Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.
Zonnepanelen, zonnecellen of PV-cellen (Photo Voltaic Cells) zetten zonlicht rechtstreeks om in elektriciteit. In het dagblad Trouw houdt Vincent Dekker een blog bij over de zonnepanelen, die hij vorig jaar op zijn dak heeft laten installeren, en over duurzame energie in het algemeen. Op 26 maart schreef hij over een heel bijzondere vorm van zonnepanelen, namelijk gewoon tussen de glasplaten bij dubbelglas ruiten. Kijk naar het plaatje van de firma die deze vorm van zonnepanelen levert.
Opgaven:
De zonnepanelen liggen horizontaal in stroken tussen de twee glasplaten in. In principe zou je de cellen schuin willen hebben.
a) Waarom is schuin een betere stand voor de zonnecellen?
b) Waarom liggen de zonnecellen toch horizontaal?
Er zitten ook nog halfdoorlatende spiegels tussen de glasplaten om nog meer licht op de cellen te concentreren.
Dekker schrijft verder: `De ramen leveren, in zonnige streken in de VS, zo'n 120 Wattpiek per vierkante meter. Per jaar moeten ze zo'n 100 kWh per vierkante meter produceren. Dat is niet slecht. Mijn panelen komen in hun eerste jaar vermoedelijk uit op zo'n 125 kWh per vierkante meter'.
c) Wat betekent Wattpiek, denk je? Zoek het evt. op.
De zonnepanelen van Vincent Dekker hebben een rendement ergens tussen 10 en 20% in. Laten we zeggen dat het rendement 15% is.
De zon schijnt met een maximaal vermogen van zo'n 1000 W per m2 oppervlak, als de zon loodrecht op dat oppervlak schijnt.
d) Hoeveel elektrisch vermogen levert 1 m2 zonnepaneel bij Vincent Dekker maximaal?
e) Bereken hoeveel uren de zon minstens op de panelen van Dekker moet hebben geschenen om 125 kWh per m2 op te leveren. Rond je uitkomst op een geheel getal af.
In werkelijkheid schijnt de zon veel meer uren per jaar.
f) Waarom leveren de zonnepanelen van Dekker toch niet meer op?
g) Hoe verklaar je dat 1 m2 zonnepaneel van Vincent Dekker meer oplevert dan 1 m2 raam met deze uitvinding erin?
Uitwerking vraag (a)
Dan valt het zonlicht er loodrecht op en leveren de cellen meer energie per cm2.
Uitwerking vraag (b)
Als de cellen schuin staan komt er niet genoeg licht binnen en kun je ook niet meer goed naar buiten kijken.
Uitwerking vraag (c)
Het maximale vermogen dat een zonnecel kan leveren, als de zon er loodrecht op schijnt.
Uitwerking vraag (d)
1 m2 paneel levert maximaal dus 15% van 1000 W op, dus 150 W als de zon er met een vermogen van 1000 W op schijnt.
Uitwerking vraag (e)
150 W gedurende 1 uur levert 0,15 kWh op. 125 kWh wordt dan geleverd in 125/0,15 = 833 uren.
Uitwerking vraag (f)
De zon schijnt niet altijd loodrecht op de panelen.
Uitwerking vraag (g)
Er zit veel minder dan 1 m2 zonnepaneel tussen 1 m2 raam.
Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.
