Projekt om solceller og grøn energi

Side 1

Catalina, Sebastian, Lasse

2009

Bæredygtighed

Side 2

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 2 of 30

• Bæredygtighed

▪ Projekt om solceller og grøn energi

• Fra 18/02 til 24/4 2009

• Sider

• Skrevet af Sebastian Bæk, Lasse Rasmussen og

Catalina Lyngsø

• Vejle Tekniske Skole

• 1. Z

• 2. semester, 1. år

• Vejleder: Henrik Nøhr

Denne rapport omhandler skabelsen af et produkt, der skal afhjælpe det spild vi har

af energi i Danmark/verden. Rapporten indeholder problemanalyse, dokumentation,

tidsplan, teknologianalyse, samfundsvurdering. Vi har også indkluderet et afsnit med alternativer til vores produkt, samt miljøvurdering og individuel konklusion. Der er lavet diverse diagrammer i OrCad, samt arbejde i elteknisk værksted. Denne rapport er blandt andet baseret på viden fra undervisningen og fra diverse bøger.

Side 3

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 3 of 30

Indholdsfortegnelse

Bilagsliste ....................................................................................................................................................... 4 Forord - Catalina ............................................................................................................................................ 4

Indledning / Problemanalyse - Catalina ........................................................................................................ 5

Problemformulering - Alle ............................................................................................................................. 6 Problemtræ – Lasse & Sebastian ................................................................................................................... 7 Afgrænsning af problemtræet - Lasse ........................................................................................................... 8 Forurening af miljøet ................................................................................................................................. 8

CO_{2} -udslip .................................................................................................................................................. 8

Global opvarmning .................................................................................................................................... 8 Klimatiske ændringer ................................................................................................................................. 8 Energispild ved solenergi ........................................................................................................................... 8 Man udnytter ikke grøn energi tilstrækkeligt ............................................................................................ 8 For høje priser ........................................................................................................................................... 8 Dyrt at producere ...................................................................................................................................... 9 Dokumentation - Catalina ............................................................................................................................. 9 Tidsplan - Catalina ................................................................................................................................... 10 Teknologianalyse ......................................................................................................................................... 10 Viden ........................................................................................................................................................ 10 Produkt - Lasse ........................................................................................................................................ 12 Teknologi- og samfundsvurdering – Catalina .......................................................................................... 19 Produktionsforberedelse - Sebastian ...................................................................................................... 19 Markedsføring - Catalina ......................................................................................................................... 20 Miljø - Catalina ......................................................................................................................................... 20 Arbejde - Catalina .................................................................................................................................... 20 Lovgivning og samfund - Catalina ............................................................................................................ 21 Mulige problemer - Catalina .................................................................................................................... 21

Side 4

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 4 of 30

Andre anvendelsesmuligheder - Catalina ................................................................................................ 21 Miljøvurdering - Sebastian .......................................................................................................................... 21 MEKA-skema - Sebastian ......................................................................................................................... 22 Miljøeffekter og miljøvurdering af data - Sebastian................................................................................ 22 Krav til produktet - Sebastian ...................................................................................................................... 23 Alternativer - Catalina.................................................................................................................................. 23 Konklusion - Catalina ................................................................................................................................... 25 Evaluering .................................................................................................................................................... 25 Catalina .................................................................................................................................................... 25 Lasse ........................................................................................................................................................ 26 Sebastian ................................................................................................................................................. 26 Bilagsliste

Bilag 1 – kilder………………………………………………………………………………………………………………………..

Bilag 2 – figurliste……………………………………………………………………………………………………………………

Bilag 3 – diagrammer……………………………………………………………………………………………………………...

Bilag 3 – Tidsplan……………………………………………………………………………………………………………………

Side 5

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 5 of 30

Forord - Catalina

Denne rapport omhandler projektet bæredygtighed og solcelle energi. Den er skrevet med hjælp fra eksperter på RISØ og KU Life. Vi har forsøgt at give et godt indtryk af hvordan vi har lavet vores produkt, og hvilke tanker der ligger bag. Hver gang der er brugt citater er der skrevet fodnoter efter, med henvisning til citatets oprindelige placering. Vi har haft en rimelig tidsperiode til rådighed, men som krævede en striks arbejdsplan.

Indledning / Problemanalyse - Catalina

Solcelle teknologien blev udviklet efter energikrisen i 1970’erne og fik sin debut i begyndelsen af 1980’erne i Californien, hvor ni gamle anlæg stadig forsyner 350.000 mennesker med strøm. Men lave oliepriser gennem de følgende årtier betød, at de store solkraftværker blev dømt ude af økonomiske årsager. Nu er de igen blevet kommercielt interessante, for moderne solenergianlæg producerer elektricitet til halvdelen af prisen på solcellestrøm, og de kan tilmed udstyres med energilagre, som kan forsyne forbrugerne med elektricitet i mange timer, efter at Solen er gået ned.

Ifølge prognoser fra Danmarks Meteorologiske Institut (DMI) vil middeltemperaturen om sommeren de næste 70 år stige med, op til fem grader i Danmark.

Vejrkatastrofer er et fænomen der forekommer hyppigere og hyppigere. De seneste tre års tørker, orkaner og oversvømmelser i Europa er kun en lille procentdel af, hvad vi har i vente. Den globale opvarmning er ikke længere til at

                                                       1
stoppe, og de højere temperaturer skaber ekstreme vejrsituationer.

I modsætning til, hvad mange tror, vil varmen ikke få det til at regne mere - tværtimod vil det gøre klimaet betydeligt mere tørt, og der vil opstå det, som forskerne kalder sommertørke, dvs. at vi ikke får nedbør i mange, mange uger.

Når nedbøren så endelig kommer, vil der komme væsentligt flere mm regn, og dette udvasker næringssalte i jorden. Samtidigt vil luftens indhold af ozon tæt ved jordoverfladen stige, og alt i alt betyder det, at planternes levevilkår bliver betydeligt mere barske, end de er i dag.

1

http://www.illvid.dk/Crosslink.jsp?d=103&a=147&id=7276

Side 6

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 6 of 30

I væksthuset RERAF på Risø, som er fyldt med nyligt såede raps- og kornplanter, udgiver 42 varmelamper sig for at være Solen. De er med til at simulere klimaet, som DMI regner med, at det bliver i 2075.

Eksempelvis viser de første resultater,

at forhøjet CO^{2} og højere temperatur får

planterne til at trives bedre - de bliver større og vokser mere. For jo varmere, det er, des hurtigere forløber alle biologiske processer, og det gør, at planterne bliver større, flottere og bedre. Men det gør også, at planterne har brug for mere vand.

»Det er ikke sådan, at der kommer mere vand i fremtiden om sommeren, hvor planterne har brug for det. Og det viser sig, at når vi holder regnmængden konstant og kun forøger CO2 og temperatur, så ser det ud til at planternes frø bliver mindre. Og det kan have en betydning for spiringsevnen, så den nye plantegeneration bliver dårligere - men der er mange forskellige ting, der spiller ind, så jeg kan endnu ikke sige det med sikkerhed,« understreger en forsker fra projektet RERAF på Risø.

Problemformulering - Alle

Er det muligt at fremstille et billigt, grønt produkt, der kan løse problemet med spild af energi fra solfangere? Ville der overhovedet være marked for produktet?

Ville der overhovedet være marked for produktet? - Catalina

Markedet for solcelle energi, er i dag ikke ret omfangende, og udgør kun få procent af det samlede energiforbrug i Danmark. Men hver år kommer der 40 procent flere solceller i brug, og hvis denne udvikling fortsætter, vil der være brug for et relæ til at styre mellem de to former for strømforsyning. Det var tidligere været meget dyrere at producere solceller, end det er i dag. Derfor vil samfundet hurtigt finde ud af der er penge at spare ved køb af produktet. I dag er det mange stedet In at være miljørigtig, og det er de folk vi skal ud og have fat i, for at sælge produktet. Da produktet ikke allerede er på markedet, fra et andet firma, vil der ikke opstå patentproblemer. Vi mener at det danske samfund vil tage godt imod vores produkt.

Figur 1 Fra væksthus RISØ. Fået ved interview med DTU

Side 7

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 7 of 30

Problemtræ – Lasse & Sebastian

Figur 2 Lavet i Word

Side 8

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 8 of 30

Afgrænsning af problemtræet - Lasse

Forurening af miljøet

De traditionelle elværker vi benytter i Danmark producere el ved hjælp af kul. Når man

brænder kul af udledes der store mængder CO_{2}, hvilket leder til forurening af miljøet.

CO -udslip

2

Man vil i dag ikke kunne leve uden de mange maskiner vi hver dag bruger til at producere energi, fødevare osv. Problemet ved mange af disse maskiner er, at de ikke er lavet til at

beskytte miljøet. Dette leder til massive CO -udslip.
                                   2

Global opvarmning

I øjeblikket er der stor fokus på global opvarmning. Det er et problem at vi udleder så meget

CO når vi fremstiller elektricitet og andre former for vigtige energikilder. CO ligger sig i
  2                                                              2

jordens atmosfære og fanger solens stråler under den, hvilket resulterer i en global

opvarmning.^{2}

Klimatiske ændringer

Den globale opvarmning resultere i klimatiske ændringer, hvilket f.eks. kan betyde drastiske

                              3
ændringer i vejret på et globalt plan.

Energispild ved solenergi

Der er i dag mange alternativer til elværker der fyrer med kul og lignende, men dette er effektiviseret nok, og store mængder af den grønne energi går derfor til spilde.

Man udnytter ikke grøn energi tilstrækkeligt

Der er store muligheder for at bruge grøn energi. Dette kunne f.eks. være vindenergi, som der i dag er meget populært og yderst effektivt. Mange af disse vindmøller producere en masse energi, som vi ikke kan nå at udnytte, fordi det f.eks. ikke kan lagres.

For høje priser

Mange mennesker bliver generelt nød til at spare de grønne løsninger væk, fordi de ofte er dyrere end de forurenende alternativer.

2

http://da.wikipedia.org/wiki/Klima%C3%A6ndring#Drivhusgasser

3

http://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming#Attributed_and_expected_effects

Side 9

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 9 of 30

Dyrt at producere

De høje priser på grønne energikilder skyldes ofte hvor dyrt det er producere den grønne energi. Det er f.eks. meget dyrt at producere solceller, og det var derfor indtil for ikke så lang tid siden en grøn energikilde der blev fravalgt.

Dokumentation - Catalina

I et interview med Seniorforsker Teis Nørgaard Mikkelsen fra KU life, bliv vi klogere på

fremtidens co^{2} udvikling.

»Vedr. CO^{2} og Danmark så er det et stort spørgsmål, men det forudsiges (over en periode på

75 år) at temperaturen vil stige med 3 grader, nedbørs mønstret vil ændres (tørke om sommeren med enkelte kraftige byger og mere nedbør om efteråret, vinter og sommer) og

CO^{2} vil stige i atmosfæren.

De indirekte påvirkninger (temperatur og nedbør) ved vi vil have indflydelse på

plantevæksten - både den naturlige og på de dyrke områder. CO^{2} har en direkte virkning som

både kan være positiv og negativ. Generelt så har en forhøjet temperatur en negativ påvirkning på afgrøder, da de er optimeret til det nuværende danske klima.« Fortæller seniorforsker Teis Nørgaard Mikkelsen i et telefoninterview.

I et interview med Illustreret videnskabs journalist Rolf Haugaard Nielsen, fandt vi nogle specifikke tal over solcellernes udvikling.

»På blot 36 timer modtager Jorden en energimængde, som svarer til de globale oliereserver.

Alligevel leverer Solen kun en forsvindende lille del af vores energi – 0,04 procent af verdens samlede energiforbrug og 0,15 procent af elproduktionen. Det skyldes især, at strømmen fra den dominerende teknologi, solcellerne, stadig er fem gange dyrere end strøm fra vindmøller og ti gange dyrere end el fra kulfyrede kraftværker. Men solenergiens time er kommet. For ikke blot vokser verdensmarkedet for solceller med 40 procent om året, der er også sket et bemærkelsesværdigt comeback for store solvarmekraftværker, der via koncentreret sollys fra spejle opvarmer olie, gas eller vand, der driver turbiner.«

Foredrag med forsker Per Morgen, på Vejle Tekniske Gymnasium.

»Solcelle energi bliver mere og mere populært. Markedet bliver hele tiden større. Det er vigtigt at vi udvikler nye teknologier hele tiden, for at kunne følge med.«

Side 10

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 10 of 30

Tidsplan - Catalina

Vi har lavet en tidsplan før vi gik i gang med projektet, og en da vi var færdige, for at

sammenligne dem. Ud fra det vedlagte skema^{4} ses det at en konkret tidsplan er meget svær

at lave og derefter følge. Vi startede meget godt ud, men de sidste uger endte alligevel med at blive hektiske. Vi skulle have været mere strikse med at holde os til tidsplanen, i stedet for at regne med at vi kunne nå det hele. I starten af projektet, gik det godt med at uddele opgaverne og få dem lavet, men efterhånden blev det mere svært at nå det hele til tiden. Vi mener bestemt at vi har forsøgt at holde os til tidsplanen, og er glade for at vi har lavet den.

Teknologianalyse

Viden

Sikkerhed - Lasse

Det er vigtigt at man holder skarpt øje med sikkerheden når man arbejder med el. I vores system er det forholdsvist lave strømstyrker vi arbejder med, men dette er også en prototype. På vores endelige system vil det være vigtigt, at alt hvad er farligt at berøre vil skulle pakket ned i en kasse ligesom på et almindeligt relæ. Under produktionsfasen vil alting være fuldautomatisk, og ud over vedligeholdelse vil det ikke være nødvendigt med menneskelig kontakt, og skader burde derfor ikke kunne forekomme.

Det binære talsystem - Lasse

Det binære talsystem har den samme opbygning som titalssystemet, dog kun med 2 tal, i stedet for 10. I det binære talsystem læser man fra højre til venstre, og giver de forskellige tal værdier. Hvis man ser fra højre til venstre, vil det første tal være vægtet med 1, næste med 2, næste med 4 og næste med 8. Det bliver på den måde hele tiden fordoblet. I et standard 4-bit binært talsystem bruger man kun 4 cifre i alt. Dette talsystem kan derfor

kun tælle op til 15. En computer arbejder med en byte, hvilket er 2 gange 4-^{talsystem}

bit talsystemer, altså 8 bit er 1 byte.

4

Bilag nr. 4

Figur 3 binære

Side 11

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 11 of 30

I el-teknik betyder ”1” høj og ”0” betyder lav. I el-tekniske termer betyder høj at der bliver sendt en spænding igennem, og lav betyder derfor modsat ingen spænding. På denne måde kan man lave komplekse el-tekniske systemer der simpelthen kan programmeres til at udføre forskellige former for arbejde, uden at skulle bruge en computer eller lignende.

Viden om datasheets - Lasse

Når man arbejder med el-teknik, er det vigtigt at vide hvilke komponenter man skal bruge, men endnu vigtigere er det at man ved hvordan de skal bruges. Alle firmaer der producere el-tekniske komponenter laver derfor datasheets til de forskellige komponenter. Vi har erfaret at phillips datasheets er de mest detaljerede, og det er derfor dem vi bruger gennem hele rapporten. Når man starter med at bygge et system, og skal finde ud af hvordan en komponent virker, starter man altså med at kigge på funktionstabellen, som kan findes i datasheets for de fleste IC-kredse.

Funktionstabeller - Lasse

Figur 4 - Funktionstabel for HEF4585

Dette er en funktionstabel for IC-kredsen HEF4585. Funktionstabeller er det man i el-teknik ”programmere” sine systemer ud fra. Ved at kigge på funktionstabellen, kan man se hvordan kredsen vil reagere i på forskellige inputs.

I vores system vil vi gerne have, at den giver et output når A (solenergien) er højere end B

(elværket). Dette gør vi ved først og fremmest at se på funktionstabellen, og så leder efter den ønskede effekt. Man skal så se på funktionstabellen under afsnittet om outputs. Man

kan så se i rækken hvor O_{A>B} er sat til ”H”, altså høj og dermed en spænding, og O_{A<B} er ”L”,

Side 12

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 12 of 30

altså lav og dermed intet output og det samme med O_{A?B}. Når man så har fundet de

forskellige muligheder under outputs, ser man så på de forskellige inputs. I vores system har vi i alt 8 inputs, hvilket betyder at vi skal bruge løsning nummer 7 (kolonnen med rød tekst).

Pinning diagram - Lasse

Når man så har bestemt hvordan IC-kredsen skal fungere ud fra funktionstabellen, tager man fat i pinning diagrammet. Ud fra pinning diagrammet kan man se, hvor de forskellige inputs og outputs sidder på IC-kredsen. Ud fra dette kan man så forbinde IC-kredsen med de andre komponenter, og være sikker på, at alt fungere som hensigtsmæssigt.

Produkt - Lasse

-Blok 1 (a)

Energien som kommer fra solcellerne går gennem en variabel modstand, og energien fra den eksterne strømforsyning går gennem odstandende 2,3,4 og 5. Mellem modstandende ledes en spænding videre til gatene.

Modstandene i denne blok er alle på 10k Ω bort set fra modstanden mellem den variable modstand og grounden, der kun er 1k Ω, og den variable modstand kan justeres. Den variable modstand bruges for at demostrere at solcellernes energi vil være skiftende, og man vil ikke kunne forvente en konstant energi fra dem.

-Blok 1 (b)

Figur 6 Blok 1(a)

Figur 5 Blok 1(b)

Side 13

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 13 of 30

Denne blok virker på samme måde som blok 1 (a), dog uden den variable modstand, da det er taget for givet at denne spænding altid vil være konstant. Modstandene i blokken er alle på 10k Ω, og ligesom i blok 1 (a), ledes der en spænding videre til gatene mellem modstandene.

-Blok 2 (a og b)

Denne blok er gældende i forlængelse af både blok1 (a) og (b). Den indeholder et net af gates, som gør det muligt at sende spændingen videre til 4585’eren i form af signaler. Gaten der er brugt i dette system kaldes en LM324. I en LM324 er der 4 gates i alt, så på produktet har vi naturligvis kun anvendt to. Gatene er alle sat til en fast strømforsyning og en ground.

Der kommer en spænding gennem fra blok 1 (a) og (b). Gaten samler disse inputs og laver dem til et output.

-Blok 3

I blok tre samles alle outputtene fra blok 2 (a og b) i en 4585, der sammenligner dem og så derefter giver en udlæsning i forhold til, hvilke output der giver mest. 4585’eren er

forbundet til en strømforsyning der er_{datasheets}

konstant og en ground. Vi har her valgt ikke at bruge outputtet der giver en udlæsning, når både spænding a og b er ens. Dvs. at

denne komponent i dette system, giver en udlæsning på f.eks. output O_{A>B} i tilfælde af at

spændingen for solcellerne er højere end spændingen fra elværket.

Denne komponent fungerer ved 4-bit binær system, og den skal derfor ”programmeres” til at give de bestemte udlæsninger.

Figur 7 LM324 Quad OP Amp. Billedkilde: Phillips

Figur 8 HEF4585 4-bit magnitude comparator. Billedkilde:

Phillips Datasheets

Side 14

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 14 of 30

-Blok 4

Denne blok imiterer et reelt forbrug. Den bruges i dette system til at tjekke, om alt fungerer som det skal. I tilfælde af at spændingen fra solcellerne er højere end spændingen fra elværket, vil den grønne pære lyse, og omvendt.

Udregninger - Lasse

Man kan udregne hvor store modstandene skal være ved hjælp af følgende formel:

𝑅 =

𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝑙𝑒𝑑

𝐼𝑙𝑒𝑑

I vores system simulerer vi energien fra solcellerne ved at bruge en konstant strømkilde sat til 12 volt. Får at regne ud hvor højt et output der er på 4585’eren, må vi derfor gå ind og bytte lidt om i formlen. På forhånd ved vi at Iled er 0,02 ampere og Vled er 1,7 volt, da det en standard LED vi har med at gøre. Modstandene har vi sat til at være 10k Ω, og spændingen er som sagt ukendt. Ved at bytte rundt i formlen før nævnt, kommer man frem til følgende:

Systemet kan derfor, teoretisk set, klare op til 201,7 volt. Men da vi kun tilføjer 12 volt til systemet, og der er tab i systemet grundet de mange modstande, er det egentlige resultat meget lavere.

Tabet kan man regne sig frem til ved hjælp af spændingsdeler formlen. Målet med den er at undersøge hvor stort et tab man har i kreds med en eller flere modstande. Eksempel på spændingsdeler formel til højre. Figur 11 1Udregning i MathCad

Figur 9 HEF4585 4-bit magnitude compare

Figur 10. Simulering af et forbrug

Side 15

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 15 of 30

Systemet kan derfor, teoretisk set, klare op til 201,7 volt. Men da vi kun tilføjer 12 volt til systemet, og der er tab i systemet grundet de mange modstande, er det egentlige resultat meget lavere.

Tabet kan man regne sig frem til ved hjælp af spændingsdeler formlen. Målet med den er at undersøge hvor stort et tab man har i kreds med en eller flere modstande. Eksempel på spændingsdeler formel nedenfor.

Figur 12 Billedkilde: http://www.500images.com/uploads/56s.JPG

For at regne den egentlige spænding ud på systemets output, bruger man formlen og får:

(Den variable modstand er her sat til 0 Ω)

𝑈1 = 𝑆𝑜𝑙𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 ∗

𝑅6

𝑅2 + 𝑅3 + 𝑅4 + 𝑅5 + 𝑅6

I dette tilfælde er alle modstande 10k Ω, og solenergien er som før nævnt sat til at være 12v.

𝑈1 = 12 ∗ = 2,4 𝑣𝑜𝑙𝑡

10000

10000 + 10000 + 10000 + 10000 + 10000

Der er altså i dette system et spændingsfald på 9,6 volt hvis solenergien yder 12 volt.

Figur 13 Billede af kreds med modstande

Side 16

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 16 of 30

Målinger – Lasse & Sebastian

LM324 A

INPUTS

Ben 3 (+input 0a) = 12V

Ben 5(+input 1a) = 12V

Ben 10(+input 2a) = 12V

Ben 12(+input 3a) = 12V

Ben 2(-input 0a) = 8, 92V

Ben 6(-input 1a) = 5, 9V

Ben 9(-input 2a) = 3V

Ben 13(-input 3a) = 0V

OUTPUTS

Ben 1 (output 0a) = 10, 73 V

Ben 7(output 1a) = 10, 73 V

Ben 8 (output 2a) = 10,73V

Ben 14 (output 3a) = 10,73V

HEF4585

Modtager 12V fra VCC

Ben 2 (input 2a) = 10, 73 V

Ben 7 (input 1a) = 10, 73V

Ben 10 (input 0a) = 10, 73 V

Ben 15 (input a3) = 10, 73V

Ben 11 (Input 0b) = 10, 72V

Side 17

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 17 of 30

Ben 9 (Input 1b) = 10, 72V

Ben 1 (Input 2b) = 10, 72V

Ben 14 (Input 3b) = 10, s72V

Målinger uden modstand på den variable modstand:

Ben 13 (Output 0a>B) = 6,474V Før modstand

Ben 13 (Output 0a>B) = 2,069V Efter modstand

Ben 12(Output 0a<B) = 0V Før modstand

Ben 12(Output 0a<B) = 0V Efter modstand

Målinger af outputs i ”overgangsfasen”- ca. 500Ω på den variable modstand:

Ben 13 (Output 0a>B) = 0VFør modstand

Ben 13 (Output 0a>B) = 0V Efter modstand

Ben 12(Output 0a<B) = 6,495 V Før modstand

Ben 12(Output 0a<B) = 2,067 V Efter modstand

LM324 B

OUTPUTS

Ben 1 (Output 1b) = 10, 73 V

Ben 7 (Output 2b) = 10, 73 V

Ben 8 (Output 3b) = 10, 73 V

Ben 14 (Output 4b) = 10, 73 V

INPUTS

Ben 2 (+Input 1b) = 8, 96 V

Ben 6 (+Input 2b) = 5, 95 V

Side 18

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 18 of 30

Ben 9 (+Input 3b) = 2, 977 V

Ben 13(+Input 4b) = 9 V

Ben 3 (-Input 1b) = 11, 90 V

Ben 5 (-Input 2b) = 11, 90 V

Ben 10 (-Input 3b) = 11, 90 V

Ben 12 (-Input 4b) = 11, 90 V

Målinger i ”overgangsfasen”- ca. 500Ω på den variable modstand:

LM324 A

OUTPUTS

Ben 1 (Output 1a) = 3 mV

Ben 7 (Output 2a) = 8, 78 V

Ben 8 (Output 3a) = 8, 78 V

Ben 14 (Output 4a) = 8, 78 V

INPUTS

Ben 2 (+Input 1a) = 7, 43 V

Ben 6 (+Input 2a) = 4, 90 V

Ben 9 (+Input 3a) = 2, 485 V

Ben 13(+Input 4a) = 0 V

Ben 3 (-Input 1a) = 7, 46 V

Ben 5 (-Input 2a) = 7, 46 V

Ben 10 (-Input 3a) = 7, 46 V

Ben 12 (-Input 4a) = 7, 46 V

Side 19

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 19 of 30

Prisoverslag og komponentliste - Sebastian

OBS: Ledninger er ikke inkluderet i prisoverslaget.

Komponenter | Antal | Pris pr stk. | Pris total
LM324 | 2 | Kr. 0,75 | Kr. 1,50
TC4585 | 1 | Kr. 1,59 | Kr. 1,59
RV1 Varistor | 1 | Kr. 10,00 | Kr. 10,00
10K Ω modstand | 9 | Kr. 0,05 | Kr. 0,45
470 Ω modstand | 2 | Kr. 0,05 | Kr. 0,10
1k Ω modstand | 1 | Kr. 0,05 | Kr. 0,05
LED | 2 | Kr. 1,00 | Kr. 2,00
Fumlebræt | 1 | Kr. 100,00 | Kr. 100,00
Total | 19 | Kr. 113,49 | Kr. 115,69

Teknik - Sebastian

Vi har i el-teknologi anvendt et volt-meter, ohm-meter, bidetang og strømforsyning. Vi har også brugt programmet OrCad til at tegne et diagram over vores system.

Teknologi- og samfundsvurdering – Catalina

Det forventes af politikerne at Danmark tager førersædet i det internationale løb om uafhængighed af fossile brændstoffer.

”Danmark skal udnytte vores internationale førerposition til at blive mere uafhængig af fossile brændsler i fremtiden og vise vejen for EU-landene. Dels fordi der er miljømæssige argumenter herfor, dels fordi de fossile brændsler slipper op på et tidspunkt, og dels fordi vi

                                                     5
dermed bliver uafhængige af energi fra politisk ustabile regimer.” – Venstre

”Langt de fleste solceller er bare ikke særlig effektive og udnytter typisk 10-20 procent af den

energi, der lander på dem.”^{6} - Martin Aagesen, dansk forsker

Da vores produkt er lavet til at afhjælpe noget at det høje CO_{2} forbrug vi har i Danmark i dag,

har det ikke en direkte negativ effekt på miljøet.

Produktionsforberedelse - Sebastian

Vores produkt skal produceres i et i-land, så. Vores produkt skal produceres i et antal som matcher antallet af husstande med solceller i Skandinavien. Vores produkt er som nævn et

5

http://www.venstre.dk/index.php?id=5626#q_34

6

http://www.berlingske.dk/article//klima//

Side 20

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 20 of 30 grønt produkt. Vi forventer at økonomisk støtte fra staten til vores produktion, da det er i

statens interesse at nedsætte CO_{2} -udslippet. Vores produkt skal fragtes til Danmark ved

hjælp af containerskibe, da det for det første er billigere, og for det det andet kan transportere mere ad gangen. Det er mere effektivt at sejle en gang med en båd med en stor kapacitet, end med et fly som kun kan have begrænsede mængder last.

Markedsføring - Catalina

Det vil være vigtigt at få produktet ud til forbrugerne på den rigtige måde. Vi ville lægge vægt på at produktet er godt for miljøet, men også på at det med tiden kan betale sig økonomisk for den enkelte forbruger, at investere i produktet. Vores målgruppe er den danske familie, der har en mindre opsparing i banken. Det skal være familien, der tænker på miljøet og gerne vil gøre en insats for at forbedre det. Familien er i stand til at se fremad og langsigtet, og kan derfor godt se en fordel i at investere i et produkt, der med tiden kan spare på deres elforbrug. Produktet skal ikke kunne købes i almindelige forretninger, men i specialbutikker, der har forstand på produktet. Det er vigtigt at forbrugeren føler at der er 100% styr på omstændighederne, så de får lyst til at investere i relæet.

Miljø - Catalina

Da vores produkt er lavet til at afhjælpe noget at det høje CO_{2} forbrug vi har i Danmark i dag,

har det ikke en direkte negativ effekt på miljøet. Dog kan der forekomme nogle miljøskadende aspekter ved bortskaffelse af produktet, som vi endnu ikke kan forudse. Vi vil lægge vægt på at bortskaffelsen af produktet, så vidt som muligt, skal foregå miljøvenligt.

Fabrikkerne hvor relæet skal produceres skal også fungere så miljøvenligt som muligt. Det

ville ikke være til nogen gavn at lave et produkt, der skal spare på CO_{2} forbruget, hvis

fabrikkerne produktet laves på, har et højt forbrug af CO .
                                              2

Arbejde - Catalina

Med hensyn til arbejdsmiljøet, vil der klart opstå flere arbejdspladser ved produktion af produktet, da der skal bygges fabrikker og skaffes arbejdere til dem. Derudover skal der også undervises elektrikere i hvordan man tilslutter relæet så det fungere korrekt. Og disse elektrikere vil også få mere arbejde. Der vil muligvis komme nogle nedskæringer i arbejdet på elværkerne, hvis solenergi virkelig slår igennem, men der kommer mange nye arbejdspladser til med solenergien. For at markedsføre produktet rigtigt, vil der også skulle anlægges butikker, med ansatte der har godt forstand på produktet og dets

Side 21

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 21 of 30 anvendelsesmuligheder. Her ville der også være arbejdspladser, både under konstruktionen og efter åbningen.

Lovgivning og samfund - Catalina

Da det kun gavner miljøet ville der ikke umiddelbart opstå problemer i forhold til lovgivning, så længe der er frit konkurrencemarked. Med hensyn til samfundets modtagelse, mener vi at produktet ville blive godt modtaget. Det ville sandsynligvis tage noget tid, inden samfundet ville være klar til at bruge penge på denne teknologi. Men med tiden mener vi at samfundet vil se mulighederne i produktet, i stedet for at fokusere på prisen for anskaffelsen.

Mulige problemer - Catalina

Vi mener ikke at der ville forekomme nogle problemer ved produktion af dette produkt. Det

er miljøvenligt og CO_{2} reducerende, og giver ikke anlæg til samfundsmæssige udfordringer.

Dog er det svært at sige hvad fremtiden briner, men vi kan ikke forudse nogle potentielle problemer med produktion af relæet.

Andre anvendelsesmuligheder - Catalina

Dette relæ ville også kunne bruges til at skifte mellem andre typer strømforsyning, fx vindenergi eller fremtidige alternativer så som fusionsenergi.

Virksomhedsbesøg hos DONG Energy - Lasse

Vi har i forbindelse med bæredygtighedsprojektet været på besøg hos DONG Energy i

Studstrup, og har lært mere om, hvordan man producerer energi i dag. DONG Energy udvikler konstant deres generatorer for at gøre det mere effektivt. For et par år siden, udbyggede de deres generatorer med et fjernvarmeanlæg, så de kunne udnytte varmeenergien der blev produceret som biprodukt el produktionen. Der er blevet lagt ledninger ned så de nært liggende byer kan få fjernvarme, og de mener at ca. 300.000

danskere får fjernvarme fra netop dette elværk. DONG Energy er med til at nedbringe CO_{2}

forbruget i Danmark, fordi de sparer forbrugeren for at bruge naturgas og andre brændselsalternativer i hjemmene.

Miljøvurdering - Sebastian

Formålet med denne miljøvurdering er at undersøge hvor meget fabrikationen af vores produkt belaster miljøet. Da vores produkt som udgangspunkt er et grønt produkt, som skal

nedsætte CO_{2} udslippet er det derfor vigtigt at undersøge hvor meget belastning det øger på

miljøet under dens fabrikation. Materialerne til produktet, kan ikke fremstilles grønt, så det Figur 14 Princippet bag fjernvarme Billedkilde: Dongenergy.dk

Side 22

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 22 of 30 er først på længere sigt at miljøet høster fordel af vores produkt. Produktet bliver udviklet for at spare elværkerne for strøm, ved hjælp af alternativet solceller.

Vores produkt består udelukkende af materialer som skal forbehandles inden de bliver fremstillet som komponenter. Vi har ingen ubehandlede grundstoffer med i produktet.

MEKA-skema - Sebastian

Herunder ses et MEKA-skema for LM324 kredsen:

Miljøeffekter og miljøvurdering af data - Sebastian

I vores produkt har vi blandt andet plastmaterialer. De fleste plastmaterialer afgiver energien

som er bundet i det, under afbrænding. Endvidere bliver der udledt CO_{2}, men dette gør der

ved alt forbrænding. Dette er dog kun forsvarligt over for miljøet hvis der ikke er nogen brandhæmmende kemikalier i produktet. Da skal røgen renses inden den kan lukkes ud i atmosfæren. I dag brændes en del af brugte el komponenterne, for at udnyttet energien i plasten, i form af varme.

Metaldelene i vores LM324 er kobber(Cu), guld (Au), aluminum(Al) og brom (Br). Disse metaller vil kunne genvindes fra produktet og på den måde spare på jordens naturressourcer. Der indgår typisk en lille smule ædelmetal i komponenter som disse, pga.

deres evne til at lede strømmen bedre end fx jern. Dog er ædelmetal væsentlig dyrere end andre metaller. Derfor er genanvendelse i andre integrerede kredse en rigtig god idé. Der findes derfor også virksomheder, som har specialiseret sig i at genanvende disse metaller fra brugt elektronik. Modstandene, som også er brugt i vores produkt, indeholder også en smule

Side 23

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 23 of 30 keramik, som indgår som bæremateriale for funktionsdelen i delen. Dette kan ikke genbruges, og skal derfor deponeres. Dog har det ingen belastning for miljøet at bortskaffe

dette, da det er kvarts/sten, altså en naturlig forekomst i jorden. For at kunne beskrive den
præcise afskaffelses-proces og beregne mængden af CO_{2} -udslippet, skal den præcise
gramvægt/procentvægt oplyses af alle delene i komponentet fra producentens side. Ikke før

kan der laves en reel beregning på hvor meget miljøet bliver belastet, og en vurdering på det præcise procentvægt af komponentet, der kan genanvendes.

Vores målsætning med dette produkt var at skabe et produkt, som sparede miljøet for den

CO_{2} som elværkerne producere, ved at sørge for at 100% af strømmen fra solceller på

husstande bliver brugt. Dette skulle gerne gøre, at når vores produkt har været monteret i tilstrækkelig tid, vil det have godtgjort den mængde forurening, som det tog at producere og transportere produktet.

Krav til produktet - Sebastian

Vores tanker vedrørende bæredygtighed er centreret om at udnytte de allerede monterede solceller på en anden måde. Energien fra solcellerne, sammen med energien fra elværket, skal føres igennem et relæ. Relæet kan også bruges til at skrifte mellem store solvarmeanlæg og elværk. Dette relæ skal være i stand til at måle energistyrken fra solcellerne, og automatisk dispensere energien, til passive energiforbrug. Hvis husstanden bruger mere strøm end solcellerne yder, vil relæet automatisk dispensere de manglende kW af energien fra el-værket, eller andre energikilder. Hvis man skal fremstille et grønt produkt, der samtidig er en billig løsning, skal man se på de langsigtede besparelser. Til en start vil relæet være mindre prisvenligt at anskaffe sig, da der først skal installeres solceller på taget, og dernæst skal relæet sluttes til. Men hvis man kigger på hvor mange det er muligt at spare i strøm ved denne løsning, er det på længere sigt både godt for miljøet og for økonomien.

Produktet skal være fuldautomatisk. Det er vigtigt for effektiviteten af relæet, at brugeren ikke manuelt skal slå solcelle energien fra og til. Det skal være tilpasset til alle huse og solenergikraftværker.

Alternativer – Catalina

Der er mange alternativer til solenergi. Nogle af dem er gode alternativer, og andre kunne være det på længere sigt. Forskere har arbejdet på at spare på de fossile brændstoffer i mange årtier, og har fundet mange forskellige nye teknologier. Rundt omkring i verden er

Side 24

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 24 of 30 der mange tusinde forskere, der bruger deres tid på at forske i nye brændstoffer og

muligheder for at spare CO_{2}. Alternativer, der allerede er markedsført, som vind –og

vandenergi, har vi valgt ikke at fokusere på, men i stedet tage fat på fremtidige muligheder.

Vi har fundet frem til to gode alternativer til solenergi. Den første er fusionsenergi, og den anden er energi fra rensningsanlæg.

Fusionsenergi er en proces der foregår inde i solens indre. Solens kædereaktion af fusioner starter, når to brintkerner smelter sammen. Det efterlader en kerne af tung brint, som består af en proton og en neutron. En positron samt en neutrino udstødes og energi frigøres.

Kernen af tung brint smelter sammen med en ny brintkerne, og det efterlader en heliumkerne. Igen frigøres der energi. Ekstra energi frigøres, når to heliumkerner smelter sammen til en stabil heliumvariant samt to brintkerner, som så starter processen forfra.

Forskere har gang i forskellige fusionsprojekter, blandt andet det EU-støttede projekt HiPER, der ser lovende ud. Projektet går ud på at to slags mindre lasere sammen skal varme en brintpille op på 100 millioner grader. Et fusionskraftværk vil ikke forurene luften eller udsende drivhusgasser. Selvom fusionsenergi er noget der er blevet forsket i gennem årtier, er det stadig ikke en realitet. Dette skyldes at det er yderst svært at få brintkerner til at

                                                        7
overvinde deres indbyrdes elektriske frastødning og smelte sammen.

De bakterier, der renser spildevandet i byens nye biologiske rensninganlæg, er samtidig i stand til at producere strøm i mikrobielle brændselsceller. Bakterier er naturens førende elektrokemikere. Mange bakterier, fx dem vi bruger i rensningsanlæg, stjæler elektroner fra organiske stoffer, som omsættes til kuldioxid, protoner og elektroner. Normalt udnytter mikroberne selv elektronerne i deres stofskifte. Men under iltfrie forhold afleverer bakterierne villigt elektronerne til en elektrode. Derfra strømmer de gennem en ledning til en anden elektrode, som befinder sig i luft. Her reagerer elektronerne med protoner fra det organiske affald og ilt fra luften og danner vand. Sådan er kredsløbet i en mikrobiel brændselscelle, der producerer miljøvenlig elektricitet. Denne teknologi kan i første omgang billiggøre spildevandsrensning ved at dække rensningsanlæggenes forbrug af strøm helt eller delvist. Og forbruget er stort. I USA anvendes fem procent af landets elforbrug af

7

Illustreret videnskab Nr. 1/2009

Side 25

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 25 of 30 spildevandsrensning, især til at drive pumperne på anlæggene, og selvforsyning vil derfor

                         8
medføre store besparelser i el.

Selvom både fusionsenergi og energi fra rensningsanlæg er gode alternativer til solenergi, er solenergi stadig den energiform, der kræver mindst. Fusionsenergi kommer med tiden, men indtil videre er det ikke en energikilde man kan regne med. Rensningsanlæggene kan ikke eksportere nok energi til, at det ville kunne forsyne så mange husstande, som solenergi er i stand til. Vi mener, at solenergi er det bedste alternativ til fossile brændstoffer, lige nu.

Konklusion - Catalina

Vi har i dette projekt lagt vægt på at mindske forbruget af CO_{2}. Det er vigtigt for at sikre
fremtiden, at vi begynder at gøre noget godt for miljøet. Derfor er det høje forbrug af CO_{2},

noget der skal arbejdes på at forbedre. Stoltenberg, der var vært for det nordiske topmøde i den norske hovedstad, konkluderede på et pressemøde, at landene er enige om behovet for

en ambitiøs plan for at mindske CO2-udslippet^{9}. Vores produkt vil være med til at sørge for

at dette kan blive en realitet. Vi mener at vi har skabt et produkt, der er godt for miljøet. Det er et simpelt men smart produkt, der er let at forstå for forbrugeren. Ved første øjekast, kan produktet virke meget dyrt, men på længere sigt vil det også kunne betale sig økonomisk.

Teknologiens tider ændrer sig hele tiden, og det er vigtigt at vi følger med.

Evaluering

Catalina

Jeg synes at det har været et rigtig godt projekt. Lærerigt og spændende. Den sidste uge har været noget stressende, da vi pludselig ikke havde mere tid tilbage. Dette har lært os at have

200% styr på afleveringsfristen. Næste gang skal vi blive bedre til at administrere tiden og hver enkelt opgaves varighed. Jeg er normalt ikke ret god til at arbejde i grupper, men sammen med Sebastian og Lasse, har det været rart. Vi arbejde rigtig godt sammen, og var gode til at give hinanden kritik og ros. Alt i alt har jeg været glad for projektet, og synes at vi har haft et godt samarbejde. Personligt mener jeg har lagt en god insats i projektet, og at jeg

8

Illustreret videnskab Nr. 16/2008

9

http://politiken.dk/udland/article410210.ece

Side 26

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 26 of 30 fagligt er blevet klogere på emnet bæredygtighed. Fremover vil jeg prøve at lægge vægt på at blive bedre til at arbejde koncentreret gennem hele forløbet, i stedet for at vente med det til den sidste uge. Det er stressende og kan give et ringere resultat. Dog synes jeg at vi har fået lavet et godt projekt.

Lasse

Det har været et meget interessant forløb, og jeg har nydt godt af samarbejdet med Catalina og Sebastian. Det har været en delt forvirring omkring afleveringstidspunktet grundet en fejl aflevering i startet af forløbet, hvilket betød at vi ikke kunne se afleveringsdatoen. Pga. dette blev de sidste par dage med projektet og rapportskrivningen en smule hektiske, men jeg er stolt af at kunne sige at vi opnåede et godt resultat alligevel gennem et solidt samarbejde.

Min egen arbejdsindsats har været god, og jeg føler selv at jeg har lavet min del. Vi fik delt opgaverne op på en god måde, og alle lavede det de syntes de var bedst til. Der har været rig mulighed for at få assistance med projektet, og der har været gode muligheder for at søge inspiration. I starten af forløbet valgte vi at lave noget, som der ikke har været lavet før, hvilket på en del punkter gav os lidt problemer, men det har været også været spændene at løse disse. Jeg har haft et sjovt samarbejde med Sebastian da vi sammen lavede produktdelen, og han supplerede med gode ideer jeg ikke selv kunne være kommet på. Jeg er meget tilfreds med vores produkt, men det er i sidste ende kun en prototype, da den ikke helt kan hvad vi håbede at opnå.

Sebastian

Jeg syntes samarbejdet i gruppen har fungeret godt. Jeg har været rigtig glad for arbejdet med Catalina og Lasse. Vi har fordelt arbejdet ud, så arbejdet blev fordelt på vores kundskaber. Vi har alle efter bedste evne arbejdet os igennem projektet og lært en masse om det at samarbejde, og om at skrive en god rapport. Grundet en fejl i uploadning af vores PPPT, fandt vi først ret sent ud af at vi skulle være færdig den nærtliggende fredag. Dette satte lidt stress i hovedet på os, men jeg syntes at vi alle har ydet en god indsats for at opnå et godt resultat. Jeg syntes også at vores produkt er blevet ganske glimrende.

Side 27

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 27 of 30

Bilag 1 - kilder

Teis Nørgaard Mikkelsen

Seniorforsker

Direkte telefon

Mobil

Illustreret videnskab

Illvid.dk

http://dk.rs-
online.com/web/se arch/searchBrowseAction.html?method=getProduct&R=6610530

Per Morgen – forsker mødt ved foredrag på Vejle Tekniske Skole

Rolf Haugaard Nielsen – Journalist for Illustreret Videnskab

http://www.illvid.dk/Crosslink.jsp?d=103&a=147&id=7276

http://da.wikipedia.org/wiki/Klima%C3%A6ndring#Drivhusgasser

http://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming#Attributed_and_expected_effects

http://www.venstre.dk/index.php?id=5626#q_34

http://www.berlingske.dk/article//klima//

http://politiken.dk/udland/article410210.ece

Side 28

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 28 of 30

Bilag 2 – Figurliste

Figur 1 Fra væksthus RISØ. Fået ved interview med DTU ................................................................................. 6 Figur 2 Lavet i Word........................................................................................................................................... 7 Figur 3 binære talsystem ................................................................................................................................. 10 Figur 4 - Funktionstabel for HEF4585 .............................................................................................................. 11 Figur 5 Blok 1(a) ............................................................................................................................................... 12 Figur 6 Blok 1(b) ............................................................................................................................................... 12 Figur 7 LM324 Quad OP Amp. Billedkilde: Phillips datasheets ....................................................................... 13 Figur 8 HEF4585 4-bit magnitude comparator. Billedkilde: Phillips Datasheets ............................................. 13 Figur 9 HEF4585 4-bit magnitude compare ..................................................................................................... 14 Figur 10. Simulering af et forbrug.................................................................................................................... 14 Figur 11 1Udregning i MathCad ....................................................................................................................... 14

Figur 12 Billedkilde: http://www.500images.com/uploads/56s.JPGFejl! Bogmærke er ikke

defineret.

Figur 13 Billede af kreds med modstande ....................................................................................................... 15 Figur 14 Princippet bag fjernvarme Billedkilde: Dongenergy.dk ..................................................................... 21 Figur 15 - Tidsplan ........................................................................................................................................... 30

Side 29

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 29 of 30

Bilag 3 – diagrammer – Lasse & Sebastian

Figur 15 - OrCad diagram

Side 30

Projekt om bæredygtighed 24. 04. 09

Side 30 of 30

Bilag 4 – Tidsplan - Catalina

Figur 16 - Tidsplan