Mynd 13.8. Sólarrafhlöður nýta orku sólarinnar til að knýja heimili, fyrirtæki og ýmis farartæki. (mynd: aðlagað úr „Craters of the Moon solar array“ eftir NPS Climate Change Response/Flickr, Public Domain Mark 1.0)
Námsmarkmið
Eftir að hafa lokið þessum hluta átt þú að geta:
Reiknað jákvæð áhrif vatnssparnaðar á loftslagsbreytingar.
Rætt sögu sólarorku.
Reiknað orkuþörf algengra heimilistækja.
Kannað kosti sólarorku til heimilisnota.
Loftslagsbreytingar og stjórnun losunar hafa verið umdeild málefni á undanförnum árum. Sífellt fleiri gera sér þó grein fyrir áhrifunum sem birtast í hitabreytingum og kalla eftir skjótum og árangursríkum aðgerðum. Alþjóðaveðurfræðistofnunin sagði í riti frá júní 2021 að árið 2021 réði úrslitum um loftslagsaðgerðir og að glugginn til að koma í veg fyrir verstu áhrif loftslagsbreytinga — þar á meðal sífellt tíðari og ákafari þurrka, flóð og storma — lokaðist hratt. Vandinn tilheyrir ekki lengur fáeinum löndum eða svæðum heldur er hann alþjóðlegt áhyggjuefni sem kemur fram í hækkandi hitastigi, minnkandi útbreiðslu jökla og hækkun sjávarborðs.
Góðu fréttirnar eru að hvert okkar getur stigið lítil skref sem saman geta haft jákvæð áhrif á loftslagsbreytingar.
Jákvæð áhrif á loftslagsbreytingar — vatnsnotkun
Vatnsnotkun okkar er einn þeirra þátta sem hafa áhrif á loftslagsbreytingar. Aðgangur að hreinu drykkjarvatni er nauðsynlegur bæði fyrir heilsu okkar og heilbrigði vistkerfisins. Um einn af hverjum tíu jarðarbúum hefur ekki greiðan aðgang að hreinu drykkjarvatni. Með því að spara vatn lengjum við endingartíma ferskvatns í vötnum og ám og drögum jafnframt úr álagi á fráveitu- og ræstikerfi samfélaga okkar. Við spörum einnig raforkuna sem þarf til að flytja vatn að og inn á heimilin. Hvað getum við þá gert til að spara vatn?
Dæmi 13.5
Tannburstun (framlag eins einstaklings)
Að bursta tennurnar með vatnið stöðugt rennandi notar um 4 gal af vatni. Ef skrúfað er fyrir kranann á meðan ekki er verið að skola þarf minna en fjórðung úr galloni. Mælt er með tannburstun tvisvar á dag. Hve mikið vatn sparast þá á viku ef skrúfað er fyrir kranann á meðan ekki er skolað?
Lausn
Vatnið látið renna stöðugt:
Skref 1: Reiknaðu vatnsnotkunina þegar vatnið rennur stöðugt:
Tennurnar burstaðar tvisvar á dag í 7 daga og 4 gal af vatni notuð í hvert skipti
(2sinnum á dag)(7dagar)(4gal)=56gal
Skref 2: Reiknaðu vatnsnotkunina þegar skrúfað er fyrir kranann á meðan ekki er skolað:
Tennurnar burstaðar tvisvar á dag í 7 daga og 0,25 gal af vatni notuð í hvert skipti
(2sinnum á dag)(7dagar)(0.25gal)=3.5gal
Skref 3: Reiknaðu sparnaðinn:
Sparnaður=56gal−3.5gal=52.5gal
Á einni viku sparast 52,5 gal af vatni ef einn einstaklingur skrúfar fyrir kranann nema þegar hann skolar við tannburstun.
Dæmi 13.6
Tannburstun (framlag margra — bæjarfélag)
Notaðu gögnin úr dæmi 13.5. Hve mikið vatn sparast á einum mánuði ef fimmtungur 15.000 íbúa bæjarfélags skrúfar fyrir kranann við tannburstun nema þegar skolað er?
Lausn
Skref 1: Í dæmi 13.5 kom fram að einn einstaklingur sparar 52,5 gal á viku.
Skref 2: Reiknaðu þann hluta mannfjöldans sem sparar vatn:
Fimmtungur af15,000manns =3,000manns
Skref 3: Fimmtungur íbúa bæjarfélagsins skrúfar fyrir kranann við tannburstun í einn mánuð:
(3,000)(52.5gal á viku )(4vikur)=630,000gal
Á einum mánuði sparast 630.000 gallon af vatni ef fimmtungur 15.000 íbúa bæjarfélags skrúfar fyrir kranann nema þegar skolað er við tannburstun.
Dæmi 13.7
Tannburstun (framlag margra — fylki)
Notaðu gögnin úr dæmi 13.5. Hve mikið vatn sparast á einu ári ef fjórðungur um 5,6 milljóna íbúa Minnesota-fylkis skrúfar fyrir kranann við tannburstun nema þegar skolað er í heilt ár (52 vikur)?
Lausn
Skref 1: Í dæmi 13.5 kom fram að einn einstaklingur sparar 52,5 gal á viku.
Skref 2: Reiknaðu þann hluta mannfjöldans sem sparar vatn:
Fjórðungur af5.6milljónir manna=1.4milljónir manna
Skref 3: Fjórðungur íbúa fylkisins skrúfar fyrir kranann við tannburstun í eitt ár:
(1.4milljónir)(52.5gal á viku )(52vikur)=3,822milljónir gal
Á einu ári sparast 3.822 milljónir gal af vatni ef fjórðungur íbúa Minnesota-fylkis skrúfar fyrir kranann nema þegar skolað er við tannburstun.
Saga sólarorku
Um miðja 19. öld uppgötvaði Willoughby Smith ljósleiðni selens. Skömmu síðar var uppgötvun William Grylls Adams og Richards Evans Day, að selen gæti framleitt rafmagn þegar það yrði fyrir sólarljósi, mikið framfaraskref. Innan við tíu árum síðar fann Charles Fritts upp fyrstu sólarrafhlöðurnar úr seleni. Aðeins um hundrað árum síðar, um miðjan sjötta áratug 20. aldar, framleiddu Bell-rannsóknarstofurnar í Bandaríkjunum fyrstu hagkvæmu ljósrafhlöðurnar og þróuðu á sama áratug gerðir sem knúðu gervihnetti.
Notkun sólarrafhlaðna hefur vaxið gríðarlega á síðustu áratugum. Þær eru nú notaðar á heimilum, hjá stofnunum og fyrirtækjum, í opinberum byggingum á borð við Hvíta húsið, í geimnum til að knýja gervihnetti og í ýmsum farartækjum. Ein ástæða útbreiðslunnar er að kostnaður hefur stöðugt lækkað samhliða aukinni afkastagetu og endingu. Um miðjan sjötta áratug 20. aldar kostaði afkastageta upp á eitt vatt í sólarrafhlöðu um 300 Bandaríkjadali. Tuttugu árum síðar var kostnaðurinn orðinn þriðjungur þess sem hann var á sjötta áratugnum. Nú kostar hvert vatt minna en einn Bandaríkjadal, jafnframt því sem sólarrafhlöður hafa minnkað og ending þeirra aukist. Lægra verð og meiri afköst hafa gert sólarorkukerfi að hóflegri fjárfestingu sem getur borgað sig upp á minna en helmingi þess tíma sem sambærileg kerfi þurftu fyrir 15 árum.
Orkuþörf algengra heimilistækja reiknuð
Kílóvatt (kW) er 1.000 vött (W). Kílóvattstund (kWh) er mælieining fyrir orkunotkun og samsvarar orkunni sem 1.000 vatta tæki notar á einni klukkustund. Til að reikna hve lengi tæki er að nota 1 kWh deilum við 1.000 með afli tækisins í vöttum.
Til dæmis tekur það 75 W peru 1.000 ÷ 75 = 13,3 klukkustundir að nota 1 kWh af orku.
Dæmi 13.8
Kílóvattstundir sem sjónvarp notar reiknaðar
48 tommu plasmaskjár notar um 200 W. Hve margar kílóvattstundir þarf til að nota sjónvarpið í einn mánuð ef kveikt er á því að meðaltali í 2,5 klukkustundir á dag?
Lausn
Skref 1: 1.000/(200 vött) = 5 klukkustundir til að nota 1 kWh
Skref 2: (2,5 klukkustundir á dag)(30 dagar) = 75 klukkustunda notkun
Skref 3: 75 klukkustundir/(5 klukkustundir á kWh) = 15 kWh
Sjónvarpið notar um 15 kWh á einum mánuði.
Dæmi 13.9
Kostnaður við notkun ísskáps reiknaður
Meðalstór Energy Star-vottaður ísskápur notar um 575 W og er í gangi um 8 klukkustundir á dag. Hver er mánaðarkostnaðurinn (30 dagar) við notkun ísskápsins ef raforkuverðið er 12 sent á kílóvattstund?
Lausn
Skref 1: Reiknaðu orkunotkunina í vattstundum á dag:
(575W)(8klukkustundir)=4,600Wh á dag
Skref 2: Reiknaðu kílóvattstundirnar.
(4,600)/(1,000)=4.6kWh
Skref 3: Reiknaðu daglegan kostnað.
(4.6kWh)(12sent )=55sent =$0.55
Skref 4: Reiknaðu mánaðarkostnaðinn.
($0.55)(30)=$16.50
Það kostar um 16,50 Bandaríkjadali að nota ísskápinn í einn mánuð.
Dæmi 13.10
Kílóvattstundir sem ofn notar reiknaðar
Rafmagnsofn er merktur 4.000 W. Hvað kostar að baka köku í 30 mínútur ef raforkuverðið er 14 sent á kílóvattstund?
Lausn
Skref 1: Reiknaðu hve langan tíma tekur að nota 1 kWh af orku:
1,000/(4,000vött )=0.25klukkustundir til að nota1kW
Ofninn notar 1 kWh af orku á hverjum 15 mínútum.
Skref 2: Reiknaðu hve margar kílóvattstundir þarf til að baka kökuna í 30 mínútur:
(30mínútur)/(15mínútur á kWh )=2kW
Skref 3: Reiknaðu kostnaðinn við notkun ofnsins:
(2kW)(14sent á kWh )=28sent
Það kostar um 28 sent að baka kökuna.
Kostir sólarorku
Sólarorka hefur marga kosti, meðal annars að draga úr losun gróðurhúsalofttegunda og CO2, knýja farartæki, draga úr vatnsmengun og minnka álag á takmarkaðar orkulindir á borð við jarðefnaeldsneyti. Hér skoðum við nánar samdrátt í losun gróðurhúsalofttegunda og CO2.
Gróðurhúsalofttegund er hver sú lofttegund sem kemur í veg fyrir að innrauð geislun sleppi úr lofthjúpi jarðar. Nú hafa verið skilgreindar 24 gróðurhúsalofttegundir og koltvíoxíð er ein þeirra. Áhrif þeirra eru mæld í einingum koltvíoxíðsígilda. Af þeirri ástæðu eru hugtökin gróðurhúsalofttegund og koltvíoxíð stundum notuð til skiptis í umræðunni.
Dæmi 13.11
Sólarorkuþörf meðalheimilis reiknuð í kílóvattstundum
Ef heimili notar um 30 kWh af raforku á dag, hve stórt sólarorkukerfi þarf til að uppfylla 80% af orkuþörf þess í einn mánuð (30 daga)?
Lausn
(30kWh )(30dagar)(0.80)=720kW
Þörf er á sólarorkukerfi sem getur framleitt 720 kWh á mánuði.
Athugaðu skilning þinn
Hvert er sambandið milli 1 kW og vatta?
Í venjulegt bað fara um 35 gal af vatni. Vatnssparandi sturtuhaus notar um 2 gal á mínútu. Ef einstaklingur fer venjulega í eitt bað á viku, hve mikið vatn sparast á mánuði með því að fara þess í stað í fimm mínútna sturtu?
Hve lengi er 30 W Google Nest-hátalari að nota 1 kWh af orku?
Hve lengi er 60 W pera að nota 1 kWh af orku? Námundaðu svarið að næstu heilu klukkustund.
Verkefni úr hluta 13.2
1.
Venjulegur sturtuhaus notar 5 gal af vatni á mínútu en vatnssparandi sturtuhaus um 2 gal á mínútu. Hve mikið vatn sparar einn einstaklingur á mánuði ef hann fer í sex mínútna sturtu fjórum sinnum í viku?
2.
Venjulegt salerni notar 5 gal af vatni í hverri skolun en sparneytið salerni um 1,25 gal. Hve mikið vatn sparar heimili á einni viku ef salernið er skolað átta sinnum á dag?
3.
Ef kraninn er látinn renna við uppþvott fara um 15 gal á hverjum fimm mínútum. Ef vaskurinn er fylltur og skrúfað fyrir kranann nema þegar leirtauið er skolað fara um 5 gal í að þvo eina vaskfylli. Hve mikið vatn sparast með því að láta kranann ekki renna ef tíu mínútur tekur að þvo eina vaskfylli á dag í 30 daga mánuði?
4.
Að láta vatnið renna við handþvott notar um 4 gal, en með því að skrúfa fyrir meðan hendurnar eru sápaðar minnkar notkunin í 1 gal. Hve mikið vatn sparast í sex manna íbúð á 16 vikna misseri ef hver einstaklingur þvær sér að meðaltali um hendurnar þrisvar á dag?
5.
Hve lengi er 7,5 W sparpera að nota 1 kWh af orku? Námundaðu svarið að næstu heilu klukkustund.
6.
Hve lengi er 120 W pera að nota 1 kWh af orku? Námundaðu svarið að næstu heilu klukkustund.
7.
Færanlegt sjónvarp notar um 80 W. Hve margar kílóvattstundir þarf til að nota sjónvarpið í þriggja daga ferð ef kveikt er á því að meðaltali í 5,5 klukkustundir á dag?
8.
Hársléttujárn er 331 W. Ef það er notað í 15 mínútur á dag, fimm daga í viku, hvað kostar notkunin á einum mánuði ef raforkuverðið er 13 sent á kílóvattstund? Námundaðu svarið að næsta senti.
9.
Þú kaupir 1.000 W gluggaloftkælitæki fyrir stofuna í íbúðinni þinni. Ef tækið er notað að meðaltali í þrjár klukkustundir á dag í eina viku, hvað kostar notkunin ef raforkuverðið er 12 sent á kílóvattstund?
10.
Sumarbústaður notar um 25 kWh af raforku á dag. Hve stórt sólarorkukerfi þarf til að uppfylla 90% af orkuþörf hans í einn mánuð ef hann er notaður tvo daga í viku?
