ZAUPAMO V KAKOVSTNO ŠOLO PRIHODNOSTI Delavnica iz obnovljivih virov za osnovne šole Primož Šajna, inženir elektronike, Šolski center Velenje, Elektro in Računalniška šola V času informacijsko-komunikacijske družbe, ko se tehnika razvija z velikimi koraki, je potrebno mladim zagotoviti izkušnje, ki jim bodo pomagale na nadaljnji življenjski poti. Te izkušnje zago- tavljamo in uresničujemo s promocijskimi delavnicami za OŠ, ki povezujejo osnovno znanje iz osnov elektrotehnike, električnih meritev, sončnih celic in praktičnega samostojnega dela vseh udeležencev. V zadnjih letih opažamo, da področje tehnike in računalništva zanima vse več deklic, ki so zelo vztrajne in inovativne. Najprej jih seznanim z osnovnimi pojmi električnih veličin, simboli in uporabo sončnih celic. Sončne module lahko povezujemo zaporedno ali vzporedno. Nato z učnimi listi po navodilu samostojno v skupinah sestavljajo fotonapetostno otočno elek- trarno. S pomočjo univerzalnih merilnih instrumentov izmerijo zahtevane veličine. Ugotovijo, kaj vse vpliva na rezultate meritev. Če vreme dopušča, izvedejo meritve na prostem. 1 Uvod čunalniške šole kot asistenti pri praktičnem delu. Praktične delavnice za osnovnošolce izvajamo na Izvajanje v delavnici temelji večinoma na prak- našem Medpodjetniškem izobraževalnem centru tičnem delu. Uporabimo le en segment naprav (MIC) v Velenju. Učenci iz različnih osnovnih šol po iz prenosnega kovčka s fotonapetostno opremo. Sloveniji nas obiskujejo v okviru tehničnih dnevov Večinoma izvajamo delavnice in praktične vaje s ali preko Centra šolskih in obšolskih dejavnosti. štirimi kovčki. To pomeni v štirih skupinah. Vsa- ka skupina ima po enega asistenta, ki jih vodi, Na dan obiska imajo možnost sodelovanja v treh usmerja in popravlja, kar omogoča samostojnejše ali štirih različnih delavnicah, zato se učenci raz- delo vsakega udeleženca v skupini. Navadno so v delijo v skupine s svojimi učitelji, izvajalci pa ima- skupini trije učenci. V drugem delu učenci reši- mo za eno delavnico navadno čas približno šolsko jo vprašanja z delovnega lista. Odgovore dobijo s uro. Nato se krožno zamenjajo. pomočjo rezultatov električnih meritev. Večinoma prihajajo osmi in deveti razredi osnov- Pri tem se naučijo povezovanja modulov, odčita- nih šol, ki se najraje udeležujejo delavnice iz ob- vanja vrednosti električnih veličin, dobijo prak- novljivih virov, natančneje fotovoltaike. Najprej tične rezultate in znajo vrednotiti, koliko sončne jim na kratko razložim osnovne pojme iz električ- energije je potrebno, da zasveti LED ali varčna nih veličin, fizike in fotovoltaike, da potem lažje enosmerna žarnica. opravijo praktični del meritev. Nekateri učenci že poznajo osnovne pojme s področja osnov elektro- 2 Osnovni pojmi električnih veličin tehnike. Najprej učencem razložim tri osnovne električne veličine. Se pravi napetost, ki se meri v voltih (V). Delavnice so zaradi kakovostne opreme povsem Tok, ki ga merimo v amperih (A), in upornost, ki jo varne in upoštevajo varnost pri delu. Na njih z me- merimo v ohmih (Ω). Vse tri povezuje Ohmov za- noj pogosto sodelujejo naši dijaki iz Elektro in ra- kon (U=I×R). Te električne veličine bomo uporabili Sestavljanje fotonapetostne elektrarne Sodelovanje asistentov pri delavnicah 24 Didakta Priključitev varčne žarnice s pomočjo gel Izvedba meritev na prostem akumulatorja pri meritvah sestavljane fotonapetostne otočne Slabosti sončne energije: elektrarne. Nato jim še omenim električno moč P, - nestanovitnost vira: proizvodnja je odvisna od ki se meri v wattih (P=U×I). Učenci zapišejo rešitve sončnega obsevanja, ne od trenutnih potreb, in rezultate meritev na učne liste. zato so potrebni še dodatni zanesljivi viri za pokrivanje razlike in stabilizacijo elektroener- 3 Obnovljivi viri energije getskega sistema (hidro-, termo- in jedrske Sonce je naš edini netvegani vir energije, narava elektrarne); pa je naš zbiralnik energije, ki jo v energijskem - nizka razpoložljivost: predvsem na območjih ciklu skrbno uporablja. Obnovljivi viri energije z malo sončnih dni ne zagotavlja zanesljive (OVE) vključujejo vse vire energije, ki jih zajema- oskrbe z električno energijo iz tega vira; mo iz stalnih naravnih procesov, kot so sončno - visoki začetni stroški; sevanje, veter, vodni tok v rekah (hidroenergija), - sončne elektrarne pogosto bistveno vplivajo fotosinteza, s katero rastline gradijo biomaso, in na vizualno podobo okolja – tudi zaradi velike zemeljski toplotni tokovi (geotermalna energija). površine, ki jo zavzemajo (na inštaliran kW); Večina obnovljive energije, razen geotermalne, - možnost povzročitve požarov na mestih, kjer izvira iz sprotnega sončnega sevanja. Dež in vo- se nahajajo paneli; dni tokovi ter veter so posledica kratkotrajnega - trenutno je zaradi subvencij OVE (za sončne shranjevanja sončne toplote v atmosferi. Z upo- vire) račun za elektriko v gospodinjstvih višji, rabo fosilnih goriv izčrpavamo energijo, ki se je kot bi bil v primeru manjšega števila inštalira- shranjevala tisoče ali milijone let. Zato fosilnih nih sončnih elektrarn. goriv, kot so premog, nafta, zemeljski plin in šota, ne štejemo med OVE, čeprav se lahko obnovijo v Sončno energijo je možno izkoriščati na tri načine: zelo dolgem času. Proizvodnja električne energi- - pasivno, to je s sončnimi sistemi za ogrevanje je iz OVE v večini primerov zahteva ukrepe za za- in osvetljevanje prostorov; gotavljanje enakih ali prednostnih možnosti, kar - aktivno, s sončnimi kolektorji za pripravo tople številne države izvajajo z različnimi sistemi spod- vode in ogrevanje prostorov; bujanja. V Sloveniji je spodbujanje izvedeno na - s fotovoltaiko, in sicer s sončnimi celicami ozi- osnovi energetskega zakona z uredbami in sklepi roma fotonapetostnimi moduli za proizvodnjo vlade. Energijo, ki jo človeštvo potrebuje v enem električne energije z izkoriščanjem fotonskega letu, Sonce Zemlji zagotovi v eni uri. učinka. Prednosti sončne energije: Pri merjenju sončne energije ločimo dve veličini: - med obratovanjem fotonapetostnih elektrarn - sončno sevanje oziroma moč, ki pada na dolo- ni izpustov toplogrednih plinov; čeno površino, podano v W/m²; - nizki obratovalni stroški; - sončno obsevanje oziroma energijo, ki pade - tiho delovanje naprav; na določeno površino v določenem času, izra- - uporaba sončnih celic za manjše elektronske ženo v enoti Wh/m2. naprave je možna povsod, četudi v bližini ni električnih omrežij (uporaba v pomorstvu, na 4 Kratek zgodovinski pregled fotovoltaike plovilih, pri aktivnostih v naravi, na odmaknje- Beseda fotovoltaika izvira iz grške besede »phos«, nih lokacijah itd.). ki pomeni svetlobo, in iz besede »volt«, ki je enota 25 Didakta ZAUPAMO V KAKOVSTNO ŠOLO PRIHODNOSTI za merjenje električne napetosti in je dobila ime po Alessandru Volti (1745–1827). Fotovoltaika je veda, ki preučuje pretvorbo sončne energije v ele- ktrično. Fotonapetostni pojav (pretvorba energije svetlobe v električno energijo) je odkril devetnaj- stletni francoski eksperimentalni fizik Alexandre Edmond Becquerel (1821–1891) leta 1839. Leta 1838 je začel asistirati očetu pri njegovem delu v muze- ju v Parizu. Odkril je, da dve kovinski ploščici, poto- pljeni v razredčeno kislino, proizvajata več elektri- ke, kot če sta izpostavljeni svetlobi. Ker v njegovem času splošni razvoj še ni zahteval oskrbe z elektriko, je njegovo odkritje ostalo bolj ali manj pozabljeno vrsto let. Za znanstvenike je bil pojav uganka še tri četrt stoletja. Albert Einstein je leta 1904 objavil Fotonapetostna otočna elektrarna ugotovitve o fotonapetostnem pojavu, za kar je bil pozneje tudi nagrajen z Nobelovo nagrado. Poljak Jan Czohralski je v času prve svetovne vojne razvil metodo za pridobivanje monokristalnega silicija, 5 Delovni list ki jo praktično nespremenjeno uporabljamo še Na delovnih listih morajo učenci odgovoriti, ka- danes. Glavni koraki v smeri komercializacije sonč- kšna je minimalna napetost za svetenje 12 vol- nih celic so bili storjeni med letoma 1940 in 1950, tne enosmerne LED-žarnice in varčne žarnice. To podlaga za to pa je bil prav monokristalni silicij. V napetost odčitajo na vzporedno zvezanem volt- tem času so v Bellovih laboratorijih predstavili sili- metru. Za pozitivni potencial uporabljamo rde- cijevo sončno celico, izdelano po metodi Czohral- če vodnike. Za negativni pa modre. Nato morajo skega, z izkoristkom 4 %. Zaradi visoke cene je bilo zaporedno zvezati še ampermeter in zmeriti tok. prvo področje uporabe vesoljska tehnika. V sredini Potem zvežejo v vezavo še Schottkyjevo diodo za sedemdesetih let prejšnjega stoletja so se začele zaščito pred praznjenjem. Z vrtljivega fotonape- resnejše raziskave za širšo komercialno uporabo, v tostnega modula prepišejo vse tehnične podat- osemdesetih letih pa sta se tako proizvodnja kot ke. Sončne celice v modulu so izdelane iz mono- uporaba sončnih celic močno povečali. V tem ob- kristalnega ali polikristalnega silicija. Vzporedno dobju so bili tako v svetu kot tudi v Evropi zgrajeni priključijo še gel akumulator. V zadnjem delu prvi večji fotonapetostni sistemi. delavnice v vezavo zvežejo še senzor premikanja. Na učni list odgovorijo, kaj vse vpliva na rezultate Fotovoltaika velja za eno najhitreje razvijajočih se meritev: kot fotonapetostnega modula, oddalje- svetovnogospodarskih panog. Sonce kot daleč nost halogenskega reflektorja, ki simulira Sonce. največji obnovljivi in za človeka neomejen ener- Vpliva tudi moč svetlobnega sevanja, ki prihaja iz getski vir predstavlja potencial, kakršnega nima halogenskega reflektorja, ki mu svetilnost lahko noben drug energetski vir. spreminjamo s pomočjo drsnika. Na koncu zve- Princip delovanja samostojnega PV-sistema (Vir: OVE; Zdravko Žalar) 26 Didakta Vezalna blok shema FN-elektrarne žejo še več modulov zaporedno ali vzporedno. iz merilnih instrumentov. Rezultate vpisujejo na Opišejo, kaj se zgodi, če z roko zasenčimo fotona- svoje učne liste. Nenazadnje jih učijo logičnega petostni modul. Napišejo razliko med sončnimi sklepanja in povečujejo ročne spretnosti. Učenci moduli in sončnimi kolektorji. Ob lepem vreme- dobijo občutek, koliko sončne energije je potreb- nu opravijo meritve še zunaj. no vložiti na začetku vezave, da dobimo na koncu verige koristno pretvorjeno električno energijo. 6 Zaključek Verjetno bodo nekateri izmed njih po končanem Promocijske delavnice krepijo kreativnost in ino- šolanju našli zaposlitev v industriji obnovljivih vi- vativnost učencev pri samostojnih vezavah različ- rov. Na proizvodnjo sončne energije vplivajo loka- nih modulov. Hkrati jih naučijo preciznega nasta- cija postavitve sončnih panelov, število ur sonč- vljanja električnih veličin ter točnega odčitavanja nega obsevanja, orientacija (sever–jug), naklon, način postavitve sončnih panelov (fiksna postavi- tev ali s sledilniki Soncu) ter senčenje. Optimalna orientacija (azimut) pomeni, da so sončni moduli usmerjeni natanko proti jugu. Optimalni naklon za območje Slovenije pa je med 30 in 35°. Naklon lahko popravimo s podkonstrukcijo, s katero na primer na ravnih strehah postavimo module pod kotom 30°. Tipične sončne elektrarne imajo pri- bližno 10-odstotni izkoristek, dražje pa tudi do 20-odstotnega. Izkoristek sončnih celic bi izboljšali z izdelavo ozi- roma vgradnjo dvoosnih sledilnikov sonca, manj- šo temperaturo okolice, čiščenjem sončnih celic, čistejšim zrakom ter kakovostnejšimi celicami. Delež fotovoltaike med obnovljivimi viri v letu 2020 znaša 65 %. Konec leta 2020 je bilo skupno nameščenih sončnih elektrarn v Sloveniji 11.990 v skupni moči 371,5 MW. Plin in jedrska energija sta v novem aktu opredeljena kot prehodna. Viri Kirchensteiner, W. (2010): Laboratorij za električno energijo iz sonca, Navodila 7 za izvedbo vaj. Cristiani: Technical Institute for Vocational Training. Lenardič, D. (2009): Fotonapetostni sistemi. Ljubljana: Agencija POTI. Vir 1: Sončna energija. Dostopno na https://www.esvet.si/drugi-vi- ri-energije/soncna-energija, 12.12.2022. Dvoosni sončni sledilnik Žalar, Z. (2016): Obnovljivi viri energije. Ljubljana: Bookstore. 27 Didakta