Werkstuk door een scholier 2679 woorden 8 mei 2003 6,5 160 keer beoordeeld Vak Natuurkunde Inhoudsopgave: Onderwerp: Geschiedenis van zonne-energie Wat is zonne-energie Wat zijn zonnecellen Waarom zonne-energie Hoe maak je je eigen zonnecel Hoe gaat het omzetten van licht in elektriciteit nu precies in zijn werk toepassing zonne-energie elektriciteit uit zonlicht opslag van zonne-energie in Nederland toekomst van zonne-energie passieve zonne-energie wat is zonne-energie elektrische zonne-energie de toekomst van zonne-energie Zonne-energie De zon zorgt voor heel veel soorten energie, niet alleen voor zonne-energie maar ook voor bijvoorbeeld waterkracht en wind energie. Geschiedenis van zonne-energie De Grieken wisten zo n 2500 jaar gelden al dat zonne-energie nuttig was. Zij bouwden huizen met witte muren. Dit wit was omdat wit de zon weerkaatst. Daardoor bleef het overdag lekker koel in de huizen en was het s nachts warm in de huizen dat kwam doordat de muren de warmte dan weer uitstraalden. Deze methode van zonne-energie wordt nog steeds in veel zuidelijke landen gebruikt. Wat is zonne-energie? Zonne-energie is de energie die direct van de zon afkomt. Het is de belangrijkste energiebron op aarde. Door de energie van de zon kunnen planten, dieren en mensen leven. Zonne-energie kan in bruikbare vorm worden omgezet in warmte (zonneboilers) of elektriciteit (zonnecellen) https://www.scholieren.com/verslag/10229 Pagina 1 van 8
De productie van zonneboilers is naar verhouding niet erg slecht voor het milieu. Wat zijn zonnecellen? Zonnecellen maken rechtstreeks elektriciteit uit zonlicht. Dat is vooral makkelijk op plaatsen waar geen stopcontact is. Zonnecellen vind je overal. Boeren gebruiken waterpompen die hun elektriciteit uit zonnecellen halen. Op zee zijn er boeien met zonnecellen, ze gebruiken de elektriciteit voor verlichting en voor geluidssignalen. Een zonnecollector verwarmt eerst water om daarvan stroom te maken. De stoom drijft een turbine aan en de turbine laat een generator elektriciteit maken. Een zonnecel neemt deze omweg niet. Een zonnecel maakt rechtstreeks elektriciteit uit zonlicht. Als lichtstralen op een zonnecel terechtkomen, ontstaat er elektriciteit. Eén zonnecel maakt maar heel weinig elektriciteit, daarom vind je altijd heel veel zonnecellen bij elkaar. De panelen met de zonnecellen op de foto staan in de Verenigde Staten. Waarom zonne-energie? Zonne-energie gebruiken we omdat fossiele brandstoffen opraken. Fossiele brandstoffen zijn bijvoorbeeld: steenkool, olie en gas. De zon raakt nooit op. En we hebben toch energie nodig want als we geen energie zouden hebben en toch zo door willen blijven leven als we nu doen dan zouden er per persoon 75 mensen moeten werken, dat wil zeggen dat alleen al voor onze klas 2100 mensen moeten werken om bijvoorbeeld de trein te duwen of de was te doen. Hoe maak je je eigen zonnecel? Een nieuwe manier om zonne-energie in elektriciteit om te zetten is het gebruik van kleurstofzonnecellen. Het is pas in 1991 ontdekt in Zwitserland door een onderzoeksgroep van Michael Grätzel. Daarom wordt de kleurstofzonnecel ook wel Grätzelcel genoemd. Deze cel heeft een eenvoudige opbouw en een bijzonder verwerkingsmechanisme. Daarom is dit type zonnecel een belofte voor de toekomst. Door de eenvoudige opbouw is het heel goed mogelijk om op een eenvoudige manier je eigen zonnecel te maken en bijvoorbeeld je rekenmachine op zonne-energie te laten werken. Hoe gaat het omzetten van licht in elektriciteit nu precies in zijn werk? Het licht wordt opgevangen in de kleurstofmolecuul. Deze kleurstofmolecuul wordt overgedragen op een elektron. Het elektron wordt uit zijn verband gerukt. Dit vrije elektron heeft nu voldoende energie om zich vrij door het titaandioxide via het TCO op het glas en de verbonden koperdraadjes te bewegen naar de rekenmachine. De stroomkring moet gesloten zijn. Dit bereik je door middel van een positieve pool van de zonnecel. Om het proces te versnellen heb je een katalysator nodig. Je gebruikt hiervoor een laagje grafiet, wat je op het glas met de geleidende coating aanbrengt. Toepassingen zonne-energie https://www.scholieren.com/verslag/10229 Pagina 2 van 8
Je kunt zonne-energie op 2 manieren toepassen: 1. Zonne-energie omzetten in warmte met betrekking tot collectoren, dit wordt thermische energie genoemd. 2. Zonne-energie omzetten in elektriciteit met betrekking tot zonnepanelen, dit wordt fotovoltaisch Effect PV genoemd. Elektriciteit uit zonlicht Het proces waarmee een zonnecel werkt heet fotovoltaïsche omzetting: de omzetting van licht in electriciteit. De meest gebruikte zonnecel is gemaakt van silicium en heeft door chemische bewerkingen een negatieve en een positieve laag gekregen (de n- en de p- laag). Als er licht op valt, worden er elektronen in de zonnecel losgemaakt. Door een verbinding tussen beide lagen te maken gaat er een elektrische stroom lopen, net zoals bij de plus en de min van een batterij. Zonnecellen worden meestal aan elkaar gekoppeld en ondergebracht in een zonnepaneel. In zo n paneel zijn de cellen goed beschermd. De meeste zonnepanelen hebben een afmeting van ongeveer een halve vierkante meter. Zonnepanelen maken vaak deel uit van een pv- systeem (photo- voltaïsch- systeem). Andere onderdelen van zo n pv- systeem zijn hulpmiddelen zoals kabels, regelapparatuur en een draagconstructie. De meeste pv- systemen zijn zogenaamde autonome (zichzelf regelende) toepassingen en hebben één of meer accu s van 12 volt. Het voordeel daarvan is dat overdag geproduceerde stroom opgeslagen kan worden, zodat ook s nachts elektriciteit kan worden gebruikt. De opslag van zonne-energie Zonne-energie in opgeslagen vorm gebruiken we al sinds de tijd dat het vuur werd ontdekt. Iedere keer dat we een blok hout op het vuur gooien, gebruiken we opgeslagen zonne-energie, die miljoenen jaren geleden werd opgeslagen. De huidige methoden om zulke energie op te slaan komen erop neer dat met behulp van zomerse zonneschijn water wordt verwarmd, dat in geïsoleerde tanks wordt opgeslagen. Dit warme water kan gedurende de wintermaanden worden gebruikt voor verwarming. Ook maakt men voor de opslag van zonne-energie gebruik van speciale chemische producten en zogenaamde zonnevijvers of solar ponds. Solar ponds zijn ondiepe vijvers, waarin zich een zoutoplossing bevindt. In Israël heeft men met behulp hiervan midden in de winter rond middernacht elektriciteit geproduceerd. Dit bewijst dat zonne-energie het gehele jaar door opgeslagen en gebruikt kan worden. Zonne-energie in Nederland Zonnecellen zijn ideaal op plaatsen waar wel daglicht is, maar geen aansluiting op het elektriciteitsnet. Op een boot bijvoorbeeld, of midden in een weiland, of op een caravan, of in een tuinhuisje. De zonnecellen kunnen daar stroom leveren aan accu s of direct aan elektrische apparaten en lampen. Omdat het schoon, stil en onderhoudsarm is, is een pv- systeem vaak te verkiezen boven bijvoorbeeld https://www.scholieren.com/verslag/10229 Pagina 3 van 8
batterijen of een generator. Veel handige toepassingen vind je tegenwoordig op het water: binnenvaartschepen die voor het huishoudelijk stroomverbruik zonnepanelen hebben, zeilboten en boten met elektromotoren waarvan de accu s opgeladen worden met zonne-energie. En er zijn duizenden boeien en lichtbakens, waarin zonnepanelen en accu s de vroegere gasflessen of batterijen vervangen. Ook op andere plaatsen kan zonne-energie handig zijn. In weilanden pompen zonnepompen water op voor vee. In zomerhuisjes, caravans en tuinhuisjes kunnen recreanten dankzij zonnepanelen het licht aandoen en televisie kijken. Die laatste toepassing, die in de recreatie, is één van de populairste. Dat is te begrijpen, want het is een gemakkelijke en zorgeloze elektriciteitsvoorziening. Op sommige plaatsen in Nederland zijn er al woningen met een dak van zonnepanelen. Dat zijn meestal proefprojecten met grote pv- systemen die aan het elektriciteitsnet zijn gekoppeld. Ze hebben omvormers die de zonne-energie omzetten in 220 volt wisselstroom. Zulke grote systemen zijn nu nog zeldzaam, maar zullen in de toekomst steeds vaker te zien zijn. De toekomst van de zonne-energie Zonne-energie is waarschijnlijk één van de belangrijkste energiebronnen voor de toekomst. Driekwart van de wereld moet het nu nog zonder elektriciteitsnet doen. Vooral in de Derde Wereld is zonne-energie een oplossing. Huishoudens kunnen hun eigen pv- systeem krijgen, net als scholen, ziekenhuizen en medische hulpposten. Ook bij ons heeft zonne-energie een veelbelovende toekomst volgens veel mensen. Pv- systemen zijn stil, onderhoudsarm en milieuvriendelijk. Er komen steeds meer pv- systemen op de markt. Er zijn al kampeerwinkels die zonnepanelen verkopen. En terwijl steeds meer mensen een klein pv- systeem kopen, wordt nu al gewerkt aan grote systemen voor de toekomst. Overheid, bedrijfsleven en onderzoeksinstellingen werken samen aan een toekomst waarin zonne-energie kan concurreren met elektriciteit uit het openbare net. Zonne-energie is een onuitputtelijke bron van energie uit licht en warmte uit de zon. Zonne-energie is eigenlijk lichtenergie. De zon straalt meer energie in de vorm van licht naar de aarde dan we met z n allen op aarde gebruiken. De zon is de "motor" van het leven op aarde. Aangezien er tekorten ontstaan op het gebied van fossiele brandstoffen, hout en splijtstoffen is men gaan zoeken naar een andere vorm van energie. Om ook het milieu zo min mogelijk te belasten wordt er nu energie opgewekt uit wind, water en zonlicht. Bij zonne-energie spreken we over actieve en passieve zonne-energie. Het verschil tussen actieve- en passieve zonne-energie is dat bij actieve zonne-energie gebruikt gemaakt wordt van een zonnecollector of een ander apparaat. Een zonnecollector is een apparaat die met de warmte van de zon water verwarmd. De straling van de zon wordt geabsorbeerd door de zwarte bodem van de zonnecollector en de warmte wordt via metalen buizen https://www.scholieren.com/verslag/10229 Pagina 4 van 8
in de collector aan het water door gegeven. Passieve zonne-energie daarentegen maakt geen gebruik van apparaten. PASSIEVE ZONNE-ENERGIE Passief betekent: zonder iets te doen. Passieve zonne-energie wordt gebruikt zonder een speciaal apparaat. Toch is het moeilijk om passieve zonne-energie te gebruiken, er is veel denkwerk voor nodig om alle energie optimaal te gebruiken. Als je een huis hebt waarbij dat het geval is woon je in een PZE-huis. PZE is de afkorting voor Passieve Zonne-energie. Wat is zonne-energie? Zonne-energie is de energie die van de zon bij kernreacties vrijkomt en waarvan een klein gedeelte de aarde bereikt. De term zonne-energie wordt meestal gebruikt voor de energie die wordt gewonnen uit de straling van de zon. We onderscheiden deze energie in elektrische zonne-energie en thermische zonne-energie. De elektrische zonne-energie wordt gewonnen met behulp van zonnecellen en de thermische zonne-energie wordt gewonnen met behulp van zonnecollectoren. Elektrische zonne-energie. Je kunt het licht van de zon rechtstreeks omzetten in elektrische energie. Dit kan met behulp van de zonnecel. Deze zonnecellen worden geplaatst op grote oppervlakken die gericht staan op de zon zoals bijvoorbeeld in de ruimtevaart bij satellieten. De zonnecellen zijn verbonden aan accu s en laden deze op. Ook in het dagelijks gebruik hebben we de zakrekenmachines of horloges. Men is op dit moment bezig de zonnecellen ook te gebruiken in elektrische aangedreven auto s en ook elektriciteit maatschappijen proberen de zonnecel te gebruiken voor de opwekking van elektriciteit voor ons dagelijks gebruik. Een voorbeeld hiervan is te zien op de geluidswal langs de A 27 ter hoogte van Voordorp in de gemeente Utrecht, waar panelen met zonnecellen gemonteerd zitten op de geluidswal en stroom leveren voor de achter de geluidswal liggende wijk. De toekomst van zonne-energie In de toekomst zal waarschijnlijk meer gebruik worden gemaakt van zonne-energie, want op ten duur zullen de fossiele brandstoffen opraken en moeten de mensen met een andere oplossing komen. De regering zal daar geld in moeten stoppen.ten eerste voor onderzoek en ten tweede moeten zij de burgers stimuleren over te stappen op milieuvriendelijke energie bronnen, zoals zonne- en windenergie. Bijna alle onze energie komt van de zon. Elke dag verwarmt en verlicht de zon de aarde. De kolen, olie en het gas dat we verbranden hebben we dankzij de zon. Net als miljoenen jaren geleden groeiden planten en dieren dankzij de energie van de zon. Zonnecollectoren zijn manieren om zonlicht om zonlicht om te zetten https://www.scholieren.com/verslag/10229 Pagina 5 van 8
in energie. Zonnecellen maken rechtstreeks elektriciteit uit zonlicht. Zonnecellen vindt je overal. Sommige rekenmachines gebruiken zonne-energie voor de elektriciteit. ZONNE-ENERGIE Beschikbaarheid van elektriciteit vinden we vanzelfsprekend. We staan er vaak niet bij stil dat productie van elektriciteit uit aardgas of steenkool blijvende schade toebrengt aan onze leefomgeving. Bij de verbranding van deze brandstoffen komen schadelijke gassen vrij. Daarnaast zullen de brandstofvoorraden op lange termijn opraken. Toepassing van zonne-energie brengt geen uitstoot van schadelijke gassen met zich mee. Zonne-energie is schoon, stil en duurzaam. Met zonnepanelen is heel veel mogelijk, zo kan het gebruikt worden om een sluis mee te openen, voor de elektriciteit op schrikdraad, voor een branden van de lamp in een lantaarnpaal, of voor elektriciteit in huis of op de boot. Zelfs auto s kunnen lopen op zonne-energie. Er is zelfs een wedstrijd voor auto s op zonneenergie in Australië, de World Solar Challenge. In het debuutjaar van de Nederlandse groep hebben zij deze wedstrijd gewonnen. Een zonnepaneel bestaat uit zonnecellen, die worden gemaakt van silicium en zand, maar ook van bijv. bramensap kan je een zonnecel maken, alleen geeft deze veel minder elektriciteit dan een zonnecel van silicium en zand. Een zonnecel is een onderdeel van een zonnepaneel, die word op de volgende manier gemaakt: zonnecellen worden in plaatjes van 0,3 mm. dik geperst. Het plaatje heeft een negatieve en een positieve kant. Aan de negatieve kant zit een laagje fosfor. Aan de negatieve kant van het plaatje komt een fijn netwerk van draadjes door de zeefdruk methode. Aan de positieve kant komt een laagje aluminium om het geleidend te maken. Daaroverheen komt weer een laagje zodat de energie in de cel blijft en er niet meer uit kan. Hierna volgt er nog een heel proces van lagen aluminium, papier en rubber. Het zonnepaneel word helemaal gladgemaakt en vast gesmolten in rubber. Zon heeft de toekomst. Er wordt veel vooruitgang in zonnepanelen geboekt. Het gemiddelde formaat van een zonnepaneel wordt kleiner terwijl de opbrengst hoger wordt. Daar komt nog bij dat de benodigde hoeveelheid kostbare materialen (zoals silicium) afneemt. Daardoor worden kosten gespaard. Elk jaar bereikt er genoeg zonlicht ons land om 500 keer in onze elektriciteitsbehoefte te voorzien. Inmiddels zijn er zonnepanelen die tientallen jaren lang tienduizend watt vermogen kunnen leveren. Ieder paneel afzonderlijk bestaat uit 36 cellen van tien bij tien centimeter die samen goed zijn voor een vermogen van vijftig watt. Zonnepanelen worden op diverse manieren toegepast. We maken een onderscheid tussen autonome systemen en netgekoppelde systemen. Autonome zonnesystemen staan los van het elektriciteitsnet hierbij wordt gebruik gemaakt van accu's om de elektriciteit op te slaan. Netgekoppelde systemen zijn gekoppeld aan het elektriciteitsnet. Autonome systemen worden gebruikt voor openbare verlichting, boeien, vee drink bakken, tuinhuisjes, https://www.scholieren.com/verslag/10229 Pagina 6 van 8
caravans, etc. Netgekoppelde systemen vind je vaak terug op woonhuizen en kantoren, maar ook bijvoorbeeld bij geluidswallen. De in zonlicht aanwezige energie kan worden gebruikt voor elektriciteitsproductie. Zonlicht wordt opgevangen door zonnecellen en omgezet in elektriciteit. Ook als het bewolkt is werkt het. Maar als regel geldt: hoe meer zonlicht op de zonnecellen valt, hoe beter. Een zonnepaneel van 1 vierkante meter heeft een vermogen van ca. 100 W. De opbrengst van een zonnepaneel is afhankelijk van de hellingshoek van het paneel en de richting waarin het paneel staat. De opbrengst is optimaal wanneer het paneel een hellingshoek heeft van 36 en gericht is op het zuiden. Nog niet zo lang geleden werd elektriciteit uit zonlicht alleen maar in de ruimtevaart toegepast. Zonlicht wordt daar al jaren gebruikt om satellieten met behulp van zonnecellen van stroom te voorzien. Tegenwoordig worden zonnecellen ook op aarde toegepast: op woonhuizen en kantoorgebouwen, maar ook in rekenmachines, praatpalen, lichtboeien, waterpompen, zomerhuisjes en caravans. De zon is een onuitputtelijke bron van energie en is schoon. Zonlicht is er in overvloed. Ook in Nederland is er genoeg zonlicht om met zonnecellen alle elektriciteit op te wekken die nodig is. Omvormer Met een omvormer wordt de 12 Volt of 24 Volt spanning van de accu omgezet in 220 Volt wisselstroom.hierdoor is het mogelijk de 220 Volt apparatuur die u thuis gebruikt op de accu aan te sluiten in uw vakantiehuis, boot, caravan, kampeerauto, enz... Deze omvormers hebben een trapezium uitgangs spanningsvorm. Niet alle apparatuur functioneert hier goed op. In dat geval kiest u een sinus omvormer. 1.) Waarom zoekt men naar andere energiebronnen? Noem een aantal redenen. - energiebronnen kunnen opraken - schonere energiebronnen 2.) Welke nadelen zitten er aan fossiele energiebronnen? Het nadeel is dat ze op kunnen raken. 3.) Wat betekent: schone energie? Energie die niet schadelijk voor het milieu is. 4.) Welke omzettingen komen bij zonne-energie voor. - omzetting van zonne-energie naar warmte https://www.scholieren.com/verslag/10229 Pagina 7 van 8
- zonne-energie naar licht. 5.a) Noem een aantal plaatsen(zo mogelijk in Nederland)waar de energiebron van jouw keuze wordt gebruikt. eigenlijk zijn er in bijna elke plaats wel mensen die zonne-energie gebruiken. 5.b) Probeer na te gaan waarom dat juist op die plaatsen gebeurt. Het is goed voor het milieu en op den duur is het goedkoper. 6.) Welke voor- en nadelen heeft jouw energiebron? Voordelen: - het raakt niet op - er wordt niks vervuild Nadelen: - het is duur om aan te leggen. 7.)Wat is er duur en wat goedkoop aan die energiebron? Duur: - het aanleggen van de zonnepanelen Goedkoop: - de energie van de zon is gratis,dus eerst investeer je, en daarna kost het niks meer. Bronvermelding: www.zonne-energie.nl zoeken zonne-energie www.google.nl zoeken zonne-energie www.startpagina.nl zoeken zonne-energie https://www.scholieren.com/verslag/10229 Pagina 8 van 8