Studenten werktuigbouwkunde uit Eindhoven wonnen met hun zelfgebouwde gezinswagen op zonne-energie de World Solar Challenge, een race van 3000 km voor zonne-auto's in Australië. Studenten uit Delft waren hun al een paar keer voorgegaan en studenten uit Twente behaalden vorig jaar de derde plaats, weliswaar in een andere categorie. Maar wat de prestatie van die studenten uit Eindhoven zo bijzonder maakt, is dat hun auto een gezinswagen voor vier personen is, die bovendien een kentekenregistratie hier in Nederland heeft. Hij mag dus gewoon op de weg rijden.
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.
`Een zonnige carrièrestart' kopt de Gelderlander van 5 oktober 2013. De werktuigbouwkundestudenten hebben ernaar gestreefd een energiepositieve wagen te ontwerpen, een auto die geen energie verbruikt, maar energie oplevert. Citaat uit de Gelderlander:
Uit CBS-cijfers over 2012 blijkt dat een Nederlander per dag gemiddeld 37 kilometer met de auto rijdt. Met een zonnepaneel op het dak is de opbrengst in tien van de twaalf maanden fors meer dan de kosten van die 37 kilometer. Alleen in december en januari kom je net iets te kort.
Bron: De Gelderlander, 5 oktober 2013
Klopt dat citaat wel? We gaan het eens onderzoeken.
Opgaven:
a) Zoek op internet op hoeveel energie zonnepanelen op een Nederlands dak per m2 per jaar kunnen leveren.
b) Maak een schatting van het oppervlak van het autodak dat je zou kunnen benutten voor zonne-energie.
c) Hoeveel energie levert dat op per jaar?
d) Hoeveel is dat gemiddeld per dag? Reken je uitkomst om naar joules.
e) Stel dat je heel zuinig rijdt met je auto en voor die 37 km maar 2 L benzine verbruikt. Zoek met behulp van BINAS op hoeveel energie dat kost in joules.
Als je goed gerekend hebt, blijken de zonnepanelen lang niet genoeg op te leveren om een gemiddeld zuinige benzine-auto 37 km voort te bewegen. Toch durven de bouwers van de zonne-auto te beweren dat hun auto in tien van de twaalf maanden meer energie oplevert dan hij verbruikt.
f) Zoek argumenten waarom hun bewering toch kan kloppen. Gebruik eventueel internet.
Uitwerking vraag (a)
Zie bijvoorbeeld Energieleveranciers.nl: 80 kWh per jaar per m2.
Uitwerking vraag (b)
Ongeveer 4 m2.
Uitwerking vraag (c)
4 x 80 kWh = 320 kWh
Uitwerking vraag (d)
Per dag is dat 320/365 = 0,877 kWh = 0,877 * 3,6 * 106 J = 3,2 * 106 J.
Uitwerking vraag (e)
Uit BINAS: stookwaarde van benzine is 33 * 109 J/m3 . Dus voor 2 L (= 2 * 10-3 m3) betekent dat 2 * 33 * 106 J = 66 * 106 J.
Uitwerking vraag (f)
De zonne-auto is superlicht en heeft een extreem goede aerodynamische vorm. Het oppervlak voor zonnepanelen is ook groter, ongeveer 8 m2. Het belangrijkste is dat de elektromotoren van de zonne-auto een veel hoger rendement hebben (tot 95%) dan het rendement van een benzinemotor (25%). De zonnepanelen die gebruikt worden leveren een vermogen dat een stuk hoger ligt dan de zonnepanelen die je koopt voor op je dak: 27% tegenover 15%. Als je dit alles bij elkaar neemt, dan kan het goed zijn dat je ongeveer evenveel afstand per dag kunt afleggen, nl. 37 km, of zelfs iets meer. Of dat je energie overhoudt die je in huis kunt gebruiken.
Opmerking (voor de docent)
Zeker het laatste onderdeel van deze opgave kan goed in groepjes gemaakt en bediscussieerd worden: wat vinden leerlingen? Hoe vergelijken ze energieverbruik door apparaten? Hoe zijn ze in staat internet handig te gebruiken (goede zoektermen)?
Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.
