Har du lyst på en spennende og variert sommer-/deltidsjobb?

Vi i UngEnergi ser etter deg som er mellom 15-17 år og har lyst til å være med å utvikle innhold til nettsiden vår. Er du flink til å skrive? Eller er grafisk design og webutvikling din store styrke? Søk da vel! Søknadsfrist er 24. april 2017. Les mer på stillingsannonsen her.

Hva er solenergi

30. september, 2016
<a href="https://flic.kr/p/drsrm8">"Long Island Solar Farm"</a> <br /> <br /> Foto: Flickr.com/brookhavenlab <br /> <br /> <a href="https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/a">(CC BY-NC-ND 2.0)</a>
«Long Island Solar Farm»

Foto: Flickr.com/brookhavenlab

(CC BY-NC-ND 2.0)

Sola er uten tvil vår største og viktigste energikilde. Den gir varme, lys og ikke minst energi. Energien fra sollyset er opphavet til nesten alle andre energikilder vi har her på jorda, både fornybare og ikke-fornybare. Fotosyntesen, en av naturens viktigste kjemiske prosesser, ville ikke fungert uten sollys. Ingen fotosyntese ville ha ført til et svært beskjedent planteliv, som igjen hadde satt en stopper for fossile brennstoff som kull, olje og gass. Sollys er også med på å varme opp luft, noe som fører til lokale høy- og lavtrykk som igjen skaper vind. Vinden er videre med på å lage bølger i havet. Sola er i tillegg til alt dette en fornybar energikilde, såfremt den fortsetter å brenne!

 

Solcellepanel – Omdanner solenergi til elektrisitet
Solfanger – Omdanner solenergi til varmeenergi (termisk energi)

Sammendrag

Sola er vår største og viktigste energikilde.  Så lenge sola fortsetter å brenne vil den være en kilde til fornybar energi. Energiloven sier at «energi hverken kan skapes eller forsvinne, kun endre form”, det gjelder også solenergi – selv om vi sier at sola er opphavet til de fleste av energikildene våre.
4 hydrogenkjerner og 2 elektroner smelter sammen (fusjonerer) og danner 1 heliumkjerne. Overskuddsmassen  frigjøres som strålingsenergi som sendes ut i verdensrommet og blant annet treffer jorda.

 

Med formelen E=mckan vi beregne energimengden som frigjøres i reaksjon. Energimengden pr. fusjon er veldig liten, men på sola fusjonerer utrolig mange hydrogenkjerner i et stort tempo. Dette skaper (eller frigjør) enorme mengder energi som vi mennesker kan nyttiggjøre oss av.

 

Du tenker sikkert at fornybare energikilder er energikilder som aldri går tomme. Ser vi energikildene i et meget langt perspektiv er sola en av de få energikildene som ikke er fornybar. I et slikt perspektiv er derimot fossilt brensel (inkludert olje) fornybart. En dag vil sola gå tom for brennstoffet hydrogen, og slutte å brenne. Sola er minst 4,5 milliarder år gammel og vil lyse med omtrent samme styrke som i dag i ytterlige 5 milliarder år.  Sola har altså svært lang levetid, og det er derfor den regnes som fornybar. Det er riktig at fornybar energi kommer fra energikilder som kontinuerlig gir energi, men innenfor et visst tidsrom. Fornybare energikilder er definert som «energikilder som kan fornyes i løpet av 100 år».

Hvor kommer denne energien fra?

©iStock.com/HowardOates
Sola er en ganske alminnelig, tung stjerne. Så lenge den brenner vil det frigjøres fornybar energi som vi kan nyttiggjøre oss på jorda.
Foto: ©iStock.com/HowardOates

Termodynamikkens første lov sier at “energi hverken kan skapes eller forsvinne, kun endre form”, samtidig sier vi at sola er opphavet til energikildene våre. Hvordan er dette mulig? Sola er en ganske alminnelig, tung stjerne, og som de fleste andre stjerner er den hovedsakelig bygd opp av de aller minste grunnstoffene hydrogen og helium.

 

I sentrum av sola er det ekstremt varmt – hele 15 millioner grader celsius og trykket er svært høyt. På grunn av dette vil atomkjernene til hydrogen fusjonere. Fire hydrogenkjerner (kjernen består av et proton og et nøytron) og to elektroner blir til en heliumkjerne. Det er denne prosessen som frigjør energien som gir oss så mye, men hvordan?

 

Hvis vi studerer periodesystemet ser vi at hydrogen er grunnstoff nummer 1, og at atommassen til hydrogen er 1,008. Helium er grunnstoff nummer 2 og har atommassen 4,003. Når fire hydrogenkjerner smelter sammen til helium skulle man kanskje anta at atommassen ble firedoblet, altså 4 · 1,008 = 4,032, men slik er det ikke. Helium veier mindre enn dette 4,032 – 4,003 = 0,029, og det er masse til overs. Denne massen frigjøres som strålingsenergi som sendes ut i verdensrommet og blant annet treffer jorda. Energien har altså vært der hele tiden, lagret inne i hydrogenkjernene som masse, men istedenfor å si at den skapes sier vi at den frigjøres.

 

Denne beskrivelsen av fusjon på sola er veldig forenklet. Dersom du velger fysikk 1 som valgfag i videregående skole, vil du lære mer om dette emnet.

Hvor mye energi er det snakk om?


I alle reaksjoner skjer det en energiendring, det tilføres eller frigjøres energi. Ved fusjon frigjøres energi. Mengden energi som frigjørs kan vi beregne ved å bruke Einsteins masseenergilov; E = mc2.

 

E – står for Energi(Energy), og oppgis i SI-enheten J (joule)
m – står for masse (mass), og oppgis i SI-enheten kg (kilogram)
c – står for lyshastigheten i tomt rom, og er en universalkonstant som gjerne rundes av til 3 · 10m/s

 

Når 4 hydrogenkjerner og 2 elektroner fusjonerer til 1 heliumkjerne frigjøres det omtrent 4,3 · 10-12 J.

 

Dette tallet kan du selv komme fram til ved å legge sammen atommassen til 4 hydrogenkjerner (se i periodetabellen og husk at 1 u = 1,6605 · 10-27 kg) og trekke fra atommassen til 1 heliumatom.  Bruk deretter masseenergiloven. I vår beregning ser vi bort fra elektronets masse fordi denne er forsvinnende liten, (men ta den gjerne med i din egen beregning).

 

E = mc= ((4·1,008 u – 4,003 u) · 1,6605 · 10-27 kg/u) · (3 · 10m/s)= 4,81545 · 10-29 · (3 · 10m/s)= 4,3 · 10-12 J

 

4,3 · 10-12 J er en veldig liten mengde energi, men det skjer omtrent 8,5 · 1037 slike fusjonsreaksjoner på sola hvert sekund. Resultatet er at det hvert sekund frigjøres 3,7 · 1026 W (watt) effekt fra sola (watt = joule (energi) pr sekund).

 

4,3 · 10-12 J/r · 8,5 · 1037 r/s = 3,7 · 1026 J/s = 3,7 · 1026 W (watt)
(vår utregning er noe unøayktig og utelater en rekke variabler og faktorer)

 

Resultatet er altså enorme mengder energi!

 

Jorda mottar omtrent 1020 W per kvadratmeter ved havoverflaten. Det betyr at jorda mottar 15 000 ganger så mye solenergi hvert år som det vi mennesker bruker. Bare i Norge mottar vi  1500 ganger mer energi enn vi bruker i løpet av ett år. Det er denne kraftige energien som får jorda til å fungere slik den gjør. Den styrer blant annet temperaturen, været og drivhuseffekten. Utfordringen ligger i å få utnyttet en stor nok mengde av denne elektromagnetiske strålinga på en effektiv og billig måte.

 

©Ungenergi
Illustrasjon: UngEnergi
Illustrasjon: UngEnergi

Å utnytte solenergien

Energien som stråler fra sola er grunnen til at de aller fleste andre energikildene vi bruker i dag eksisterer. Vi mennesker har lært oss å utnytte energiproduktene (mat, fossilt brensel, vind, bølger osv) fra sollys. En kan likevel lure på om det ikke hadde vært bedre å benytte seg av sollyset direkte. Ved hjelp av solcellepanel og solfangere er dette blitt en realitet.

 

I dag utnytter vi i hovedsak energien fra sola på to måter: ved å omforme energien til varme (solfanger) eller til elektrisk energi (solceller). Hvis 1 % av jordas ørkenområder hadde vært dekt av solcellepanel, ville det, i seg selv, vært nok til å produsere energi til hele jordens befolkning. Teknologien, den praktiske gjennomføringen og kostnadene per panel setter dessverre en stopper for å gjennomføre noe slikt.

Passiv termisk solenergi

Passiv bruk av solenergi har blitt brukt av mennesker helt siden man begynte å bygge hus. Det er vanlig å bygge et hus vendt mot sør slik at man kan utnytte varmen og lyset som kommer fra sola. Slik sparer man strøm. Glass slipper gjennom kortbølget stråling og møblene inne i huset kan absorbere denne energien for så å sende ut langbølget stråling som gir varme til huset. Dette fungerer på samme måte som et drivhus. Hvis man velger de riktige materialene kan man utnytte denne varmen enda bedre. Det er svært vanlig å bygge hus, leiligheter og andre bygninger med tanke på å utnytte solenergien best mulig. God isolasjon er også viktig for å spare energi. I dag planlegges de fleste solenergisystemene i nybygg, men det er også mulig å gjøre om et eldre hus til solhus. Familien Bille i Danmark bodde lenge i et hus som ble oppvarmet av en stor oljebrenner. Dette var lite miljøvennlig så de monterte fire flate solfangere på taket. Ved å gjøre dette skaffet de familien alt det varme vannet de trengte mellom mai og oktober. Selv på kalde vinterdager greide de å varme opp vannet til 55 grader. Varmt vann fra solfangerne på hustaket renner gjennom et stort spiralformet rør og varmer opp vannet i tanken. Når det ikke er nok sol til at solfangerne fungerer overtar oljebrenneren og sender varmt vann gjennom det lille spiralformede røret. Varmt vann som ikke ble brukt med det samme kunne lagres i flere dager i en isolert tank. Denne enkle oppbygningen har redusert familien forbruk av fyringsolje med 500 liter i året. Noen solhus har både solfangere og solcellepaneler.

Fordeler

  • Fornybart: Solenergi er en fornybar energikilde. Å bruke solenergi medfører ingen forurensning. Det økologiske fotsporet kommer i hovedsak ved produksjon av silisium.
  • Miljøvennlig: Energien som produseres er helt miljøvennlig, og vil på sikt bidra til å motvirke global oppvarming og begrense uttømmingen av jordas lagerressurser.
  • Potensiale i u-land: Mange u-land har god tilgang på sol. Her vil det være billigere å sette inn solceller enn å koble til et kraftnett.
  • Lett vedlikehold: Solfangere og solceller er enkle konstruksjoner som er holdbare og lette å vedlikeholde.
  • Usynlig: Man kan plassere solceller nesten over alt: på tak, vegger, vinduer, biler, kalkulatorer, osv. De behøver ikke ta like stor plass som en vindpark eller et vannmagasin. Dessuten kan de være «usynlige», slik som på operahuset i Oslo.
  • Stort potensiale: Solen skinner over alt. Alle steder har potensiale for solenergi, selv om noen steder har mer enn andre.

Ulemper

  • Lav effekt: Dagens solcellepanel har kun en virkningsgrad på ca. 15 % (ref. sffe.no). Dvs. at de klarer å omdanne 15 % av all energien som er i sollyset til elektrisk energi. De siste årene har virkningsgraden nesten økt hvert år, ettersom teknologien har blitt bedre. Spesielt gjøres det store kvantesprang innen nanoteknologi, som med sikkerhet vil kunne bidra til å øke effektiviteten.
  • Dyrt: En annen ulempe med solcellepanel er at de koster mye å lage i forhold til mengden elektrisitet de produserer. Derfor vil solcellepanel bare være økonomisk givende i områder med svært mye sol. Land som Norge egner seg ikke spesielt godt (til tross for at muligheten er der). Prisen på solceller i dag ligger på ca. 1 dollar per watt. Innen 2015 håper forskere at kostnaden vil være lav nok til å konkurrere på lik linje med andre energialternativ.
  • Forurensende produksjon: Produkjson og utvinning av silisium er en krevende og forurensende prosess.

Solceller i bygg – en strålende idé

Solenergi fra Energisenteret – Vimeo.

Kilder Nyttige lenker
Bruk som kilde
Denne artikkelen skrevet av UngEnergi er lisensiert under en Creative Commons Navngivelse-Ikkekommersiell-DelPåSammeVilkår 3.0 Norge Lisens.
UngEnergi.no benytter informasjonskapsler for å gjøre brukeropplevelsen bedre Lukk Les mer