Met een zonnepaneel wordt schone elektrische energie geproduceerd. Vanwege de milieuvoordelen kun je bij de aanschaf van zonnepanelen soms geld terug krijgen van de overheid (subsidie). Zonnepanelen in Nederland werken gemiddeld over een jaar het beste als ze onder een hoek van 35 graden met de horizon worden opgesteld. Zie figuur 1.
In 2019 is het voorstel gedaan om in Nederland subsidie te geven als zonnepanelen rechtop worden geplaatst, onder een hoek van 90 graden. Zie figuur 2. Per jaar levert zo’n paneel minder elektrische energie op. Maar waarom dan deze subsidie?
In de zomer levert de zon in Nederland straling met een vermogen van 1,0 ∙ 103 W per m2 aardoppervlak. In de winter staat de zon midden op de dag veel lager aan de horizon dan in de zomer. Zie schematisch en op schaal in figuur 3.
a) Bepaal met behulp van figuur 3 hoeveel vermogen per m2 de straling van de zon in de winter levert.
Opmeten levert dat de straling van de zon in de winter op een vier keer zo lange oppervlakte valt. Bij dezelfde breedte van de bundel is het vermogen per m2 dan vier keer zo klein, dus 250 W per m2.
Door de lage stand van de zon levert de zon in de winter minder zonne-energie per vierkante meter.
b) Geef nog twee redenen waarom de zon in de winter gemiddeld minder zonne-energie per vierkante meter geeft.
- In de winter schijnt de zon minder uren per dag.
- In de winter is het veel vaker bewolkt.
- In de winter legt de bundel zonlicht door de schuine inval een langere weg door de dampkring af waardoor er meer straling geabsorbeerd wordt
In figuur 4 is op schaal weergegeven hoe een bepaalde bundel zonlicht in de winter en in de zomer op een gewoon zonnepaneel en zonnepaneel rechtop valt. Hoe hoger het vermogen per m2 zonnepaneel, hoe meer het zonnepaneel oplevert.
c) Voer de volgende opdrachten uit:
- Markeer het deel van de zonnepanelen dat door de bundel zonlicht wordt geraakt in de winter en de zomer.
- Leg met behulp van deze gemarkeerde delen uit dat het zonnepaneel rechtop in de winter meer oplevert dan het gewone paneel.
- Leg met behulp van de gemarkeerde delen uit dat het zonnepaneel rechtop over een heel jaar minder oplevert dan het gewone paneel.
- Zie onderstaande figuur:
- In de winter is het gemarkeerde deel op het zonnepaneel rechtop korter dan op het gewone paneel. Dezelfde hoeveelheid straling valt op een kleinere oppervlakte, het vermogen per m2 en dus het vermogen van het zonnepaneel is hoger.
- In de zomer is het gemarkeerde deel op het zonnepaneel rechtop veel langer dan op het gewone zonnepaneel. Het vermogen is dan dus veel lager dan van het gewone paneel. In de winter is het iets hoger, in de zomer veel lager. Netto levert het paneel rechtop per jaar minder op.
Het energiegebruik van een gemiddeld Nederlands gezin verschilt van maand tot maand. Zie figuur 5.
Zonne-energie is moeilijk op te slaan.
d) Voer de volgende opdrachten uit:
- Geef met behulp van figuur 5 aan in welk seizoen een Nederlands gezin de meeste energie gebruikt.
- Leg met behulp van figuren 4 en 5 uit waarom de Nederlandse regering subsidie wil geven op rechtop geplaatste zonnepanelen.
- Een Nederlands gezin gebruikt de meeste energie van december tot april, dus in de winter.
- Een zonnepaneel rechtop levert per jaar minder energie, maar levert wel de meeste energie op het moment dat er ook de meeste vraag is: in de winter.
