Horizon Wind Energy

• Techniek
• Middelbare school
• vmbo
• Leerjaar 1-3

Windenergie 

Waterstof energie geproduceerd door windenergie / windmolen 

Door de stijgende prijzen en het tekort aan fossiele brandstoffen worden alternatieve energiebronnen belangrijker dan ooit. Door met een windmolen energie op te wekken en vervolgens elektriciteit of waterstof mee te kunnen produceren.  Wat voor invloed heeft de wind op de windmolen en zijn type bladen(wieken). De brandstofcel wordt daarom steeds meer een focus. Voor iedereen die dat wil, als je wilt weten hoe het werkt is de brandstofcel precies wat je zoekt: Vervolgens gaan we onderzoeken hoe we de nieuwe energie kunnen gebruiken doormiddel van omzetten van waterstof naar elektriciteit.

Inleiding

Tijdens deze les ga je het volgde leren:

• Bouwen van een windmolen
• Invloed van de mestypes (bladen, wieken)
• Energie opwekken met windenergie
• Waterstof productie
• Omzetten van waterstof naar elektriciteit
• Metingen uitvoeren

Doelstelingen

Wat weet je al over het maken van waterstof d.m.v. windenergie?

Aan deze competenties ga je werken:

• K 2.9 Hoe zet je materialen en middelen in

• K 2.11 Onderzoeken 

• K 2.16 Instructies en procedures opvolgen 

 

Competenties

Een windmolen is een apparaat dat energie uit de wind haalt. Als het waait, draait de grote wieken—ook wel bladen genoemd—rond. Deze draaiende beweging gaat via een as naar een generator. De generator maakt er elektrische energie van. Zo kun je met windmolens huizen, scholen en zelfs hele dorpen van stroom voorzien, zonder dat er vieze stoffen vrijkomen. Daarom is windenergie een schone en duurzame manier om energie op te wekken.

 

Energie opwekken met een windmolen

Voor windmolens zijn er verschillende soorten bladen gemaakt. Onderzoekers willen ontdekken welke bladen het beste werken. Ze kijken bijvoorbeeld naar:

1 Vorm van het blad

Sommige bladen zijn breder, andere smaller. Een ander blad kan juist meer gebogen zijn. Dit kan invloed hebben op hoe snel de molen draait.

2 Materiaal

Bladen kunnen gemaakt zijn van hout, kunststof of speciale lichtgewicht materialen. Lichtere bladen draaien sneller, maar moeten wel sterk genoeg zijn.

3 Lengte van het blad

Lange bladen vangen meer wind, maar zijn ook zwaarder. Korte bladen draaien makkelijker, maar leveren soms minder energie.

Tijdens het onderzoek meten ze hoeveel energie de windmolen met elk type blad opwekt. Zo kunnen ze bepalen welk blad het meest efficiënt is. Hoe efficiënter het blad, hoe meer duurzame energie we kunnen maken.

Onderzoek type bladen voor een windmolen

Plaats de rotorbasis (8) op het vlakke oppervlak van een tafel. Installeer 3 stuks van hetzelfde type bladmessen (12) (gemarkeerd met A) gelijkmatig op de rotorbasis. Let erop dat de klikverbinding in de rotorbasis moet worden gedrukt. Plaats de meshouder (10) bovenop de geïnstalleerde messen. Let op de richting van de meshouder. Schroef de mesmontagevergrendeling (11) op de bovenkant van de mesconstructie.

Opdracht 1.1 Monteren van de Wieken / messen bladen

Duw de rotoras naar de rotorbasis om ervoor te zorgen dat het hoofdgedeelte en de rotorkop goed zijn aangesloten. Zorg ervoor dat u de meseenheid helemaal op de as drukt. Controleer of de bladeenheid stevig op de as van de turbine is aangesloten. Als de rotor niet correct is geïnstalleerd, kan het zijn dat de rotor de rotoras niet effectief draait en geen elektriciteit opwekt

Opdracht 1.2  Rotorkop op 

turbine monteren

Draai de voet van de windmolen om en schroef de drie schroefjes los.

• Steek de draden en de buis in het gat op de voet.
• Monteer de rode draad op de rode aansluiting. 
• Monteer de zwarte draad op de zwarte aansluiting.
• Zet de windturbine op de buis.
• Zet met 2 kleine schroefjes de buis en turbine vast.

LAAT DE SCHROEFJES NIET VALLEN!!

Opdracht 1.3  Stroomdraden aansluiten

Stel de mesbladen in zodat ze op stand 3 staan ingesteld. De hoek van de mesbladen heeft invloed op de opbrengst van stroom, dit bepaald de snelheid van ronddraaien van de rotorkop.

Opdracht 1.4  Hoek instelling van de wieken / mesbladen

Opdracht 2 Ledmoduul

Sluit de led moduul en multimeter aan. Gebruik hiervoor ook de twee draadje met 

knijpertjes. Zet de windmolen 12cm van de ventilator af (kunstmatige wind) en zet deze aan

op stand 3, zet de multimeter op 9V.

Zie afbeelding.

 

Als goed is zie je de lesmodule gaan knipperen en de multimeter geeft een aantal volt aan.

Hoeveel volt word er met het type blad A opgewekt?

Opdracht 3 Wieke/mestype blad B

Herhaal de opdracht 1.1 om mestype B te kunnen monteren.

Sluit de led moduul en multimeter aan. Gebruik hiervoor ook de twee draadje met

knijpertjes. Zet de windmolen 12cm van de ventilator af (kunstmatige wind) en zet deze aan

op stand 3, zet de multimeter op 9V.

Zie afbeelding.

Als goed is zie je de lesmodule gaan knipperen en de multimeter geeft een aantal volt aan.

Hoeveel volt word er met het type blad B opgewekt?

Opdracht 4 Wieke/mestype blad C

Herhaal de opdracht 1.1 om mestype C te kunnen monteren.

Sluit de led moduul en multimeter aan. Gebruik hiervoor ook de twee draadje met

knijpertjes. Zet de windmolen 12cm van de ventilator af (kunstmatige wind) en zet deze aan

op stand 3, zet de multimeter op 9V.

Zie afbeelding.

Als goed is zie je de lesmodule gaan knipperen en de multimeter geeft een aantal volt aan.

Hoeveel volt word er met het type blad C opgewekt?

Opdracht 5 Wieke/mestype blad B+C

Herhaal de opdracht 1.1 om mestype B+C te kunnen monteren. type om en om.

Sluit de led moduul en multimeter aan. Gebruik hiervoor ook de twee draadje met

knijpertjes. Zet de windmolen 12cm van de ventilator af (kunstmatige wind) en zet deze aan

op stand 3, zet de multimeter op 9V.

Zie afbeelding.

Als goed is zie je de lesmodule gaan knipperen en de multimeter geeft een aantal volt aan.

Hoeveel volt word er met het type blad B+C opgewekt?

Welk conclusie kan je trekken uit de verschillende opstellingen met mestypen A, B, C en B+C?

Opdracht 6 Elektrolyzemodule door wind energie

Stap 1: Aansluiten

• Sluit de rode kabel op de rode aansluiting aan.
• Sluit de zwarte kabel op de zwarte aansluiting aan.
• Doe dit bij zowel de windturbine als de omkeerbare brandstofcel.

Stap 2: Turbine voorbereiden

• Gebruik de WindPitch-turbine.
• Plaats de turbinehub met de 3 C-bladen (dit zijn de speciale bladen uit de set).

Opdracht 6 Elektrolyse door wind energie

Stap 3: Bladhoek instellen

• Zet de bladhoek op 6 graden( 3e stand).

Stap 4: Spanning controleren

• De windturbine moet minstens 2,5 volt opwekken.
• Nog geen 2,5 volt? Zet de windturbine dichter bij de ventilator.
• Let op: bij hoge windsnelheden kan de turbine gevoelig reageren.

Opdracht 6 Elektrolyse door wind energie

Stap 5: Elektrolyseur plaatsen:

• Zet de elektrolyseur rechtop in de sleuf van de basis.
• Knip 2 slangetjes van 4 cm.
• Steek een zwarte plug in één slangetje en sluit dit aan op de zwarte (waterstof) aansluiting.
• Sluit het andere slangetje aan op de bovenste zuurstofaansluiting.

Opdracht 6 Elektrolyse door wind energie

Stap 6: Elektrolyseur vullen:

• Vul een spuit met gedestilleerd water.
• Sluit de spuit aan op de rode zuurstofkant, op de slang zonder plug.
• Vul tot er water uit het slangetje komt.
• Plaats een rode plug op dat slangetje.
• Wacht 3 minuten

Opdracht 6 Elektrolyse door wind energie

Stap 7: Cilinders klaarzetten:

• Druk de ronde cilinders in de sleuven en draai ze vast.
• Vul ze met water tot de “0”-lijn.

Stap 8: Slang van 20 cm maken

• Knip een slang van 20 cm.
• Steek de slang door het witte draadklemmetje.
• Zorg dat het klemmetje 4 cm van het uiteinde zit.

Opdracht 6 Elektrolyse door wind energie

Stap 9: Binnencontainers plaatsen

• Plaats de binnencontainers in de grote cilinders.
• Zorg dat de openingen niet worden geblokkeerd.
• Controleer of het water nog steeds op de “0”-lijn staat. Zo niet, haal water weg met de spuit.
• Sluit de slangen aan op de bovenste aansluitingen van de binnencontainers.
• Als je de slang als laatste aansluit, komt er geen lucht in de containers.

Opdracht 6 Elektrolyse door wind energie

Stap 10: Slangen aansluiten

• Sluit het andere uiteinde van de 20 cm slang aan op de onderste zwarte aansluiting (waterstofkant) van de elektrolyseur.
• Sluit daarna het andere uiteinde van de andere slang aan op de onderste rode aansluiting (zuurstofkant).

Opdracht 6 Elektrolyse door wind energie

Stap 11: Waterstof maken

• Zet de tafelventilator op hoge stand.
• Laat de windturbine en ventilator ongeveer 10 minuten draaien.
• De brandstofcel maakt dan waterstofgas en zuurstofgas.
• Deze gassen worden opgeslagen in de water-/gastanks.

Klaar!

• Je hebt nu zelf waterstof gemaakt met een windturbine en een brandstofcel.

Opdracht 7 Elektrolyse met batterijpakket

Omdat waterstof maken via een windmolen lang kan duren gaan we nu onderzoeken

of dit met een batterijpakket sneller gaat. 

• Koppel de rode en zwarte draden van de windmolen los van de elektrolyse.
• Controleer of het batterijpakket of uit staat.
• Sluit de zwarte draad aan op de zwarte aansluiting van de elektrolyse.
• Sluit de rode draad aan op de rode aansluiting van de elektrolyse.
• Zet het batterijpakket aan en kijk of er nu sneller waterstof word geproduceerd.

Opdracht 8 Pem-brandstofcel met powerled

We gaan nu de geproduceerde waterstof om zetten via de pem-brandstofcel in

elektriciteit en laten dan de powerled branden.

1. Zet de brandstofcel op de basis.
2. Rode aansluiting → rode aansluiting op de basis
3. Pak een buis van 2 cm.
4. Zet aan het ene uiteinde de groene ontluchtingsklep
5. Zet het andere uiteinde op het bovenste mondstuk van de brandstofcel (waterstofkant)

Opdracht 8 Pem-brandstofcel met powerled

1. Klem de buis vast die van de elektrolyseur en de waterstofcilinder komt. Zo kan er            geen waterstof ontsnappen.
2. Haal de buis los van de elektrolyseur. Sluit de buis aan op het onderste mondstuk van de  brandstofcel.
3. Sluit de brandstofcel aan op de basis met de draden. Rode draad → rode aansluiting Zwarte  draad → zwarte aansluiting
4. Sluit de LED-module op dezelfde manier aan

Kijk of de LED-lampjes knipperen.

Gaan ze niet knipperen? Laat een klein beetje gas uit 

de klep zodat er gas in de brandstofcel kan komen

Opdracht 8 Pem-brandstofcel met Ventilator

We gaan nu de geproduceerde waterstof om zetten via de brandstofcel in elektriciteit en 

laten dan de ventilator draaien.

Herhaal de stappen voor waterstofproductie en brandstofcelvoorbereiding. Sluit vervolgens de kleine ventilator aan op de brandstofcelbasis om stroom naar de motor te genereren. Zie hiervoor welke stappen je moet nemen om dit goed aan te kunnen sluiten.

Opdracht 8 Pem-brandstofcel met autowiel

We gaan nu de geproduceerde waterstof om zetten via de brandstofcel in elektriciteit en 

laten dan een autowiel draaien.

Herhaal de stappen voor waterstofproductie en brandstofcelvoorbereiding. Sluit vervolgens de kleine wielmotorbasis aan op de brandstofcelbasis om stroom naar de motor te genereren. Zie hiervoor welke stappen je moet nemen om dit goed aan te kunnen sluiten.

Zelfbeoordeling van de competenties:
K.2.9 Materialen en middelen inzetten
Hoe zet je materialen en middelen in
Waaom heb je deze materialen gebruikt/
op welke veiligheids punten met je letten bij deze materialen en middelen

Zelfbeoordeling van de competenties:
K.2.11 Onderzoeken
Welke verschillende onderzoeken heb jij uitgevoerd?
Welke verschillen heb je waargenomen?

Zelfbeoordeling van de competenties: K.2.16:
* Uitvoeren van de werkzaamheden vo;gens opdracht
* Werken volgens voorschriften

Zoek via ChatGPY / Copilot naar beroepen die met windenergie en opwekken van elektriciteit te maken kunnen hebben.

LOB

Welke beroepen heb je allemaal kunnen vinden?

Sleep de afbeelding naar de juiste naam je houd vier woorden over

Sleep opdracht 1

PHV cel

Waterstofcilinders

Brandstofcel

Battery pakket

Rotorkop

Ventilator

Multimeter

Windmolen generator

Stroommeter

Stroom aansluiting 230V

Hulzen

Klem

Windmolen

A
B	Batterijpakket Een accupack is een samenstelling van meerdere oplaadbare batterijen.
	Brandstofcel Een brandstofcel is een manier om energie die is opgeslagen in (bijvoorbeeld) waterstof om te zetten in elektriciteit.
C
D
E	Electrolyzemodule Elektrolyse is het chemische proces waarbij elektrische energie wordt gebruikt om watermoleculen (H2O) te splitsen in waterstof (H2) en zuurstof (O2)
	Elektrolyseur Het chemische proces waarbij elektrische energie wordt gebruikt om watermoleculen (H2O) te splitsen in waterstof (H2) en zuurstof (O2).

Begrippenlijst

F	Fossielebrandstof Fossiele brandstoffen zijn in het geologische verleden van de aarde ontstaan uit resten van planten en dieren. Aardolie, aardgas, steenkool en bruinkool zijn voorbeelden van fossiele brandstoffen.
G	Generator Een generator is een machine die mechanische energie, binnenkomend via een draaiende as, omzet in elektrische energie.
H
I
J
K	Kunstmatige wind Kunstmatige wind is een luchtstroom gemaakt door een ventilator.
L	Ledmodule Een LED module is een elektronisch apparaat dat bestaat uit meerdere Light Emitting Diodes (LED's) die op een printplaat zijn gemonteerd.
M	Mesbladen De bladen van een windturbine hebben een vleugelprofiel, waardoor ze de windenergie efficiënter kunnen omzetten in een roterende beweging, die door de turbine omgezet kan worden in elektrische energie. Ze zijn gemaakt van aluminium of een composiet met daarin plastic en aluminium of polyester en polyurethaan.
	Multimeter Een multimeter of universeelmeter is een elektrisch meetinstrument waar een aantal grootheden mee gemeten kunnen worden zoals spanning, stroomsterkte (of kortheidshalve stroom) en weerstand.

N
O
P
Q
R	Rotoras Rotoras en een draaiend anker in een elektromotor.
	Rotorkop Een rotorkop is de uiteinde van de rotoras afgewerkt met een ronde kop voor bescherming en luchtstroom.
S

T	Turbine Een windturbine is een turbine die de energie van de wind omzet in elektriciteit door middel van een generator
U
V	Ventilator Een ventilator is een turbomachine die ervoor zorgt dat lucht of een gas in beweging wordt gebracht.
W	Waterstof Waterstof is een chemisch element met symbool H (Hydrogenium). Waterstof kan als alternatieve brandstof in voertuigen worden toegepast. Een waterstofauto is een elektrisch voertuig dat waterstof gebruikt als energiedrager in plaats van een batterij.
	Wieken Wieken zijn het deel van een windturbine die de wind vangen en doorgeven aan de as.
	Windmolen Windmolens zijn molens die de bewegingsenergie van de lucht (wind) omzetten in rotatie-energie van de wieken, die dan nuttig kan worden gebruikt, bijvoorbeeld voor het opwekken van elektriciteit (windturbine)
X
Y
Z

Windenergie

Controleer of je alle vragen en opdrachten heb gemaakt van Waterstof energie geproduceerd door windenergie