Practicum 5 Maximaal vermogen van een zonnecel

Download docentenhandleiding van dit practicum als pdf

Onderwerp: Elektriciteit, vermogen van een zonnecel

Algemene beschrijving

Omschrijving

In dit practicum bepalen de leerlingen het maximale vermogen van een zonnecel door de weerstanden die op de zonnecel zijn aangesloten te veranderen. Hierbij ontdekken de leerlingen dat zonnecellen weinig vermogen leveren en dat dit vermogen niet bij elke weerstand even groot is. Daarnaast gebruiken de leerlingen de opgedane kennis uit practicum 4 over het combineren van weerstanden om verschillende belastingen van de zonnecel te bouwen. Dit practicum kan uitgevoerd worden met kleine weerstandjes die op breadboards gezet kunnen worden.

Dit practicum zou kunnen worden uitgebreid tot een praktische opdracht. Op internet is veel informatie te vinden over het vermogen van zonnecellen, rendementsberekeningen en plaatsing. Zeker voor atheneum of gymnasium is hier veel informatie over te vinden voor een praktische opdracht.

Leerdoelen

Meten spanning en stroomsterkte

Figuur 1 I vs U en P vs U
Aansluiten van weerstanden op zonnecel
Relatie weerstand, spanning, stroomsterkte en vermogen bij een zonnecel
Toepassen van combinatieschakelingen
Beperkingen van het gebruik van zonnecellen
Besef dat P = U . I
Significantie bij berekeningen
Optioneel: P = U²/R bij constante spanningsbron

Voorkennis

De resultaten van de afsluitende opdracht van practicum 4

Figuur 2 Metingen aan zonnecel
Spanning, stroomsterkte, weerstand, wet van Ohm
Begrip vermogen en energie
Bouwen van schakelingen
Meten van spanning en stroomsterkte
Onderzoeksvaardigheden

Benodigdheden

Voor elk groepje:

Sterke lamp of constant zonlicht
Zonnecel
Weerstanden (10 x 5 ). De weerstanden moeten (gecombineerd) klein genoeg worden. Dit is afhankelijk van de zonnecel. Dit moet eerst uitgeprobeerd worden.
Optioneel grote breadboards waar 10 weerstanden parallel geschakeld kunnen worden.
Stroom- en spanningsmeter
Whiteboards en stiften

Klassikale introductie van het practicum

Herhaal het combineren van weerstanden (bespreek de afsluitende opdracht van P4)
Begrip vermogen en afhankelijk van spanning en stroomsterkte
Wanneer is het vermogen het grootst bij een zonnecel?
Herhaal het belang van het constant houden van de lichtsterkte

Uitvoering

Verdeel de klas in groepjes en geef het materiaal
Zorg ervoor dat leerlingen de afstand tot de lichtbron gedurende het hele experiment gelijk houden (en er niet half voor gaan zitten).
Laat leerlingen steeds verschillende schakelingen bouwen van de weerstanden, vervolgens de zonnecel aansluiten en meten.
Laat de leerlingen een tabel maken met R, U, I en P
Laat leerlingen de volgende grafieken maken: U,R en I,R en P,U

Organisatie (optioneel)

Tijdsplanning (50 minuten):

5 minuten introductie
20 minuten meten
5 minuten verwerken op het bord
10 minuten kringgesprek
10 minuten logboek

Klassenorganisatie

Laat 1 leerling elke meting meteen op het bord verwerken
Laat 1 leerling steeds de berekeningen uitvoeren
Laat 1 leerling (met de hulp van anderen) bouwen
Gebruik de slotopdracht van practicum 4 voor de verschillende combinaties van weerstanden

Inhoud kringgesprek

Vergelijk de borden
Op welke twee punten is er geen vermogen? Hoe komt dat?
Waar is het vermogen maximaal? Is dat voor alle borden hetzelfde?
Wat zou het maximale vermogen zijn? ()
Wat is het Fill Factor[1] (“rendement”) van de zonnecel
Optioneel: Hoe is het vermogen afhankelijk van de belasting (weerstand) bij een constante spanningsbron

Inhoud logboek (optioneel)

Vermogen is afhankelijk van spanning en stroomsterkte:
Voor een zonnecel is het vermogen afhankelijk van de weerstand

Optioneel: bij een constante spanningsbron neemt het vermogen omgekeerd evenredig af met de weerstand.

Voorbeeld resultaten

De volgende data is gemeten in het kabinet met een sterke lamp als lichtbron op 25 cm.

Figuur 3 Stroomsterkte en spanning vs weerstand Figuur 4 Ingezoomd op de eerste 10 Ohm

[1] https://www.pveducation.org/pvcdrom/solar-cell-operation/fill-factor

Colofon

Het arrangement Practicum 5 Maximaal vermogen van een zonnecel is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

Auteur: Modeldidactiek
Laatst gewijzigd: 2024-12-17 12:03:18
Licentie: Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:

het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat

het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken

voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie.

Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

Toelichting: In dit practicum bepalen de leerlingen het maximale vermogen van een zonnecel door de weerstanden die op de zonnecel zijn aangesloten te veranderen. Hierbij ontdekken de leerlingen dat zonnecellen weinig vermogen leveren en dat dit vermogen niet bij elke weerstand even groot is. Daarnaast gebruiken de leerlingen de opgedane kennis uit practicum 4 over het combineren van weerstanden om verschillende belastingen van de zonnecel te bouwen. Dit practicum kan uitgevoerd worden met kleine weerstandjes die op breadboards gezet kunnen worden.
Eindgebruiker: leerling/student
Moeilijkheidsgraad: gemiddeld
Studiebelasting: 4 uur en 0 minuten
Trefwoorden: elektriciteit, iol, modeldidactiek, nvon

Gebruikte Wikiwijs Arrangementen

Modeldidactiek. (z.d.).

Docentenhandleiding elektriciteit

https://maken.wikiwijs.nl/207483/Docentenhandleiding_elektriciteit

Downloaden

Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

Metadata

Metadata overzicht (Excel)

LTI

Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

Arrangement

IMSCC package

Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

IMSCC package

Meer informatie voor ontwikkelaars

Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.