Practicum Green Engineering Botsauto PV-systeem

Transcriptie

1 Practicum Green Engineering Botsauto PV-systeem Thema In kaart brengen, berekenen en testen van een compleet stand-alone PVsysteem gemonteerd op een botsauto. Je bent Junior Sales Engineer. Met dit practicum ga je leren een complete PV installatie in kaart te brengen, te berekenen en te testen. Jij kunt later als junior sales engineer een klant adviseren bij aanschaf, plaatsing, gebruik en onderhoud van een PV systeem. Je leert hierbij de juiste gereedschappen en procedures te volgen. werken aan competenties De volgende rubrieken* komen aan de orde: Technische vaardigheden Kwaliteit en zorgvuldigheid Communicatie Plannen en organiseren Verantwoordelijkheid Taak Volgens richtlijnen een PV- installatie in kaart brengen, berekenen en testen. resultaat Volledig uitgewerkte schematisch weergave van het systeem: Volledige berekening van stromen, spanningen, vermogen, capaciteit; Opsomming van gebruikte gereedschappen; Werkplanning voor testrit Veilig werken Schoon opgeleverde werkplek Gereedschappen juist opgeborgen Meetrapport Oplevering Jij bepaalt, eventueel met je collega en begeleider, wanneer je deze taak gaat vervullen. Met de praktijkbegeleider spreek je het plan van aanpak eerst door. Startdatum: Einddatum: *) Rubrieken: 1. Vakinhoudelijke kennis en vaardigheden; 2. Technische vaardigheden; 3. Exact; 4. Kwaliteit en zorgvuldigheid; 5. Communicatie; 6. Sociale vaardigheid; 7. Initiatief nemen; 8. Plannen en organiseren; 9. Ondernemerschap; 10. Verantwoordelijkheid; 11. Zelfstandigheid; 12. Transfer vaardigheid

2 In je portfolio komen de volgende, door de praktijkbegeleider geaccordeerde producten: Portfolio Uitgebreid meetrapport van het werkende PV systeem: o Let daarbij op testen van de afzonderlijke componenten Werkplanning voor de testrit; Fotoverslag van het practicum en testopstelling; Beoordeling van dit practicum voorzien van je eigen leerpunten en ontvangen tips en tops

3 Voorbereiding 1 Herkennen van de componenten van de botsauto. Het PV paneel. De acculader. De accu. De omvormer. De DC-voeding De elektromotor De meters in het dashoard In taak 1 van dit practicum ga je alle componenten van de botsauto-installatie bekijken. Je bekijkt de werking, specificaties en verbindingen van de componenten onderling. Benodigdheden: Pen Papier Rekenmachine Figuur 1 De botsauto

4 De complete PV-installatie van de botsauto is opgebouwd uit de volgende componenten: 1. Het PV-paneel 2. De acculader 3. De accu s 4. De omvormer 5. De DC voeding 6. De botsautomotor 7. De meters in het dashboard In Figuur 3 zie je een compleet schematisch overzicht van de opbouw van de PV-installatie van de botsauto. Hierin zijn ook de meters in het dashboard opgenomen. Deze staan rechts in de figuur. Figuur 3 Schematisch weergave van de botsauto-installatie. 1.Het PV-paneel Het PV-paneel is het dak van de botsauto. Zie Figuur 2. Het PV-paneel de zonne-energie om in elektrische energie voor de botsauto. Het paneel levert gelijkspanning (DC). Opdracht

5 Bekijk de specificaties op het PV paneel van de botsauto. Noteer de Pmax en de oppervlakte van het PV-paneel. 2.De acculader Pmax [W] Oppervlakte A [m 2 ] Tabel 1 Figuur 4 De acculader De acculader is de verbinding tussen het PV-paneel en de accu s. De acculader regelt het laden van de accu s. De acculader is aan de rechterzijde van de DC-voeding bevestigd. Figuur 5, nummer 5. 3.De accu s De accu s slaan de energie op die het PV-paneel levert. De accu s leveren de energie aan de motor van de botsauto om deze te kunnen laten rijden. De twee accu s staan op de vloer van de botsauto. Zie Figuur 5, nummers Figuur 5 De componenten in de botsauto

6 Opdracht 2. Bekijk de specificaties van de accu s. Hoeveel is, volgens de specificaties: De spanning [V]van de accu? De capaciteit[c] van de accu? Spanning U [V] Capaciteit C [Ah] Tabel 2 De twee accu s zijn aan elkaar gekoppeld, wat voor schakeling is dit, serie of parallel? Hoeveel spanning leveren de accu s aan de botsauto installatie? Schakeling Spanning [V] Tabel 3 4.De omvormer De omvormer vormt het gelijkspanningssignaal (DC) om naar wisselspanning (AC). Zie Figuur 5, nummer 2. Opdracht 3. Hoeveel en wat voor spanning(ac/dc) gaat de omvormer in en hoeveel en wat voor spanning (AC/DC) gaat de omvormer uit? Hoeveel vermogen kan de omvormer maximaal leveren? Ingangsspanning [V] Uitgangsspanning [V] Max. vermogen [W] Tabel 4 5.De DC voeding Figuur 6 De DC-voeding

7 De DC- voeding wordt gevoed door de omvormer. De DC- voeding levert vermogen aan de botsautomotor. Zie Figuur 5, nummer 3. In Figuur 6 kun je de bedieningsknoppen van de voeding goed zien. In de figuur zie je: 1. Draaiknop om de uitgangsspanning in te stellen. 2. Hoofdschakelaar 3. Displayschakelaar (naar links geeft het display de DC spanning naar de motor aan, naar rechts de DC stroom naar de motor. Opdracht 4. Wat voor spanning(ac/dc) en hoe groot, gaat er de DC-voeding in? Wat voor spanning(ac/dc) en hoe groot komt er uit de DC-voeding? Ingangsspanning [V] Uitgansspanning [V] Tabel 5 6.De botsautomotor De botsauto wordt in beweging gezet door de elektromotor. De elektromotor is tevens het voorwiel van de botsauto. De motor wordt ingeschakeld door op het gaspedaal te drukken. Het gaspedaal is een schakelaar (zie Figuur 5, nummer 4) die de stroomkring sluit van de motor en de DC voeding. Zie ook het schema van Figuur 3. Op de elektromotor staan de specificaties van de motor. Het specificatie-label van de motor vind je in Figuur 7. Figuur 7 Het specificatielabel van de botsautomotor Opdracht 5. Bekijk Figuur 7 van de botsautomotor en noteer de specificaties (Spanning en stroom). Hoeveel en welke spanning en stroom kan de motor aan? Spanning motor [V] Stroom motor [A] Tabel

8 7.De meters in het dashboard. De botsauto is voorzien van een dashboard. Hierin zijn diverse meters opgenomen om de spanningen en stromen van de elektrische installatie en de accucapaciteit van de botsauto te kunnen meten. Figuur 8 Het dashboard van de botsauto In Figuur 8 zie je het dashboard van de botsauto. Het dashboard is voorzien van vijf meters en vier aan/uit schakelaars (7) voor de meters één tot en met vier. De drukknop (6) is voor de verlichting van de meters één tot en met vier. 1. Spanningsmeter PV-paneel 2. Stroommeter PV-paneel 3. Spanningsmeter omvormer 4. Stroommeter omvormer 5. Accucapaciteitsmeter Meter 1 meet de gelijkspanning van het PV-paneel. Meter 2 meet de gelijkstroom van het PV-paneel. Meter 3 meet de wisselspanning van de omvormer. Meter 4 meet de wisselstroom van de omvormer. Meter 5 meet de van de accu de: capaciteit, spanning, stroom, laadstatus, resterende tijd te gaan. Je zou de functie van de accumeter kunnen vergelijken met die van de brandstoftankmeter van een gewone auto

9 Uitvoering 2 Het testen van het botsauto PV systeem. Zonnekracht meten. De hellingshoek van het PV-paneel. De accu-capaciteit. Bereken de verwachte energie-opbrengst in een uur. Stroom, spanning meten van het PV-paneel. Stroom, spanning meten van de motor. Testrit met afdekking. Testrit zonder afdekking. In dit deel van het practicum ga je de PV-installatie van de botsauto testen. Je meet en berekent de energiestromen van het systeem. Tijdens de testrit meet je het verbruik. Benodigdheden: Stopwatch Pen Rekenmachine Zonnekrachtmeter Hoekmeter Opdracht : 1. Wat is het weerbericht van dit moment? Noteer het bericht: (bijvoorbeeld: de datum, de locatie, de temperatuuur, wel of geen bewolking, af en toe zon, enz. ) 2. Meet de zonnekracht op dit moment. Heb je geen zonnekrachtmeter ter beschikking kijk dan op de site: Klik op de landkaart en vervolgens op het zon-icoon in de iconenbalk bovenaan de landkaart (2 e icoon van links). Hier vind je de actuele zoninstraling in W/m 2 op diverse locaties in Nederland. Kies de locatie zo dicht mogelijk bij jouw locatie. Actuele instraling I [W/m 2 ]: Tabel 7 3. Zet de botsauto buiten zo neer dat je de grootste opbrengst van het PV-paneel krijgt. Hoe groot is de hellingshoek van het zonnepaneel en welke oriëntatie kies je? Hellingshoek [ ]: Oriëntatie [ ]: Tabel

10 4. Lees de accu-capaciteit en accuspanning af. Hoe groot zijn die op dit moment? De accuspanning en accu-capaciteit lees je van de accumonitor af. Dit is het ronde klokje op het dashboard. Door een of meerdere malen op de een van de pijltoetsen te drukken komt de accuspanning en accu-capaciteit op het display. Accucapaciteit C [%]: Accuspanning U [V] Tabel 9 5. Lees de stroom en spanning van het PV-paneel af van de meters op het dashboard. Noteer de spanning en stroom elke 15 minuten. Bepaal het gemiddelde van je 15 minuten metingen. 0:00 0:15 0:30 0:45 1:00 Gemiddelde: Tabel 10 Spanning U [V] Stroom I [A] Bereken nu de verwachte opbrengst van het PV-paneel in dit uur. Gebruik hierbij: -de Pmax waarde (deze staat op het productlabel van het PV-paneel). -het oppervlak van het paneel (deze staat op het productlabel van het PV-paneel). -actuele instraling uit opdracht 2. De verwachte opbrengst in dit uur [Wh] = Actuele instraling x oppervlakte paneel x rendement (ƞ) van het paneel x 1uur. Het rendement van het paneel bereken je door: Ƞ=Pmax/(1000 A) 100% Waarbij: A=het oppervlak van het paneel in m 2. Opbrengst [Wh] Tabel

11 6. Lees na dit uur opnieuw de capaciteit en spanning van de accu s af. Hoeveel is de capaciteit en spanning? Accucapaciteit C [%]: Accuspanning U [V]: Tabel Dek het PV-paneel nu af met een plaat karton of een ander niet lichtdoorlatend materiaal. Maak de afdekking goed vast zodat die er niet afwaait tijdens de testrit. 8. Zet de botsauto aan door eerst de schakelaar op de omvormer aan te zetten en vervolgens de schakelaar op de DC voeding. Stel de spanning van de DC voeding in op 50 Volt. Dit doe je met de draaiknop op de voeding. Zie Figuur 6, nummer 1. Lees de spanning en stroom van de motor van de botsauto af van het dashboard tijdens de proefrit. 9. Zet je stopwatch aan en maak een testrit totdat de accucapaciteit 5% is gedaald. Noteer de spanning en stroom van de motor als de botsauto rijdt. Deze spanning en stroom lees je af van het display van de DC-voeding, nummer 3 in Figuur 6. Noteer de tijd van de totale testrit. Spanning van de motor U [V] Stroom van de motor I [A] Totale testrittijd t [s] Tabel 13 Zet nu eerst de omvormer uit. Noteer de accu- capaciteit en accuspanning na de testrit. Accucapaciteit C [%]: Accuspanning U [V]: Tabel Haal de afdekking van het PV-paneel af. Noteer de spanning en de stroom van het PV-paneel. PV-paneel Tabel 15 Spanning [V]: Stroom [I] Schakel de omvormer in. Start de stopwatch en maak nog een testrit totdat de capaciteit opnieuw 5% is gedaald. Totale testrittijd t [s] Tabel 16 Zet nu eerst de omvormer uit. Noteer de accu- capaciteit en accuspanning na de testrit. Accucapaciteit C [%]: Accuspanning U [V]: Tabel

12 11. Je bent nu klaar met testen. Breng de botsauto terug naar zijn plaats. Schakel de DC-voeding, de omvormer en het dashboard uit

13 Uitvoering 3 Berekeningen De energie-inhoud van de accu s De energie die de PV-panelen leveren aan de accu s Het energieverbruik van de botsauto De energie die de PV-panelen aan de accu s leveren tijdens de testrit De extra rijtijd door de energie die de PV-panelen aan de accu s leveren tijdens de testrit Laadtijd van de accu s van de botsauto Je hebt in deel 2 de botsauto getest. Je hebt stromen en spanningen gemeten en de tijd opgenomen. In dit deel ga je rekenen met de gemeten waarden. NB. In deel 4 van dit practicum vind je de theorie die je nodig hebt bij volgende opdrachten. Opdracht: 1. Bereken nu de energie-inhoud van de accu s met behulp van de gemeten accucapaciteit in opdracht 4 van deel 2. Totale accu-capaciteit (100%): C [Ah] Afgelezen accu-capaciteit C [%] Berekende accu-capaciteit C [Ah] Energie-inhoud van de accu E [Wh] Tabel 18 De hoeveel energie die de zon in een uur in de accu laadt kunnen we op twee manieren berekenen: a. Met behulp van de specificatie van het zonnepaneel en de hoeveelheid instraling van de zon. b. Met behulp van de afgelezen stroom en spanning van het PV-paneel. Opdracht 2. Bereken hoeveel energie de PV-panelen in de accu s laden in een uur tijd. Methode: a b Tabel 19 Energie E [Wh] De hoeveelheid energie die de botsauto verbruikt heeft tijdens de testrit kun je bepalen met behulp van: a. De afgelezen stroom en spanning van de motor en de rijtijd. b. Het verschil in energie-inhoud van de accu voor en na de testrit. Opdracht 3. Bereken volgens methode a en b de hoeveelheid energie die de botsauto heeft verbruikt tijdens de testrit met het afgedekte paneel. Methode: a b Tabel 20 Energie E [Wh]

14 Tijdens de tweede testrit heb je het PV-paneel niet afgedekt. Dit betekent dat het PVpaneel ook energie heeft kunnen leveren aan de accu tijdens de testrit. Hierdoor wordt de testrit langer. Opdracht 4. Bereken bij benadering de hoeveel extra energie die het PV-paneel levert aan de accu tijdens de proefrit. Je kunt dit niet precies berekenen omdat door de langere testrittijd het paneel ook langer energie kan leveren, waardoor de testrit weer langer wordt, enzovoort. Opdracht 5. Bereken bij benadering de extra rijtijd die je door de extra energie van het PVpaneel krijgt. Je kunt ook dit niet precies berekenen omdat door de langere testrittijd het paneel ook langer energie kan leveren, waardoor de testrit weer langer wordt, enzovoort. Opdracht 6. Vergelijk de beide testrittijden met elkaar. Je hebt berekend hoeveel energie het PV-paneel levert. Je hebt de energie-inhoud van de accu s berekend en je weet hoeveel het verbruik van de botsauto is. Opdracht 7. Bereken de laadtijd van de accu s van de botsauto bij een gegeven instraling van 500 W/m 2 op het paneel. 8. Hoelang kun je met volle accu s met de botsauto rijden?

15 Samenvatting 4 Theorie op een rij De accu-capaciteit. De energie van de PV-panelen. Het verbruik van de botsauto. Hier vind je de theorie en formules die je helpen bij het maken van de berekeningen van deel 3 van dit practicum. Bij opdracht 1: De accu-capaciteit C heb je afgelezen in %. Dit betekent dat de accu op dat moment een accu-capaciteit heeft van zoveel procent van de totale accu-capaciteit. De totale accu-capaciteit (100%) staat gespecificeerd op de accu en wordt weergegeven in Ah (Ampere-uur) zoals je gezien hebt in deel 1 van dit practicum. De energie-inhoud wordt aangegeven in Wh. E accu [Wh]=energie- inhoud van de accu U accu [V]= spanning van de accu C accu [Ah]=capaciteit van de accu E accu = U accu C accu [Wh] Voorbeeld: Een accu heeft de volgende specificatie: 12V 100Ah. De accu-capaciteitsmeter geeft aan dat de accu een capaciteit heeft van 75%. De spanning van de accu is op dat moment 12,9 Volt. De capaciteit van de accu is dan: 100Ah x75% = 75Ah De energie-inhoud van de accu is dan: 75Ah x 12,9V = 967,5 Wh Bij opdracht 2: De hoeveel energie die de zon in een uur in de accu laadt kunnen we op twee manieren berekenen: a. Met behulp van de specificatie van het zonnepaneel en de hoeveelheid instraling van de zon. Hiervoor heb je nodig: De instraling I [W/m 2 ] zonnekracht. Het oppervlakte A [m 2 ] van het paneel Het rendement ƞ [-] van het paneel De energie in een uur: E = I A ƞ 1 uur [Wh] b. Met behulp van de afgelezen stroom en spanning van het PV-paneel. Hiervoor heb je nodig: De stroom I [A] De spanning U [V] De energie in een uur: E = U I 1 uur [Wh]

16 Bij opdracht 3: De hoeveelheid energie die de botsauto verbruikt heeft tijdens de testrit kun je bepalen met behulp van: a. De afgelezen stroom en spanning van de motor en de rijtijd. De hoeveelheid energie die je verbruikt hebt is: E = energie-inhoud [Wh] U = motorspanning [V] I = motorstroom [A] t = tijd [h] E = U I t [Wh] b. Het verschil in energie-inhoud van de accu voor en na de testrit. De hoeveelheid energie die je verbruikt hebt is: E = E start - E eind [Wh] E start = energieinhoud van de accu bij aanvang van de testrit [Wh] E eind = energieinhoud van de accu aan het eind van de testrit [Wh]

17 Afsluiting 5 Conclusies De energie van het PV-paneel. Het verbruik van de botsauto. Vergelijken van de testrittijden. De accu-capaciteit. Meetrapport 1. In een uur levert het PV-paneel: Wh bij een gemeten instraling van.. W/m 2 2. Het energie-verbruik van de botsauto is: Wh 3. Het niet afgedekte paneel levert voor de duur van de testrit Wh extra energie. 4. De tweede testrit duurt langer. Doordat tijdens deze testrit het PV-paneel energie levert aan de accu s kun je langer rijden. 5. De extra rijtijd is..minuten. 6. De energieinhoud van de volle accu s is:. Wh 7. Met volle accu s kan de botsauto. minuten rijden. Opdracht. Maak een meetrapport van dit practicum. Neem alle opdrachten van dit practicum hierin op

18 Beoordeling Assemblage windturbine Rubrieken *) : Feedback: Resultaat: Niet oke OKE Datum: *) Rubrieken: 1. Vakinhoudelijke kennis en vaardigheden; 2. Technische vaardigheden; 3. Exact; 4. Kwaliteit en zorgvuldigheid; 5. Communicatie; 6. Sociale vaardigheid; 7. Initiatief nemen; 8. Plannen en organiseren; 9. Ondernemerschap; 10. Verantwoordelijkheid; 11. Zelfstandigheid; 12. Transfer vaardigheid