Varen op de zon, wat levert dat op?
1 / 26
Lesduur is: 50 minIntroductie
Deze les verkent de interessante wereld van zonne-energie, van zonnepanelen op daken tot innovatieve zonneboten. Leerlingen ontdekken wat rendement betekent en hoe je dit kunt berekenen. Ze onderzoeken ook hoe ze de efficiëntie van zonnepanelen kunnen verbeteren. Aan de hand van praktische voorbeelden en berekeningen wordt de natuurkunde achter duurzame energie inzichtelijk gemaakt.
Instructies
Voorkennis voor leerlingen
De les vereist dat leerlingen al bekend zijn met de begrippen van stroom(kring), spanning, vermogen en energie.
Voorbereiding voor de docent
- Neem de les vooraf een keer door.
- Benodigdheden klaarzetten: laptop, tablet of wisbordje voor de leerlingen en een rekenmachine voor elke leerling. Optioneel kan een prisma gebruikt worden ter illustratie.
Leerdoelen / vaardigheden
Na de les:
- weet een leerling wat het rendement is en hoe je het uitrekent.
- kan een leerling manieren benoemen om het rendement te verhogen.
- kent een leerling situaties waarin zonnepanelen ingezet worden.
Aansluiting curriculum
- Energieconcepten: Behandelt energie, vermogen en rendement.
- Energieomzetting: Focus op omzetting van zonne-energie.
- Formules: Gebruikt formules voor berekeningen.
- Technologische toepassing: Toepassing in zonnepanelen en zonneboten.
- Gebruik van Binas.
Onderdelen in deze les
Slide 1 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 2 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 3 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Waar zou je zonnepanelen voor kunnen gebruiken?
Slide 4 - Woordweb
Leerlingen kunnen nu op hun eigen device woorden invullen. Deze verschijnen dan op het scherm. Dit is een inleiding voor de volgende slide, waarin besproken wordt waarvoor je zonnepanelen kan gebruiken
Slide 5 - Tekstslide
De leerlingen hebben net een aantal situaties gegeven waar ze aan denken bij zonnepanelen, hier zullen ook wat toepassingen bij zitten. Benoem die hier. De zonneboot wordt op de volgende slide besproken.
Slide 6 - Tekstslide
Korte introductie van een zonneboot.
Op verschillende universiteiten wereldwijd wordt jaarlijks een zonneboot ontwikkeld; een boot die vaart op zonne-energie. Ze doen mee aan een competitie waarin ze strijden om de overwinning. Van de Nederlandse universiteiten doen er twee mee, de TU Delft en de Universiteit Twente. We gaan nu kijken naar een filmpje van Solar Boat Twente, het team uit Enschede.
Hierna komt een filmpje en zoomen we in op Solar Boat Twente
Slide 7 - Video
Deze slide heeft geen instructies
Slide 8 - Tekstslide
Solar Boat Twente ontwerpt en bouwt ieder jaar een nieuwe zonneboot
om een podiumplek te behalen in de Solar Sport One Competitie. De
boot gebruikt zonne-energie om met tot 50 km/h door het water te gaan.
Hiervoor is het belangrijk dat de zonnepanelen zoveel mogelijk energie
van de zon omzetten naar bruikbare elektrische energie. De elektrische energie wordt dan gebruikt om de
motoren aan te drijven.
Aan het eind van de les gaan we het rendement van de zonneboot berekenen!
Slide 9 - Tekstslide
Als je denkt dat de leerlingen bekend genoeg zijn met het begrip efficiënt, zou je dat hier kunnen gebruiken in de uitleg.
Om te bepalen hoe goed een zonnepaneel werkt, kijken we naar hoeveel energie er binnenkomt uit de zon bij de zonnepaneel en hoeveel er vervolgens wordt geleverd. De verhouding hiervan noemen rendement. Hoe hoger het
rendement, hoe beter de omzetting. Rendement zegt eigenlijk hoeveel procent van alle energie die je ergens instopt, wordt omgezet in bruikbare energie. Dit kun je uitrekenen met energie, maar ook met
vermogen.
Laat de leerlingen de formule opzoeken in hun binas alvorens het doorgaan naar de volgende slide
Slide 10 - Tekstslide
Hier zie je de formules. Je deelt de hoeveelheid energie of vermogen die er is gebruikt door de hoeveelheid energie of het vermogen die je er in hebt gestopt.
Soms wordt er gevraagd om een percentage, dan vermenigvuldig je met 100%. Je zult zien dat dit soms ook achterwege gelaten wordt.
Vraag
Er valt 250 Watt op een zonnepaneel, hij levert 30 Watt aan een lampje. Wat is het rendement?
A
0.12%
B
830%
C
12%
D
8.3%
Slide 11 - Quizvraag
Het antwoord:
30/250*100%=12%
Slide 12 - Tekstslide
De zon straalt energie in alle richtingen uit. Niet alles wat de zon
uitstraalt komt op een zonnepaneel terecht. Het deel wat op je
zonnepaneel komt, ligt aan de afstand tot de bron en de grootte van je
zonnepaneel. De intensiteit die op aarde terecht komt is gelijk aan
Pzon/(4*pi*r^2).
Vraag
We willen natuurlijk graag weten hoeveel energie er op een zonnepaneel valt. Hoe bereken je uit de zonne-intensiteit het vermogen dat op een zonnepaneel valt?
Slide 13 - Open vraag
Deze slide heeft geen instructies
Slide 14 - Tekstslide
Laat de leerlingen in groepjes van 2 a 3 samen nadenken over deze vraag. Geef ze ongeveer 7 minuten en werk dan samen de vraag uit. Geef aan dat de leerlingen gebruik mogen maken van de Binas.
Antwoord: Het oppervlak van de zonnepanelen is 0,58*6,5*1,6=6 m^2. De intensiteit van de zon op aarde is 1368 W/m^2. Het rendement is dan 1200/1368*6 *100%=14,6%
Vraag
Waarom is het rendement van een zonnepaneel geen 100%?
Slide 15 - Open vraag
Laat leerlingen hier even over nadenken en antwoord geven. In de volgende slide ga je op het antwoord van de vraag in
Slide 16 - Tekstslide
Hier kun je de prisma gebruiken om te illustreren dat licht uit alle kleuren van de regenboog bestaat (bij een prisma valt dit uit elkaar, omdat elke kleur ook net een andere breking heeft)
Laat de leerlingen eerst nadenken waarom de zonnepaneel geen 100% haalt en leg het daarna uit.
Het rendement van een zonnepaneel wordt beperkt door het licht dat er op valt. Zonlicht bevat alle kleuren , denk maar aan de regenboog. Maar bij de meeste zonnepanelen wordt gebruik gemaakt van 1 materiaal dat gevoelig is voor 1 specifieke kleur licht , met een specifieke energie. Het licht met te veel energie wordt maar deels opgenomen, het deel met te weinig energie wordt niks mee gedaan. Hierdoor is het maximaal haalbare ongeveer 30%, maar de zonnepanelen die je overal ziet halen ongeveer 6% tot 16%. Ruimte voor verbetering dus!
Mocht het gevraagd worden: Zonnepanelen worden veelal gemaakt van Silicium, dit is gevoelig voor fotonen met een energie van 1.1 eV of hoger, hier hoort een golflengte van ongeveer 1100 nm bij, wat net buiten het zichtbare spectrum in het infrarood valt.
Vraag
Hoe zou je het rendement van zonnepanelen kunnen vergroten?
Slide 17 - Open vraag
Laat ze nu weer even nadenken over hoe het rendement van zonnepanelen verbeterd kan worden. In de volgende slide wordt dit weer besproken.
Slide 18 - Tekstslide
Een manier om het rendement te verhogen is om laagjes van verschillende materialen te gebruiken, om zo het zonnepaneel voor verschillende kleuren gevoelig te maken.
Een andere manier is het licht meer geconcentreerd, met een lens bijvoorbeeld, op het zonnepaneel te laten vallen. Hiermee kunnen de beste panelen ongeveer 50% halen.
vraag
Hoe bereken je het rendement?
A
Totaal vermogenNuttig vermogen⋅100%
B
Nuttig vermogenTotaal vermogen⋅100%
C
Nuttig vermogen ⋅ Totaal vermogen
Slide 19 - Quizvraag
Deze vraag is bedoeld als herhaling
Vraag
Hoe kun je het rendement van zonnepanelen verhogen?
A
Groter oppervlak bedekken met zonnepanelen
B
Het zonnepaneel langer in de zon houden
C
Verschillende materialen gebruiken voor het zonnepaneel
D
Een snellere boot bouwen
Slide 20 - Quizvraag
Deze slide heeft geen instructies
Slide 21 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 22 - Tekstslide
Toelichting
Deze dia is bedoeld om leerlingen te helpen zich te oriënteren op vervolgopleidingen, hoewel dat voor veel leerlingen nog een ver-van-mijn-bed-show is. Onbekend maakt onbemind en op deze manier maken ze kennis met wellicht onbekende studierichtingen.
Slide 23 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 24 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 25 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
Slide 26 - Tekstslide
Deze slide heeft geen instructies
