Zonne-energie

FISHER TECHNIK :OECO TECH
H5 Zonne-energie
Naam:
………………………………………………………..
Klas:
…………………
Datum:
…………………
-1-
Wegwijs/Inleiding:












Lees individueel dit hoofdstuk aandachtig opdat je de
technologie begrijpt
De “DOE-opdrachten” , zowel op PC als met de bouwdoos,voer
je uit per 2
Vul de gevraagde antwoorden in op de daarvoor voorziene
plaats en geef ze de ( indien) gevraagde opmaak
Sla regelmatig je oefeningen op om geen gegevensverlies te
hebben door externe oorzaken!!!!!!
Voer de gevraagde “DOE-opdrachten” zorgvuldig uit en verdeel
de taken
Indien de bouwoefeningen elektrisch aangesloten worden, laat
je deze eerst door de leerkracht controleren vooraleer zelf te
testen
In de loop van dit hoofdstuk moet je een korte vragenlijst met
evaluatieblad invullen.
Vraag de juiste bouwdoos aan je leerkracht. De doos die je
toegewezen wordt is alfabetisch. De eerste 2 leerlingen van het
alfabet krijgen doos nr 1. Let wel, deze doos blijf je behouden tot
en met het laatste hoofdstuk, en blijf je hier verantwoordelijk
voor.
Vraag ook een PC aan je leerkracht. Hier hanteren we hetzelfde
principe als de bouwdoos. De eerste 2 leerlingen van het alfabet
krijgen PC 1
Elke nieuwe bouwdoos (nieuw project) wissel je van partner
Het uitprinten van het hoofdstuk doe je pas nadat dit volledig is
afgewerkt en na toestemming van de leerkracht
Deze afspraken herhalen zich voor alle volgende hoofdstukken.
Legenda symbolen in de opdrachtbundel:
 Let op: Veiligheidstips
 Zoek op: Zoekopdracht via internet
 Vul in: Vul verder aan
 Download: Open de opdracht en sla op in je
eigen map op het netwerk
Bouw: Opbouwen van de oefening
Voer uit op PC: Opdracht uitvoeren via de computer
 Roep de leerkracht: voor de evaluatie van je oefening
Testen: Je mag de opstelling uittesten
-2-
Oeco Tech - Hoofdstuk 4 - Zonne-energie
Vul onderstaande tabel in:
Leerlingen: …………………….
…………………….
Klas:……………………………
Bouwdoos nr.: ……………..
PC nr.: ……………………..
Voer uit op PC :

Sla dit document op in: Z:\je eigen map\Oeco tech als Z:\je eigen
map\Oeco tech\H4.pdf
Als men alle fossiele brandstofvoorraden (hout, kolen,
aardolie en gas) van de Aarde zou verbranden om
energie op te wekken, zou een hoeveelheid energie
ontstaan die vergelijkbaar is met de hoeveelheid die
de zon in slechts 3 dagen naar de Aarde straalt. Het is
zaak om deze enorme en tegelijk onuitputtelijke energievoorraad te benutten
om (met behulp van zonnecellen) hieruit elektrische energie te winnen.
De zon wekt zijn energie op door middel van kernfusie. Deze energie wordt
deels als elektromagnetische straling naar de Aarde gezonden. Het grootste
deel van deze energie wordt gebruikt voor het opwarmen van de Aarde.
M.b.v. zonne-energietechniek kan zonne-energie op verschillende manieren
worden gebruikt:
• Zonnecollectoren wekken warmte en hitte op. De
zonnecel mag niet met de zonnecollector worden
verward. In de zonnecollector warmt de zonneenergie een overdrachtsmedium (meestal
verwarmingswater) op.
• Zonne-energiecentrales wekken elektrische
stroom op door de warmte om te zetten in stoom.
•
Zonnekooktoestellen of zonne-ovens
verwarmen voedingsmiddelen.
-3-
• Zonnecellen
wekken een
elektrische
gelijkstroom op
(fotovoltaïsch).
Het zijn deze
zonnecellen die
we nu verder
gaan bestuderen
en waar we wat
experimenten
mee gaan doen.
De Zonnecel
Wat is nu precies een zonnecel en hoe kan men hiermee zonlicht omzetten in
elektrische energie?
Een zonnecel of fotovoltaïsche
cel is een elektrisch
component, dat de in het licht
(normaal gesproken
zonlicht) aanwezige
stralingsenergie direct omzet in
elektrische energie.
Het natuurkundige principe van
de omzetting is het
fotovoltaïsche effect.
Zonnecellen bestaan uit Silicium. De
siliciumblokken worden in schijven van
ongeveer 0,5 mm gezaagd. Deze schijven
worden bij de volgende stap doelbewust
verontreinigd met verschillende vreemde
atomen. Dit zorgt voor een onevenwichtigheid
in de siliciumstructuur. Hierdoor ontstaan 2
verschillende lagen, de positieve p-laag en de
negatieve n-laag.
Eenvoudig gezegd gaat er elektrische stroom
-4-
vloeien doordat elektronen uit de n-laag, geactiveerd door het
binnenkomende licht, via de aangesloten verbruiker naar de p-laag
bewegen.
Hoe meer licht invalt op de siliciumblokken, hoe meer elektronen zich gaan
verplaatsen en hoe groter de opgewekte elektrische
energie zal worden.
Testen:
Test dit gedrag door de zonnecel aan te sluiten op
een motor. Meet via een multimeter bij welke
spanning de motor begint te draaien, meet met de
lichtmeter bij welke lichtsterkte dit gebeurt.
Bouw voor dit eerste experiment met de zonneenergiemodule het model ventilator op (zie de
bouwhandleiding Oeco tech op de website www.proweto.be).
Laat je opstelling controleren door de leerkracht.
Hij evalueert dan bij punt op het evaluatieblad.
Opmerking:
De zonne-energiemodule uit de bouwdoos Oeco Tech, zonnecel is
gemarkeerd met OT, (niet te verwarren met de 2 zonnecellen uit de Oeco
Power (OP) ), bestaat uit 2 in serie geschakelde zonnecellen en kan
maximaal 1,2 Volt opwekken met een maximale stroom van om en bij de 440
mA.
De motor heeft normaal 2 Volt nodig (nominale spanning) om te draaien,
maar zal onbelast (indien de motor niets hoeft aan te drijven) al eerder
starten.
 Vul in/Testen:
Vul de meetwaarden in bij punt  op
het evaluatieblad
We gaan de test op het model ventilator uitvoeren met een
gloeilamp waarvan we de lichtsterkte kunnen regelen via een
dimmer. Vraag de multimeter, de
lichtsterktemeter en de te regelen lamp aan je
leerkracht.
Laat de lamp langzaam feller branden tot de motor begint te
draaien, noteer de gemeten spanning op dat moment. Let
wel op: De opgewekte spanning is gelijkspanning (DC).
Stel je meettoestel juist in. (Hoe je de meter moet instellen vind je hier
-5-
 Let op:
De spanning meet je door het meettoestel in
parallel te schakelen met de verbruiker.
 Vul in/Testen:
Vul de meetwaarden in.
Gemeten spanning in Volt
Gemeten lichtsterkte in Lux
Meting draaien motor
Let ook eens op de snelheid van het draaien van de wieken (toerental). Wat
gebeurt er als je de lichtsterkte verhoogt?
Lichtsterkte verhoogt
Toerental van de wieken
vergroot / verkleint
Gemeten spanning
vergroot / verkleint
Soorten lichtbronnen en hun vermogen om spanning op te wekken.
Nu gaan we op ditzelfde model (ventilator) metingen uitvoeren om te
bepalen welke lichtbron de beste opwekking van elektrische energie tot
gevolg heeft.
Zoek op internet naar prenten van de verschillende soorten lichtbronnen
en plak deze in je voorbereiding onder punt  achter hun benaming. Zorg
dat de prentjes allen ongeveer even groot zijn.
 Vul in/Testen:
Vul de meetwaarden in bij punt 
Gemeten spanning
in Volt
Meting lichtbron:
gloeilamp
Meting lichtbron:
spaarlamp
Meting lichtbron:
halogeenlamp
Meting lichtbron:
zonlicht
Meting lichtbron:
Ledlamp
Conclusie:
-6-
Gemeten lichtsterkte in
Lux
Soorten mechanische overbrengingen
Nu gaan we kijken wat het effect is van een motor die belast wordt. Meteen
gaan we ook een aantal aandrijfmogelijkheden van
de motor (mechanische overbrengingen) onder de
loep nemen.
Bouw:
Bouw het reuzenrad. (bouwhandleiding Oeco tech
op de website www.proweto.be).
Laat je opstelling controleren door de leerkracht.
Hij evalueert dan bij punt  op het evaluatieblad.
 Vul in/Testen:
Vul onderstaande tabel in bij punt  op het evaluatieblad
Opmerking:
Deze testen ook uitvoeren met een gloeilamp waarvan we de lichtsterkte
kunnen regelen via een dimmer om een vergelijking te kunnen maken met
de onbelaste motor van daarstraks (ventilator).
Gemeten spanning in Volt
Gemeten lichtsterkte in Lux
Meting begin draaien motor
Hoe is de snelheid van het reuzenrad in vergelijking met de vorige opstelling
van de ventilator? Schrap wat niet past bij punt  op je evaluatieblad
Het reuzenrad draait sneller / trager dan de ventilator (schrappen wat niet past)
Er worden hier 2 verschillende soorten overbrengingen gerealiseerd.
 De eerste (rechtstreeks op de motor) gebeurt met behulp van een
wormwiel en groot tandwiel. Deze overbrenging noemt men een
wormwieloverbrenging en is nodig omdat de motor anders niet
voldoende kracht zou hebben om het reuzenrad aan te drijven.

De tweede is een riemoverbrenging. Er is gekozen voor een klein
aandrijfwiel (gekoppeld via de wormwieloverbrenging op de as van de
motor) en een groot aangedreven wiel (drijft het reuzenrad aan). Het
aandrijfwiel en het aangedreven wiel worden de riemschijven
genoemd. De elastiek die hier gebruikt wordt, stelt de riem voor.
-7-
 Zoek op:
Zoek op de website van Wikipedia
(http://nl.wikipedia.org/wiki/Overbrenging) wat meer info over
bovenvernoemde mechanische overbrengingen. Kopieer de tekst en de
figuur die op de site staan naar punt  op je voorbereidingsblad.
Wormwieloverbrenging
Tekst
Afbeelding
Riemoverbrenging
Tekst
Afbeelding
Welke bekende overbrengingen ken je nog meer? (Zie de website wikipedia)
Geef ook een voorbeeld waar je deze van kent. Antwoorden bij punt  op je
voorbereidinsgblad
………………………… overbrenging:
Die ken ik van ……………………………………………………………….
………………………… overbrenging:
Die ken ik van ……………………………………………………………….
-8-
Bouw:
Bouw de fietser. (bouwhandleiding Oeco tech op
de website www.proweto.be).
Laat je opstelling controleren door de leerkracht.
Hij evalueert dan bij punt  op het evaluatieblad.
 Vul in/Testen:
Vul onderstaande tabel in:
Opmerking:
Deze testen ook uitvoeren met een gloeilamp waarvan we de lichtsterkte
kunnen regelen via een dimmer om een vergelijking te kunnen maken met
de voorgaande proeven. De meetwaarden vul je in onder punt  op je
evaluatieblad.
Gemeten spanning in Volt
Gemeten lichtsterkte in Lux
Meting draaien motor
De overbrenging die hier gerealiseerd is, gebeurt opnieuw met een
riemoverbrenging, maar deze keer is het aandrijfwiel rechtsreeks op de as
van de motor gekoppeld.. Er is ook hier gekozen voor een klein aandrijfwiel
en een groot aangedreven wiel die de fietser aandrijft.
Hoe is de snelheid van de kleine riemschijf ten opzichte van de grote
riemschijf? Volgende 2 vragen beantwoorden onder punt  op het
evaluatieblad.
a) De kleine riemschijf draait sneller/trager dan de grote riemschijf
(schrappen wat niet past)
b) Hoe kan je dit verklaren?
………………………………………………………………
Tracht door een merkteken (stukje plakband) aan te brengen op de
riemschijven ook het toerental van beide riemschijven te bepalen. Het
toerental van een riemschijf wordt uitgedrukt in omwentelingen per minuut
(/min)
Doe een meting van één minuut. Bepaal het toerental bij het net starten van
de motor. Regel dus je lichtsterkte net zoals in vorige proef juist af tot de
fietser net begint te bewegen. Vul de tabel in bij punt  op het
evaluatieblad.
Toerental aandrijfwiel in
/min
Meting draaien motor
-9-
Toerental aangedreven wiel in
/min
UITBREIDINGSOEFENING:
Voor leerlingen die veel voor zitten op schema, is er nog
de mogelijkheid om de helikopter te bouwen. Anders ga
je verder naar het volgende thema (serieschakelen van
zonnecellen)
Bouw:
Bouw de helikopter. (bouwhandleiding Oeco tech op de website
www.proweto.be).
Laat je opstelling controleren door de leerkracht.
Hij evalueert dan bij punt  op het evaluatieblad.
-10-
Serie- of parallelschakelen van zonnecellen
Omdat de motor via slechts één zonnecel weinig of niets kan aandrijven,
gaan we in de meeste gevallen meerdere zonnecellen moeten aansluiten.
Dit kan op verschillende manieren, namelijk de zonnecellen in serie of in
parallel schakelen. We gaan het verschil in schakelen via enkele opstellingen
uittesten.
Serie schakelen van zonnecellen
Bouw: Sluit de 2 zonnecellen uit de oude doos
Oeco Power (gemarkeerd met OP) in serie aan op
de motor die onbelast is. Het aansluitschema is
hiernaast afgebeeld.
Laat je schakeling controleren door de
leerkracht. Hij evalueert dan bij punt  op het
evaluatieblad.
Opmerking:
Eén zonnecel uit de bouwdoos Oeco Power kan
maximaal 0, 6 Volt opwekken met een maximale
stroom van om en bij de 930 mA.
 Let op:
Let bij het verbinden goed op de polariteiten (plus- en min- polen) van de
zonnecellen.
 Vul in/Testen:
Voer de volgende metingen uit en vul onderstaande meettabellen in:
a) Neem opnieuw de regelbare lichtbron met gloeilamp en bepaal bij
welke spanning de motor begint te draaien.
b) Nadien verhoog je de lichtsterkte tot je maximale spanningsopwekking
verkrijgt. Voeg indien nodig een extra lichtbron toe.
Opmerking: Maximale opwekking kan je herkennen aan het feit dat de
lichtsterkte nog toeneemt, maar de opgewekte spanning van de
zonnecellen niet meer.
-11-
De meetwaarden vul je in bij punt  op het evaluatieblad.
Gemeten spanning in Volt
Gemeten lichtsterkte in Lux
Meting net draaien motor
Meting maximale opwekking
c) Meet nu met één lichtbron de opgewekte spanningen van de cellen
apart en nadien van beide cellen in serie. Gebruik hiervoor de
regelbare gloeilamp, maar zet ze op volle lichtsterkte en pas deze
lichtsterkte niet meer aan. Meet de spanning met de multimeter. Let
wel weer op dat je het meettoestel juist instelt.
Gemeten spanning in Volt
op de motor
Zonnecel 1 afdekken, lichtbundel op zonnecel 2
Zonnecel 2 afdekken, lichtbundel op zonnecel 1
Lichtbundel op beide zonnecellen (in serie)
Conclusie: De oppervlakte van de zonnecellen verdubbelt, de lichtsterkte
blijft dezelfde, wat doet de spanning?
……………………………………………………………………………………..
Welke spanning is maximaal aanwezig bij de motor?
……………………………………………………………………………………...
-12-
Parallel schakelen van zonnecellen
Bouw: Sluit de 2 zonnecellen uit de oude doos
Oeco Power (gemarkeerd met OP) in parallel aan
op de motor die onbelast is. Het aansluitschema is
hiernaast afgebeeld.
Laat je schakeling controleren door de leerkracht.
Hij evalueert dan bij punt  op het evaluatieblad.
 Let op:
Let ook hier bij het verbinden goed op de
polariteiten van de zonnecellen.
 Vul in/Testen:
Voer de volgende metingen uit en vul
onderstaande meettabellen in:
a) Neem opnieuw de regelbare lichtbron met gloeilamp en bepaal bij
welke spanning de motor begint te draaien.
b) Nadien verhoog je de lichtsterkte tot je maximale spanningsopwekking
verkrijgt. Voeg indien nodig een extra lichtbron toe.
De meetwaarden vul je in bij punt  op het evaluatieblad.
Gemeten spanning in Volt
Gemeten lichtsterkte in Lux
Meting net draaien motor
Meting maximale opwekking
c) Meet nu met één lichtbron de opgewekte spanningen van de cellen
apart en nadien van beide cellen in parallel. Gebruik hiervoor de
regelbare gloeilamp, maar zet ze op volle lichtsterkte en pas deze
lichtsterkte niet meer aan. Meet de spanning met de multimeter. Let
wel weer op dat je het meettoestel juist instelt.
Gemeten spanning in Volt
op de motor
Zonnecel 1 afdekken, lichtbundel op zonnecel 2
Zonnecel 2 afdekken, lichtbundel op zonnecel 1
Lichtbundel op beide zonnecellen (in parallel)
-13-
Conclusie: De oppervlakte van de zonnecellen verdubbelt, de lichtsterkte
blijft dezelfde, wat doet de spanning?
……………………………………………………………………………………..
Welke spanning is maximaal aanwezig bij de motor?
……………………………………………………………………………………...
Besluiten:


Bij een serieschakeling van 2 zonnecellen, verdubbelt de opgewekte spanning, maar
blijft de stroomsterkte die door de zonnecellen vloeit, constant.
Bij een parallelschakeling van 2 zonnecellen blijft de opgewekte spanning constant,
maar verdubbelt de stroomsterkte die door de zonnecellen wordt opgewekt
We hebben reeds eerder gezegd dat de maximale stroom die de panelen
afzonderlijk kunnen opwekken om en bij de 930mA is. Voor 2 panelen is serie
blijft dit dus 930mA. Dit betekent niet dat de motor uit de bouwdoos de
volledige 930 mA nodig heeft om te kunnen draaien.
Dit gaan we weer proefondervindelijk controleren aan de hand van het
volgende bouwmodel.
Bouw:
Bouw het voertuig. (bouwhandleiding Oeco tech
op de website www.proweto.be).
Sluit de zonnecellen achtereenvolgens in serie en
dan in parallel aan. Het aansluiten van de
zonnecellen op de motor gebeurt zoals
hierboven voorgesteld was.
Laat je voertuig controleren door de leerkracht.
Hij evalueert dan bij punt  op het evaluatieblad.
 Vul in/Testen:
Welke lichtsterkte is nodig om het voertuig te kunnen laten rijden?
Meetwaarden en conclusies bij de meetwaarden invullen onder punt 
Gemeten lichtsterkte in Lux
Rijden voertuig met serie
geschakelde zonnecellen
Rijden voertuig met parallel
geschakelde zonnecellen
Wanneer is minder licht nodig – wanneer de zonne-energiemodules in serie of
wanneer de deze parallel zijn geschakeld?
…………………………………………………………………..
-14-
Test of het voertuig sneller rijdt, wanneer de zonne-energiemodules in serie of
wanneer
de deze parallel zijn geschakeld. Doe deze test natuurlijk met een lichtbron
met eenzelfde lichtsterkte.
Wanneer rijdt het voertuig het snelste – met de zonnecellen in serie of parallel
geschakeld?
……………………………………………………………………
UITBREIDINGSOEFENING:
Voor leerlingen die veel voor zitten op
schema, is er nog de mogelijkheid om de
zaag te bouwen. Anders ga je verder naar
het volgende thema (anti parallel
schakelen van zonnecellen)
Bouw:
Bouw de zaag. (bouwhandleiding Oeco tech op de website
www.proweto.be).
Laat je zaag controleren door de leerkracht.
Hij evalueert dan bij punt  op het evaluatieblad.
Experimenteer ook met dit model met de verschillen tussen parallel en in serie
geschakelde
zonnecellen.
Waar liggen bij dezelfde lichtsterkte de voor- en nadelen van beide
schakelingen? Antwoorden onder punt 
Parallel:
…………………………………..
Serie:
…………………………………..
-15-
Anti-parallel schakelen van zonnecellen
Wat is anti-parallelschakelen?
Heel eenvoudig, er worden 2
zonnecellen op een zodanige wijze
geschakeld dat de pluspool van de ene
zonnecel wordt verbonden met de
minpool van de andere zonnecel. Wat
je hiermee kan doen, wordt duidelijk met de volgende modellen:
Bouw: Bouw de spoorboom (bouwhandleiding Oeco tech op de website
www.proweto.be).
Laat je spoorboom controleren door de leerkracht.
Hij evalueert dan bij punt  op het evaluatieblad.
Bij dit model moet een spoorboom met behulp van zonne-energie geopend
en gesloten worden. Het truckje daarbij is dat de motor niet beweegt,
wanneer beide zonne-energiemodules gelijktijdig helder worden verlicht.
Wanneer nu één module wordt afgedekt gaat de motor in de ene richting
draaien en sluit de spoorboom. Wanneer de andere module wordt
verduisterd, gaat de spoorboom weer open doordat de motor in de andere
richting gaat draaien. Op deze manier kun je met deze schakeling een motor
van draairichting (poolomkeerschakeling) laten veranderen.
Testen:
Test dit uit.
Werking:
Wanneer beide modules even sterk worden verlicht, heffen de gegenereerde
spanning elkaar op en blijft de motor stilstaan. Wanneer één module wordt
afgedekt, zorgt de spanning van de verlichte module ervoor dat de motor
gaat draaien. Deze draait en sluit of opent daarmee de spoorboom.
-16-
 Teken:
Doe dit bij punt 
Probeer aan de hand van onderstaande tekening voor jezelf duidelijk te
maken hoe de omkering van de draairichting van de motor bij dit model tot
stand komt, als je de ene of de andere cel verduistert.
Ga ervan uit dat de rechterdraad de pluspool van de cel is. Indien je weet dat de
stroom van de plus-pool naar de min-pool
vloeit, kan je de richting hoe de stroom
vloeit aanduiden.
Conclusie:
Wat doet de stroomzin bij het afwisselend
afplakken van één zonnecel?
…………………………………….
Wat doet dan de draaizin van de motor?
……………………………………..
Om deze schakeltechniek nog te verduidelijken,
ga je een model opbouwen dat momenteel ook
toegepast wordt bij het opstellen van
zonnepanelen op een tracker.
Deze tracker is een geautomatiseerde paal die
ervoor zorgt dat de zonnecellen altijd optimaal
naar de zon gericht blijven. ’s Morgens zijn de
panelen gericht naar het Oosten waar de zon
opkomt, ’s midddags staan ze naar het Zuiden
gericht en ’s avonds eindigen de panelen naar het
Westen. Hierdoor verhoogt het rendement van de
zonnecellen omdat ze gedurende de hele dag optimale lichtinval hebben.
-17-
Voer uit op PC :

Zoek op Internet via Google een foto van een “zonnecellen tracker” en
voeg deze in bij punt  op je voorbereindinsgblad.
UITBREIDINGSOEFENING:
Voor leerlingen die veel voor zitten op schema, is er nog de mogelijkheid om
het zonvolgsysteem te bouwen. Anders ben je klaar met dit hoofdstuk.
Bouw: Bouw de zonvolgsysteem
(bouwhandleiding Oeco tech op de website
www.proweto.be).
Laat je spoorboom controleren door de
leerkracht.
Hij evalueert dan bij punt  op het
evaluatieblad.
 Let op:
Let bij het bouwen van dit model op de aansluitingen van de kabels, omdat
het model anders mogelijk van de zon wegdraait in plaats van er naartoe.
Hoe werkt dit principe?
Als het punt in de richting van de zon wijst, worden allebei de cellen in
dezelfde mate belicht en draait de motor niet. Als de zon verder trekt, wordt
één van de cellen sterker belicht. De motor begint te draaien, net zo lang tot
de 2 cellen weer in dezelfde mate worden belicht.
Op de volgende website kan je nog wat meer informatie vinden over zonneenergie.
http://www.energie-zuinig.be
Voer uit op PC :

Sla een laatste maal op Z:\je eigen map\Oeco Tech
\EvaluatiebladH4.doc
Voer uit op PC :

Print je document Z:\je eigen map\Oeco Tech \EvaluatiebladH4.doc
af en overhandig het aan je leerkracht.
Je mag nu verder gaan naar hoofdstuk 5, vraag dit aan je leerkracht.
-18-