Meten aan zonne-energie - CMA

Meten aan zonne-energie
Met de ULAB en twee spanningssensoren worden de stroom en de spanning
gemeten afkomstig van een zonnepaneel. De elektrische energie is hier gebruikt
voor de elektrolyse van verdund zwavelzuur in het toestel van Hoffman.
Zonne-energie als duurzame energiebron wordt langzaam een reële mogelijkheid, dikwijls gekoppeld aan een
economie waarin waterstof (als gas of
gebonden als methanol) een belangrijke rol speelt.
De productie van waterstof is in principe eenvoudig. De elektrische energie van een zonnepaneel wordt omgezet in chemische energie tijdens de
ontleding van water in waterstof en
zuurstof. Aan dit proces kunnen met
Coach 5 eenvoudig de stroom en de
spanning worden gemeten. Liefst op
een plek waar regelmatig de volle
zon komt en dat is meestal niet in de
buurt van een computer. Voor een
meting aan een zonnepaneel over
meerdere uren is daarom de ULAB
zeer geschikt. Voor de proefopstelling kan een rustige zonnige plek
worden gekozen. Voor meerdaagse
metingen moet er wel een stopcontact
in de buurt zijn (de accu van de
ULAB houdt het max. 10 uur uit, afhankelijk van de gebruikte sensoren).
In een eerste test is een zonnepaneel
aangesloten op het toestel van Hoffman gevuld met 0,1 M zwavelzuur.
Het paneel (330x293 mm, 16,8 V
0,300 A, voor € 84 verkrijgbaar bij
Conrad) is plat in de vensterbank gelegd bij een bewolkte lucht waar zo
nu en dan de zon doorbrak. De spanning over het zonnepaneel is gemeten
met de differentiële spanningssensor
(-10 … +10V, art. nr. 0210i). Bij direct zonlicht raakt de spanning van
het paneel al gauw buiten het bereik
van de sensor. Daarom is een spanningsdeler in de opstelling opgenomen (zie figuur). De stroom is bepaald door de spanning te meten over
een weerstand van 15 ohm in serie
met het toestel van Hoffman met de
differentiële spanningssensor 0212i
(-500 mV ..+500 mV, art. nr).
Uit de grafieken kan in Coach met
behulp van Analyse > Oppervlakte de
totale lading worden bepaald die door
het toestel van Hoffman is gegaan.
Ook kan uit de metingen een grafiek
van het geleverde vermogen worden
berekend. Het oppervlak onder deze
grafiek is de energie die door het pa-
CMA Signaal26 Digitaal mei 2004
1
Het oppervlak onder de grafiek is meteen de lading door het toestel van
Hoffman in het gemarkeerde tijdinterval, mits de tijd in s en I in A.
neel is geleverd. De lading en de
energie kunnen worden vergeleken
met de hoeveelheid waterstofgas die
is gevormd.
Bij een eerste poging is in circa 3 uur
13 mL waterstofgas geproduceerd,
onder omstandigheden waarbij
1,0 mmol H2(g) overeenkomt met
24 mL. Er is dan 13/24 mmol = 0,54
mmol H2 gevormd. Daarvoor moet
1,1 mmol “elektronen” zijn aangevoerd. Dit komt overeen met
1,1 mmol * 96,5 C/mmol = 1,1 102 C,
overeenkomstig met de meting. Als
tot. oppervlak onder de grafiek levert
Analyse>Oppervlakte op 111,46 A.s.
Het verschil tussen de benodigde ontledingsenergie van 0,54 mmol water
(0,16 kJ) en de geleverde elektrische
energie van het paneel (1,1 kJ) is nog
groot. Aan de efficiëntie valt dus nog
het nodige te verbeteren.
2
Het verbeteren van de energie-opslag
kan tot allerlei projecten worden uitgebreid, die zowel aspecten van de
vakken scheikunde, natuurkunde als
techniek bevatten. Denk bijv. aan onderzoekjes naar het verhogen de waterstofproductie per geleverde kilojoule of het ontwerpen van een ander
systeem om de energie van het paneel
op te slaan (een accu ontwerpen).
Let bij de uitvoering van een ontwerp
goed op veiligheidsaspecten. Werk
bijvoorbeeld niet met een mengsel
van waterstof en zuurstof of een gesloten elektrolyse-opstelling.
Sla geen grote hoeveelheden waterstof op.
Cees van Bart
<[email protected]>.
Cees is leraar scheikunde op het Pieter
Nieuwland (Amsterdam) en werkt bij het
AMSTEL aan ICT-toepassingen bij
scheikunde en techniek.
CMA Signaal26 Digitaal mei 2004