Select Page

Fra sollys til elektrisitet

Fra sollys til elektrisitet

Det er mulig å omdanne solenergi direkte til elektrisitet ved hjelp av den fotoelektriske effekten, som kort fortalt innebærer at elektroner forflytter seg fra et stoff til et annet når de belyses og absorberer energi fra fotoner.

Dette fenomenet ble oppdaget allerede i 1887 av Heinrich Rudolf Hertz. Senere videreutviklet både Max Planck og Albert Einstein teorien bak den fotoelektriske effekten.

Denne kunnskapen utnyttes i solceller for å omdanne sollys til elektrisitet. En solcelle består av en halvleder der for- og baksiden er behandlet slik at forsiden har overskudd på frie elektroner og baksiden underskudd eller omvendt. Bundne elektroner i solcellen kan absorbere et foton også kalt et energikvant og dermed bli frie. De aller fleste av disse vil fanges inn av et elektrisk felt i grensesjiktet mellom forsiden og baksiden. Dersom man forbinder for- og bakside med en elektrisk krets, kan elektronene utrette nyttig arbeid i en lyspære, elektrisk motor, PC eller lignende.

Solceller gir kun en spenning på om lag 0,5 volt litt avhengig av valg av teknologi. For å få en praktisk brukbar størrelse på panelet og en egnet spenning, kobler man derfor solceller i serie i et såkalt panel. Et typisk panel med solceller av krystallinsk silisium består av 50-70 serie- og parallellkoblete celler, som er kapslet inn mellom et dekkglass og en bakplate. Panelet må beskytte solcellene mot vær og vind, og kvaliteten på innkapslingen er derfor svært viktig. I tillegg må panelet ha tilstrekkelig mekanisk stabilitet for å beskytte de skjøre solcellene mot håndtering og påkjenninger fra regn og hagl.

De viktigste fordelene med solceller er driftssikkerhet og at teknologien lett kan tilpasses ulike behov i alt fra svært små systemer til svært store anlegg. Når solceller brukes i små systemer, er de som regel bygd inn i et produkt, for eksempel en gatelykt, armatur for hagebelysning eller liknende. Det er som regel ikke noe strømuttak på disse systemene, som dermed kun kan brukes til det formål de er designet for. Slike produkter er utbredte, men representerer likevel en svært liten del av markedet for solceller.

Frittstående systemer leverer typisk elektrisitet til hytter, husholdninger eller i noen tilfeller hele landsbyer som ikke er tilkoblet kraftnettet. De brukes når nettilknytning eller andre frittstående løsninger er for kostbare eller forurensende. Frittstående solcelle-systemer kan også levere kraft til for eksempel telekommunikasjon, vannpumping og navigasjonslys. Slike enkle solcelle-systemer kan være ideelle når man trenger pålitelig, men begrenset strømforsyning og det ikke er mulig å etablere en nettforbindelse og det er kostbart å bringe frem drivstoff til aggregater.

For generell strømforsyning finnes det litt forskjellige systemer. Distribuerte nett tilknyttede systemer er vanlige i en rekke land på grunn av ulike tilskuddsordninger. Tyskland har vært foregangsland, men nå har også Italia, Spania og Frankrike Japan og Kina kommet etter. Denne type systemer har typisk en installert maksimal effekt fra noen kilo Watt til flere Mega Watt, og kan være installert på private hjem eller private eller offentlige kommersielle bygg som f. eks. kontorbygg, industrihaller, togstasjoner og lignende. I de senere år har det kommet en rekke produkter for bygningsintegrering av solceller. Panelene er utformet slik at de kan passes direkte inn i et takbelegg eller i en fasade.

Sentraliserte nett tilknyttede systemer kan være på mange mega watt og er simpelthen kraftverk som benytter solcelleteknologi. Elektrisiteten som genereres mates direkte inn på et kraftnett. Slike løsninger finner man bant annet i USA og Kina. Også norske aktører bygger solkraftverk i utlandet: Statkraft har vært engasjert i å bygge solkraftverket i Italia. Scatec solar er det norske selskapet som har utviklet flest solcelleanlegg i verden. I følge Scatec solar sine internettsider har selskapet bygget bakke monterte solarkraftverk i Italia, Tyskland, Tsjekkia, Sør-Afrika og Rwanda.

Continue Reading

Soling til glede og besvær

Soling til glede og besvær

Solen er å sammenlikne med en vedvarende atomeksplosjon. Når hydrogen fusjonerer til helium frigjøres store mengder energi som spres i form av stråling. Denne strålingen er under visse betingelser livgivende, men vil uten nødvendig skjerming være dødbringende for alt liv. I et atomkraftverk skjer skjerming med vann og tungtvann, bly og betong. Jorden skjermes fra stråling fra verdensrommet ved sitt magnetfelt, men atmosfæren er kanskje den viktigste skjermingen mot skadelig solstråling.

Mest kjent er den ultrafiolette strålingen også kalt UV-stråling. Dette er elektromagnetisk stråling med kortere bølgelengde enn synlig lys.

Ozonlaget er en viktig regulator av UV-strålingen. Når ozonlaget svekkes, kan UV-strålingen bli en fare for livet på jorden. Brunfargen som mange ønsker seg og som oppfattes som et tegn på sunnhet, er egentlig en beskyttelsesmekanisme mot skader som påføres hudcellene av de ultrafiolette strålene.

Dannelsen av D-vitamin er den mest veldokumenterte positive effekten av UV-stråling. D-vitamin har blant annet betydning for kalsiumopptak og forebygging av en rekke sykdommer, – også visse kreftformer.

Mange personer opplever at de trives bedre og føler seg mer opplagt når det er sol. Dette henger for en stor del sammen med den varmen vi føler og den stimulerende virkningen sollyset har på hormoner og hjerne vår.

Sollys har også dokumentert positiv virkning på revmatisme, psoriasis og andre auto immune sykdommer. I tillegg har sollys positiv virkning når det gjelder mange hudlidelser som for eksempel psoriasis og ulike former for eksem.

Sollyset har imidlertid også en rekke negative effekter.

Solforbrenning er kanskje det man først forbinder med negative effekten av UV-stråling på hud. Avhengig av hvor sterk solforbrenning er skiller man mellom førstegrads forbrenning som gir en betennelseslignende reaksjon i huden. Denne blir gradvis borte i løpet av noen dager. Mer alvorlig er andregradsforbrenning som gir blemmer og tredjegradsforbrenning med åpne sår og feber.

Solstikk, også kalt heteslag, kan bli et resultat av langvarig opphold i solen. Symptomene på solstikk er gjerne hodepine, kramper og bevissthetsforstyrrelse og forhøyet kroppstemperatur. I alvorlige tilfeller kan heteslag være livstruende.

Generelt kan oppvarming via sollyset føre til uttørring. Uten tilstrekkelig tilførsel av væske og salter kan også dette føre til livstruende situasjoner.

Mange lider av soleksem som minner om en allergisk reaksjon, uten at noen helt vet hva årsaken er. Noen mennesker får soleksem en sjelden gang, mens andre får det til stadighet under soling, noe som kan tyde på en viss genetisk disposisjon.

Immunsystemet kan bli svekket av UV-stråling. Dette kan føre til økt fare for infeksjoner og svulster i huden. På denne måten kan UV-stråling også aktivere virus som for eksempel herpes og HIV.

Er UV strålingen tilstrekkelig sterk kan øyet bli skadet. For sterk stråling gjerne kombinert med refleksjon fra snø og vann kan forårsake skade i hornhinnen og gi akutte betennelser som snøblindhet. Øyelinsen kan skades eller forandre seg over tid på grunn av soling. Dette kan føre til fordunkling av linsen og utvikling av sykdommen grå stær.

UV-strålingen skader hudens elastiske fibre, blodkar utvides, underhuden blir tykkere, og huden ser rynket og gammel ut.

Hudkreft er den alvorligste langtidseffekten av UV-stråling. Føflekkreft er den farligste av alle typer hudkreft. Hvis den ikke behandles i tide, kan den spre seg raskt i kroppen. Antallet nye tilfeller av føflekkreft er i dag sju ganger større enn for 50 år.

Alt i alt er sollys og solenergi forutsetning for alt liv på Jorden. Sollys og solvarme oppleves av de fleste som positivt, og det er dokumentert en rekke positive effekter av sollys. På den andre siden kan stråling fra solen være dødbringende og skade mennesker og dyr. Vi har gjennom millioner av år tilpasses akkurat passe mengde sollys. For mye eller for lite kan få fatale følger.

Continue Reading

Solseil – framtiden innen romreisen

Solseil – framtiden innen romreisen

Et solseil er en type fremdriftsmetode som kan nyttes av romfartøyer. Solseilet er konstruert for å bevege seg utelukkende på grunn av solstrålingen som reflekteres av seilet. Det finnes ikke noe drivstoff som må forbrukes, og det er dermed ingen begrensing på seilets rekkevidde.

Solstrålingen kan ses på som en strøm av energipakker også kalt fotoner. Fotonene har både energi og bevegelsesmengde. Når de reflekteres av seilet, endres bevegelsesmengden, noe som gjør at det virker en kraft på seilet. Trykket på seilet varierer med den totale mengden solstråling som treffer seilet. Seilets effektivitet øker jo nærmere Solen det er. Kraften avtar med kvadratet av avstanden fra Solen. Jo lengre fra Solen seilet er, jo mindre stråling treffer seilet. Solseil vil derfor fungere best i det indre solsystemet. Trykket på seilet avtar også jo mer seilet snus på kant mot Solen. Et seil kan reflektere omkring 90 % av strålingen som treffer det. Det er høyst usannsynlig at noen annen type romfartøy i dette århundre vil kunne operere mer effektivt enn solseilet i den indre delen av Solsystemet.

Trykket fra solstrålingen som virker på seilet, forårsaker en kraft som akselererer eller bremser seilet, avhengig av hvordan dette er orientert i forhold til Solen. Energikilden trenger ikke nødvendigvis være en stjerne, men også andre kilder som for eksempel laser, mikrobølger og magnetfelt kan benyttes. Det er viktig å ha et kontrollsystem som kan orientere seilet i forhold til energikilden. Et praktisk problem er at solseil må være svært store for å være effektive.

Selv om kraften som virker på solseilet er svak, vil det kunne gi et romfartøy som ikke skal overvinne noen friksjon av betydning, en enorm hastighet over tid. Et solseil som har en akselerasjon på bare 1 mm/s2, vil i løpet av ett år endre sin hastighet med 31,5 km per sekund eller vel 113 000 km i timen fordi denne akselerasjonen da virker i 31,5 millioner sekunder.

Med solseil vil det bli mulig å frakte betydelige nyttelaster til de fleste himmellegemer i solsystemet. Man har beregnet at et seil på 800 m x 800 m kan frakte seg selv og en nyttelast på 1500 kg til et møte med Halleys komet. Noe av det beste med solseilet er imidlertid at når en nyttelast er levert, kan det ta med tilsvarende nyttelast og komme tilbake med den. Denne egenskapen er en direkte følge av at solseilet ikke trenger å frakte med seg drivstoff.

Science fiction-forfattere har lenge beskrevet lange romferder med romskip drevet fram med solseil. Nå kan drømmene snart være virkelighet, men utviklingen har ikke skjedd uten problemer.

Det er ikke mulig å sende ut farkoster med seil ferdig påmontert. Derfor må seilene ligge pent innpakket under utskytning, for så å foldes ut i rommet. Den japanske romfartsorganisasjonen JAXA testet i 2004 om intrikat sammenbrettede strukturer ville brette seg ut etter oppskytning. To forskjellige solseil ble brettet ut med hell. Det var første gang slike solseil blir brettet ut i rommet.

Den første sonden som skulle benyttet solseil var Cosmos 1 som i 2005 skulle skytes opp fra en russisk ubåt i Barentshavet. Oppskytningen, i regi av det private The Planetary Society, slo imidlertid feil.

Tre år etter, i 2008, forsøkte NASA ved hjelp av en Falcon 1 rakett fra Space X å sende opp sin NanoSail-D. Dette forsøket mislykkes da raketten feilet. Satellitten gikk tapt, men NASA hadde en ekstra modell av NanoSail-D i bakhånd. Etter en del forbedringer ble NanoSail-D2 skutt opp i 2010.

Også nå fikk man problemer, men etter flere forsøk lykkes det å få satellitten til å folde ut seilene. Som navnet antyder var dette en mikrosatellitt på størrelse med et vanlig brød.

I 2010 passerte den indiske sonden IKAROS Venus. IKAROS var det første romfartøyet som viste at det var mulig å bruke solseil for interplanetarisk fart.

i 2015 ble det lille romfartøy LightSail sendt ut i rommet. Selve fartøyet er satt sammen av tre små kuber. En inneholder solceller, kamera, sensorer og kontrollsystemer, de to andre et solseil. Oppe i verdensrommet foldes det først ut solceller og antenner, og så det store seilet på 32 kvadratmeter.

Det er bare et tidsspørsmål når et større romfartøy drevet med solseil vil være på vei ut i verdensrommet.

Continue Reading

Fotosyntese – hva er det?

Fotosyntese – hva er det?

Fotosyntese kan litt enkelt oversettes til å “bygge med lys”, og det er nettopp det plantene gjør. De omdanner energien i sollyset til kjemisk bundet energi i organisk materiale. I tillegg produseres det oksygen, som også er en viktig betingelse for livet på jorden. Selv om det bare er 0,02% av solenergien som treffer Jorden som inngår i denne fotokjemiske prosessen, er den helt avgjørende for livet på Jorden.

Fotosyntese er prosessen som bygger opp plantemateriale basert på karbondioksid, mineraler og vann. Prosessen drives av sollyset, og klorofyll er en vesentlig bestanddel for å få prosessene til å skje. Under fotosyntesen omdannes vann, karbondioksid og mineraler til biomasse. Biomasse er et energirikt produkt som i hovedsak består av sukker, cellulose og lignin.

De første fotosyntetiserende organismene utviklet seg sannsynligvis for 3500 millioner år siden. På den tiden inneholdt atmosfæren mye mer karbondioksid enn i dag. De første mikroorganismene brukte sannsynligvis hydrogen og hydrogensulfid som elektronkilde i stedet for som i dag, vann.

Blågrønnbakterier utviklet seg senere, for omtrent 3000 millioner år siden. For omtrent 2400 millioner år siden sørget fotosyntetiserende organismer for at jordens atmosfære ble oksygenrik. Dette gjorde det mulig å utvikle mer komplekse former for liv som inngikk i symbiotisk forhold med blågrønnbakterier. Dette ble grunnlaget for den senere utviklingen som førte til planter og alger. Kloroplasmaet i moderne planter er etterkommere av disse symbiotiske blågrønnbakteriene.

Det finnes mange varianter av fotosyntesen. Ulike plante arter har noe ulike prosesser. Det finnes for eksempel enkelte bakteriearter som ikke avgir oksygen ved fotosyntese. Likevel er det en del elementer som går igjen. Lys absorberes i klorofyllholdige proteiner. Det som kalles fotosyntetiske reaksjon sentere. Hos planter finner man disse i kloroplasmaet, og hos bakterier finner man disse i cellemembranen. Lys energi blir brukt til å redusere vann, og til å syntetisere ulike organiske forbindelser.

Selv om fotosyntesen i planter, alger og blågrønnbakterier varierer noe, er mange elementer som går igjen. Reaksjonen kan i hovedsak deles inn i to deler, den lysavhengige reaksjonen og den lysuavhengige reaksjonen. Lysreaksjonen er avhengig av lys, mens den lysavhengige også kalt Calvin syklusen, som navnet indikerer kan, foregå i fravær av lys.

Litt enkelt sagt blir vann oksidert til oksygen og hydrogen ioner i lysreaksjonen. Oksygen er et biprodukt som slipper ut av cellen. Litt populært sagt puster plantene ut oksygen, mens vi er avhengig av å puste det inn. Elektronene fra det oksiderte vannmolekylet blir overført til et reaksjonssenter som består av klorofyll og ulike proteiner som får økt energinivå ved hjelp av lys.

I lysreaksjonen blir det dannet enzymer som så blir brukt i syntesedelen, som også blir referert til som Calvin syklusen. Resultatet av Calvin syklusen er viktige forbindelser, som for eksempel glukose.

Nesten alle organismer er avhengige av fotosyntesen som en kilde til mat og energi, samt karbonet i organiske forbindelser. Det biologiske materialet plantene produserer ved fotosyntese danner grunnlag for hele næringskjeden, og det meste av livet på Jorden er avhengig av denne prosessen. Unntaket er enkelte livsformer i dype hav som er i stand til å danne biologisk materiale ved

kjemosyntese, det vil si en tilsvarende prosess som fotosyntesen, men uten at det er nødvendig med lys.

En organisme som kan utføre fotosyntese kalles fotoautotrof, i motsetning til kjemotrofe organismer, som er avhengige av å oksidere kjemiske forbindelser som energikilde.

Dyr, mennesker, sopp og andre organismer som ikke selv driver fotosyntese, er avhengige av de energirike forbindelsene som plantene lager i fotosyntesen. Selv om vi spiser bare kjøtt, har energien vi får fra kjøttet, kommet fra planter. Med andre ord ingen dyr kan leve uten den energien de får fra planter.

Continue Reading

Solen – alle tings mor

Solen – alle tings mor

Solen er forutsetningen for alt livet på jorden. Solenergi er drivkraften bak de aller fleste energikilder, med unntak av geotermisk energi som stammer fra nedbryting av materiale i jordens indre og tidevann som er en følge av jordens rotasjon og månens tyngdekraft.

Solen driver klima og været og står dermed bak vannkraften, men vel så viktig er fotosyntesen som binder solenergi til planter og i neste omgang dyr. Det betyr at også de fossile energibærerne er lagret solenergi. Problemet med fossile energibærer er at for det ikke har vært mulig å nyttiggjøre seg energien uten å frigjøre stoffer som skader naturen og miljøet.

Solenergi

Solenergi har gjennom tidene vært benyttet i mange ulike måter. Hvis vi holder oss til vår kulturkrets kjenner vi til Sokrates solhus fra cirka 400 før vår tidsregning som ble bygd for å være varmt om vinteren og svalt om sommeren. Det ble oppnådd ved valg av materiale som kunne lagre varme og ved å orientere vindus- og døråpninger slik at man oppnådde avkjøling. Arkimedes brukte allerede i 212 før vår tidsregning speil til fokusering av solenergi.

Solenergi har blitt utnyttet tørking av ulike ting fra klær til korn og fisk. Sol ovner for tilberedning av mat ved hjelp av solenergi er viktige særlig i fattige land. I sin enkleste form er sol ovnen en kasse med glasslokk som passivt absorberer solenergien. I sterkt solskinn kan man oppnå temperaturer på godt over 100 °C i kokekar med svart overflate og tettsittende lokk. For å oppnå høyere temperaturer og kortere koketid må ovnen utstyres med en krum reflektor som konsentrerer solstrålene mot kjelen.

Utfordringen har vært å finne effektive måter å utnytte solenergien direkte uten å gå veien om energibærere som fossilt brensel.

I hovedsak kan energien fra solen utnyttes på to måter, enten til produksjon av varme eller produksjon av elektrisk kraft. Når det gjelder varmeproduksjon kan en skille mellom passive systemer og innretninger for å fange solvarme.

Passive systemer fungerer uten tekniske hjelpemidler. Et sydvendt vindu kalles av og til en passiv solfanger. I energieffektive passivhus kan sydvendte vinduer kombineres med massive bygningsmaterialer som lagrer varme om dagen og gir den tilbake om natten når temperaturen synker.

Solfanger

I en solfanger varmes en mørk, absorberende overflate opp av solenergien. Varmen transporteres bort med væske eller gass, slik at den kan utnyttes direkte til oppvarming av bygninger eller vann til forbruk. Solenergien kan også konsentreres med speil for å oppnå en høy nok temperatur til å drive en dampturbin som i neste omgang kan produsere strøm.

Den første solcellen ble utviklet på begynnelsen av 1800-tallet av Edmund Bequerel. Det tok imidlertid mer enn 100 år før interessen rundt utvikling og bruk av solceller skjøt fart. En solcelle omdanner solenergi direkte til elektrisk energi. Solceller utnytter at fotonene i lyset

Solceller brukes på mange områder. De har vanligvis blitt brukt der elektrisitet fra strømnettet ikke er tilgjengelig, slik som i avsidesliggende strøk, strømforsyning for satellitter, håndholdte kalkulatorer, sambandsutstyr og så videre.

Mengden solenergi som treffer Jorden i løpet av ett år, er om lag 15 000 ganger større enn hele verdens årlige energiforbruk. Den praktiske utnyttelse av solenergien er imidlertid avhengig av tilgangen på sollys.

Strålingen fra solen modifiseres av atmosfæren, som sprer lyset og demper enkelte bølgelengder. Dempingen varierer, avhengig av luftens innhold av gasser. Hvor mye av innstrålingen som står til rådighet for produktiv utnyttelse, avhenge av hvor man er på kloden. Ved polene står solen lavere på himmelen enn ved ekvator og solstrålene må derfor passere gjennom en større del av atmosfæren for å nå bakken. De fleste steder står solen høyere på himmelen om sommeren enn om vinteren. Dermed har solstrålene en kortere vei gjennom atmosfæren, og tilgjengelig stråling blir større. I tillegg spiller lokale forhold inn, som lokal skydannelse.

Continue Reading

De beste kildene til å lære om solenergi?

De beste kildene til å lære om solenergi?

For nordmenn flest er ikke solenergi noe man tenker på. Med flere regndager og vinter halve året er det mer naturlig å gå for andre energikilder. Vannkraft er derimot godt utviklet system for produksjon av elektrisk strøm. Neon mener likevel at man bør utvikle solenergi i større grad, også i Norge. En av grunnene til det er at det er så enorme mengder solenergi som treffer atmosfæren til en hver tid. I tillegg mener man at det å utnytte solenergi kan være med på å avlaste de andre energiressursene. Men hvordan kan man lære mer om solenergi og dens potensiale. Selv om det kanskje ikke er et marked for solenergi på kommersielt nivå, kan mange små private solkraftverk utnyttes av enkelte.

Norsk Solenergiforening

På denne nettsiden kan man lese om solenergi i Norge. Foreningen ønsker å opplyse(!) og spre informasjon om den frie energikilden, slik at man kan utnytte mer av den gjennom forskning og utdanning. De jobber for å fremme bruken av solenergien i Norge, gjennom å arbeide lokalt og internasjonalt. Nettsiden hjelper privatpersoner å komme i gang med solceller, og viser til hvordan man kan finansiere oppstart.

Finnsolenergi

Dette er et bransjeregister som opplyser om hvem som kan levere varer og tjenester knyttet til solenergi. Da kan man finne akkurat den leverandøren man vil for å sette opp solpanel på hytta eller kjøre i gang med solceller på arbeidsplassen. Man finner fort ut at det er nokså mange aktører på markedet, som egentlig bare venter på å bli oppdaget.

Enova

Man kommer ikke utenom Enova når man skal lære om solenergi. Ikke bare om selve teknologien, men også hvordan man kan komme i gang. Enova er et organ som i særstilling jobber for å kutte utslipp og skape nye energiløsninger for nordmenn som er vant med å få varmet opp huset med vannkraft.

På siden finner man løsninger både for private og bedrifter. Siden forholder seg ikke kun til solenergi, men de er åpne for løsninger som kan redusere klimautslippene. Solenergi er i så måte en av de reneste formene for energi.

Otovo

Dette er en side for dem som har bestemt seg for å starte opp med solenergi. Otovo er et ungt energiselskap som spesialiserer seg på grønn energi. Som kunde kan man få solpanel på taket ved hjelp av gunstige lån.

Det finnes også en del internasjonale sider man kan lære om hvordan solenergi fungerer og hvordan man kan installere solceller.

German Solar Association

denne siden vil man kunne lese om den tyske solenergiproduksjonen. Tyskland er i så måte et foregangsland når det gjelder utvikling og implementering av solenergi i næringslivet og private hjem. Det er også viktig for et så stort land å utnytte de ulike energikildene. Solenergi er i så måte en flott ressurs for det tyske markedet.

PV magazine

Dette er en nettside for alle som vil lære om solenergi. PV står for photovoltaic, på norsk fotovoltaisk. Den fotovoltaiske effekten er læren om hvordan det skapes spenning i et metall når det utsettes for lys. PV-teknologi brukes i solceller, i motsetning til solfangere som omdanner en væske (for eksempel vann) til å skape varme.

For lesere kan siden være nyttig når man vil forstå hvordan solenergi kan gi strøm til å varme (og kjøle ned) hus, styre enheter og lage lys.

Vi trenger elektrisk strøm for å bruke internett, og solenergi er den ultimate formen for energi til dette formålet. Derfor er det bra at mange ønsker å etablere seg og spre kunnskap rundt feltet. Det vil i fremtiden være mer fokus på fornybare energikilder.

Continue Reading