gang over himmelen og mørk natt. Timelapse med solens gang en vårkveld i Bergen.

TPD: Hvor står solen opp, er på topp, og går ned? Ved ulike årstider?  Deling og markering med bred maskeringstape på veggene i klasserommet. Skriv på tapen.

-Lærer: Hvordan plassere solcellene for å få mest energi i løpet av et døgn, og året? Sammen finne ut ved å gjøre mange forskjellige tester.

-Smågrupper lager forslag

Deling kritisk diskusjon av fordeler. Andre plasseringer? Forbedringsmuligheter? Noe som vil endre til noe ingen andre har foreslått?

Lærer gir frempek: Hvordan måle? Hvordan ta ut energien solcellen kan lage? Må repetere litt naturfag.

3 og 4

Repetere hvis nødvendig (elektriske kretser, strøm, spenning, amperemeter og voltmeter)

 

Fag:

Naturfag

 

Lukket krets (hvis nødvendig): Del ut batteri, tre ledninger og en lyspære: få lys i pæren. Be to elever som fikk det til om å vise og forklare. Alle sjekke om de har gjort likt. Lærer tegner kretsen på tavlen og forklarer ideen om ‘lukket enkel krets’.

Begrepet strøm: Lærer spør og forklarer hva ordet betyr, viser bilder av vannstrøm, bil- og menneskestrøm. Vis video med vann-analogi. Forgrening gir litt vann i hver gren.

Begrepet spenning: (forenklet!) Video eller demo med vannspringen: høy og lavt trykk på vannstrømmen – tilsvarer høy og lav elektrisk spenning: Hvor kraftig trykkes elektrisk strøm frem.

Demo: Enkel krets med en, og så to, batterier. Spenningsmåling med datalogging opp på el-tavle: Ser dobbel spenning gir dobbel strøm.

Kobling av amperemeter og voltmeter: Trigger-demo, der lærer viser på el-tavle måling av strøm med amperemeter i kretsen, så med voltmeter i kretsen: strømmen kollapser! Smågrupper: Sjekk spenning på batteriet. Finn strømmen i kretsen med amperemeter, og prøv å få strømmen kollapset med voltmeter. Foreslå andre måter å koble voltmeter på. Deling, og lærer viser kobling av voltmeter rett på batteri/solcelle.

 

4 Introdusere (repetere hvis nødvendig) energienheter:watt, watttimer og kWh

 

Fag:

Naturfag

Begrepet energi (sosialisere inn i praktisk bruk, lite vekt på stringens): Vise bilder med bil, lys, mobil mm som kan gå ‘tom’: hvordan måle/se hvor mye ‘energi’ som er igjen? Elevene identifisere, lærer supplere. Lærer: trenger “energitall” for å vite hvor mye en har; felles måte å måle på er kWh (og joule angående f.eks. matvarer), vi eks. energiregning, ovner etc. Bruke talemåten “energi pr time” o.l. i stedet for effekt.

Øve omregning: Fakta-ark med energibruk opp på vegg. Elevene regne oppgaver med omgjøring bensin til kWh, watt (ovn) til kWh, etc. Omregningstabell fra drivstoff til kWh

Lærer oppsummere: Bruk av kWh-tall for energimengde gjør at en kan sammenlikne ulike energityper og ulike situasjoner! Eks: Hvor mye bensin kan en erstatte hvert år hvis solcelleanlegget produserer 800 kWh i året? (jf. delproblemstilling nr. 3)

5 Sette igang eksperiment

Forberede arbeid med begrepet effekt (watt)

 

Fag:

Naturfag

 

Elevene kobler opp krets med solcellepanel og logging av strøm og spenning. (Bruker lysdiode som belastningsmotstand) De får video om hvordan bruke SparkVue (med ferdig program med graf som viser effekt i Wh/min, oppløsning i minutt). Elevene kobler inn amperemeter og voltmeter. Da vil SparkVue programmet automatisk regne ut effekt (watt) og vise den som en graf.

Utstyr plasseres ute (må skaffe festemidler og oppheng for vinkling av solcellepanel). Lære veileder og sjekker at logging fungerer. Loggetid: 1 døgn? Fem timer? Test og lek med utstyr før det settes ut.

Veiledning om måling over lengre tid (Remote logging)

Logging over 5 timer kan skje med telefon eller iPad tilkoblet. Sett frekvens til 1 minutt (samler data en gang hvert minutt). Logging over lengre tid krever at du setter i gang ‘remote logging’. Når loggetiden er over, henter du dataene til det programmet du ønsker å kjøre dem i, for eksempel dette.

6. Nedlasting og innledende analyse av data

Tolke graf. Forstå effektmålinger gjennom å sammenlikne med mengde lys ute gjennom dagen.

Fag:

Naturfag, Matematikk

Lærer demonstrerer nedlasting av data fra sensorer. Gir elevene URL til forklaringsvideo.

Elevene laster ned til egen mobil.

Praktisk forklaringsoppgave: Elevene foreslå forklaring på områder av grafen som viser null effekt, stor strøm, økning og minking av strøm fra solcellen.

 

7. Analyse av egne data

 

Fag:

Matematikk, naturfag, (Norsk: Skrive rapport)

Innledning: Grafen viser energi produsert hvert sekund. Vi trenger å vite hvor mye energi vi har fått tilsammen.

Demonstrasjon av ovn. Informasjonsplakett opp på e-tavle. Identifiser informasjon om energi, eks 2000 W. Hvor mye energi bruker den? Har på ovnen 1 time? 24 timer? Kort TPD med nytt eksempel: Tid for lading av mobil vs energitall (6,11 Wh?): effekt i lading=? (jf nedlasting til egen mobil: GB vs GB/s)

Utforskning av energi fra ovnen. Notere på tavlen antall watt ovnen gir. La ovnen stå på i 5 minutter, så i 10 minutter. Elevene diskutere når ovnen gav mest energi. Felles laging på tavlen av graf som viser to stolper (for 5 og 10 minutter) effekt og tid. Så slå ovnen ned på half effekt og la den stå på. Diskutere i klassen hvordan tegne dette inn på grafen, og tegne inn i grafen på tavlen. Lærer får frem at arealet under stolpene er energien, og at enhetene på aksene blir diskutert. Se eksempelgraf.

Utforskende oppgave: “Lag et forslag til hvordan bruke grafene med målinger til å finne ut ca. hvor mye energi har solcellen levert den tiden de målte.”

(Alternativt kan lærer legge frem en graf med måling gjennom et døgn. Grafen kan være fra en felles måling i klassen  (lærer sin?) eller fra anlegget til en bedrift.)

Deling av forslag til metoder. Kritisk utforskende diskusjon:

–       Hva er fordelen med den metoden?

–       Hvordan kan den forbedres?

–       Hva har dere lært av andre gruppers forslag?

Eleven videreutvikler egen metode, og bruker den til å lage et estimat. (Side 2 i Spark programmet kan evt regne ut  energitallet automatisk.)

Individuell skriveoppgave: Presenter og forklar metoden dere brukte og grafer dere har laget.

8. Deling og diskusjon av resultater

 

Fag:

Matematikk, naturfag

Deling av grafer, metode og resulterende tall for energi

TPD: Hva kan tenkes å forklare hvorfor gruppene få ulike tall?

Kritisk diskusjon av tall og variasjon i tall

TPD: Hvilken plassering av solcellen tenker dere er best? Notere plassering og argumentene på Padlet

Kritisk gruppediskusjon: Se på argumentene fra en gruppe men annen forslag til plassering. Diskuter deres argumenter. Endre eget forslag til plassering eller gi den andre gruppen et motargument.

9. Omregning til energi pr. 1kvm

 

Fag:

Matematikk,

Utforskende oppgave: Lag en metode for å finne hvor mye energi en solcelle med best plassering vil kunne gi hvis den er på 1kvm.

Deling der to-tre grupper viser sin metode.

Lærer oppsummerer: Pass på enheter etc…

Gruppeoppgave: Regn ut energi pr. døgn pr kvm

10. Dager med sol og skyet i Bergen

 

Fag:

Matematikk, naturfag, samfunnsfag (naturgeografi)

Kreativ oppgave: Hvordan finne ut hvor mye energi en solcelle kan gi på et år, når været jo varierer.

Deling der tre-fire grupper viser forslag

Lærer oppsummerer ider på tavlen

Forbedring av modeller i gruppene

Oppgave: Bruk data på eklima.no som viser antall dager med skyet, halvskyet og blå himmel. Notere (dele) tall for regn og soldager. Notere tall og beregninger på google.drive.

 

11. Besøk for å se på installerte solceller

 

Fag:

Samfunnsfag, matematikk, naturfag

Reise til solcelleanlegg. Alle elevene har med seg minst to spørsmål hver?

F.eks.:

-Hvor mye energi produserer solcelleanlegget i døgnet, i året?

-Hvor mange kvm med solceller har de?

-Hva er forklaringen på vinkelen de er montert med?

Hvor mye mer energi produserer anlegget når det er sol sammenliknet med når det er skyet eller halvskyet?

Lærer sikrer at elevene får med seg tll for

  • antall kvm med solpanel i anlegget
  • graf som visser effekt fra anlegget gjennon et døgn
  • tall for hvor mye energi anlegget gir pr. døgn i snitt sist vinter og sommer
12. Estimere realistisk energi fra solceller pr. år

 

Fag:

Matematikk, naturfag

Regneoppgave: Bruk egen modell og finn et tall for hvor mye energi dere tror 1kvm solcelle på skolens område kan produsere i året. Skriv og del alle begegninger og konklusjon i google.drive.

Individuell skriveoppgave: Skriv en rapport der du legger frem og forklarer alle beregningene gruppen har gjort.

TDP/ Gruppeoppgave: (Bilde av tak med solceller på el-tavle) Lag spørmål du håpe å få svar på når vi skal besøke solcelleanlegg.

13. CO2 fra solcellepanel

(kan droppes)

 

Fag:

Matematikk, naturfag

Oppsummering av svar fra besøk på solcelleanlegg

Utforskende oppgave: Undersøk graf som viser ….(SJEKK AKTUELLE GRAFER)

Deling av metoder fra to-tre grupper

Gruppene forbedrer metoder, og søker opp fakta de trenger og gjør beregninger. Skriv alle beregninger i google.drive

14. CO2 fra fossilt brennstoff

(kan droppes)

 

Fag:

Matematikk, naturfag

Individuell oppgave i omregning: Bruk faktaark på veggen. Alle på gruppen velger hver sitt fossile brennstoff. Finn hvor mange liter eller kg som trengs for å produsere 1kWh, og hvor mye CO2 brenning vil gi. Skriv inn resultater på felles regneark på google.drive.

Individuell oppgave: Hvor mye CO2 kan spares i året for hver kvm skolen installerer av solceller?

15. Identifisering og vurdering av argumenter i media

 

Fag:

samfunnsfag, matematikk, naturfag

TPD: Hvilke ulike alternative energikilder finnes? Opp med ideer på tavlen. Lærer oppsummerer, og kort diskusjon om ENØK bør inkluderes i listen (lærer trenger ikke konkludere).

Identifisere argument for og imot: Kan vi erstatte fossile energikilder med strøm fra solceller?

Hvilke energikilder bør vi satse på fremover? I Norge? På vestlandet? Les artikler med synspunkt for og mot, eller fordeler og ulemper, med ulike energikilder. (i utleverte URL). Velg en artikkel hver på gruppen og identifisere argument for og imot. Skriv ned argumentene i skriverammen på google.drive.

Diskusjonsoppgave: Velg et argument hver som du er litt nysgjerrig på. Ta ett argument om gangen og diskuter i gruppen hvordan man kanskje kan finne ut om argumentet er solid eller usikkert. Noter i skriverammen.

16. Praktisk vurdering av argumenter

 

Fag:

Samfunnsfag, Norsk, Matematikk, Naturfag

Deling av ideer til hvordan finne ut om argumenter er solide eller usikre.

TDP: Vurdering av ideer.

Lærer oppsummerer noen av de fruktbare metodene

Individuell oppgave i kritisk vurdering: Velg et argument og bruk en av metodene for å vurdere om argumentet er solid eller usikkert. Skriv inn i skriverammen relevante  fakta og synspunkt som du finner, og dine egne vurderinger. Er argumentet solid eller usikkert? Skriv din mening og begrunn svaret.

17. Oppsummering av resultater, innsikter og egne vurderinger

 

Fag:

Matematikk, naturfag

Skrive oppsummerende argumenterende tekst: P: Hvilke energikilder bør vi satse på fremover? Er det f.eks. klimasmart med solceller her i Bergen?  Skriv en tekst der du forteller ditt synspunkt på spørsmålet. Bruk gjerne bilder du har tatt underveis. Begrunn synspunktet med argumenter der du bruker resultater fra eksperimentene og beregninger klassen har gjort, og informasjon og synspunkt fra mediaartikler. Skriv på google.drive.

Deling: Les og gi råd og hjelp til teksten til en medelev.

Ferdigstilling: Les tilbakemeldinger du har fått fra en medelev og skriv ferdig teksten din.

 

 

 

Modellbyging som inngår i forslaget

  1. time: Foreslå forklaring på områder av grafen som viser null strøm, stor strøm, økning og minking av strøm fra solcellen.
  2. time: Utforskende oppgave: “Lag et forslag til hvordan bruke grafene med målinger til å finne ut ca. hvor mye energi har solcellen levert!” 15 min.
  1. time: Utforskende oppgave: Finn en metode for å finne hvor mye energi en solcelle med best plassering vil kunne gi hvis den er på 1kvm.
  2. time: Kreativ oppgave: Hvordan finne ut hvor mye energi en solcelle kan gi på et år, når været jo varierer.
  3. time: Utforskende oppgave: lag et forslag til en metode for å finne ut hvor mye CO2 det koster å lage solceller. – gjør om til studere graf med CO2 eller energiutbytte fra ulike energiklder
  4. time: Diskusjonsoppgave: Ta ett argument om gangen og diskuter i gruppen hvordan finne ut om argumentet er solid eller usikkert. Noter i skriverammen.

14. time: Diskusjonsoppgave:Ta ett argument om gangen og diskuter i gruppen hvordan finne ut om argumentet er solid eller usikkert. Noter i skriverammen

 

 

 

 

 

 

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

Fakta-ark med omregningstabeller. Det samme ligger på elevsiden. Arket er også tilgjengelig på Google-dive, slim at du kan endre eller legge til det du ønsker. Derfra kan du også skrive arket ut og henge det på veggen i klasserommet, slik læringsløpet anbefaler.

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