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
). De weerstanden moeten (gecombineerd) klein genoeg worden. Dit is afhankelijk van de zonnecel. Dit moet eerst uitgeprobeerd worden.
)
