«Χρήση ηλιακών πάνελ για δημόσιο φωτισμό - μία πρόταση για το μέλλον της βιώσιμης ενέργειας» 15ο Μαθητικό Συνέδριο Πληροφορικής
«Χρήση ηλιακών πάνελ για δημόσιο φωτισμό - μία πρόταση για το μέλλον της βιώσιμης ενέργειας» 15ο Μαθητικό Συνέδριο Πληροφορικής
04 Μαρτίου 2024 2024
Περίληψη
Ένα ταξίδι στην έρευνα και τον προγραμματισμό πραγματοποιήσαμε φέτος με την ομάδα ρομποτικής του σχολείου μας. Στο πλαίσιο του φετινού project ερευνήσαμε από πού προέρχεται η ενέργεια και πώς διανέμεται, πώς αποθηκεύεται και πώς χρησιμοποιείται. Στο πλαίσιο της «εξερεύνησής» μας, βρήκαμε πληροφορίες και ενημερωθήκαμε για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στόχος της ομάδας μας είναι η πρόσβαση σε οικονομικά προσιτή, αξιόπιστη, βιώσιμη και σύγχρονη ενέργεια για όλους. Έτσι, προτείνουμε τη διαρκή εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας στον δημόσιο φωτισμό της Θεσσαλονίκης. Ο λιγνίτης αποτέλεσε το κυρίαρχο καύσιμο για την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώναμε για δεκαετίες, ο οποίος, όμως, επιφέρει καταστροφικές επιπτώσεις στο περιβάλλον και τη δημόσια υγεία. Κατά τη διάρκεια του project, πήραμε συνέντευξη από ειδικούς, συζητήσαμε με περιβαλλοντολόγους και μηχανολόγους μηχανικούς εταιρειών ενεργειακής διαχείρισης οι οποίοι μας επιβεβαίωσαν πως η πρότασή μας μπορεί να βάλει ένα λιθαράκι στην απεξάρτησή μας από το πιο ρυπογόνο καύσιμο στον πλανήτη.
Λέξεις κλειδιά: ενέργεια, ηλιακό πάνελ, δημόσιος φωτισμός
Κατεβάστε πατώντας εδώ την παρουσίαση των παιδιων σε Powerpoint.
1. Εισαγωγή
Αφορμή της συγκεκριμένης έρευνας αποτέλεσε ο διαγωνισμός ρομποτικής First Lego League. Στον FLL οι ομάδες εμπλέκονται στην έρευνα, την επίλυση προβλημάτων, τον προγραμματισμό και τη ρομποτική. Κατασκευάζουν και προγραμματίζουν ένα ρομπότ LEGO που εκτελεί αποστολές στη θεματική πίστα του Robot Game. Επίσης διενεργούν ένα Project Καινοτομίας στο οποίο προτείνουν λύση σε ένα επιστημονικό πρόβλημα σχετικό με την θεματική της σεζόν. Κατά τη διάρκεια της φετινής σεζόν, οι ομάδες ρομποτικής έπρεπε θα ερευνήσουν από πού προέρχεται η ενέργεια και πώς διανέμεται, αποθηκεύεται και χρησιμοποιείται. Στη συνέχεια θα έπρεπε να ξανασκεφτούν το μέλλον της βιώσιμης ενέργειας και να προωθήσουν τις ιδέες τους για ένα καινοτόμο και καλύτερο ενεργειακό μέλλον .
2.Το Πρόβλημα – Καύση λιγνίτη για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας
Αναλυτικότερα, ο λιγνίτης αποτέλεσε το κυρίαρχο καύσιμο για την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώναμε για δεκαετίες. Η καύση λιγνίτη για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας επιφέρει καταστροφικές επιπτώσεις στο περιβάλλον και τη δημόσια υγεία. Το φετινό σχέδιο της ΔΕΗ αναφέρει αύξηση της καύσης του λιγνίτη στο 17%-20% από 5% που ήταν πέρυσι.
3.Η λύση
Η πρότασή μας, λοιπόν, είναι η τοποθέτηση φωτοβολταϊκών πάνελ στα φώτα των δρόμων και η αντικατάσταση όλων των λαμπτήρων δημόσιου φωτισμού με λάμπες άνθρακα που δεν καίγονται! Αυτό το σχέδιο θα βάλει ένα λιθαράκι στην απεξάρτησή μας από το πιο ρυπογόνο καύσιμο στον πλανήτη. Η πρότασή μας είναι να υπάρξει μία δοκιμαστική περίοδος τους καλοκαιρινούς μήνες που έχουμε περισσότερο ήλιο και αν είναι βιώσιμη η λύση, να εφαρμοστεί όλο τον χρόνο.
Εικόνα 1 - Αφίσα πρότζεκτ ομάδας ρομποτική
Τι γίνεται λοιπόν, όταν στους αστροναύτες λείπουν πιο ιδιαίτερες γεύσεις, κυρίως του «πρόχειρου
4. Συναντήσεις με επαγγελματίες και διαμοίραση της πρότασής μας
Αποφασίσαμε να μιλήσουμε με ειδικούς ώστε να έχουμε τη δυνατότητα να ρωτήσουμε πράγματα και να πάρουμε συμβουλές. Έτσι, καλέσαμε στο σχολείο μας τη γεωλόγο-περιβαλλοντολόγο Χονδρούλη Ευαγγελία (master στο Environmental Management) και τον κύριο Τσιμπλινίδη Μιχάλη, μηχανολόγο μηχανικό της εταιρείας ΚΛΙΜΑΜΗΧΑΝΙΚΗ.
Εικόνα 2 - Επίσκεψη κας. Χονδρούλη Ευαγγελίας
Εικόνα 3 - Επίσκεψη κου. Τσιμπλινίδη
4.1 Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
Με την κυρία Χονδρούλη, κατά την επίσκεψή της, κάναμε μία συζήτηση για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Η ηλιακή ενέργεια είναι η φωτεινή ακτινοβολία και θερμότητα που προέρχεται από τον Ήλιο. Ηλεκτρική ενέργεια είναι η μορφή ενέργειας που μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα. Ουσιαστικά προκύπτει από την κινητική ενέργεια των κινούμενων ηλεκτρονίων μέσα σε έναν αγωγό.
Εικόνα 4 - Πώς παίρνουμε ρεύμα από τον λιγνίτη και πώς από τον ήλιο
4.2 Μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ρεύμα μέσω φωτοβολταϊκών πάνελ
Και πώς θα μετατρέπεται το φως του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια;
Το φως του ήλιου θα χτυπάει τις ηλιακές κυψέλες που έχουν τοποθετηθεί στα ηλιακά πάνελ. Αυτά τα πάνελ θα έχουν την ενσωματωμένη τεχνολογία για τη μετατροπή του φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτή η ηλεκτρική ενέργεια θα περνά από έναν ρυθμιστή ενέργειας που μετράει την ενέργεια που απορροφάται και την αποθηκεύει σε μια μπαταρία.
Εικόνα 5 - Μετατροπή ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική μέσω ηλιακού πάνελ
4.3 Υπολογισμός Μεγέθους Μπαταρίας
Πώς υπολογίζουμε, όμως, πόση ενέργεια χρειαζόμαστε για να ανάβουν οι λάμπες το βράδυ; Σύμφωνα με τα στοιχεία που μας έδωσε η κυρία Χονδρούλη Ευαγγελία, τα φωτοβολταϊκά χρειάζονται το φως της ηλιακής ακτινοβολίας, όχι τη θερμότητά της. Επομένως, ακόμη και μια συννεφιασμένη χειμωνιάτικη ημέρα θα υπάρχει άφθονο φως και τα φωτοβολταϊκά θα συνεχίσουν να παράγουν ηλεκτρισμό, έστω και με μειωμένη απόδοση.
Ο υπολογισμός του μεγέθους μιας μπαταρίας γίνεται ως εξής: Μία λάμπα led για φωτισμό δρόμου είναι κατά μέσο όρο 100 Watt. Έστω 2 τέτοιες λάμπες που καίνε από τις 6 το απόγευμα ως τις 6 το πρωί, δηλαδή 12 ώρες. Αν τα πολλαπλασιάσουμε όλα αυτά προκύπτει ότι χρειαζόμαστε μπαταρία που να αποθηκεύει 2400 Wh το 24ωρο.
Εικόνα 6 - Υπολογισμός μεγέθους μπαταρία
Όμως, πρέπει να σκεφτούμε και πόσες μέρες αυτονομίας θέλουμε για το σύστημά μας. Συνήθως επιλέγουμε μπαταρίες με χωρητικότητα τουλάχιστον διπλάσια από τις ανάγκες μας, άρα 4800 Wh για να έχουμε και αυτονομία μιας ημέρας!
Τον χειμώνα υπολογίζουμε κατά μέσο όρο 3 ώρες ηλιοφάνειας τη μέρα. Άρα χρειαζόμαστε και περισσότερες μέρες αυτονομία της μπαταρίας.
Αν για παράδειγμα θέλουμε έως και 5 μέρες αυτονομίας, τότε θα πρέπει να αγοράσουμε μπαταρία με χωρητικότητα 12.000 Wh
4.4 Υπολογισμός μεγέθους φωτοβολταϊκού πάνελ
Και πώς υπολογίζουμε το μέγεθος του πάνελ; Το χειρότερο σενάριο είναι οι χειμερινές ώρες ηλιοφάνειας που κατά μέσο όρο, στην Ελλάδα είναι οι 3 ώρες τη μέρα. Αν σχεδιάζουμε μόνο για το καλοκαίρι (Μάιο έως Σεπτέμβριο), οι ώρες ηλιοφάνειας που υπολογίζουμε είναι κατά μέσο όρο 6.
Σύμφωνα με τον κύριο Τσιμπλινίδη, μηχανολόγο μηχανικό της ΚΛΙΜΑΜΗΧΑΝΙΚΗΣ, εταιρείας που εξειδικεύεται στις καινοτόμες ενεργειακές λύσεις, χρειαζόμαστε φωτοβολταϊκά πάνελ που να αποθηκεύουν όση ενέργεια έχουμε υπολογίσει ότι θέλουμε δια τις ώρες απόλυτης ηλιοφάνειας. Αν θέλουμε να μας καλύπτουν μόνο για το καλοκαίρι, τότε χρειαζόμαστε πάνελ που να αποθηκεύουν 2400/3=800watt ανά ώρα ηλιοφάνειας
Ενώ, για να μας καλύπτουν χειμώνα-καλοκαίρι χρειαζόμαστε πάνελ που να αποθηκεύουν 2400/6=400Watt ανά ώρα ηλιοφάνειας. Όμως, στην περίπτωση χρήσης τους μόνο το καλοκαίρι θα χρειαζόμασταν και μικρότερες μπαταρίες, αφού το καλοκαίρι δεν απαιτείται αυτονομία για πολλές μέρες όπως απαιτείται τον χειμώνα.
5.Η λάμπα που καίει από το 1901
Και οι λάμπες που δεν καίγονται ποτέ; Υπάρχει τέτοια τεχνολογία;
Το καλοκαίρι του 1901 ένας επιχειρηματίας στην Καλιφόρνια, δώρισε στην πυροσβεστική υπηρεσία της περιοχής μία ηλεκτρική λάμπα άνθρακα. Η συγκεκριμένη λάμπα πρωταγωνιστεί σε ένα πολύ ενδιαφέρον ντοκιμαντέρ με τον τίτλο «Η συνωμοσία του λαμπτήρα»
Η λάμπα συνεχίζει να καίει για 122 χρόνια, έχοντας «ξεκουραστεί» μόλις επτά ημέρες. Εφευρέτης της συσκευής ήταν ο Αντόλφ Καϊγέτ και η κατασκευάστρια εταιρεία ήταν η «Shelby Electric Company». Έχει και δική της ιστοσελίδα! Όποιος την επισκεφθεί μπορεί να τη δει μέσω webcam (http://www.centennialbulb.org/cam.htm ) να καίει σε πραγματικό χρόνο!
Η λάμπα όταν πρωτοδημιουργήθηκε είχε ισχύ 60 watt. Πλέον εκπέμπει το ίδιο φως με ένα φαναράκι ισχύος 4 watt. Όμως, αυτή η φοβερή και τρομερή λάμπα δεν κυκλοφόρησε ποτέ στην αγορά. Ο λόγος; Δε θα συνέφερε την οικονομία! Το 1924 στη Γενεύη, οι εταιρείες παραγωγής λαμπτήρων αποφάσισαν να δημιουργήσουν ένα καρτέλ και καθόριζαν την μικρή διάρκεια ζωής των λαμπτήρων. Η τεχνολογία, όμως, υπάρχει! Έτσι, η ολοκληρωμένη πρότασή μας είναι, εκτός από τα φωτοβολταϊκά πάνελ, να τοποθετηθούν στους δρόμους και λάμπες σαν κι αυτή, που δεν καίγονται ποτέ!
6.Αξιολόγηγη - Συμπεράσματα
Ο κύριος Τσιμπλινίδης και η κυρία Χονδρούλη, αξιολόγησαν την ιδέα μας και μας είπαν πως είναι εφικτή και βιώσιμη!
Εικόνα 7 - Σημειώσεις από την αξιολόγηση των δύο ειδικώ
Έρευνα, ενέργεια, συναντήσεις με ειδικούς, καινοτομία και βιώσιμο μέλλον. Αυτά περιελάμβανε το project που περιγράψαμε στο παραπάνω άρθρο. Είχε όμως και συνεργασία, μέσα από την οποία μάθαμε να λέμε τη γνώμη μας, να σεβόμαστε τις απόψεις των άλλων, να έχουμε υπομονή και να μην απογοητευόμαστε. Ο καθένας είχε τον ρόλο του στην ομάδα αλλά πάντα έδινε τη βοήθειά του στους άλλους χωρίς αντάλλαγμα. Μέσα από σκληρή δουλειά, αναζήτηση και σκέψη υλοποιήσαμε μία έρευνα και προτείναμε λύση σε ένα επιστημονικό πρόβλημα σχετικό με τη βιώσιμη ενέργεια.
Ευχαριστίες
Ευχαριστούμε θερμά την κυρία Χονδρούλη Ευαγγελία και τον κύριο Τσιμπλινίδη Μιχάλη για τον χρόνο που μας αφιέρωσαν και την τιμή που μας έκαναν να παραβρεθούν στο σχολείο μας την ώρα του μαθήματος, να συζητήσουν μαζί μας και να μας δείξουν πράγματα που δε θα είχαμε την ευκαιρία να δούμε εκτός σχολείου.
Βιβλιογραφία
2. https://contentarchive.wwf.gr/sustainable-economy/clean-energy/lignite
Όλα τα Νέα 
