*** Solugn 1. Lådmodellen Kort version Lägg äppleklyftor eller prinskorvar i grytan och stek. Tag god tid på dig. Går det att laga mat med solvärme? Hur lång tid tar det? Vem kan ha nytta av en solugn? Hur skall du placera ugnen? Hur skall det speglande locket ställas upp? Kolla termometern 1
*** Solugn 1. Lådmodellen Utförlig version Går det att laga mat med solvärme? Fungerar en solugn i Sverige? Prova! Den här solugnen är byggd av papp, med dubbla väggar. Mellan väggarna finns hopskrynklat tidningspapper, som gör att värmen stannar kvar i ugnen. I framväggen sitter en termometer instucken, som visar hur varmt det är inne i ugnen. Försök att placera en stektermometer i grytan också! Lägg några äppleklyftor eller prinskorvar i grytan och stek. Tag god tid på dig. Hur skall du placera ugnen? Hur skall det speglande locket ställas upp? Var är den bästa platsen för grytan? Hur lång tid tar det innan äppleklyftorna är mjuka? Kolla termometrarna! Avläs och gör en tabell. Hur varmt kan det bli i grytan? Vem kan ha nytta av en solugn? Kan du hitta på andra sätt att bygga en solugn? 2
*** Mera om Solugn 1. Lådmodellen Syfte Eleverna får se och känna att solenergin kan ge hög temperatur. De får utnyttja solenergin till något användbart - att tillreda mat. I samband med placering och inriktning av solugnen får eleverna fundera över hur solenergin når ugnen, direkt och via reflektorn i locket. Konstruktionen av solugnen visar principen för en solfångare - mycket solstrålning in, lite värme ut. Kommentarer till experimenten Det går långsamt att värma i solugn. Därför bör man ha lite mat i grytan. Ett äpple i klyftor eller några prinskorvar eller en halv liter blåbärssoppa blir varmt på en halv till en timma i starkt solsken. Grytan bör liksom ugnens insida vara svart för att absorbera solstrålning. Grytlocket kan vara svart eller av glas. Solugnen bör riktas så att solen skiner ned på grytan. Locket justerar man tills det syns att reflexen täcker grytan. På så sätt får man dubbel solinstrålning - både solen och dess spegelbild lyser på grytan. Temperaturen i den skuggade framdelen av ugnen kan avläsas på termometern. Det är intressant att också sätta en stektermometer i grytan. Bäst är en elektronisk termometer, med sensorn i grytan och mätaren utanför ugnen. Sladden till sensorn får träs ut under locken på gryta och ugn. En nackdel är att locket då inte sluter tätt - man får värmeförluster och ånga som kondenserar på ugnens glas och delvis hindrar instrålningen. Man får mest ut av experimentet om man bygger solugnen själv. Man kan då experimentera med olika isoleringsmaterial mellan väggarna i lådan och med helt andra utformningar av solugnen. I experimenten Solugn 2 och 3 beskrivs två andra konstruktioner. På webplatsen Solar cooking archive finns en mängd enkla byggbeskrivningar. Solinstrålningen är vid klar sol c:a 1000 W/m 2. Direkt på grytans c:a 2 dm 2 blir alltså den instrålade effekten 20 W. Med reflektor kan den i princip fördubblas. Men en del ljus reflekteras bort i glaset, och en del träffar grytan i ogynnsam vinkel. Nettoinstrålningen kan vara ungefär 25 W. Detta kan jämföras med en vanlig spisplatta, som är på 1000-1500 W. Att ändå temperaturen kan bli så hög beror på att värmeförlusterna är små. 3
*** För att värma 0,5 liter vatten 50 grader krävs energin W = m c T = 0,5 4180 50 J 100000 J Den instrålade energin W beror av instrålad effekt P och tid t: W = P t Med P= 25 W och W=100000 J blir 100000 t = s = 4000 s 1 h 25 Det bör alltså ta cirka en timma att värma en halv liter vatten 50 grader. Denna beräkning förutsätter dock att vi inte har några värmeförluster till omgivningen. Temperaturen stiger snabbare i början. Så länge temperaturen är låg är också värmeförlusterna till omgivningen små. När temperaturen stiger ökar också värmeförlusterna. Allt mindre nettoeffekt återstår för att värma grytan. Efter tillräckligt lång tid når man en konstant temperatur, stagnationstemperaturen. Här är värmeförlusterna till omgivningen lika stora som instrålad effekt. Temperaturen varken ökar eller minskar. 100 90 80 70 60 50 Ugn ( C) Gryta ( C) 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tid / min Figur 1. Temperatur i ugn och gryta. Klar sol, ett äpple i klyftor i grytan. 4
Slutsatser Principerna för en solfångare visas tydligt: Mycket solstrålning in, direkt genom fönstret och reflekterat från spegeln. Svarta ytor som absorberar energin i solstrålningen. Lite värmeförluster ut, dubbla, isolerade väggar. De största värmeförlusterna går genom glaset. Det finns inga genomskinliga isolermaterial. Man kan experimentera med dubbla glas - men risken är att man förlorar lika mycket i instrålning som man vinner i minskade värmeförluster. I varje glasyta reflekteras en del av solstrålningen och går förlorad. Temperaturen i grytan blir betydligt högre än i ugnen. Tillämpningar I länder med mycket solinstrålning men brist på annan energi kan solugnar vara ett bra alternativ. Grytor, soppor mm kan stå flera timmar och tillagas. Denna utrustning behöver du Solugn (från Zenit ab läromedel) Äpple, prinskorv, blåbärssoppa e.d. Stektermometer Litteratur Andrén, Lars: Solenergi, praktiska tillämpningar i bebyggelse. Svensk Byggtjänst 1999. ISBN 91-7332-872-3. Solvärmeteknik i större och mindre skala. Areskoug, Mats, Miljöfysik. Energi och klimat. 1999. ISBN 91-44-01114-8. Bl.a. solenergiutnyttjande, solfångare, solceller behandlas. Många experiment på skolnivå beskrivs. Grundläggande högskolenivå (eller fördjupning på gymnasiet).. Bason Frank: Solstrålning, solceller, solenergi. SolData Publishing 2002. Teori, experiment och tillämpningar kring solceller. Gymnasienivå. På danska. Boysen, A. (red) Solsverige 1991, 92, 93, 94, 95, del 6. Larsons förlag, Box 3063, 18303 Täby. Informativa artiklar om solenergins möjligheter och aktuella läge. Gymnasienivå. Eckerman Pelle, Grähs Gunna. Solkatt, vindstrut och vattenhjul. Bonnier, Carlsen 1997. Idérik experimentbok för barn. Weblänkar http://www.radron.net/ Råd och rön. Testresultat för solfångare för villavärme. Från 14 år. http://www.sp.se/energy/certprod/p_solfangare.htm Sveriges provnings- och forskningsinstitut. Test av solfångare. Gymnasie högskolenivå. http://main.hvac.chalmers.se/seas/ Svenska solenergiföreningen. Diverse information, bl. a. OH-presentation av solvärme, samt läs- och länktips. Gymnasienivå. http://www.solarcooking.org/ The solar cooking archive. Om att laga mat med solens hjälp, olika ugnar, ritningar, bilder, recept mm. Från 10 år. På engelska. 5
http://www.nrel.gov/docs/gen/fy01/30928.pdf National renewable energy laboratory. Fun in the Sun. Lärar- och elevmaterial om energi för bl.a. yngre barn. Omfattande material, ganska styrt. På engelska. http://fsec.ucf.edu/ed/teachers/ Florida solar energy center. Energi-relaterade resurser för skolor, som inkluderar powerpoint presentationer om solenergi, lärarsidor, elevuppgifter av olika slag för elever från 10 år. Ganska styrda uppgifter, men en del bra idéer. På engelska. 6