(biogass) + (energifattig restprodukt)
Begrepet alternative energikilder er ofte brukt i ulike sammenhenger - men hva mener vi egentlig med begrepet?
Selve ordet alternative antyder vel at de energikildene vi bruker, ikke fyller krava eller ønska som vi setter til framtidas energikilder. Krava eller ønska kan gå på at de kildene vi bruker i dag ikke vil gi nok energi i framtida, eller at de økonomiske, sosiale eller miljømessige konsekvensene som følger med bruken blir for store.
Noen setter likhetstegn mellom alternative energikilder og fornybare energikilder (eller strømningsenergier som vi har kalt det her - se kapittel 1, side 14-15). Andre mener alternative energikilder betyr andre energikilder enn de som vi bruker i dag.
Olje- og energidepartementet bruker begrepet 'nye alternative energikilder' om de fornybare energikildene med unntak av vannkraft.
Like interessant som begrepet alternative energikilder burde begrepet alternativ energibruk være. Skal man også i framtida forstå energi bare som elektrisitet eller til nød energi fra oljeprodukt eller kan vi håpe på at man etter hvert vil inkludere energi med andre energikvaliteter?
Oversikten nedenfor er et forsøk på å få fram ytterpunktene i synet på hva som er alternative energikilder - ytterpunkter som forfektes av ulike samfunnsgrupper i dag.
| Industrivekstvarianten | Miljøvarianten |
| Få, men store energiverk som sikrer nok olje, gass og elektrisk energi til et stadig økende energibehov | Mange små energiverk som sikrer nok energi med ulike energikvaliteter til et stabilisert energibehov |
| Effektivisering av eksisterende energiverk | Effektivisering av eksisterende energiverk |
| ENØK | ENØK |
| Energieffektiv og ny teknologi (bedre utnytting av olje og elektrisitet, varmepumper) | Energieffektiv og ny teknologi (enkel folketeknologi, varmepumper) |
| Flere atomenergiverk | Stenging av alle atomkraftverk |
| Solenergi - særlig fra store fotovoltaiske anlegg | Solenergi fra mange små anlegg |
| Store vindmøller i vindmølleparker | Mange små vindmøller |
Vi tar også med noen utdrag fra den delen av energikapitlet i Brundtlandrapporten "Vår felles framtid" som handler om energiveiene inn i framtida:
Fornybare energikilder må få langt høyere prioritet i nasjonale programmer Forskning, utvikling og prøveprosjekter bør tilføres nok kapital til å sikre rask utvikling og anvendelse. Med en potensiell reserve på ca. 10 TW, ja, selv om bare 3-4 TW ble utbygget, ville det bety en vesentlig bedring i framtidig forsyning av primærenergi spesielt i utviklingsland hvor det er gode betingelser for å lykkes med utbygging av fornybare kilder Den teknologiske utvikling de representerer, er ikke stor i forhold til den utfordring som ligger i å skape den sosiale og institusjonelle struktur som vil lette deres adgang til kraftforsyningssystemene.
Kommisjonen mener at alle krefter må mobiliseres for å utvikle de fornybare energireservene. De bør danne grunnlaget for verdens energistruktur i det 21. århundre. Langt sterkere samordnet innsats må til hvis denne mulighet skal realiseres. Et omfattende program for utvikling av fornybar energi vil imidlertid innebære store kostnader og høy risiko, spesielt et bredt register av solenergi- og biomasseindustrier Utviklingslandene har ikke ressurser til å finansiere mer enn en liten del av disse utgiftene, selv om de vil bli de viktigste brukere og kanskje eksportører. Betydelig økonomisk og teknisk assistanse vil derfor bli nødvendig.
(Kilde: "Vår felles framtid" side 145)
Skal tro om styresmaktene i tide sørger for at tankene blir omsatt til handling?
Fra de tidligste tidene har sola vært den viktigste energikilden til menneska. Ikke rart at forfedrene våre dyrket den. Sola endra naturen og bytta ut vinteren med en ny og livgivende årstid, akkurat som den gjør i dag - og som den vil gjøre i framtida.
Jorda tar imot enorme energimengder. Utenfor atmosfæren, på ei 1 m stor flate som står normalt på solstrålene, gir strålene en effekt på 1370 W (solarkonstanten).
Selv om ikke all denne energien kommer ned til jordoverflata, regner vi med at en tilsvarende flate tar imot 800 W Står flata på skrå, blir energistrømmen mindre. Likevel er disse enorme energimengdene om lag
20 000 ganger større enn de energimengdene vi menneska bruker. Var det noen som snakket om mangel på energi?
Figuren viser registrert solinnstråling på ei horisontal flate den 8.8.86 på Halsa på Nordmøre. Vi ser at det er snakk om store energimengder, helt opp i 780 W/m2.
Man skiller mellom direkte, indirekte (diffus) og total (global) solstråling.
Direkte solstråling er de parallelle solstrålene som kommer direkte fra sola og ned på flata. Disse strålene kan vi samle i brennpunkt og brennlinjer i linser og reflektorer.
I overskya vær kommer også solstråler ned til jordoverflata, men da er strålene blitt reflektert og spredt gjennom ulike partikler (skyer etc). Vi kaller denne solstrålinga for indirekte eller diffus stråling. Denne diffuse strålinga lar seg ikke fokusere i ett punkt.
Den totale solstrålinga (globalstrålinga) er summen av den direkte og den diffuse strålinga.
Figuren viser middelverdien for den årlige totale solstråfinga på vannrette flater (W/m2 midlet over 24 timer. Kilde: Gulbrandsen og Tangen: "Solstrålingen i Norge" Foreløbig rapport 1977. Geofys. Inst Bergen).
Solenergien er svært ulikt fordelt på jorda. Dessuten er sola borte om natta og i overskya vær er energistrømmen vesentlig mindre. Likevel er det store energimengder å hente, i hvert fall dersom det blir satsa tilstrekkelige ressurser på å komme fram til systemer som kan samle opp noe av denne energien. Sammenlikna med de ressursene som er blitt satsa på utvikling av atomenergien, er de ressursene som er satsa på solenergien som dråper i havet å regne. Dette har kanskje noe å gjøre med selve solenergiens natur: Den er spredt og fritt tilgjengelig for alle. Solenergiens egenskaper er selvsagt både en fordel og en ulempe.
Når solenergien er spredt, er den av dårlig kvalitet. For å få en høgere kvalitet - elektrisk energi (se kapittel 1, side 9) - må solenergien samles. Uansett hvordan dette gjøres, vil det koste en god del. Mye av solenergien "forsvinner" også fra systemene. Dette er kanskje en av grunnene til at man så langt stort sett bare har vært interessert i energiformer av høg kvalitet.
Fordelene med at solenergien er spredt og fritt tilgjengelig for alle, er at den kommer strømmende i slike mengder at den kan utnyttes i mange små anlegg - gjerne heimelaga. De store energimengdene gjør at disse anlegga ikke nødvendigvis trenger å være så forferdelig effektive. Men akkurat dette er også til ulempe. Å kunne utnytte en uttynna og fritt tilgjengelig energistrøm har til nå ikke vært sett på som noen faglig utfordring for ingeniørene. Solenergien gir heller ikke de samme mulighetene for økonomisk fortjeneste og kontroll som de energiformene som utvikles i store energiverk. Den utnyttinga av solenergien som har funnet sted, har derfor skjedd i store, dyre og kompliserte anlegg.
Heldigvis er ikke virkeligheten fullt så svart-hvit som antyda. Opp gjennom åra har mange idealister sett de store mulighetene som ligger i solenergien. I de siste åra har det også blitt brukt noe ressurser på å komme fram til gode metoder for å utnytte denne energien.
Utover i dette kapitlet skal vi skissere de viktigste prinsippene for denne utnyttinga.
Vi har delt utnyttinga av solenergien inn i fire hovedsektorer, nemlig bioenergi, termisk utnytting, termoelektrisitet og fotoelektrisitet. Vi har her valgt ikke å ta med den indirekte utnyttinga av solenergi i form av vannkraft, vindenergi og bølgeenergi.
Selve forutsetninga for livet slik vi kjenner det, er en kjemisk prosess som vi kaller fotosyntesen. Denne prosessen foregår i de grønne plantene. Plantene er de eneste som i stor skala kan bygge opp organiske stoffer av vann, H2O, og karbondioksid, CO2.
Gjennom spesielle spalteåpninger i blada tar plantene opp karbondioksid fra lufta. Vannet tas opp gjennom rota. I ørsmå grønne korn, såkalte kloroplaster, omformes karbondioksid og vann sammen til ett enkelt organisk stoff ved hjelp av solenergien. Plantene bruker dette organiske stoffet sammen med bestemte mengder av næringsstoffene nitrogen, fosfor og kalium som byggesteiner i kompliserte organiske stoff som fett og proteiner. Disse stoffene utgjør i sin tur maten til de skapningene som står høyere oppe på næringsstigen.
Et biprodukt i fotosyntesen er oksygen, O2. Oksygenet vi har i atmosfæren stammer fra en prosess som har pågått i millioner av år. Fotosyntesen er også viktig for mennesker ved at den produserer oksygen.
Vi kan uttrykke fotosyntesen med likninga
CO2 + H2O + (solenergi) ····> (organisk stoff) + O2
Denne svært forenkla framstillinga av fotosyntesen må ikke få en til å tro at prosessen er enkel. I virkeligheten er den svært komplisert.
Siden vi i dette kapitlet skal konsentrere oss om de organiske stoffene som skal brukes som brensel, har vi funnet det hensiktsmessig å dele organisk stoff i to grupper, fossile brensel og biobrensel, der hovedforskjellen ligger i tidsskalaen for at stoffet blir ferdigdannet.
(organisk stoff) ····> (fossile brensel) + (biobrensel)
Mens de fossile brenselene (kull, olje,naturgass) trenger 10 - 20 millioner år for å bli ferdigdannet, så nydannes biobrenslene (gras, tre) i løpet av vekstperioden som ligger i området 0 - 1000 år. I menneskelig tidsskala kan vi derfor trygt se på de fossile brenslene som ikke-fornybare, og biobrenslene som fornybare.
Siden all aktivitet forutsetter bruk av energi, er vi kanskje like mye interessert i en forbrenningsprosess som på mange måter er den motsatte av fotosyntesen. Svært forenklet kan en generelt uttrykke forbrenningsprosessen med likninga
(organisk stoff) + O2 ····> CO2 + H2O + (energi)
Dersom vi setter biobrensel inn i likninga, vi forbrenner biobrensel, kaller vi den energien som frigjøres for bioenergi. Biobrensel reagerer med oksygen og brytes ned til karbondioksid og vann samtidig som det frigjøres energi - bioenergi. Skjematisk kan prosessen som kalles aerob omforming skrives som
(biobrensel) + O2 ····> CO2 + H2O + (bioenergi)
Prosessen har mange varianter, den skjer i de fleste levende organismer, i kompostbingen, vedovnen og bensinmotoren for bare å antyde noen.
Biobrensel kan også brytes ned uten hjelp av oksygen i gjæringsprosesser. Vi kaller disse prosessene for anaerob omforming. Biobrenslet gjærer og brytes ned til en energirik gass, biogass, og et energifattig restprodukt. Skjematisk kan prosessen skrives som
(biobrensel) (biogass) + (energifattig restprodukt)
Også disse prosessene finnes i mange varianter, fra fordøyingssystemet (tarmgass) til nede i søppelfyllinger, for bare å antyde et par av dem.
Biogassen er brennbar, den kan reagere med oksygen og brytes ned til karbondioksid og vann samtidig som det frigjøres energi - bioenergi, i en aerob forbrenningsprosess.
Vi har mange varianter av biobrensel, her deler vi de inn i tre hovedgrupper, fast, flytende og biogass.
Fast biobrensel kan være
Fast biobrensel brukes for det meste til oppvarmingsformål. De kan som regel brennes direkte, selv om det ikke alltid er like praktisk. Brenslet tar stor plass og har ofte ulik kvalitet, noe som kan være problematisk både ved transport, lagring og under selve forbrenninga. Etter hvert er det blitt vanligere å foredle brenslet før det brennes. En oppnår flere fordeler som at det tar mindre plass, det blir enklere å transportere, lagre og brenne. Ulempen er at foredlinga koster en god del.
De vanligste foredlingene er pelletering, brikettering og forgassing.
Ved pelleteringen kvernes råstoffet til flis som tørkes og males, før det blir presset sammen til små sylinderforma trebiter, pellets. Pellets er enkelt å bruke også i automatiske brennere Siden pelletsen er homogen og renner av sin egen tyngde på samme måte som sand i timeglass, er den enkel å bruke også i automatiske brennere. Den er velegnet å bruke i forbrenningsanlegg av alle størrelser, fra små kaminer til store varmkraftverk.
Ved briketteringen kvernes råstoffet til flis som tørkes og males, før det blir presset sammen til avlange kubber. Kubbene kan brukes i vanlige vedovner, men er mer velegnet i større fyringsanlegg.
Fast biobrensel kan også forgasses og deretter brennes, som oftest i større forbrenningsanlegg.
Flytende biobrensel
som bio-olje, biodiesel og bioetanol brukes for det meste som drivstoff.
Bio-olje lages ved å presse ulike oljeplanter som ryps og raps, og kan brukes direkte i spesialkonstruerte motorer.
Biodiesel fås når bio-olje har gått gjennom en prosess som kalles forestring. Ren biodiesel kan brukes i vanlige dieselmotorer eller den kan blandes med fossil diesel.
Biogass
dannes ved anaerob nedbryting av biobrensel. Den brukes særlig til oppvarming, til drivstoff i spesielle motorer og også til produksjon av elektrisitet i ulike gassaggregater.
Da menneska lærte seg å kontrollere ilden og begynte å bruke bioenergi, var den aller første helserevolusjonen et faktum. Med varmen fra bålet kunne de holde frosten noe på avstand slik at de ble mindre mottakelige for sykdommer, samtidig som koke- og steikeprosessen tok knekken på mange skadelige bakterier både i mat og vann.
Selv om fossile brensel generelt er den viktigste energikilden i dag (80 % kommer fra fossile brensel, 15 % fra bioenergi og 5 % fra andre energikilder), er likevel biobrensel den viktigste for svært mange mennesker, for mange også den eneste (i flere afrikanske land blir for eksempel rundt 90 % av energibruken dekt ved hjelp av ved). Menneskene som i dag er mest avhengige av biobrensel bor gjerne i avsidesliggende områder i den tredje verden og er blant de aller fattigste. Se mer om dette i avsnittet "Brenselkrisa" i kap 2.
I vår del av verden har bruk av bioenergi blitt mer og mer aktualisert de siste årene, men på en helt annen måte enn i den tredje verden. Hos oss øker tilveksten av organiske stoff (biomasse) vesentlig mer enn uttaket, noe som fører til et økende energipotensiale. Dette energipotensialet er interessant av flere årsaker, og vi skal her se på de viktigste.
Bruk av bioenergi er:
Selv om det er beregnet at om lag 800 000 vedovner er i bruk her i landet og at halvparten av alle husholdningene benytter vedovn alene eller kombinert med panelovner, er Norge en sinke sammenlignet med Sverige, Danmark og Finland når det gjelder å bruke bioenergi.
Myndighetene her i landet har de siste årene uttrykt ønske om å stimulere til økt bruk av bioenergi, og har i den forbindelsen stilt en del midler til disposisjon. Dette har allerede ført til en viss økning både når det gjelder foredling av biobrensel og etablering av forbrenningsanlegg av ulike størrelser. Men det vil ennå trolig gå en god stund før vi i det hele tatt nærmer oss den optimale utnyttinga av det aktuelle energipotensialet.
Termisk utnytting betyr at solenergien utnyttes direkte til oppvarming. Det finnes flere måter å gjøre det på. Vi skal her omtale de viktigste av dem.
Ved hjelp av varmepumper blir "gratisenergi" av lå g kvalitet omforma til termisk energi som har høg nok kvalitet til oppvarmingsformål. Det skjer på den måten at sola varmer opp det aller øverste laget av jordsmonnet, som faktisk er et overraskende godt energilager. En lang væskefylt plastslange graves ned i jordsmonnet. Når den kalde væska pumpes gjennom slangen, tar væska opp energi fra jordsmonnet og overfører så energien til fordamperen i varmepumpa.
Plenen til Edmund Jørstad i Kristiansund ligger halvveis inne i en bakgård, og er om lag 50 m stor. 1,5 m ned i plenen ligger en 300 m lang plastslange nedgravd. Gjennom slangen blir det pumpa ei blanding av vann og glykol. Væska blir varma opp av solenergien som er lagra i jordsmonnet. Slangen fører væska til fordamperen i varmepumpa som er plassert i garasjen. Når det er varmegrader i lufta henter en ekstra varmeveksler energi fra lufta og overfører energien til væska når denne returnerer til hagen. Jordsmonnet får på denne måten tilført såpass mye ekstra energi at plenen er den første i området som blir grønn om våren.
(Fra: Isnes m.fl. "Termofysikk")
Varmepumpa ble installert i 1978 og leverer fremdeles en effekt på 8 kW med en varmefaktor på rundt 3,0. Merkostnadene ved anlegget er forlengst nedbetalt, og det leverer nå svært rimelig energi til oppvarming av 160 m2 boligflate.
Arkitekter og husbyggere har i mange hundreår tatt hensyn til solenergien både ved plasseringa og utforminga av husa. I "Corpus Juris Civilis", den store romerretten, handler et helt avsnitt om borgernes rett til solenergi.
Sokrates har fått navnet sitt knyttet til et hus med stor åpning og langt tak mot sør (skjermluetak). Huset fungerer slik at taket skygger for sola når den står høgt på himmelen om sommeren, mens åpningen gjør det mulig for solstrålene å skinne langt innover i huset om vinteren. Nordveggen er gjerne uten vindu eller annen åpning for å isolere best mulig.
(Fra: Peterson & Wettermark: "Solenergiboken")
Prinsippet fra Sokrateshuset er utviklet videre slik at man kan styre luftsirkulasjonen og på den måten utnytte solenergien både til oppvarming og avkjøling. Måten dette fungerer på er antydet i de to figurene nedenfor. Mellom glassveggen og betongveggen mot sør stiger lufta i rommet til værs når den blir varma opp av sola. Dette skjer både om sommeren og om vinteren. Ved å åpne og stenge ventiler slik som figurene antyder, vil man få henholdsvis avkjøling om sommeren og oppvarming om vinteren.
Tommelfingerregler for passiv utnytting av solenergien:
Glass, plast og ferskvann har den egenskapen at de slipper kortbølget stråling lett igjennom. Langbølget stråling derimot, blir absorbert og deretter sendt utover i alle mulige retninger, også tilbake i motsatt retning. Dette fører til at et område som er dekket av et av stoffa nevnt over, blir varma opp når sola skinner. Denne effekten kalles drivhuseffekten. Den mest vanlige utnyttinga av denne effekten har vi - som begrepet sier - i drivhus.
Drivhuseffekten blir også utnytta når man legger en plastduk over et utendørs svømmebasseng. Hvis man gjør det hver gang man ikke bruker bassenget, kan man forlenge sesongen vesentlig, både vår og høst. Soldammer er en annen måte å utnytte drivhuseffekten på. (Se side 23 i dette kapitlet). Enkelte gasser, såkalte drivhusgasser eller klimagasser, har også denne egenskapen, noe som fører til drivhuseffekt i atmosfæren (kap. 3 side 4-6).
At en mørk flate har den egenskapen at den absorberer mer strålingsenergi enn en tilsvarende lys, er vel de fleste kjent med. Ovenfor nevnte vi at glass eller plast kan ha en drivhuseffekt. Disse to egenskapene kombineres i de plane solfangerne.
En glass- eller plastplate dekker en godt isolert kasse. Bunnflata inne i kassa er mørk. Når denne kassa - solfangeren - snus mot sola, stiger temperaturen inne i kassa mye. Kassa fanger inn solenergi.
Inne i kassa legges et mørkt rør, gjerne av kopper. En god måte å gjøre det på er å la røret gå i sløyfer inne i kassa og deretter videre til bunnen av et varmelager, før det går til toppen av solfangeren og videre til toppen av varmelageret. Røret kan også fungere som varmeveksler og ligge i sløyfer eller spiraler inne i varmelageret. Sendes væske eller gass (kjølemedium) gjennom røret når solfangeren står i sola, vil termisk energi bli overført fra kassa til kjølemediet og videre til varmelageret.
Dersom man plasserer varmelageret litt over den skråstilte solfangeren og bruker vann som kjølemedium, kan man få vannet til å sirkulere uten å bruke pumper. Følgende skjer: Når vannet blir oppvarma, avtar tettheten og vannet stiger opp gjennom solfangeren og videre til toppen av varmelageret hvor det gir fra seg energi. Kaldt vann fra bunnen av varmelageret går nå videre til solfangeren og varmes opp. Rundgangen fortsetter.
Dette systemet er mye brukt til å skaffe varmt bruksvann i områda rundt Middelhavet. I Israel påbyr en lov fra 1980 at alle nybygg skal ha solfanger. I dag har 60 % av alle husa solfanger.
Plane solfangere blir også her i landet brukt til oppvarming av rom og bruksvann. Men her må man bruke andre energikilder i tillegg. Likevel konkurrerer energiprisen ved slike anlegg i mange tilfeller med elektrisk energi dersom solfangere blir tatt med i planleggingen fra begynnelsen.
Plane solfangere henter inn både den direkte og den diffuse solenergien, og fungerer dermed utmerket også når det er overskya vær.
Plane solfangere passer godt for selvbyggere. De er enkle å bygge og effektive nok til at de er lønnsomme. I den varme årstida strømmer det så store energimengder at solfangerne ikke trenger å være veldig effektive for å fange mye energi.
Dette forholdet gjør at et bestemt bruksområde peker seg ut som interessant her til lands, nemlig varmluftstørking av høy og korn. På gardene hvor dette er aktuelt, har man som oftest store takflater på låvebygningene. Disse kan lett ombygges til gode solfangere. Det finnes allerede flere anlegg rundt om i landet hvor man utnytter en del av solenergien som taket mottar til å varme opp tørkeluften. Økonomien i de fleste av disse anleggene gjør dem svært interessante.
(Fra : Høytørke med solfanger, Veritas miljøplan, 1990)
Om lag 80 % av sykdommene i den tredje verden har med mangel på rent vann å gjøre. Områda der det er tørke sprer seg. I disse områda er det som oftest rikelig med sol. Enkle og ikke minst rimelige anlegg for rensing og avsalting av vann er kjærkomne.
Figuren under viser prinsippet for et slikt anlegg. Man fyller 2 til 6 cm brakk- eller saltvann i et kar med mørk bunn. Bakveggen til karet er høyere enn framveggen. Så dekkes karet til med en glass- eller plastplate. Plasseres karet i sola vil temperaturen i karet gjøre at vannet fordamper. Ren vanndamp kondenserer på plata, og renner så ned i et samlekar. Når vannet er avkjølt, er det blitt rent, godt drikkevann.
(Fra: Røstvik "Solenergi" Sun-lab 1991)
I dag finnes det en rekke slike anlegg i drift, både små og store. De fleste anleggene er i Pakistan og India, men det aller største av dem er på Øya Patmos i Egerhavet. Der dekker solfangerne et areal på 10 000 m2.
Det er også mulig å varme opp og koke mat ved å plassere maten inne i en godt isolert kasse og legge en glassplate oppå kassen. Settes kassa i sola vil man trolig bli overraska over hvor høy temperaturen inne i kassa blir.
Slike enkle kasser er å få kjøpt hos læremiddelfirmaene. Hvorfor ikke varme opp pølser og servere elevene hvis du underviser om utnytting av solenergi?
De solfangerne vi hittil har omtalt, bare fanger opp solenergien. Temperaturen blir på denne måten ikke særlig høg. Når man samler solstrålene på et mindre område - i et brennpunkt eller fokus - vil temperaturen i området stige. Man får energi med høg kvalitet - energi som kan brukes til flere oppgaver. Slike solfangere som samler solstrålene i et brennpunkt - fokuserende solfangere fungerer bare i klart solskinn, gjennom direkte solstråling.
De fokuserende solfangerne bygger på to ulike fysiske prinsipp: Solstrålene kan enten sames i et brennpunkt etter at de har gått gjennom en linse (brennglass), eller de kan samles i et brennpunkt eller brennlinje etter at de er blitt reflektert fra speilflater.
Man oppfatter lettere hvor effektiv solenergien er hvis man har brent seg gjennom ved bruk av brennglass. En samlelinse av glass eller plast samler solstråla i et brennpunkt. Temperaturen i brennpunktet kan lett komme opp i flere hundre grader, alt etter hvor mye man kan avgrense brennpunktet.
Tenn papir eller svi namnet ditt på et trestykke.
For om lag 200 år siden laga franskmannen de Trudane et anlegg med to brennglass. Diameteren til det største var 130 cm og det minste 20 cm. I brennpunktet kom temperaturen opp i 1750*C. Landsmannen Antoine Lavoisier, som regnes som grunnleggeren av den moderne kjemien, brukte dette anlegget i forsøkene sine. Dette ga igjen det siste nådestøtet til den såkalte flogistone-teorien (som gikk ut på at varmen var et stoff)
Skal man lage litt større solfangere enn de man kan lage av brennglasstypen, rnå man bruke en eller annen form for speilflate, en reflekterende flate.
De vanligste av de reflekterende solfangerne har paraboloideform slik som billykta og parabolantennene. Parallelle solstråler som kommer inn mot en slik flate blir reflektert mot brennpunktet.
Temperaturen i brennpunktet blir lett svært høg. For de fleste praktiske formål er man ikke interessert i at brennpunktet er et konsentrert punkt, men heller at det eser noe utover. Er brennpunktet et konsentrert punkt, så vil temperaturen lett bli så høg at man brenner hull i for eksempel i en kjele.
Reflektordelen av en billykt kan brukes som sigarettenner. Hold reflektordelen mot sola, stikk fingeren opp gjennom hullet og finn brennpunktet. Plasser etterpå en sigarett i hullet (OBS! Dette er ingen oppfordring for å få deg til å begynne å røyke!)
Reflekterende solfangere av om lag samme form og størrelse som parabolantenner for TV-signal, bør bli et utmerket kokealtemativ i solrike områder, der mangelen på ved til brensel er katastrofal.
En noe større utgave ble laga av Abel Pifre i Paris for vel hundre år siden. I brennpunktet til solfangeren plasserte han en sylinderforma dampkjel. Dampen dreiv en dampmaskin som i sin tur dreiv en trykkpresse. Selv om det fantes noen skyer på himmelen fikk han trykt 500 eksemplar i timen av "Le Journal Soleil'', solavisa, under verdensutstillinga i Paris i 1878.
Den største fokuserende solfangeren finner en i Odeillo i Pyreneene. 63 plane speil, hver på 45 m, reflekterer sollys inn mot et 2500 m stort parabolsk speil som utgjør nordsida av et stort kontorbygg. Fra det parabolske speilet blir solstrålene reflektert til en solovn i brennpunktet. Temperaturen i ovnen kan komme opp i over 3000oC. Anlegget blir brukt til ulike forsøk.
En _kjegleforma reflektor har brennlinje i stedet for brennpunkt. To, tre grillpølser på et grillspyd som er plassert i brennlinja blir godt gjennomvarma i løpet av et par minutter - når det er klart solskinn.
Bildet viser forfatteren i aksjon på Miljøverndepartementets stand på Landbruksuka 1989.
Brennlinjer kan man også få dersom man former solfangeren som renner med parabolsk tverrsnitt. I brennpunktet plasseres et rør. Gjennom røret pumper man væske. Når væska passerer langs brennlinja blir den varma opp.
I mindre anlegg kan ikke temperaturen bli like høg som i store anlegg. Da kan væska gjeme være vann som skal varmes til ett eller annet formål. Det kan dreie seg om vanlig bruksvann eller vann til en eller annen industriprosess.
Shuman og Boys bygget i 1913 et stort pumpeanlegg i Meadi ved Nilen, hvor de brukte slike fokuserende solfangere. De halvsylinderforma reflektorene var 68 m lange og 4 m høge. Arealet på solfangerne var til sammen 2800 m. De var plassert slik at de ikke skygga for hverandre, og de kunne automatisk følge sola. Selv om anlegget ytet en effekt på i underkant av 40 kW, ble det ingen stor suksess. Etter en stund ble det demontert.
Til nå har vi snakka om hvordan solenergien kan utnyttes direkte til oppvarming. Nå skal vi ta for oss hvordan det er mulig å omforme solenergi til elektrisitet. For å få til dette må vi lage system av solfangere som er større enn det vi har beskrevet over.
Fra solfangerne går energien til et varmelager. Energi fra varmelageret blir brukt til å lage damp - og dampen driver en dampturbin, som i sin tur driver en generator. I generatoren utnyttes induksjonsprinsippet, som omformer en del av energien til elektrisk energi.
Temperaturen i varmelageret til plane solfangere er såpass låg at man må bruke et annet stoff enn vann for å få damp. Stoffer med tilstrekkelig lågt kokepunkt finnes det mange av. De som til nå har vært enklest og billigst å bruke er freoner og butan. De vanligste freonene kan skade ozonlaget, og blir nok etter hvert erstattet med andre stoffer.
I fokuserende solfangere kan man oppnå vesentlig høgere temperaturer enn i plane solfangere. Slike solfangere er derfor mer interessante når man skal lage damp for å produsere elektrisitet.
Fokuserende solfangere er også interessante for elektrisitetsproduksjon i stor skala. I LUZ-anlegget i Mojave-ørkenen øst for Los Angeles sirkulerer olje i røra. Anlegget består av mange speil. Hvert av dem er 15 m lang og 3 m høg. Temperaturen i olja blir 400oC, og energien overføres via varmevekslere til vanndamp. Vanndampen driver dampturbiner som igjen driver generatorer. Anlegget ble starta opp i 1984 og leverte da 14 MW til en pris av 24 cent per kWh. Det er senere blitt utvida og produserer nå 194 MW. Prisen lå i 1990 på 8 cent per kWh. I 1994 er det meningen at anlegget skal kunne levere 675 MW til en pris av 6 cent per kWh. Elektrisitet fra nye atomkraftanlegg og fra konvensjonelle energikilder i samme område ligger på 12 cent per kWh.
(Kilde: Røstvik "Solenergi", side 78)
Ved siden av anlegg av LUZ-typen satses det en del internasjonalt på heliostater og soltårn.
En heliostat er et speil som beveger seg slik at den hele tida reflekterer strålene mot det samme punktet. Man plasserer mange heliostater utover et område og sørger for at alle reflekterer strålene mot det samme punktet, nemlig fordamperen i toppen av et tårn - soltårnet. Solenergien omformer her en væske til damp, som i sin tur driver en dampturbin og en generator. Det er etter hvert flere slike anlegg i drift både i Sør-Europa og i USA.
Når sola skinner på en vanlig, et par meter dyp dam, går solstrålene gjennom vannet og varmer det opp fra bunnen. Dette bunnlaget får mindre tetthet. Dermed stiger vannet opp og blir erstattet av vann med større tetthet fra overflata. Disse strømmene (konveksjonstrømmene) jamner ut temperaturen i dammen på en effektiv måte.
Soldammer (solar ponds) er dammer med et ferskvannslag ved overflata. Under dette laget er det saltvann der saltholdigheten og følgelig også tettheten øker kraftig nedover mot bunnen.
Når sola skinner på en slik dam, blir bunnlaget varma opp på samme måte som i en vanlig dam. Tettheten til vannet øker så mye nedover mot bunnen at selv om vannet får lågere tetthet gjennom oppvarminga, så vil den hele tiden være høgere enn i ferskvannslaget. Følgelig vil vannet ikke stige oppover i noen særlig grad. Varmen vil derfor holde seg nede i saltvannslaget, som bare blir varmere og varmere. I naturlige soldammer er det ikke uvanlig at temperaturen i overflata er 25oC, rnens temperaturen er 70oC ved bunnen. Slike soldammer finner man flere steder, som i Medvesjøen i Ungarn, Eliot i Israel, Orovill i USA - ja til og med i Antarktis.
I kunstige soldammer kan temperaturen til bunnlaget komme opp mot kokepunktet, men som oftest ligger den rundt 80 - 90oC når man tapper energi fra den. Man legger gjerne et nett utover dammen for å hindre at vannet skal sirkulere når det blåser.
Temperaturforskjellen i dammen utnyttes til å koke en væske i en fordamper, F på figuren, og kondensere væska i kondensatoren, K på figuren. Dampen fra fordamperen driver en dampturbin som i sin tur overfører energien til elektrisk energi i generatoren.
Det er særlig i Israel at man har utviklet kunnskaper om soldammer. Landet har allerede et anlegg som produserer elektrisk energi på kommersiell basis. Anlegget henter energien fra Ormats soldam i nordenden av Dødehavet. I løpet av 1990-åra regner israelerne med at mye av elektrisiteten deres skal komme fra slike systemer.
Fotoelektrisitet er å omforme solenergi direkte til elektrisitet. Denne prosessen skjer i en solcelle.
Den første solcella, ei silisiumcelle, ble laget i 1954 på Bell Laboratories i USA, i forbindelse med den enorme satsinga innenfor romfarten. Etter hvert viste solcellene seg å være svært velegna til å skaffe elektrisk energi til satellitter. Solcellene ble et viktig biprodukt til romfartsindustrien - kanskje det mest vellykka og lovende biproduktet siden romfartens begynnelse på 1950-tallet?
De tradisjonelle solcellene er sammensatt av to tynne lag av det halvledende stoffet silisium. Disse laga er tilsatt (dopet med) noen spesielle stoffer, som for eksempel bor og fosfor.
Når dette tynne laget belyses, vandrer elektroner over fra det ene laget til det andre. Det oppstår en elektrisk spenning mellom laga. Virkningen varer så lenge som cellene belyses og elementene verken forbrukes eller brytes ned på andre måter.
Solcelle
Levetida til solcellene regnes til 30 - 50 år. De verken forurenser eller lager støy. Selve produksjonsprosessen har til nå krevd så mye energi at det tar fra to til åtte år før solcellene har tilbakebetalt produksjonsenergien.
I dag produseres det årlig mange millioner solceller av silisium. Den teoretiske virkningsgraden til en vanlig silisiurncelle er 22 %., mens for solceller som er kommersielt tilgjengelig ligger den på 10 - 14 %. Man kan serie- og parallellkoble solceller til solcellepaneler, og på den måten å få den spenningen og strømstyrken på elektrisiteten som man ønsker.
Solcellepanel
Den lave virkningsgraden sammen med de høye produksjonskostnadene setter grenser for bruken av disse solcellene.
En stor fordel med solcellene er at de kan omforme både den direkte og den diffuse solenergien til elektrisk energi. Man kan bruke den elektriske energien fra solcellene direkte, som i mange lommekalkulatorer, eller via et batteri som er blitt opplada med elektrisitet fra solcellene.
Prisen på solceller ligger i dag på om lag 25 kroner per watt ved maksimal solinnstråling. For norske forhold svarer det til om lag 3 kr/kWh. I løpet av en tiårsperiode regner en med at prisen vil bli redusert med 25 - 50 %, noe som skyldes nye produksjonsprosesser og nye typer solceller.
I tillegg til prisen på solcellepanelet, kommer kostnadene med batterier og regulatorer som man også må ha. Prisnivået er i dag slik at solcellepaneler bare er konkurransdyktige når man har behov for relativt små mengder elektrisk energi, eller holder til i områder som ligger langt fra det vanlige forsyningsnettet.
Selv med disse begrensningene brukes solcellepaneler til mange formål også her i landet. Slike formål er lys, radio og TV i hytter og om bord i seilbåter, lys- og registreringsbøyer langs kysten og kommunikasjonsutstyr på avsidesliggenede fjelltopper.
Mange utviklingsland har spredt bosetting, låg energibruk og mangler tradisjonelt linjenett for elektrisk energi. I slike områder ligger det et enormt potensiale for solcellepaneler og fotoelektrisk utstyr til lys, vannpumping, kjøling og så videre.
Kanskje vil hydrogen produsert ved hjelp av elektrisk energi fra store solcellepaneler i solrike ørkenområder (for eksempel i Sahara) være en mulig løsning på drivstoffkrisa som truer når oljealderen lakker mot slutten ?