Elförsörjning med hjälp av solceller Av: Hanna Kober 9B Datum: 2010-05-20 Handledare: Olle & Pernilla 1
Innehållsförteckning Inledning sid 3 Bakgrund sid 3 Syfte/Frågeställning sid 3 Metod sid 3 Resultat sid 4 Slutsats sid 5 Felkällor sid 6 Avslutning sid 6 Källförteckning sid 6 2
Inledning: De senaste decennierna har miljöförstöring varit mycket på tapeten. I nästan varje tidning står det något om hål i ozonlagret, global uppvärmning, försurning o.s.v. Många av dessa problem handlar om hur vi utvinner elektricitet och energi. Därför valde jag att jobba med solceller för att det är ett miljövänligt elalternativ och det finns fortfarande utrymme för stora möjligheter inom detta område. Solceller är helt enkelt ett lätt val många kan göra som kan förbättra miljön betydligt. Bakgrund: Förbränning av fossila bränslen (t.e. kol) och kärnkraft (fission) är stora bovar inom miljöförstöring med CO 2 -utsläpp som bidrar till den globala uppvärmningen respektive radioaktivt avfall som påverkar och deformerar organiskt liv det kommer i kontakt med. Trots miljöhotet är dessa två tillvägagångssätt de absolut vanligaste i hela världen när det gäller elproduktion. Det finns andra sätt att utvinna el; vindkraft, vattenkraft, solceller. Problemet är bara att dessa inte ger lika mycket energi som kärnkraft eller kolförbränning. Därför finns det stora, rika länder i världen (bl.a. USA) som använder mycket energi och inte vill gå över till de mer miljövänliga alternativen. Men om man som enskild individ tar ett beslut att hjälpa miljön genom att montera solceller på taket så kan vi tillsammans minska energiförbrukningen i kärn- och kolkraftverken och i bästa fall helt och hållet kan gå över till vind- och vattenkraft. Detta kommer alltså leda till att CO 2 -utsläppen kommer minskas drastiskt och vi kommer inte heller få något mer radioaktivt avfall. Forskning om solceller håller på konstant för att göra dem mer effektiva och billigare att tillverka så att man kan börja massproducera dem vilket kommer leda till att scenarion liknande mitt kan slå igenom. Frågeställning/Syfte: Kan man el-försörja ett hushåll med hjälp av ena sidan av taket täckt med solceller en vecka i maj? Syftet med mitt arbete var att undersöka hur mycket el man kan få ut av solceller en typisk vecka i maj och jämföra det med elförbrukningen i ett hushåll. Metod: Med hjälp av en solpanel med solceller (29,5 90 cm) mätte jag solens energi i Ampere (A) och Volt (V). För att få reda på resultatet i Watt (W) multiplicerade jag Ampere med Volt. Jag valde att mäta en gång när det var molnigt och en gång när det var soligt på en dag, detta gjorde jag om igen dagen efter. De genomsnitt jag fick från de respektive dagarna (molnigt + soligt 2) gjorde jag sedan ännu ett genomsnitt av. Detta genomsnitt representerade alltså solenergin en typisk dag i maj (eftersom vädret är naturligt välande under denna årstid och man kan alltså inte räkna med sol hela tiden). Jag mätte ena sidan av mitt tak och räknade ut hur många solpaneler (i samma storlek som jag använde) som fick plats, sedan multiplicerade jag antalet solpaneler med solenergin jag tidigare mätt upp. Resultatet jag fick då jämförde jag med elförbrukningen i genomsnitt i mitt eget hem. 3
Resultat: Dag 1 (måndag) Dag 2 (tisdag) Molnigt 24,01 V 0,14 A 3,3614 W 23,25 V 0,14 A 3,255 W Soligt 26,49 V 0,81 A 21,4569 W 26,79 V 1,02 A 27,3258 W Dag 1 (måndag): (3,3614 + 21,4569) 2 12,40915 Dag 2 (tisdag): (3,255 + 27,3258) 2 15,2904 (12,40915 + 15,2904) 2 13,849775 W Mitt tak: 69,36 m 2 Solpanelen (som jag använde i mina mätningar): 29,5 90 cm 0,2655 m 2 69,36 0,2655 261 261 13,849775 3615 W På 69,36 m 2 solceller får man alltså ut 3615 W en typisk dag i maj Genomsnitt av elförbrukningen i mitt hushåll under en dag: 15 kwh Genomsnittsförbrukningen av el i ett vanligt hushåll: 6700 kwh/år 6700 365 18,4 kwh/dag För att beräkna hur mycket energi en solpanel genererar under en dag kan vi göra följande uträkning: 3615 W 3,615 kw En dag i mitten av maj går solen upp kl. 05.00 på morgonen och går ner kl. 21.00 på kvällen. Det betyder att den är uppe i 16 timmar. Om solpanelen genererar el under hela denna tiden med mitt genomsnittsantagande så blir det: 3,615 16 57,6 kwh. Men solen står ju lågt och ger inte så stor elproduktion i panelen tidigt på morgonen och sent på kvällen, därför är ett bättre antagande att man räknar bort två timmar på morgonen och två timmar på kvällen. Kvar blir då 12 timmars driftstid: 3,615 12 43,2 kwh. Om man nu antar att man har en molnig dag så kommer solpanelen ju att generera mindre effekt. De värden jag mätte upp under molniga förhållanden kan användas som genomsnitt för en hel dags molnighet. Det ger: (3,3614 + 3,255) 2 3,31 W för en panel. För samtliga 261 paneler blir det då: 3,31 261 863,91 W Om man fortfarande antar 12 timmars driftstid med denna effekt blir det: 863,91 12 10,4 kwh 4
Om det däremot är soligt hela dagen så blir situationen följande: (21,4569 + 27,3258) 2 24,39 W/panel. För 261 paneler: 24,39 261 6,4 kw 12 timmars driftstid: 6,4 12 76,4 kwh Bilden nedan visar hur mycket energi i kwh som solpanelerna genererar under olika driftstider och solförhållanden: 120,00 100,00 80,00 kwh 60,00 40,00 20,00 Molnigt Soligt Medel 0,00 0 5 10 15 20 Timmar Slutsats: Det går att driva ett hushåll med ena sidan av taket täckt av solpaneler en typisk vecka i maj. Men som mina resultat visar beror det på solförhållandena. En molnig dag räcker inte energiproduktionen till för att försörja hushållet. Men en genomsnittsdag (och därför automatiskt också en solig dag) räcker det gott och väl. Det är inte bara solförhållandena som det hänger på, driftstiden spelar också en stor roll. Under vinterhalvåret när solen bara är uppe några timmar och vi ofta har molnigt väder så kommer solpanelerna inte att generera tillräckligt med el för att driva ett hushåll. Men under sommarhalvåret kan man försörja ett hem med el de flesta dagar. På natten bidrar solcellerna inte alls med någon energi till hushållet eftersom solen inte är uppe då. Ett hushåll behöver dock el hela dygnet - året runt, därför är solpanelen inte en slutlig lösning, utan ett sätt att minska behovet av el från dagens miljöovänliga elproduktion. En parantes är att under vinterhalvåret har solens strålning inte lika hög effekt som under sommaren, p.g.a. sin låga bana på himlen. Så om man hade gjort mätningen i t.e. december hade man inte fått lika höga värden. Men eftersom undersökningen gällde en vecka i maj, så är det inte relevant här. 5
Felkällor: Eftersom jag bara mätte solenergin under två dagar och inte under hela veckan blev genomsnittet osäkert. För att det skulle bli mer korrekt hade jag varit tvungen att mäta energin under varje dag hela veckan. För att få ett ännu mer korrekt resultat hade jag behövt mäta under hela dagen och lagra energin i mätaren så jag hade fått reda på eakt hur mycket energi solen gav från morgon till kväll. Ena sidan av taket betyder olika stor area beroende på vilket hus man menar. På vissa hus skulle effekten som genereras av solpanelerna räcka mer än väl, men på andra skulle det inte räcka till att försörja hushållet med el. Eftersom alla solceller inte genererar el på maeffekt hela tiden beroende på solens bana på himlen och solpanelernas vinkel på taket, så blir även det en osäkerhet i resultatet. Avslutning: Det går att driva ett hushåll med solpaneler under gynnsamma förhållanden. När det är soligt får man ett stort överskott av el. Denna energi går tyvärr till spillo eftersom den inte går att lagra. Hade man kunnat lagra den under en längre tid, så hade man kanske kunnat försörja ett hem med el med hjälp av solpaneler under hela året (överskottsenergin från sommarhalvåret kompenserar för underskottet av genererad el under vinterhalvåret). Man skulle kunna jobba vidare med uppgiften på så sätt att man mäter effekten från solpanelen under olika solförhållanden och tidpunkter på året från soluppgång till solnedgång. Personligen blev jag förvånad över att svaret på min frågeställning var ja. Men ännu mer förvånad blev jag över att man inte ens behövde hela den ytan jag från början föreslagit. Dessutom behövdes det inte heller särskilt många soltimmar för att uppfylla energibehovet. Detta är något som man definitivt kan tänka på i framtiden och jag ser stor potential i utvecklingen för solceller. Det kan leda oss till lösningen på åtminstone ett av våra miljöproblem; energiproduktionen. Källor: http://www.teknat.uu.se/forskning/program.php?id6 http://www.elradgivningsbyran.se/artikel/article.asp?_tp_article_id187&avda RT_MOF&l2 Astronomisk kalender 2010, Per Ahlin, Norstedts bokförlag 6