. .
Ett nivå opp
   

Institutt for fysikk
 
TFY4850, Eksperter i team
Landsbyleder: Professor Ola Hunderi

 
SOLenergi ~

Høst 2011

Dette er en landsby ved Institutt for fysikk - det er mye fysikk i solenergi!

Men det er også mye Materialteknologi, Elektronikk, Energi og miljø, Bygg, Produktutvikling, Design, Innovasjon og økonomi. For å lage utstillinger eller undervisnings09:30 14.09.2010opplegg trenger vi folk med Pedagogikk. Om vi skal se på om solenergi kan løse verdens energiproblemer er Sosialantropologi, Globalisering og Kulturforståelse viktige stikkord.

Kort sagt: Til denne landsbyen kan de aller fleste søke!

Solceller har vært tema for denne landsbyen i flere år og studentene har gjort oppgaver innen alt fra solceller til fiskeoppdrett og motorer til kompendier og brettspill!

Som i fjor ønsker vi å se på desentralisert landsbyelektrifisering basert på solceller og uttesting på landsbygda i India. Her er miljøverndepartementet inne i bildet, og er igang med et samarbeid med Institutt for Sosialantropologi.

I år vil vi utvide spekteret til også å inkludere termisk solenergi. Termisk solenergi er viktig for energibruk i våre bygg. I tillegg er det et spennende område for utvikling og bruk av nye og avanserte materialer.

Det er mange forskere ved NTNU, SINTEF og IFE som jobber med solceller eller med termisk solenergi. Landsbyleder kan hjelpe til med å opprette kontakt med disse om ønskelig. Forskere fra noen av disse miljøene har også sagt seg villig til å komme og presentere relevante problemstillinger.

Norsk Hydro er en stor leverandør av bygningsmaterialer og arbeider aktivt med materialer som er relevante for termisk solenergi. KanEnergi er rådgiver for Miljøverndepartementet og vil være tilgjengelig for oss for å svare på spørsmål.

Landsbyen er også en del av av prosjektet “Grønne Trøndelag” (se www.ntnu.no/gcf/gt). Grønne Trøndelag er et pilotprosjekt i EiT i regi av Global Challenge Forum. Hensikten er å bidra til økt engasjement for vår tids samfunnsmessige utfordringer.

 
Solceller

Energien strålt inn på jorda fra sola i løpet av et år tilsvarer ca 15000 ganger hele verdens årlige energiforbruk. En kan dekke hele verdens energibehov ved å belegge ca 0.1% av verdens ørkenområder med solceller. Dette viser at det er et stort potensial forbundet med å utnytte mer av solenergien! Verden begynner å forstå dette - verdensproduksjonen av solceller har hatt en enorm vekst med 30-50 % pr år de siste årene. Dette eventyret er Norge med på!

 
Solceller heter på engelsk ’Photovoltaic (PV) cells’ og omdanner sollys direkte til nyttig elektrisk energi. Det fotoaktive materialet i en solcelle består av halvledere, hvor silisium (Si) er det mest vanlige. Over 95% av alle solceller som produseres i verden i dag er basert på silisium. Norge er verdens største produsent av silisiumskiver (wafere) for solceller.   Det norske firmaet REC har en rekke datterselskap og mange produksjonsbedrifter i ulike land. Til sammen dekker de hele produksjonsprosessen fra urent silisium (MG-Si) til ferdige solcelleanlegg. Våren 2006 ble REC børsnotert på Oslo Børs og etter to dager var samlet verdi av REC-aksjene oppe i 54 mrd NOK. REC hadde i 2008 en omsetning på 8.2 mrd. kroner og er et solid selskap i sterk vekst.
 

Operahuset i Bjørvika har en solcellevegg på 450 m2 integrert i den sørlige glassfasaden. Her er det bygd inn 300 m2  med solceller, som leverer 20 618 kilowattimer (kWh) energi i året. Det tilsvarer omtrent årsbehovet til en vanlig norsk enebolig. Med solcelleprosjektet på operaen demonstreres det at slik teknologi finnes.

Solceller integrert i støybarrikader er et vanlig syn i Mellom-Europa. Både i Sveits, Nederland, Tyskland, Frankrike og østerrike er det installert solcellemoduler i støybarrikader langs veien.

 
 
 
   
Både multikrystallinsk, monokrystallinsk og amorft silisium kan brukes i solceller. Et monokrystallinsk materiale er et materiale som inneholder bare en Si-krystall (enkrystall), mens et multikrystalllinsk materiale inneholder mange krystaller.

Urent Si (MG-Si) gjennomgår en omfattende, energikrevende og kostbar kjemisk rensing til et ekstremt rent silisiummateriale som betegnes som elektronikk-kvalitet (EG-Si). Renheten til dette materialet er ca 99.99999999 % silisium (10 nitall). Det er vanskelig å sette et eksakt renhetskrav fordi renheten er avhengig av hvilke typer forurensningselementer en har. Mens metallurgisk Si på verdensmarkedet selges til en pris rundt 7 kr/kg, ligger prisen på EG-Si på ca 400 kr/kg. EG-Si lages ikke i Norge. Det foregår i dag stor forskningsaktivitet på å finne billige måter å produsere rent nok Si til solceller (SG-Si).

Andre solcellematerialer som brukes er kadmium tellurid (CdTe), germanium (Ge), galliumarsenid (GaAs) og kobberindiumdiselenid (CIS). Disse materialene er sentrale i utviklingen av nye 3.generasjons solceller som er mer effektive enn de vi lager av silisium.



Termisk solenergi

Termisk solenergi er, på verdensbasis, den nest største teknologien (etter vind) når det gjelder energiproduksjon fra nye fornybare energikilder, og dens betydning innefor det globale energisystemet vil bare øke i fremtiden. Norge mottar årlig en energimengde fra sola som tilsvarer 1700 ganger vårt innenlandske energiforbruk. Selv om Norge har store sesongvariasjoner, er det også her mer enn nok sol til at det er en interessant energikilde.

Vi deler området Termisk solenergi inn i to hovedområder:

  • Passiv solenergi
  • Aktiv solenergi
  • Passiv Solenergi
    Passive systemer er systemer som fungerer uten tekniske hjelpemidler. Et stort område for passiv solenergi finner vi I forbindelse med varmetilførsel til bygninger. Vinduer er I denne sammenheng et viktig element. 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. Materialer og materialteknologi er således et viktig område for forskning innen passiv solenergi. Såkalt “smarte materialer” og “smarte vinduer” forventes å spille en stor rolle i framtidens bygningsmasse

    Aktiv solenergi
    En solfanger lagrer solenergi i form av varme, og skiller seg derfor fra en solcelle som konverterer solenergi til elektrisk energi. I en aktiv solfanger varmes en mørk, absorberende overflate opp av solenergien. Varmen transporteres bort av en krets med væg;ske eller gass, slik at den kan utnyttes direkte til oppvarming av bygninger eller tappevann. Solenergien kan også konsentreres med speil for å oppnå en høy nok temperatur til å drive en varmekraftmaskin for å produsere elektrisitet. Igjen drives det utstrakt forskning på smarte materialer. Et eksempel på dette er solfangere med såkalte selektive overflater. Dette er belegg som gjør at nesten alt innkommende sollys absorberes, samtidig som varmetap i form av infrarød utstråling undertrykkes.


    Mulige problemstillinger for EIT

    Her kan dere velge en praktisk retta oppgave, eller en mer teoretisk

    • Hva kan gjøres for å øke effektiviteten av solceller? Hvordan virker en 3.generasjons solcelle?
    • I India: av enkle, robuste løsninger lokalt (autonomt) som kan bygges ut etter behov. Drift og vedlikehold; Opplæring av brukerne i installajon; Utveksling av erfaringer til nye brukere eller landsbyer. Utvikling i anvendelse av strøm til forbedret livskvalitet eller næringsvirksomhet, eks. kjøle melk, pumpe vann, rense vann, etc. Informasjonsplattform for å spre kunnskap om systemet slik at nye brukere kan utnytte andres erfaringer Vurdere miljø og utviklingsmessig bruk av teknologien.
    • Hvorfor kan ikke verdens energibehov dekkes ved å legge solceller i en ørken i Afrika? Kan solenergi løse våre fremtidige energibehov på en bærekraftig måte?
    • Design et målesystem for å teste utbyttet fra et solcellepanel over et år som funksjon av vær og vind.
    • Hvor stort solcellepanel trenger man for å produsere nok strøm til en norsk enebolig? Hvor mye strøm kan man forvente å produsere i Kristiansand, Oslo, Trondheim og Narvik?
    • Hvor stort er potensialet er for å dekke tak/vegger på næringsbygg med solceller? Hvor mye kan produseres på Obs Lade, Ikea etc?
    • Solcelle-eventyret i Norge – Hvor kom det fra og hvordan kan det fortsette?
    • Hvordan kan en enkelt sjekke kvaliteten på Si wafere under produksjon av solceller?
    • Foreslå en ny måte å kutte Si opp i wafere, uten at mye materialer går tapt!
    • Lag et undervisningsopplegg om solceller i det nye naturfaget i ungdomsskolen; der skal elevene ’gjøre forsøk med solceller og solfangere og forklare virkemåten’.
    • Dimensjonering av solfangere for ulike formål.
    • Smarte belegg for å lage solfangere med øket virkningsgrad.
    • Bruk av såkalte Smarte vinduer.
    • Solkokere til bruk i u-land.

    Lenker


    De fleste av jordas fattige har ikke elektrisitet. Landsbykvinner i Sama Chhu, Bhutan, kan nå gi håp om lys og tilgang til ren energi.
    Bilder hentet fra Solkvinnene, Magasinet Folkevett
    Foto: Knut-Erik Helle
  • Flyer delt ut for å rekruttere flere studenter [pdf]
  • Mail fra Miljøverndepartementet om mulige oppgaver [pdf]

  • Landsbyleder er professor Ola Hunderi, Institutt for fysikk.
    India-prosjektet vil bli støttet opp av Martin Thomassen, Sosialantropologisk institutt.


    Redaktør: Instituttleder , Kontaktadresse: webmaster@phys.ntnu.no
    Sist oppdatert: 23.04.2012