Lees onderstaand artikel:
Begin april werd in Payerne, Zwitserland de tweede Solar Impulse onthuld. In 2015 moet dit vliegtuig enkel op zonne-energie een vlucht rond de aarde maken.
De energie wordt opgewekt door op het vliegtuig aangebrachte zonnecellen met een oppervlak van 269,5 m2 en een rendement van 23 %. De energie wordt opgeslagen in accu’s met een energiedichtheid van 260 Wh/kg. De totale massa van de accu’s bedraagt 663 kg. De massa van het vliegtuig bedraagt 2,3 ton. Overdag klimt het vliegtuig naar 8500 m waar het zijn maximale snelheid kan halen en zonne-energie kan opslaan voor de nacht. Als de schemering invalt daalt het tot 1500 m waar de snelheid daalt en het gemakkelijk is om te blijven zweven. De Solar Impulse 2 wordt aangedreven door vier elektromotoren met elk een vermogen van 13,5 kW. Het totale rendement bedraagt 94 %. De snelheid van het vliegtuig ;loopt van minimaal 36 km/h tot 90 km/h op zeeniveau en van 57 km/h tot 140 km/h op maximale hoogte.
Bovenstaande tekst is een bewerking van een artikel in het tijdschrift Elektronica 6/7-2014.
a) Waarom is het gunstig om op grote hoogte te vliegen?
b) Hoeveel kWh elektrische energie kunnen de accu’s maximaal bevatten?
c) Hoe lang kan het vliegtuig op vol vermogen maximaal op alleen de accu’s vliegen?
d) Waarom is het niet verstandig dat te doen?
e) Bereken de benodigde voortstuwingskracht met de volgende gegevens:
- het vliegtuig vliegt op vol vermogen;
- de snelheid bedraagt 25 m/s.
Neem aan dat het vliegtuig op 8500 m vliegt en dat het vermogen van de zonnestraling op die hoogte 700 W/m2 bedraagt.
f) Is het geleverde vermogen van de zonnecellen voldoende om de motoren aan te drijven?
Uitwerking vraag (a)
1 Op grote hoogte is de luchtweerstand kleiner. Het vliegtuig kan bij hetzelfde motorvermogen een grotere snelheid bereiken.
2 Op grotere hoogte is de ‘zonkracht’groter.
Uitwerking vraag (b)
663 x 0,260 = 172 kWh.
Uitwerking vraag (c)
Vol vermogen: 4 x 13,5 kW = 54 kW. Aantal uur = 172 / 54 = 3,2 uur.
Uitwerking vraag (d)
Met name ’s nachts wordt er geen energie aangevuld.
Uitwerking vraag (e)
Vermogen p = F x v; F = p / v;
effectief vermogen = 0,94 x 54 = 50,1 kW.
F = 50,1 x 103 / 25 = 2,0 kN.
Uitwerking vraag (f)
Totaal opgevangen vermogen = 269,5 x 700 = 188,65 kW. Rendement is 23 % dus effectief opgevangen vermogen = 43 kW. Nodig 4 x 13,5 kW = 54 kW. Dit is aan de lage kant.
