De auto op zonne-energie

In dit onderzoek hebben Ad en Marco het totale rendement bepaald van een lego-auto,die wordt aangedreven op zonne-energie. Dit is gebeurt m.b.v. een zonnecel, die beschenen wordt door een halogeenlamp. Het rendement van de halogeenlamp is bekend uit een eerdere EXO (11.96%); het rendement van de zonnecel en de motor van de auto hebben Ad en Marco zelf bepaald. Voor het experiment is onderstaande opstelling gebruikt.

1. Computer met IPCoach
2. Snelheidssensor (ultrasone geluissensor)
3. Lego-auto met motor
4. Extra lange verbindingskabel
5. Zonnecel
6. Zelfgemaakte kap, aan de binnenkant bedekt met aluminiumfolie, die het licht van de halogeenlamp op de zonnecel richt
7. Halogeenlamp
8. Ampèremeter
9. Voltmeter
10. Verbindingskabels
11. Schaarliftje die onder de zonnecel geplaatst is om de beste invalshoek te krijgen
12. Tafel

De geluidssensor is m.b.v. het computerprogramma kinegraaf (onderdeel van IPCoach) geijkt. De meting op de computer is gestart op het moment dat de lamp aan gaat. Ad en Marco hebben steeds de verbindingskabel van de auto vastgehouden, zodat het niet over de grond sleepte. Dit zou namelijk zorgen voor afbuiging van de rijrichting. Hierbij hebben ze erop gelet dat ze niet in het bereik van de sensor stonden.

$\eta \; =\; 1.54/59.8\; ´\; 100\%\; =\; 2.58\; \%.$

M.b.v. IPCoach is een (x,t)-grafiek van de beweging van de auto verkregen. Deze grafiek is tweemaal gedifferentieerd tot een (a,t)-grafiek. Uit deze twee grafieken kan de (F,x)-grafiek bepaald worden. De oppervlakte onder de (F,x)-grafiek is gelijk aan de arbeid: W = 1.0680 J. Om het vermogen van de motor te vinden wordt de arbeid gedeeld door de tijd. Uit de (x,t)-grafiek kan afgelezen worden dat $t=\; 3.4000\; s$. Dus $P\; =\; W/t\; =\; 0.31400\; W$. Het toegevoerd vermogen van de motor is gelijk aan het nuttig vermogen van de zonnecel. Het rendemnet van de auto is dus: $\eta \; =\; 0.31400/1.54\; ´\; 100\%\; =\; 20.4\%$. Het totale rendement van dit experiment is: $\eta \; =\; 0.31400/500\; ´\; 100\%\; =\; 0.0628\%$.

Uit dit onderzoek is duidelijk geworden dat het niet rendabel is om auto’s op zonne-energie te laten rijden. Energieverlies treedt op door o.a. wrijving van de auto en doordat de zonnecel opwarmt. In het algemeen heeft een zonnecel een rendement van ± 10% en een auto ± 30%. De door Ad en Marco gevonden waarden liggen een stuk lager. Dit kan liggen aan meetfouten en slechte omstandigheden. Maar zelfs met de theoretische waarden is het totale rendement nog steeds zeer laag.