TECHNIEK project. Jeroen De Meutter Olivier Foets Jeroen Smets

Transcriptie

1 TECHNIEK project Jeroen De Meutter Olivier Foets Jeroen Smets

2 2 PROBLEEMSTELLING Vorig jaar hebben we de energie besproken uit de fossiele brandstoffen. Je weet dat deze brandstoffen driekwart van alle energie op wereldschaal leveren. Als we aan dit tempo energie verbruiken zal er binnen 50 à 60 jaar geen petroleum en geen aardgas meer zijn. Bovendien is de verbranding van fossiele brandstoffen sterk milieubelastend. Door de snelle aangroei van de bevolking, stijgt het energieverbruik en slinken de energievoorraden zinderogen. Hoog tijd dat we overschakelen op andere energiebronnen. Maar bieden zij een oplossing? Zijn alternatieve energiebronnen onuitputtelijk, milieuvriendelijk en altijd beschikbaar en leveren ze ook voldoende energie? Dit ga je onderzoeken in het volgende project. ENERGIE NATUURLIJK 1. Duurzame energie P 3 2. Zonne-energie P 5 3. Wind-energie P Thermische energie P Water-energie P 17 Stappenplan realisatie P 20

3 3 1 Duurzame energie 1.1 ENERGIEBRONNEN We hebben een onderscheid gemaakt tussen de energiebronnen. Weet jij nog het verschil tussen de uitputttelijke en onuitputtelijke energiebronnen? Geef ook een paar voorbeelden. Uitputtelijke energiebronnen Onuitputtelijke energiebronnen (Omschrijving) (Omschrijving) (Voorbeelden) (Voorbeelden) Men noemt ze ook duurzame of eindeloze energiebronnen, soms ook alternatieve energie.

4 4 1.2 EEN DAGJE ZONDER ENERGIE Stel je voor dat je op een dag wakker wordt en dat er geen energie is. Wat loopt er dan allemaal verkeerd? Thuis:... Hoe los je dit op? Op weg naar school:... Hoe los je dit op? Op school:... Hoe los je dit op? Als we hier even dieper op ingaan, verrast het ons wel dat we zoveel soorten en zulke massa s energie gebruiken en verbruiken. Vergelijk jouw dag zonder energie nu eens met die van je medeleerlingen. Welke soorten energie heb je gemist? Extreem gesteld geraken we niet eens in de school, want onze belangrijkste energiebron, de zon, laat het ook afweten. Noteer enkele energiebronnen waarvoor de zon verantwoordelijk is:

5 5 2 Zonne-energie Zonne-energie is een passieve energie. Dit wil zeggen dat je niets hoeft te doen om deze energie te bekomen. Nadat je moeder de was uit de wasmachine gehaald heeft, hangt ze hem buiten op de wasdraad. Nu doet de zon de rest. Waar en wanneer maken we nu al handig gebruik van gratis zonne-energie? Hoe kunnen we op school beter gebruik maken van passieve zonne-energie? Dus de zon straalt rechtstreeks licht en warmte op de aarde. De hoeveelheid energie die de zon op ons afstuurt, is maal groter dan het huidige wereldenergieverbruik. Hoe kun je die zonne-energie echter opvangen, omzetten, transporteren en opslaan?. Neem de fiche onderzoeksopdracht 1 en bouw de ventilator die je nodig hebt voor de onderzoeksopdrachten 2, 5 en 6. Opdracht 1

6 6 2.1 ZONNECELLEN Neem de fiche onderzoeksopdracht 2 en voer de opdracht uit. Vergeet niet je waarnemingen in je werkbundel in te vullen. Onderzoeksopdracht 2 Waarnemingen: Hoe moet je de zonnecel in het licht houden om de propeller snel te laten draaien? Hoe kun je de propeller langzamer laten draaien? Welke energie verandering is er? Wat zie je op deze foto? Waar kunnen we deze terugvinden? Waarvoor dienen deze panelen?......

7 7 Dergelijke zonnepanelen zijn opgebouwd uit verschillende kleine zonnecellen. Een zonnecel is een stukje elektronica, meestal maar een vingernagel groot, wat zonlicht omzet in elektriciteit. Officieel heet een zonnecel een fotovoltaïsche cel. Foto betekent licht, en met volt meet je de kracht van elektriciteit. In fel licht produceert een zonnecel maar één of twee volt. Ongeveer evenveel als de batterij van een zaklamp. In een zonnepaneel zitten dus een heleboel cellen naast elkaar, en panelen kunnen aan elkaar gekoppeld worden. Zo kunnen zelfs hele steden van elektriciteit worden voorzien. Waar komen we nog dergelijke kleine zonnecellen tegen? Hoe werkt een fotovoltaïsche cel? Een zonnecel is opgebouwd uit twee laagjes silicium. De twee laagjes (3 en 5) zijn gescheiden door een scheidingslaag (4). Bij het invallen van het zonlicht (1) ontstaat er tussen beide lagen een spanning. Net zoals bij een batterij heeft een zonnecel een + en een pool. De spanning stroomt via het achtercontact (6) of de pluspool naar de elektrische installatie en komt via het voorcontact of de minpool terug naar de cel.

8 8 BEGRIJPEN Zonnecellen (fotovoltaïsche cellen) zetten licht rechtstreeks om in elektriciteit. Ze bestaan uit een halfgeleider (silicium) die als eigenschap heeft dat er elektriciteit gegenereerd wordt als er licht opvalt. In een zonnepaneel zitten dus een heleboel van deze cellen naast elkaar. ICT-OPDRACHT VOOR EN NADELEN ZONNEPANELEN Surf naar: Probeer een paar voor- en nadelen te zoeken van het gebruik van zonnepanelen. Noteer telkens de website waar je de informatie haalde. Voordelen 6). 7). 8). 9). 10). Website:. Nadelen 6). 7). 8). 9). 10). Website:.

9 9 2.2 ZONNECOLLECTOREN Klassikale onderzoeksopdracht Uit welke onderdelen bestaat onze zelfgemaakte zonnecollector? Opdracht: zorg dat de collector naar de zon gericht staat en laat het water door de leidingen stromen. Wat stel je na een tijdje vast?... Verklaring Wat doet de zwarte onderzijde van de kist?... Waarom net zwart? Denk eens aan welke kleren je draagt in de zomer? Welke kleuren hebben deze? Waarvoor dient de glazen plaat?... Waar wordt dit principe nog toegepast?... Hoe komt het dat we warm water krijgen?...

10 10 Zonnecollectoren in de praktijk Uit de vorige onderzoeksopdracht is gebleken dat we dmv onze zonnecollector water kunnen opwarmen. Waarvoor zou jij dan een zonnecollector gebruiken in je huis?.. Werking van een zonnecollector Om de zoninstraling op te vangen, wordt op het dak van de woning, dit kan zowel op een hellend als op een plat dak, een zonnecollector (1) gemonteerd. Deze zonnecollector absorbeert de zoninstraling waarmee de collectorvloeistof (meestal water, maar kon ook lucht of olie zijn) wordt opgewarmd. Via de warmtewisselaar (3) wordt die warmte direct gebruikt of opgeslagen in een opslagvat (4). In de zomer bij voldoende zonlicht warmt de zonneboiler voldoende water op tot comforttemperatuur. Op minder zonnige dagen en in de winter zal je eventueel moeten bij verwarmen. Een zonneboiler bereikt gedurende 6 maanden een watertemperatuur van > 40ºC; de resterende maanden een temperatuur tussen 15ºC en 40ºC. Zo neemt een zonneboiler op jaarbasis ongeveer 60 à 70% van de warmwaterproductie voor zijn rekening.

11 11 Wat is het verschil tussen een zonnecollector en een zonnepaneel? ZONNE-ENERGIECENTRALES Neem de fiche onderzoeksopdracht 2 en voer de opdracht uit. Vergeet niet je waarnemingen in je werkbundel in te vullen. Onderzoeksopdracht 1 en 2 Waarnemingen: Word je vinger lekker warm? Waarom denk je? Wat Conclusie: stel je vast bij onderzoeksopdracht 2? Zonne-energiecentrales werken ook op deze manier. De zonnestralen worden door grote draaibare holle spiegels opgevangen en gecentreerd naar een centraal punt. Het water wordt opgewarmd en kan zelfs tot 3400 C oplopen. Daarna wordt het heet water omgezet in stoom. Deze stoom zal de turbine van een thermische centrale aandrijven. De turbine zal een alternator aandrijven die elektriciteit produceert.

12 12 3 Wind-energie Neem de fiche onderzoeksopdracht 2 en voer de opdracht uit. Vergeet niet je waarnemingen in je werkbundel in te vullen. Onderzoeksopdracht 5 Waarnemingen: Wat gebeurt er? Welke energie verandering is er? 3.1 Is windenergie wel modern? Al eeuwenlang maakt de mens gebruik van windenergie. Hoe maakten ze hier vroeger gebruik van? Een stukje geschiedenis.. In de 5de eeuw na Christus werden er al windmolens gebruikt in Perzië. Pas in de 12de eeuw werden de windmolens door Europa verspreid.

13 13 Deze windmolens waren gebouwd van hout. Riet werd gebruikt als bedekking en er werd zeil gebruikt om de wieken beter te laten draaien als er weinig wind was. Rond 1970 werden de energieprijzen veel hoger, dat kwam door de oliecrisis. Daarom gingen mensen andere manieren bedenken om aan energie te komen. Ook werd er veel gedacht over gratis energie uit wind. Windturbines werden gebouwd. Dat zijn werktuigen die stroom opwekken uit wind. In het begin waren de windturbines veel kleiner dan nu. Ook waren ze veel duurder. Maar hoe werkt nu zo n windturbine? 3.2 Werking van de windturbine Het bovenste deel van de windmolen wordt de gondel genoemd. De gondel is eigenlijk de machinekamer van de turbine. De rotorbladen (wieken) van de molen zitten vast aan een as die de gondel binnengaat. De gondel draait op de mast, zodat de molen altijd optimaal met zijn neus op de wind kan worden gericht. In de gondel zitten alle belangrijke onderdelen van de turbine zoals de tandwielkast, generator en transformator. Het opwekken van windenergie begint bij de wind die de rotorbladen laat draaien. De rotorbladen kunnen kantelen om meer of minder wind op te vangen. Op de molens zitten sensoren die de kracht en richting van de wind

14 14 meten zodat de wieken altijd in wind staan. De rotorbladen zitten vast aan de hoofdas. De draaiende beweging van deze hoofdas wordt in een tandwielkast versneld. De tandwielkast drijft vervolgens de generator weer aan. Een generator is vergelijkbaar met een dynamo. In een dynamo wordt de draaiende beweging omgezet in elektriciteit. In de molen bevindt zich nog een transformator die de spanning van de stroom verder verhoogt zodat de stroom over grote afstanden getransporteerd kan worden zonder al te veel verlies. 3.3 Voor- en nadelen van de windturbine ICT-OPDRACHT VOOR EN NADELEN WINDENERGIE Surf naar: Probeer een paar voor- en nadelen te zoeken van het gebruik van zonnepanelen. Noteer telkens de website waar je de informatie haalde. Voordelen 1). 2). 3). 4). 5). Website:. Nadelen 1). 2). 3). 4). 5). Website:.

15 15 4 Thermische energie Neem de fiche onderzoeksopdracht 6 en voer de opdracht uit. Vergeet niet je waarnemingen in je werkbundel in te vullen. Onderzoeksopdracht 6 Waarnemingen: Vraag 1: Wat gebeurt er? Vraag 2: Waarom mag er geen lucht in het potje onder het deksel zitten? Vraag 3: Wat gebeurt er? Vraag 4 : Waarom is een luchtbel in het potje niet zo belangrijk? Vraag 5: Wat gebeurt er? Vraag 6: Wat gebeurt er nu? Conlusie: Wanneer gaat de ventilator steeds sneller draaien?....

16 16 Waar kunnen we nog energie opwekken door gebruik te maken van een temperatuurverschil? Aardwarmte of geothermische energie is energie die kan ontstaan door het temperatuurverschil tussen de aardoppervlakte en diep in de aarde gelegen delen. Deze aardwarmte kan ingezet worden voor de winning van energie. Iedere kilometer die je dieper de aarde ingaat, stijgt de temperatuur met 30. In het binnenste van de aarde is de temperatuur bijna 4000 C. Op sommige plaatsen, vooral in vulkanische gebieden (IJsland), kan de temperatuurstijging sterk oplopen. Denk maar aan de bekende warmwaterbronnen. Maar die hebben wij in België niet. Om dan toch van thermische energie gebruik te maken moet men kilometer diep boren en dat is een flinke klus.

17 17 5 Water-energie ICT-OPDRACHT WATERKRACHTCENTRALE Surf naar: Probeer aan de hand van het filmpje van Bas en Rik zelf de werking van een waterkrachtcentrale te ontdekken. Opgelet! Niet alle woorden zijn correct geschreven in het filmpje. Let dus op de schrijfwijze als je je antwoord wil noteren. I. WERKING VAN DE WATERKRACHTCENTRALE Probeer zo nauwkeurig mogelijk de werking van de waterkrachtcentrale te omschrijven. (tip: werk in verschillende stappen)

18 18 II. DE ONDERDELEN VAN DE CENTRALE Probeer aan de hand van het filmpje de juiste benaming bij het juiste onderdeel te plaatsen. (1) (6) (4) (3) (2) (5) (1) (2) (3) (4) (5) (6) II. VOOR- EN NADELEN VAN EEN WATERKRACHTCENTRALE Geef een paar voor- en nadelen van waterkrachtcentrales. Je kunt deze uit het filmpje halen. Maar je mag zeker nog wat verder opzoekingswerk doen. Vergeet dan niet je website te vermelden waar je je informatie vandaan hebt. Voordelen (Website: )

19 19 Nadelen (Website: ) IV. WATERKRACHTCENTRALES IN BELGIË? Probeer onderstaande vragen op te lossen door een zoekmachine te raadplegen. Geef de belangrijkste stuwdam en waterkrachtcentrale in België Stuwdam: Waterkrachtcentrale: Website:. Wat kunnen we zeggen over de productiecapaciteit van de waterkrachtcentrales in België? Website:.

20 20 Stappenplan realisatie: Zon-aangedreven windgenerator STAP FOTO BESCHRIJVING DEEL 1 : BODEMPLAAT 1 Controleer of je alle onderdelen hebt en leg ze overzichtelijk voor je neer. Schrijf op elk onderdeel het juiste nummertje. Onderdeel Aantal Afmetingen Beschrijving Nummer Multiplex 1 15 x 100 x 200 Bodemplaat 1 Buis van hard papier 1 Ø 19,5 x 300 Mast 2 Stuk hout 1 30 x 30 x 150 Solar-behuizing / 3 / 4 Gondel Solarmotor 1 Ø 24 RF Zonnecel 1 1V, 250mA 6 Propellerset 1 Ø 210 Rotor 7 Schakeldraad Neem de afmetingen van de tekening over op de multiplex plaat (1). Zie technische tekening: bijlage 1 Boor de gaten ø 20 mm en ø 5 mm. Let op de veiligheidsvoorschriften tijdens het boren!

21 21 3 Verbind de beide (boor)gaten aan de achterkant van de bodemplaat d.m.v. een kleine sleuf van ca. 5 mm breed en 3 mm diep (stippellijnen) zodat hier later de kabel in gelegd kan worden. Maak de sleuf m.b.v. een steekbeitel. STAP FOTO BESCHRIJVING DEEL 2 : DE MAST 1 Kort de hardpapieren buis (2) met een fijne zaag of figuurzaag in tot 270 mm lengte. STAP FOTO BESCHRIJVING DEEL 3 : DE SOLARBEHUIZING 1 Neem de afmetingen voor de solarbehuizing als op de tekening over op het stuk hout (3). Zie technische tekening: bijlage 2 Zaag de behuizing schuin af en boor in het midden het gat ø 5 mm. 2 Maak met een vijl een sleuf van 2 mm diep voor de kabel; ga hierbij uit van de hoogste zijde.

22 22 STAP FOTO BESCHRIJVING DEEL 4 : DE GONDEL 1 Neem de afmetingen van de gondel net als op de tekening over op het reststuk van het hout (3). Zie technische tekening: bijlage 3 Zaag de gondel uit en boor de gaten ø 20 mm en ø 25 mm met een gatenboor. 2 Zaag de schuine kant grof met een zaag en werk hem dan netjes af met behulp van een vijl STAP FOTO BESCHRIJVING DEEL 5 : DE BEDRADING 1 Wikkel de beide stukken draad af. Steek de draden van onder door de gaten in de bodemplaat en leg ze netjes in de sleuf die je bij stap 2 hebt gemaakt. Steek de draden uit het gat ø 20 mm door de mast en de draden uit het gat ø 5mm door het gat in de solar-behuizing.

23 23 STAP FOTO BESCHRIJVING DEEL 6 : HET MONTEREN VAN DE ONDERDELEN 1 Lijm de mast in het gat ø 20 mm. Gebruik een winkelhaak om de mast loodrecht t.o.v. de bodemplaat uit te richten. 2 Lijm de solar-behuizing zo op de bodemplaat dat de gaten precies over elkaar vallen en dat de draad niet klemt. 3 Steek de draad van onder door het gat ø 20 mm in de gondel en daarna naar voren door het gat ø 25 mm. Breng lijm aan in het gat ø 20 mm en lijm de gondel op de mast. Zorg ervoor dat de gondel loodrecht op de mast staat.

24 24 4 Kort de overtollige draad bij de gondel en de solar-behuizing in tot 50 mm. Strip de uiteinden ca. 10 mm. STAP FOTO BESCHRIJVING DEEL 6 : DE SOLARMOTOR 1 Soldeer de zwarte draad van de motor met de zwarte draad van de gondel. De rode draad van de motor moet je aan de rode draad van de gondel solderen. Isoleer de beide draden met een stuk plakband of isoleerband.

25 25 STAP FOTO BESCHRIJVING DEEL 7 : AFWERKING SOLAR-BEHUIZING 1 Bevestig de bijgeleverde soldeerogen met de moeren aan de polen van de zonnecel. Soldeer de zwarte kabel van de solarbehuizing aan de minpool van de zonnecel en de rode draad aan de pluspool van de zonnecel. STAP FOTO BESCHRIJVING DEEL 8 : HET MONTEREN VAN DE PROPELLOR 1 Monteer de propeller zoals op de afbeeldingen is te zien. Snij de overtollige resten van de onderdelen netjes weg met een mes. Steek vervolgens de bladen van de propeller van achter in de naaf. Breng tenslotte de afdekkap van voren op de naaf aan.

26 26 STAP FOTO BESCHRIJVING DEEL 9 : CONTROLE VAN DE WERKING 1 Steek de propeller op de motoras en zorg dat er zonlicht of licht van een gloeilamp van 60 V op de zonnecel schijnt. De propeller draait. Als de propeller niet draait moet de bedrading worden gecontroleerd! STAP FOTO BESCHRIJVING DEEL 10 : DE AFWERKING Nadat de werking is gecontroleerd wordt de motor in de gondel gelijmd. (zie afbeelding) Leg de draad in de gondel en de mast. Breng lijm aan op de motor en lijm deze in de gondel. Richt de motor zo uit dat hij netjes in het gat past. Let op dat er geen lijm op de aslager of in de behuizing van de motor komt! 1 2 Breng lijm aan op het kleefvlak van de solar-behuizing. Leg de draden netjes in de sleuf en lijm de zonnecel in het midden van de behuizing. Controleer nogmaals de draden aan de onderkant en duw overtollige draad (voorzichtig!) in de gaten.

27 27 3 Steek de propeller op de naaf. Je zon-aangedreven windgenerator is klaar!

28 28 1 BIJLAGE 1 TECHNISCHE TEKENING: BODEMPLAAT

29 29 2 BIJLAGE 2 TECHNISCHE TEKENING: SOLAR-BEHUIZING

30 30 3 BIJLAGE 3 TECHNISCHE TEKENING: GONDEL