Aktivitet: Solenergi (veiledning)

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

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.

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.

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.

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.

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:

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

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

DEL2

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")

Veiledning

Valg for denne aktiviteten:

Formål

Utstyr