G E B R U I K A A N W I J Z I N G Bestnr.: 11 30 26 Zonneprofessor De zon nbegrensde energie die we kunnen gebruiken Vraag het aan de ZNNEPRFER! mwille van het milieu 100% recyclingpapier Impressum Alle rechten, ook vertalingen, voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een automatisch gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, of op enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van CNRAD EECTRNIC NEDERAND BV. Nadruk, ook als uittreksel is niet toegestaan. Druk en zetfouten voorbehouden. Deze gebruiksaanwijzing voldoet aan de technische eisen bij het in druk gaan. Wijzigingen in de techniek en uitvoering voorbehouden. Copyright 1995 by CNRAD EECTRNIC NEDERAND BV Windmolenweg 42, 7548 BM Boekelo Internet: www.conrad.com
Introductie Geachte klant, Hartelijk dank voor de aankoop van de Zonneprofessor. ees eerst deze handleiding volledig en zorgvuldig door voordat u begint met experimenteren. Bij vragen kunt u zich wenden tot onze Technische Dienst, Nederland: 053 428 54 80 Ma. vr. 09.00 20.00 uur De ZNNEPRFER De zonneexperimenteerdoos Algemeen De ZNNEPRFER biedt de mogelijkheid, de techniek en de eigenschappen van zonnecellen voor het opwekken van stroom experimenteel te onderzoeken. Het doel hierbij is, het thema stroomopwekking door solartechniek te verduidelijken. Aan de hand van metingen, die met een digitale multimeter (Dr. Digit) gedaan worden, kunnen de desbetreffende experimenten bij de verschillende thema's geëvalueerd en gedocumenteer worden. De zonnecellen, die als basis voor alle experimenten dienen, bestaan uit monokristallijn silicium en zijn daarom van hoogwaardige kwaliteit. Hiermee bereiken we, dat de experimenten ook zonder directe zonnestraling binnenshuis uitgevoerd kunnen worden. Natuurlijk hebben de zonnecellen ook hier voldoende belichting nodig, maar in elk huishouden vindt men wel een bureaulamp. Bovendien heeft een lamp de eigenschap dat deze steed dezelfde lichtsterkte afgeeft. De directe zonnestraling daarentegen kan, afhankelijk van de toestand van de bewolking, schommelen, hetgeen een vervalsing van de meetdata tot gevolg zou kunnen hebben. zon niet verdubbelen. Daarom is bij sommige experimenten de kolom "resultaat 2" leeg. In de kolom "resultaat 1" worden de meetwaarden opgeschreven die we bepaald hebben als de zonnecellen door een lamp belicht zijn. In kolom "resultaat 2" komen de waarden bij belichting door de zon. Voor berekeningen in het protocol gebruiken we in de eerste plaats de kolom "resultaat 1". Als deze niet aanwezig is, de kolom "resultaat 2". Veiligheidsbepalingen Accu et bij alle proeven op de juiste poling van de accu. Vooral bij het laden bestaat bij onvakkundig gebruik gevaar voor explosies. Er bestaat bovendien gevaar voor explosies als de accu kortgesloten wordt. Kortsluiting = directe elektrische verbinding tussen pluspool en minpool! Dr Digit Voor het vervangen van de batterij in deze meter dient u alle meetsnoeren te verwijderen. Hetzelfde geldt voor de zekering van de meter. p geen enkel moment wordt er geëxperimenteerd met het 230Vstroomnet. Daarom: HANDEN WEG VAN AE TPCNTACTEN! Voor onszelf: Wij zijn zeer erkentelijk voor goede ideeën, voorstellen voor nieuwe experimenten maar ook voor kritiek op de AR PRFER. Uitleg bij de experimenteerhandleiding Wij hebben het desondanks mogelijk gemaakt, d.m.v. een tweede resultatenkolom, de metingen ook in direct zonlicht uit te voeren. Dat is echter niet altijd zinvol. Zo kunnen w b.v. de afstand van de zonnecel tot de 2 3
Inhoudsopgave De thema's. 1 van 3 Thema De ZonnePRFER De zonneexperimenteerdoos. De inhoudsopgave De thema's. 1 van 3 De thema's. 2 van 3 De thema's. 3 van 3 De onderdelenlijst. Welke onderdelen zitten er in de olar PRFER. De zon en de solartechniek. De kracht die ons leven mogelijk maakt. troom uit licht en het rendement van verschillende zonnecellen. Hoe zonnecellen gemaakt worden en hoe het licht door zonnecellen omgezet wordt in stroom. osse installaties. Netparallelinstallaties. De onderdelen. Dr. Digit. De zonnecellen. De weerstand en de hmse weerstand ervan. De accu en het laden van de accu. De potentiaalmeter. De transistor. Zonnecellen en hun eigenschappen. De reactie van zonnecellen op verschillende lichtbronnen. De zon en verschillende bewolkingstoestanden. De vermogensverliezen, die ontstaan als een zonnecel achter een raam staat. De werking van verschillende temperaturen op het vermogen van de zonnecellen. 4 De inhoudsopgave De thema's. 2 van 3 Thema Toepassingsvoorbeelden. Afbeeldingen van zonneinstallaties. De werking van het licht. Het licht en de werking ervan bij verschillende afstanden. Het effect van de lichthoeveelheid op het vermogen van de zonnecel. Het effect van de invalshoek. ichtfilters en de werking ervan. Toepassingsvoorbeelden Afbeeldingen van zonneinstallaties. De schakeling van zonnecellen. De serieschakeling. De parallelschakeling. De gecombineerde schakeling (serie en parallelschakeling). De onbalans bij de gecombineerde schakeling. Als zonnecellen in de serie en parallelschakeling verkeerd gepoold worden. Als er schaduw over zonnecellen valt. Het effect op de spanning en de stroom bij gedeeltelijke afdekken van een enkele zonnecel. Het effect van afdekken van aparte zonnecellen, die in serie geschakeld zijn. Het effect van afdekken van aparte zonnecellen, die parallel geschakeld zijn. Het effect van afdekken van aparte zonnecellen, die gecombineerd geschakeld zijn. 1 van 2. Het effect van afdekken van aparte zonnecellen, die gecombineerd geschakeld zijn. 2 van 2. 5
Functie van elektronische componenten. De zonnemotor. De zonnemotor en de serieschakeling van zonnecellen. De zonnemotor en de parallelschakeling van zonnecellen. De inhoudsopgave De thema's. 3 van 3 Thema Functie van elektronische componenten. De weerstand. De potentiaalmeter (potmeter), de veranderbare weerstand. De aanloopstroom en de werkstroom van de zonnemotor. De diode. De diode als bypass. De lichtdiode. De transistor, een elektronische schakelaar. 1 van 3. De transistor, een elektronische schakelaar. 2 van 3. De transistor, een elektronische schakelaar. 3 van 3. De zonnemotor als generator De transistor als versterker. Bestellijst. als er eens iets stuk is. tuklijst Welke onderdelen bevat de olar PRFER. nder Aantal Artikel deel 1 1 Handboek met handleidingen voor de experimenten en meetprotocols 2 1 Digitale meter met meetpunten (Dr. Digit) 3 4 Kristallijne zonnecellen 0,5 V, ca. 200 ma 4 1 Zonnemotor 5 10 Gekleurde bedradingssnoeren met krokodillenklemmen 6 1 Draaiplateau met houder 7 1 Holografiesticker 7 1 Folie in groen 8 1 Folie in rood 9 2 chaduwkartonnetjes 10 1 Accuhouder voor mignoncel 11 1 Accu 12 1 Diode l. 13 1 Weerstand 10 hm 14 1 Weerstand 100 hm 15 1 Potmeter 100 hm 16 1 ichtdiode groen 17 1 Transistor npn C548C 18 1 Minigloeilamp 6 7
De zon en de zonnetechniek De zon De kracht die ons leven mogelijk maakt. De zon heeft een massa van 333000 keer die van de aarde en is de grootste energiebron van ons zonnestelsel. Met een doorsnede van 1.392 miljoen kilometer is ze meer dan honderd keer zo groot als de aarde. De gemiddelde afstand van de aarde tot de zon bedraagt 150 miljoen kilometer. Dagelijks bereiken ons stralen van de zon na een reistijd van 8 minuten. Daarbij legt het licht per seconde een afstand van 299792,5 km af. Als men b.v. licht van Amsterdam naar Barcelona zou sturen, dat is ca. 1000 km, dan zou dit slechts een fractie van een seconde onderweg zijn, namelijk 0,0035 seconden. Technisch gezien is de zon niets anders dan een reuze gaskogel. Een onwaarschijnlijk hete gaskogel en zeer explosief. Binnenin heersen temperaturen van max. 15 miljoen graden. Aan het oppervlak is dat nog steeds en aanzienlijke temperatuur van 5700 C. seconde 4 miljoen ton materie, waarbij elke gram verbrande materie 25 000 000 kwh energie produceert. Je zou kunnen denken dat de zon binnenkort zou uitgloeien. Dit is echter niet het geval. In feite is de zon zo groot, dat er in 10 miljoen jaar slechts 0,07% van de massa verbrandt. In 10 miljoen jaar zet de zon dus 12 6134 400 000 000 000 000 000 ton materie in energie om. Deze opgewekte energie wordt de ruimte ingestraald en een deel ervan komt op onze aarde terecht. Dit deel kunnen wij gebruiken voor het produceren van stroom of voor het opwarmen van water voor onze dagelijkse behoefte. Pas het licht van de zon en de warmte die deze afgeeft, maken van de aarde wat ze is, een bewoonbare planeet. De temperatuur van de zon valt moeilijk te beschrijven. aten we eens proberen om ons aan de hand van de volgende tabel proberen temperaturen voor te stellen. Zo kunnen we ons voorstellen hoe heet de zon daadwerkelijk is. 4 7 C : de temperatuur van onze koelkast 5 C : we hebben het koud, we bibberen 35 C : we hebben het warm, we zweten 37 C : onze lichaamstemperatuur 50 60 C : de woestijn overdag 90100 C : de temperatuur van een sauna 100 C : water verdampt 3000 C : metaal smelt binnen enkele seconden 5700 C : het oppervlak van de zon 15000000 C : de temperatuur binnen in de zon De temperaturen en ook de druk in het binnenste van de zon zijn zo hoog, dat het tot kernreacties leidt. Door deze kernreacties verbranden er per 8 9
De zonnetechniek Zonneenergie en het rendement van verschillende zonnecellen Het omzetten van licht in elektrische energie noemt men fotovoltaiek. Deze aanduiding komt uit het Grieks en is samengesteld uit de beide woorden "phos = licht" en "Volt = eenheid van de elektrische spanning". Deze fotovoltaiek werd reeds in 1839 ontdekt door de franse natuurkundige Bequerel. Maar pas 100 jaar later werd de eerste zonnecel ontwikkeld in de Belllaboratoria. Dat was in het jaar 1954. En vanaf dat tijdstip zijn wetenschappers uit de hele wereld bezig de kwaliteit van de zonnecellen te verbeteren. Vele miljoenen guldens worden er jaarlijks voor dit doel uitgegeven aan onderzoek. Het doel van de wetenschappers is het rendement van de zonnecellen te verbeteren. Het rendement De meting, die het rendement van een zonnecel bepaalt, wordt in het laboratorium uitgevoerd. Daarbij moeten verschillende criteria aangehouden worden. De instraling van licht bedraagt tijdens de meting 1000 Watt/m 2. Bovendien moet de zonnecel een temperatuur van 25 C hebben. Daarnaast wordt de luchtvochtigheid zeer precies gecontroleerd. Deze criteria, waar alle fabrikanten zich aan moeten houden, maken het mogelijk verschillende zonnecellen, die op de meest uiteenlopende manieren gefabriceerd zijn, met elkaar te vergelijken. Maar wat is eigenlijk het rendement? Het rendement bepaalt de verhouding tussen ingevoerde energie en gewonnen energie in procenten. Voorbeeld: als 1000 Watt invoervermogen een uitgangsvermogen van 100 Watt produceert, dan bedraagt het rendement 10%. Celtype vermogen rendement opp. In m 2 Amorfe cel 10 Watt ca. 8% ca. 0,125m 2 Polykristallijne cel 10 Watt ca. 12% ca. 0,083m 2 Monokristallijne cel 10 Watt ca. 17% ca. 0,066m 2 De prijzen Qua prijs is de amorfe zonnecel veruit de goedkoopste. Deze cel verliest echter na een paar jaar ook aanzienlijk aan vermogen. De poly en monokristallijne zonnecel daarentegen hebben ook na vele jaren nog dezelfde capaciteit. Deze cellen zijn wat duurder, maar door hun lange levensduur zijn ze naar verhouding goedkoper. et op: hoe lager het rendement van de cel, hoe groter is het oppervlak dat nodig is om een bepaalde capaciteit te produceren. De verschillende zonnecellen en het rendement ervan De drie meest voorkomende celtypes, die momenteel gebruikt worden, zijn: Celtype materiaal rendement kleur Amorfe cel opgedampte 4 8% zwart iliciumlaag Polykristallijne cel siliciumlaag 10 14% blauw gemeleerd Monokristallijne cel siliciumlaag 13 17% blauw tot zwart Het rendement kan ook bepaald worden op grond van het oppervlak dat verschillende cellen nodig hebben om b.v. een vermogen van 10 Watt te produceren. Daarbij gaan wij er van uit dat de instraling 1000 Watt/m 2 bedraagt. 10 11
De zonnetechniek Hoe zonnecellen gemaakt worden en hoe het licht door zonnecellen in stroom omgezet wordt. De fabricage van zonnecellen Het materiaal waarvan zonnecellen gemaakt worden is kwartszand. Dit wordt door een speciaal procédé gezuiverd van verontreinigingen en dan verwerkt tot een siliciumblok. Afhankelijk van het type van de cel zijn hiervoor verschillende procédé's nodig. Bij monokristallijne cellen wordt een smeltkroesprocédé toegepast. Een siliciumkristal wordt in het hete, vloeibare silicium gedoopt. Het vloeibare silicium verbindt zich met het er ingedoopte kristal, terwijl dit langzaam uit de smeltkroes getrokken wordt. Zo ontstaan siliciumstaven met een lengte van meer dan 1 meter en een diameter van ca. 12 cm. Bij polykristallijne cellen wordt het hete silicium in een vorm gegoten en langzaam afgekoeld. ok bij dit procédé ontstaan siliciumstaven. Nu worden deze staven, die bij beide procédé's ontstaan in flinterdunne schijven (> 0,5 mm) gesneden. Elke schijf wordt door etsen en slijpen gladgemaakt. Daarna worden beide kanten met verschillende andere atomen gericht verontreinigd. Dit noemt men doteren. Door de dotering bereikt men, dat de ene kant positief en de andere kant negatief geladen is, wat later tot gevolg heeft dat er bij lichtinval stroom kan vloeien. De achterkant van de zonnecel wordt voorzien van een zeer dunne laag aluminium. Deze aluminiumlaag dient als pluspool. De voorkant wordt eveneens voorzien van een aluminiumlaag, echter nu wordt niet het hele oppervlak bedekt, maar het aluminium vormt smalle geleidebanen, opdat er ook nu nog licht op het silicium kan vallen. Tenslotte wordt er nog een soldeeroog op de geleidebanen aangebracht, die de tweede aansluiting vormt, de minpool. De omzetting van licht in stroom Het licht bestaat uit talloze minuscule energiedragers, de fotonen. Als deze fotonen de zonnecel raken, worden er elektronen uit de nlaag vrijgemaakt. Deze elektronen proberen naar de plaag te komen. Deze beweging noemt men de stroomflux. Deze vindt steeds van naar plaats. Als er nu een gebruiker aangesloten wordt op de zonnecel, dan gaat de verplaatsing van het elektron door tot in de gebruiker en drijft b.v. bij een motor de motoras aan. Motor Geleidebanen iliciumschijf oldeerogen Aluminiumlaag ichtinval n laag "" p laag "" Zonnecel et op: een zonnecel produceert gelijkspanning. Deze spanning bedraagt ca. 0,5 Volt. Geleidebanen iliciumschijf oldeerogen Aluminiumlaag n laag "" Zonnecel p laag "" 12 13
De zonnetechniek De verschillende toepassingsgebieden van de fotovoltaiek. osse installaties osse installaties osse installaties worden gebruikt op plaatsen waar geen openbare stroomvoorziening aanwezig is, zoals b.v. campers, boten of berghutten. m een dergelijke losse installatie te laten werken, heft u een zonnemodule, een laadregelaar en accu's en natuurlijk ook verbruikers nodig, zoals lampen, een radio of dergelijke. olarmodule aadregelaar de accu slechts tot een vooraf ingestelde spanning ontladen. Daarna schakelt de laadregelaar de verbruikers automatisch uit. Als de accu nu weer via de zonnemodule opgeladen wordt, worden de verbruikers weer bijgeschakeld. Bij gebruik van laadregelaars zonder bescherming tegen totale ontlading kan het herhaaldelijk tot volledige ontlading komen. Daardoor wordt de levensduur van de accu aanzienlijk beperkt. De accu De accu dient als opslag voor de stroom, die we krijgen van de zonnemodule. Zo kan overdag bij daglicht energie opgeslagen en indien nodig afgenomen worden. De wisselrichter De wisselrichter vormt de accuspanning van 12 volt om tot wisselspanning van 230 Volt. ok gebruikelijke 230Voltapparatuur kan zo op de zonneinstallatie aangesloten worden. Accu 12 Volt Ingang 12 V wisselrichter Uitgang 230 V~ Verbruiker 12 Volt De zonnetechniek De verschillende toepassingsgebieden van de fotovoltaiek. Parallelle installaties Verbruiker 230 Volt~ De zonnemodule De zonnemodule bestaat meestal uit 36 aparte zonnecellen, die in serie geschakeld zijn. De grootte van de cellen bepaalt de stroom die de module kan afgeven. Afhankelijk van het celmateriaal kunnen de modules bij gelijke capaciteit verschillende afmetingen hebben., Parallelle installaties Parallelle installaties dienen er voor om de stroom, die door zonnetechniek gewonnen wordt, aan het openbare stroomnet door te geven. Voor een dergelijke parallelle installatie zijn zonnepanelen, een netvoeder, een moduleverdeler en een hoofdschakelaar nodig. De laadregelaar De laadregelaar voorkomt, dat de accu door de zonnemodule overladen wordt, omdat dit zeer schadelijk is voor de accu. Als de batterij geladen is, koppelt de laadregelaar de zonnemodule los van de accu. Goede laadregelaars beschikken tevens over een bescherming tegen totale ontlading. Deze bescherming tegen totale ontlading zorgt ervoor dat de verbruiker(s) 14 15
Zonneprofessor De zon nbegrensde energie die we kunnen gebruiken! De componenten Dr. Digit Met zonneinstallatie. penbaar stroomnet Wisselspanning trings uit Zonnepanelen Modulverdeler Moduleverdeler: In de moduleverdeler worden de kabels van de aparte strings samengebundeld en met elkaar verbonden. ET P: In de moduleverdeler heerst hoogspanning! Wisselrichter Voor Netvoeding Hoofd schakelaar Gelijkspanning Netvoeder: De netvoeder vormt de gelijkspanning om in wisselspanning en voedt deze aan het openbare elektriciteitsnet. nze begeleider op de weg door de afzonderlijke experimenten Dr. Digit, de digitale meter van de zonneexperimenteerdoos PRFER et op: U dient zich te houden aan de veiligheidsbepalingen van de fabrikant! Meetbereik: Gelijkspanning 1000 V 200 V 20 V 2000 mv 200 mv Draaiknop voor keuze van het meetbereik Meetbereik: (Weerstand) 2000 k 200 k 20 k 2000 200 Aansluitbus voor transistors Zonder zonneinstallatie chakelaarpositie: UIT Digitaal display voor weergave meetresultaten Meetbereik: wisselspanning 750 V 200V Meetbereik: Me bereich: gelijkstroom Gleichstrom 200 A 2000 A 20 20 ma ma 200 200 ma ma Meetbereik: gelijkstroom 10 A Transistortest 20 Diodetest Aansluitbus "" 10A Aansluitbus "" V, V, A,, diodes Aansluitbus "" V, V~, A,, 10A, diodes mrekeningstabel: 16 = het miljoenste deel van een geheel m = het duizendste deel van een geheel k = het duizendvoudige van een geheel Voorbeeld: 200 A = 0,0002A Voorbeeld: 200 mv = 0,2V Voorbeeld: 200 = 200000 17
et op: Dr. Digit is het hart van onze experimenten, daarom dient u Dr. Digit steeds zorgvuldig te behandelen. Als u klaar bent met de experimenten, moet u de draaiknop steeds op "FF" zetten. Voor het vervangen van de batterij moet u steeds alle meetsnoeren verwijderen. Voor het vervangen van de zekering moet u steeds alle meetsnoeren verwijderen. Bij het meten moet u er op letten dat de meetsnoeren op de juiste bussen aangesloten zijn. De zonnecellen en de benodigde lichtverhoudingen nze stroomproducent en de optimale belichting voor alle experimenten. De zonnecellen Zonnecellen zijn hoogwaardige halfgeleidercomponenten en gevoelig voor breuk. U dient ze daarom steeds zorgvuldig te behandelen. De met de olar PRFER meegeleverde zonnecellen leveren elk een stroom van meer dan 200 ma. De spanning bedraagt meer dan 500 mv. Natuurlijk alleen bij de desbetreffende lichtverhoudingen. De lichtverhoudingen Bij alle experimenten dient u te zorgen voor voldoende licht. Neonlampen zijn ongeschikt voor alle experimenten, omdat deze neonbuizen de voor de zonntechniek belangrijke lichtspectra niet uitstralen. Goede lichtbronnen zijn 'gewone' gloeilampen met een vermogen van 60 tot 100 Watt. De afstand van de lichtbron tot de zonnemodule U dient er op te letten, dat de lichtbron niet gedurende langere tijd in de directe omgeving van de zonnecel geïnstalleerd is, omdat er anders oververhitting van de zonnecel kan worden veroorzaakt. De spanningen en stromen van de aparte zonnecellen. 0 V 2000m A 10 U pannung.................................................................... A A.................. A A 18 19
De weerstand en de hmse waarde ervan Hoe men kan herkennen welke hmse waarde een weerstand heeft. De kleurringen van weerstanden. De accu Hoe de accu geladen wordt. Het laden van de accu. ACCU Kleur Zwart Bruin Rood ranje Geel Groen Blauw Violet Grijs Wit Goud Zilver 1 e ring 2 e ring 3 e ring 4 e ring Pluspool Minpool et op: et bij alle experimenten op de juiste poling van de accu. peciaal bij het laden van de accu bestaat bij onjuist gebruik gevaar voor explosies. De accu wordt bij sommige experimenten als stroombron gebruikt. et er daarom op, dat de accu in de tijd dat u de experimenteerdoos niet gebruikt, door de zonnecellen opgeladen wordt. Daartoe moet u de volgende schakeling opbouwen en een zonnige plek voor de zonnecellen zoeken. Het beste direct bij een raam. geen ring 1 e cijfer van de waarde 2 e cijfer van de waarde Vermenigvuldigingsfactor Weerstandstolerantie 1 2 3 4 DI 1 ACCU Een zonnecel kan ook een verbruiker voorstellen. Daarom hebben we de diode ingebouwd. Deze verhindert, dat de accu via de zonnecellen ontladen wordt als er niet voldoende licht ter beschikking staat. et op de juiste poling van de diode. De zwarte ring is de minpool. 20 21
AKKU V Dr. Digit G 1 Dr. Digit's V2000 mv...mv De transistor Zijaanzicht Vooraanzicht ok de transistor beschikt over 3 aansluitingen: basis, emitter en collector 1 = emitter 2 = basis 3 = collector m met de transistor beter te kunnen experimenteren, buigen we de aansluitingen zoals weergegeven in de tekening. 1 2 3 Als de accu volledig geladen is, moet deze een spanning van ca. 1250 mv hebben. Na het bereiken van deze spanning moet u de accu loskoppelen van de zonnecellen, omdat er anders een overlading zou kunnen plaatsvinden. Deze overlading is schadelijk voor de accu. nderaanzicht emitter basis collector basis Bovenaanzicht collector emitter De potmeter en de transistor De aansluitingen. De potmeter 1 2 3 Model 1 2 De potmeter heeft in totaal 3 aansluitingen. Tussen aansluiting 1 en 3 blijft de weerstand constant, ook als er aan de draaiknop gedraaid wordt. Tussen de aansluitingen 1 en 2 of de aansluitingen 2 en 3 verandert de weerstand. Dat komt, doordat de lengte van de weerstand verandert, als er aan de draaiknop gedraaid wordt. Weerstandlaag Draaiknop 22 1 3 Model 2 Het binnenste van de potmeter 23
Zonnecellen en de eigenschappen ervan Thema: de reactie van zonnecellen op verschillende lichtbronnen. Het effect van verschillende lichtbronnen op de prestaties van zonnecellen. Eerst meten we de stroom en de spanning van een enkele zonnecel, die door een gewone gloeilamp verlicht wordt. amenvatting en evaluatie We hebben de stroom en de spanning gemeten, terwijl we steeds andere lichtbronnen gebruikten: gloeilamp, neonbuis en halogeenlamp. Experiment nr. 1 2 3 Istroom in A Uspanning in mv Pwatt (UxI) in mw I A/V Dr.Digit et op: De lichtbron heeft invloed op de stroomsterkte die door een zonnecel afgegeven kan worden. Het verschillende lichtspectrum dat de verschillende lichtbronnen produceren, is verantwoordelijk voor de verschillende prestaties van de cel. Er is duidelijk te zien dat het lichtspectrum van een neonbuis totaal ongeschikt is voor het uitvoeren van zonneexperimenten. Nu houden we de zonnecel voor een neonbuis en meten opnieuw. I A/V Dr.Digit Experiment 3 Nu meten we de stroom en de spanning van de cel, terwijl we deze met een halogeenlamp belichten. a 20 cm I A/V Dr.Digit 24 25
Experimenteerreeks Zonnecellen en de eigenschappen ervan Het afnemen van de capaciteit door verschillende bewolkingstoestanden. De prestatie van een zonnecel bij verschillende bewolkingstoestanden. Experiment over langere tijd. Eerst meten we de stroom en de spanning van een enkele zonnecel bij zonnig weer. amenvatting en evaluatie We hebben de stroom en de spanning gemeten, terwijl we geduldig op het weer gewacht hebben dat voor de meting nodig was. Experiment nr. 1 2 3 Istroom in A Uspanning in mv Pwatt (UxI) in mw I A/V Dr.Digit et op: bij het produceren van stroom door zonnecellen is het weer doorslaggevend. Hoe meer licht er door de wolken verloren gaat, hoe minder stroom de zonnecel kan produceren. Het is ideaal, als de zonnecel de maximale zonnestraling ontvangt. Nadat we op slechter weer gewacht hebben, meten we opnieuw. Voor de zon bevinden zich nu witte wolken. I A/V Dr.Digit Experiment 3 Bij deze meting moet het regenen. De hemel is donkergrijs tot zwart. I A/V Dr.Digit Me bereich: Dr. Dr. Digit Digit s s Me bereich: V 26 27
Experimenteerreeks Zonnecellen en de eigenschappen ervan Het afnemen van de capaciteit bij het opwekken van stroom achter een ruit. De capaciteitsverliezen die ontstaan als een zonnecel achter een ruit stroom produceert. Eerst meten we de stroom en de spanning van de zonnecel op een zonnige dag in de openlucht. et op: Een zonnecel verliest capaciteit, als deze achter een ruit gebruikt wordt. De glazen ruit als zodanig laat niet het gehele lichtspectrum van de zon passeren, maar filtert een deel van het licht uit. Afhankelijk van het glas (gekleurd, matglas, enz.) is het uitgefilterde gedeelte groter of kleiner. Experimenteerreeks Zonnecellen en de eigenschappen ervan Thema: de afhankelijkheid van temperatuur en verschillende lichtbronnen. De inwerking van verschillende temperaturen op de capaciteit van de zonnecel. I A/V Dr.Digit Nu voeren we de meting opnieuw uit, maar nu achter een vensterruit. Eerst meten we de spanning van een enkele zonnecel. Dan meten we de stroom van de zonnecel. Vensterruit 0 I A/V Dr.Digit amenvatting en evaluatie We hebben de stroom en de spanning van een zonnecel gemeten. Een keer in de openlucht, een keer achter een ruit. We leggen de zonnecel in de koelkast en koelen hem af. We meten opnieuw. et op: De cel moet minstens 30 minuten in de koelkast blijven liggen. U spanning =.. U spanning = I stroom =.. I stroom =. PWatt (IxU) =... mw Pwatt (IxU) =... mw 28 29
Nu meten we opnieuw de stroom en spanning van de zonnecel. De olar PRFER Toepassingsvoorbeelden. Een dromedaris met een door zonnecellen aangedreven koelkast brengt levens reddende medicamenten naar de Ethiopische woestijn. mdat de medicijnen en vaccins onderweg gekoeld moeten worden, vond iemens olar deze speciaal voor de woestijn bedoelde speciale uitrusting uit. amenvatting en evaluatie We hebben bij een zonnecel de spanning alsmede de stroom gemeten. Daarna hebben we de zonnecel afgekoeld en de metingen opnieuw uitgevoerd. U spanning =.. U spanning = I stroom =.. I stroom =. PWatt (IxU) =... mw Pwatt (IxU) =... mw et op: een zonnecel is zeer temperatuurgevoelig. Hoe kouder de cel, hoe hoger is het vermogen dat deze kan afgeven. Extreem goede prestaties worden door zonnecellen geleverd b.v. in de zomer, in hoge en koele regio's (gletsjer enz.). Door de zon aangedreven waterpomp Foto: iemenspersfoto De foto toont de dorpspomp van Mondi, ca. 250 km van de Atlantische kust vandaan in het binnenland van enegal. Tot aan het eind van 1995 heeft iemens olar 330 waterpompen, 63 koelsystemen en 240 verlichtingsinstallaties in deze regio geïnstalleerd. 30 Foto: iemenspersfoto 31
De werking van het licht Thema: hoek, afstand en soort licht Het licht en de werking ervan bij verschillende afstanden. Eerst meten we de spanning en de stroom van een enkele zonnecel. De lichtbron is geïnstalleerd op een afstand van 20 cm. 4 20cm 20 cm I 0 I1 A/V Dr.Digit A/V Dr.Digit Digit Dr. Dr. Me bereich: Digit s Dr.. Digits Dr. Me bereich: Digit s A amenvatting en evaluatie We hebben de spanning en de stroom gemeten, terwijl we de lichtbron op een afstand van 20 cm hebben gehouden. Daarna hebben we de afstand verkleind tot 10 cm. U spanning =... V U spanning =... V I stroom =.. I stroom =. PWatt (IxU) =... W Pwatt (IxU) =... W U merkt: hoe dichter de lichtbron zich bij de zonnecel bevindt, hoe meer stroom er geproduceerd wordt. De spanning blijft nagenoeg gelijk. et op: de afstand tot de zonnecel mag niet minder bedragen dan 10 cm! Gevaar voor oververhitting! Nu verkleinen we de afstand tussen zonnecel en lamp tot 10 cm. 4 I A/V Dr.Digit Dr. Digit s Me bereich: I A/V Dr.Digit Dr. Me bereich: 32 33
De werking van het licht Thema: hoek, afstand en soort licht Het effect van de lichthoeveelheid op de capaciteit van de zonnecel. We meten de spanning en de stroom van een zonnecel. De lichtbron is 20 cm van de zonnecel verwijderd. I V Dr.Digit amenvatting en evaluatie We hebben de spanning en stroom gemeten terwijl we de lichtbron op een afstand van 20 cm geïnstalleerd hebben. Daarna hebben we de zonnecel met een tweede lamp erbij belicht. De afstand bedroeg eveneens 20 cm. U spanning =... V U spanning =... V I stroom =.. I stroom =. PWatt (IxU) =... W Pwatt (IxU) =... W U merkt: hoe meer licht er op de zonnecel valt, hoe meer stroom en daarmee ook capaciteit deze kan produceren. De spanning blijft nagenoeg constant. 20 cm I A Dr.Digit Nu belichten we de zonnecel met een tweede lamp. I V Dr.Digit 20 cm I A Dr.Digit 34 35
De werking van het licht Thema: hoek, afstand en soort licht Het effect van de hoek van inval. We meten de stroom en de spanning terwijl de lichtbron direct op de zonnecel gericht is. amenvatting en evaluatie We hebben de stroom en spanning gemeten, terwijl we de invalhoek veranderd hebben. Van 90 naar 45 en dan naar o. Experiment nr. 1 90 2 45 3 0 Istroom in A Uspanning in mv Pwatt (UxI) in mw et op: de zonnecel werkt het beste, als deze in een rechte hoek op de lichtbron staat. Als de zonnecel van het licht vandaan gedraaid wordt, wordt de stroom en daarmee ook de capaciteit minder. Nu kantelen we de zonnecel naar achteren. De ontstane hoek is ca. 45. Experiment 3 Nu kantelen we de zonnecel verder naar achteren. Hoek ca. 0. 36 37
De werking van het licht Thema: hoek, afstand en soort licht ichtfilters en de werking daarvan. We meten de spanning en de stroom terwijl we de zonnecel met rode folie afdekken. amenvatting en evaluatie We hebben de spanning en stroom gemeten, terwijl we de zonnecel eerst met rode folie en daarna met groene folie afgedekt hebben. U spanning =... V U spanning =... V I stroom =.. I stroom =. PWatt (IxU) =... W Pwatt (IxU) =... W Rode folie U ziet: afhankelijk van het lichtfilter verandert de stroom die door de zonnecel opgewekt wordt. De kleur van het toegepaste filter is verantwoordelijk voor de hoogte van de stroom, omdat elke folie een ander lichtspectrum uitfiltert. Rode folie Nu vervangen we de rode folie door groene folie en herhalen we de meting. Groene folie Groene folie 38 39
De zonneprfer Toepassingsvoorbeelden Parallelle netinstallatie Zonneenergie heeft zijn plaats als milieuvriendelijke energieleverancier veroverd. Een eigen zonneenergievoorziening thuis levert uw milieuvriendelijke energie indien nodig direct aan de verbruikers in het huishouden of geeft deze tegen vergoeding door aan het openbare elektriciteitsnet. Zonneprofessor De zon nbegrensde energie die we kunnen gebruiken! De schakeling van zonnecellen De schakeling van zonnecellen Thema: serieschakeling, parallelschakeling, gecombineerde schakeling De serieschakeling Eerst meten we de spanning van een enkele zonnecel. Parallelle netinstallatie p het dak van een stadion werd een fotovoltaïsche installatie geïnstalleerd, die jaarlijks 100 000 kilowattuur stroom moet produceren en aan het openbare elektriciteitsnet moet leveren. Dit komt overeen met de behoefte van ongeveer 30 vierpersoons huishoudens. Nu meten we de stroom van een enkele zonnecel. Foto: iemenspersfoto 40 41
Twee zonnecellen worden in serie geschakeld. D.w.z. de minpool van de eerste zonnecel wordt verbonden met de pluspool van de tweede cel. We sluiten Dr. Digit aan op de overblijvende contacten. De schakeling van zonnecellen Thema: serieschakeling, parallelschakeling, gecombineerde schakeling De parallelschakeling We meten de spanning van een enkele zonnecel. Nu meten we de stroom. I Nu meten we de stroom van een enkele zonnecel. amenvatting en evaluatie We hebben bij een enkele zonnecel de spanning en de stroom gemeten. Daarna hebben we twee zonnecellen in serie geschakeld en de meting herhaald. U spanning =... V U spanning =... V I stroom =.. I stroom =. PWatt (IxU) =... W Pwatt (IxU) =... W 1000 mv = 1V U ziet: bij de serieschakeling van zonnecellen van dezelfde grootte en capaciteit, wordt de spanning van de enkele cel verveelvoudigd met het aantal in serie geschakelde cellen. De stroom blijft gelijk. Twee zonnecellen worden parallel geschakeld. D.w.z. we verbinden de pluspool met de pluspool en de minpool met de minpool van de zonnecellen. Pwatt: de capaciteit, uitgedrukt in Watt, is het product uit Uspanning x Istroom. 42 43
We meten de spanning. 0 0 1 2 Nu meten we de stroom. De schakeling van zonnecellen Thema: serieschakeling, parallelschakeling, gecombineerde schakeling De gecombineerde schakeling (serie en parallelschakeling). Twee zonnecellen worden in serie geschakeld. Daar komen nog twee cellen bij, die eveneens in serie geschakeld zijn. Deze beide blokken verbinden we nu parallel. We meten de spanning van de gecombineerde schakeling. amenvatting en evaluatie We hebben bij een enkele cel zowel de spanning als de stroom gemeten. Daarna hebben we een tweede zonnecel parallel geschakeld en de meting herhaald. 1 3 2 4 U spanning =... V U spanning =... V I stroom =.. I stroom =. PWatt (IxU) =... W Pwatt (IxU) =... W 1000 mv = 1V U ziet: bij de parallelschakeling van zonnecellen van gelijke grootte en capaciteit, wordt de stroom van de enkele cellen verveelvoudigd met het aantal parallel geschakelde cellen. De spanning blijft gelijk. Pwatt: de capaciteit, uitgedrukt in Watt, is het product uit Uspanning x Istroom. Nu meten we de stroom van de gecombineerde schakeling 1 3 2 4 44 45
amenvatting en evaluatie We hebben een combinatie van een serie en een parallelschakeling gebouwd. Twee cellen werden in serie geschakeld, de zo ontstane blokken werden daarna parallel verbonden. We hebben zowel de stroom als de spanning gemeten. U spanning =... V U spanning =... V I stroom =.. I stroom =. PWatt (IxU) =... W Pwatt (IxU) =... W 1000 mv = 1V U ziet: bij een gecombineerde schakeling kunt u de spannings en stroomwaarden zelf bepalen. Het aantal cellen dat in serie geschakeld wordt is verantwoordelijk voor de spanning. Het aantal parallel geschakelde cellen is verantwoordelijk voor de stroomsterkte. We kunnen zo b.v. willekeurige accusystemen van spanning en stroom voorzien. De schakeling van zonnecellen Thema: serieschakeling, parallelschakeling, gecombineerde schakeling De onbalans bij de gecombineerde schakeling Twee zonnecellen worden in serie geschakeld. We meten de stroom en de spanning van deze serieschakeling. Nu schakelen we nog een cel parallel en meten opnieuw. 46 47
amenvatting en evaluatie We hebben een serieschakeling opgebouwd bestaande uit twee zonnecellen, spanning en stroom gemeten. Daarna hebben we nog een cel parallel geschakeld en de metingen opnieuw uitgevoerd. U spanning =... V U spanning =... V I stroom =.. I stroom =. PWatt (IxU) =... W Pwatt (IxU) =... W De schakeling van zonnecellen Thema: serieschakeling, parallelschakeling, gecombineerde schakeling Als zonnecellen bij serie en parallelschakeling gepoold worden. We meten de spanning en de stroom van twee in serie geschakelde zonnecellen. et op: de stroom wordt verdubbeld. De totale spanning van de schakeling wordt gereduceerd tot de waarde van de enkele cel. Door deze vermindering van de spanning en de gelijktijdige verdubbeling van de stroom blijft de totale capaciteit van de schakeling gelijk, ondanks het gebruik van een extra zonnecel. Daarom is deze manier van schakelen niet zinvol, omdat de totale waarde niet verhoogd wordt. Nu polen we 2 om en meten opnieuw. 48 49
Experiment 3 Tweezonnecellen worden parallel geschakeld. We meten de spanning en de stroom. A 10 Zonneprofessor De zon 1 2 Experiment 4. We polen 2 om en meten opnieuw. nbegrensde energie die we kunnen gebruiken! HET AFDEKKEN VAN ZNNECEEN chaduw en zonnecellen Thema: veranderingen van capaciteit, spanning en stroom De invloed op spanning en stroom als een enkele zonnecel gedeeltelijk afgedekt wordt. 1 2 We meten de stroom en de spanning van een enkele zonnecel. amenvatting en evaluatie We hebben een serie en een parallelschakeling gemeten, daarna hebben we een cel verpoold en opnieuw de waarden bepaald. Experiment nr. 1 2 3 4 Uspanning in mv Istroom in A Pwatt in mw U ziet: als een cel verkeerd gepoold wordt, wordt de capaciteit van de totale schakeling minder. Als de verhouding tussen juist gepoolde en verkeerd gepoolde cellen gelijk, dan is de totale capaciteit nul. : Nu dekken we ca. 25% van de zonnecel af. 50 51
Experiment 3 Nu dekken we ca. 50% van de zonnecel af. amenvatting en evaluatie We hebben de stroom en de spanning van een enkele zonnecel gemeten. Daarna hebben we de cel voor ca. 25% en 50% afgedekt en opnieuw gemeten. Experiment nr. 1 0% 2 25% 3 50% Uspanning in mv Istroom in A Pwatt in mw chaduw en zonnecellen Thema: veranderingen van capaciteit, spanning en stroom Het effect van het afdekken van enkele zonnecellen, die in serie geschakeld zijn. Twee zonnecellen worden in serie geschakeld. We meten de spanning alsmede de stroom, als één van de zonnecellen afgedekt is. Nu dekken we de andere cel af en meten opnieuw de stroom en de spanning. U ziet: het oppervlak van de zonnecel is verantwoordelijk voor de stroomsterkte. Als een deel van de zonnecel afgedekt wordt, wordt de stroom proportioneel met de verhouding van het afgedekte oppervlak minder. D.w.z. als de helft van de cel afgedekt is, wordt ook de stroom gehalveerd. De spanning blijft gelijk. De capaciteit van de zonnecel wordt minder. Experiment 3 Nu dekken we beide cellen af en meten opnieuw stroom en spanning. 52 53
amenvatting en evaluatie We hebben twee zonnecellen in serie geschakeld en deze afwisselend afgedekt. Daarna hebben we beide cellen afgedekt. Experiment nr. 1 2 3 Uspanning in mv Istroom in A Pwatt in mw chaduw en zonnecellen Thema: veranderingen van capaciteit, spanning en stroom Het effect van het afdekken van enkele zonnecellen, die in serie geschakeld zijn. Twee zonnecellen worden in serie geschakeld. We meten de spanning alsmede de stroom, als één van de zonnecellen afgedekt is. U ziet: als in een serieschakeling van zonnecellen een of meerdere cellen afgedekt worden, vloeit er geen stroom meer. De totale spanning wordt verminderd met de spanning van de afgedekte cel. De totale capaciteit gaat naar nul. B.v. 0,5 V x 0,0 A = 0 W. Nu dekken we de andere cel af en meten opnieuw de stroom en de spanning. Experiment 3 Nu dekken we beide cellen af en meten opnieuw stroom en spanning. 54 55
amenvatting en evaluatie We hebben twee zonnecellen in serie geschakeld en deze afwisselend afgedekt. Daarna hebben we beide cellen afgedekt. Experiment nr. 1 2 3 Uspanning in mv Istroom in A Pwatt in mw chaduw en zonnecellen Thema: veranderingen van capaciteit, spanning en stroom Het effect van het afdekken van enkele zonnecellen, die parallel geschakeld zijn. Twee zonnecellen worden parallel geschakeld. We meten de spanning alsmede de stroom, als één van de zonnecellen afgedekt is U ziet: als bij een serieschakeling één of meerdere cellen afgedekt worden, vloeit er geen stroom meer. De totale spanning wordt evenveel minder als de spanning van de afgedekte cel. De totale capaciteit gaat naar nul. P = U x I b.v. 0,5 V x 0,0 A = 0 W. Bij dit experiment moeten de cellen volledig afgedekt worden. Nu dekken we de andere cel af en meten opnieuw de stroom en de spanning. Experiment 3 Nu dekken we beide cellen af en meten opnieuw stroom en spanning. 56 57
amenvatting en evaluatie We hebben twee zonnecellen parallel geschakeld en deze afwisselend afgedekt. Daarna hebben we beide cellen afgedekt. Experiment nr. 1 2 3 Istroom in A Uspanning in mv Pwatt (UxI) in mw U ziet: als bij een parallelschakeling een enkele cel afgedekt wordt, blijft de totale spanning gelijk. De stroom wordt gehalveerd. Als beide cellen afgedekt worden, dan zijn zowel spanning als stroom 0. chaduw en zonnecellen Thema: veranderingen van capaciteit, spanning en stroom Het effect van het afdekken van enkele zonnecellen, die gecombineerd geschakeld zijn. 1 van 2. Er worden twee maal twee cellen in serie geschakeld. Deze zo ontstane 'strings' worden nu parallel geschakeld. We meten de stroom en de spanning, terwijl we verschillende cellen afdekken. Bij dit experiment moeten de cellen volledig afgedekt worden. Uspanni... Istroom... pnieuw meten wij spanning en stroom Uspanni... Istroom... 58 59
amenvatting en evaluatie We hebben twee strings van elk twee zonnecellen parallel geschakeld. Daarna hebben we eerst één cel in een string afgedekt, daarna twee cellen uit dezelfde string. U spanning =... V U spanning =... V I stroom =.. I stroom =. PWatt (IxU) =... W Pwatt (IxU) =... W 1000 mv = 1V chaduw en zonnecellen Thema: veranderingen van capaciteit, spanning en stroom Het effect van het afdekken van aparte zonnecellen, die gecombineerd geschakeld zijn. 2 van 2. Er worden twee maal twee zonnecellen in serie geschakeld. Deze zo ontstane strings worden parallel geschakeld. We meten nu de spanning en de stroom, terwijl we verschillende cellen afdekken. U ziet: als een of meerdere cellen in dezelfde string afgedekt worden, gaat de capaciteit van deze string naar 0. De tweede string wordt daar niet door beïnvloed en geeft het volle vermogen af. tring: aanduiding voor in serie geschakelde zonnecellen. We maken een nieuwe verbinding en meten opnieuw. 60 61
amenvatting en evaluatie We hebben twee strings van elk twee zonnecellen parallel geschakeld. Daarna hebben we in elke string een zonnecel afgedekt en de schakeling gemeten. Daarna hebben we een nieuwe verbinding tussen de cellen gemaakt en opnieuw gemeten. U spanning =... V U spanning =... V I stroom =.. I stroom =. PWatt (IxU) =... W Pwatt (IxU) =... W Functies van elektronische componenten Thema: zonnemotor De zonnemotor We sluiten een zonnemotor aan op een zonnecel. Daarbij letten we er op, dat de rode kabel op de pluspool van de zonnecel aangesloten wordt en de zwarte kabel aan de minpool. Nadat we een willekeurige afbeelding op het draaiplateau geplakt hebben, monteren we dit plateau op de as van de motor. U ziet: als er een zonnecel per string afgedekt wordt, gaat de totale capaciteit naar nul. Door de verbinding, die we gemaakt hebben, is er een nieuwe string met 2 en 3 ontstaan zonder afdekking. Deze geeft het volle vermogen af. tring = aanduiding voor in serie geschakelde zonnecellen. In welke richting draait de motor? Met de wijzers van de klok mee? Ja Nee Ja Nee Nu polen we de zonnecel om. 1 In welke richting draait de motor? Met de wijzers van de klok mee? Ja Nee Ja Nee amenvatting en evaluatie We hebben een zonnemotor aangesloten op een zonnecel. Daarna hebben we de stroom gemeten en gelet op de draairichting van de motor. We hebben de zonnecel omgepoold en onze waarnemingen herhaald. 62 63
Draait de motor met de wijzers van de klok mee? ja nee ja nee U ziet: de poling van de zonnecel is verantwoordelijk voor de draairichting van de motor. Als de zonnecel wordt omgepoold, verandert de richting van de stroom en wordt daardoor negatief. p het digitale display van Dr. Digit wordt de waarde nu met een "" weergegeven. Functies van elektronische componenten Thema: zonnemotor afhankelijk van stroom en spanning De zonnemotor en de serieschakeling van zonnecellen We schakelen twee zonnecellen in serie en sluiten deze aan op de motor. We meten de stroom, de spanning en kijken naar de draaisnelheid van het draaiplateau. Nu breiden we de schakeling uit met een derde zonnecel. 64 65
amenvatting en evaluatie We hebben een zonnemotor laten werken op twee zonnecellen, die in serie geschakeld waren, we hebben stroom en spanning gemeten. Daarna hebben we een derde cel in serie geschakeld en opnieuw gemeten. U spanning =.. U spanning = I stroom =.. I stroom =. PWatt (IxU) =... mw Pwatt (IxU) =... mw Functies van elektronische componenten Thema: zonnemotor afhankelijk van stroom en spanning De zonnemotor en de parallelschakeling van zonnecellen We schakelen twee zonnecellen parallel en sluiten deze aan op de motor. We meten de stroom, de spanning en kijken naar de draaisnelheid van het draaiplateau. U ziet: bij toenemende spanning neemt de draaisnelheid van de motor toe. De stroom wordt maar in geringe mate groter. De totale spanning wordt met de spanning van elke extra cel verhoogd. 1000 mw = 1 W Nu breiden we de schakeling uit met een derde cel. 66 67
amenvatting en evaluatie We hebben een zonnemotor aangesloten op twee parallel geschakelde zonnecellen en de stroom en de spanning gemeten. Daarna hebben we een derde cel parallel geschakeld. U spanning =.. U spanning = I stroom =.. I stroom =. PWatt (IxU) =... mw Pwatt (IxU) =... mw Functies van elektronische componenten Thema: weerstanden De weerstand. Eerst maken we een string van twee zonnecellen. In serie met deze string schakelen we een weerstand met 10Ω. Nu sluiten we de motor aan. We meten de spanning op verschillende punten. U ziet: door de parallelschakeling blijft de spanning constant. De stroom wordt maar weinig groter. De draaisnelheid blijft eveneens constant, omdat deze in eerste instantie afhankelijk is van de spanning. 1 68 69
amenvatting en evaluatie We hebben een weerstand van 10Ω en de zonnemotor ingevoegd in een serieschakeling van twee zonnecellen. We hebben de spanningsvermindering via de verschillende componenten gemeten. Upanning = UGpanning = URspanning = UMspanning = Functies van elektronische componenten Thema: weerstanden De weerstand. We stellen de potmeter met behulp van Dr. Digit in op 5Ω en bouwen de volgende schakeling op. We kijken welke effecten de potmeter op de motor heeft. Bovendien meten we de spanning, die op de motor staat. De totale spanning is de optelsom van de aparte spanningen. U ziet: een weerstand belemmert de stroming. m de stroom door de weerstand te leiden wordt er spanning verbruikt. Alleen de overgebleven spanning drijft de motor nog aan. Daarom draait deze nu langzamer. 200 Nu stellen we de weerstandswaarde in: 5 Nu veranderen we de weerstandswaarde van de potmeter in 20Ω en herhalen de meting. 2 200 Nu stellen we de weerstandswaarde in: 20 Experiment 3 Nu veranderen we de weerstandswaarde van de potmeter in 50Ω en herhalen de meting. 70 200 Nu stellen we de weerstandswaarde in: 50 71
amenvatting en evaluatie We hebben de weerstandswaarde van een potmeter op 5Ω, 20Ω en 50Ω ingesteld en steeds de spanning die op de motor stond gemeten. Experiment 3 UMspanning =... mv UMspanning =... mv UMspanning =... mv U ziet: hoe hoger de weerstandswaarde, hoe langzamer de motor draait, omdat deze aangedreven wordt door de restspanning. Als de complete spanning geabsorbeerd wordt door de potmeter, dan kan de motor niet meer draaien, omdat er geen werkspanning ter beschikking staat. Door de potmeter hebben we de mogelijkheid het toerental van de motor in te stellen. Functies van elektronische componenten Thema: weerstanden De aanloopstroom en de werkstroom van de zonnemotor. We bouwen de hieronder weergegeven schakeling op. We hebben de potmeter met behulp van Dr. Digit op 100Ω ingesteld. Nu draaien we de potmeter langzamer met de wijzers van de klok mee, totdat de motor begint te draaien. We noteren de waarde van de stroom die Dr. Digit aangeeft, vlak voordat de motor begint te draaien. Instellen van de potmeter 200 A 200m... ma... ma Belangrijk; De motor mag nog niet draaien als we de waarde meten Nu meten we de stroom, terwijl de motor draait. A 200m... ma... ma 72 73
Experiment 3 Herhaal experiment 1, draai de potmeter nu tot vlak voor het punt, waar de motor begint te draaien. Geef de draaischijf alleen een klein zetje. amenvattingen evaluatie We hebben de waarde van een potmeter zo lang veranderd, tot de motor begon te draaien. We bepalen de stroom direct voor het begin van het draaien en daarna hebben we experiment 1 herhaald, maar P1 veranderd. P1 Begint de motor te draaien? Experiment 3 Aanloopstroom Werkstroom Begint de motor te draaien?... ma... ma ja nee U ziet: de aanloopstroom van de motor is aanzienlijk hoger dan de werkstroom ervan. Als de motor bij het lopen ondersteund wordt, heeft hij minder aanloopstroom nodig en kan daardoor (makkelijker) beginnen te lopen. Ja Nee Ja Nee Functies van elektronische componenten Thema: diodes De diode. Eerst maken we een string van twee zonnecellen. We schakelen een diode in serie met deze string. et op de poling. De zwarte ring geeft de minpool aan. Nu sluiten we de motor aan, waarbij de rode kabel plus en de zwarte kabel min is. Nadat we er een willekeurige afbeelding opgeplakt hebben, monteren we tenslotte het draaiplateau. Nu polen we de diode om. A 10 Begint de motor te draaien? A 10 Ja Nee Ja Nee Begint de motor te draaien? Ja Nee Ja Nee amenvatting en evaluatie We hebben een diode ingevoegd in een serieschakeling. We hebben gemeten en gekeken of de motor draait. Daarna hebben we de diode omgepoold en het experiment herhaald. 74 75
... A Motor draait? ja nee Motor draait? ja nee U ziet: een diode laat de stroom maar in één richting gaan. Als er stroom gemeten wordt, dan is de diode in doorlaatrichting gepoold. Als de diode verpoold wordt (blokkeerrichting), kan er geen stroom meer doorheen vloeien. De diode is daardoor een soort weg met eenrichtingsverkeer voor de stroom. Functies van elektronische componenten Thema: diodes De diode als bypass. We maken een string van vier zonnecellen. Parallel aan zonnecel 1 schakelen we een diode. We meten de spanning en de stroom. 1 A 10 Nu dekken we zonnecel 2 af. A 10 Experiment 3 Nu dekken we zonnecel 1 af. A 10 76 77
amenvatting en evaluatie We hebben een string van vier zonnecellen gebouwd. Parallel aan 1 schakelen we een diode. We hebben de spanning en de stroom gemeten en verschillende zonnecellen afgedekt. Experiment nr. 1 2 3 Uspanning in V Istroom in A Pwatt (UxI) in W Functies van elektronische componenten Thema: diodes De lichtdiode. Eerst maken we een string van vier zonnecellen. In serie met deze string schakelen we een lichtdiode en een weerstand van 100Ω. et op de poling (zie tekening). U ziet: als een cel in de serieschakeling afgedekt wordt, gaat de totale stroom terug naar nul. Als er echter een diode parallel aan de afgedekte zonnecel geschakeld wordt, kan er toch stroom doorgaan. De spanning wordt verminderd met het aantal afgedekte zonnecellen. R 1 100 D 1 icht de diode op? Ja Nee D 1 Nu polen we de lichtdiode om. icht de diode op? Ja Nee amenvatting en evaluatie We hebben een lichtdiode en een weerstand van 100Ω in een serieschakeling ingebouwd. We hebben gekeken of de diode wel of niet oplicht. Daarna hebben we de diode omgepoold en het experiment herhaald. 78 79
icht de diode op? ja nee icht de diode op? ja nee U ziet: een lichtdiode heeft dezelfde functie als een gewone diode. Het enige verschil is dat de lichtdiode bij juiste poling oplicht. ok een lichtdiode heeft een doorstroom en een blokkerrichting. Functies van elektronische componenten Thema: transistor De transistor, een elektronische schakelaar. 1 van 3 Twee zonnecellen worden in serie geschakeld en verbonden met basis en emitter van de transistor. We sluiten de accu aan tussen collector en emitter, nadat we nog een gloeilamp voor de transistor in serie geschakeld hebben (achter de collector). Basis Collector Emitter Meetbereik A 200m...mA 1 Brandt de gloeilamp? Ja Nee amenvatting en evaluatie We hebben twee zonnecellen in serie geschakeld. De twee zonnecellen zijn verbonden met basis en emitter van de transistor. De accu hebben we tussen collector en emitter aangesloten, nadat we nog een gloeilamp achter de transistor in serie geschakeld hebben (achter de collector). We hebben de stroom gemeten en naar de gloeilamp gekeken. 80 81
Resultaat : Istroom =... MA Brandt de gloeilamp? ja nee U ziet: de transistor, die een elektronische schakelaar voorstelt, schakelt het stroomcircuit (accu) alleen in, als tussen basis en emitter van de transistor een spanning van meer dan 0,7 V aanwezig is. Functies van elektronische componenten Thema: transistor De transistor, een elektronische schakelaar. 2 van 3 We herhalen de meting en kijken opnieuw naar de gloeilamp, terwijl we 1 en 2 afdekken. et op: voor dit experiment moet genoeg licht ter beschikking staan. Basis Collector Emitter Meetbereik A 200m...mA Brandt de gloeilamp? Ja Nee amenvatting en evaluatie We hebben twee zonnecellen in serie geschakeld en hebben de twee zonnecellen verbonden met de basis en de emitter van de transistor. We hebben de accu tussen collector en emitter aangesloten, nadat we nog een gloeilamp achter de transistor in serie geschakeld hebben (achter de collector). We hebben de stroom gemeten en naar de gloeilamp gekeken, terwijl we 1 en 2 afgedekt hebben. 82 83
Resultaat : Istroom =... MA Brandt de gloeilamp? ja nee U ziet: als de transistor geen spanning heeft gelijk aan of groter dan ca. 0,7V tussen basis en emitter, kan de transistor het hoofdstroomcircuit (accu) niet doorschakelen. Daardoor krijgt de gloeilamp niet de benodigde stroom. Functies van elektronische componenten Thema: transistor De transistor, een elektronische schakelaar. 3 van 3 Experiment 3 We herhalen de meting en kijken opnieuw naar de gloeilamp, terwijl we een klem van de accu losmaken. Basis Collector Emitter Meetbereik A 200m...mA 1 Brandt de gloeilamp? Ja Nee 2 amenvatting en evaluatie We hebben twee zonnecellen in serie geschakeld en hebben de twee zonnecellen verbonden met de basis en de emitter van de transistor. We hebben de accu tussen collector en emitter aangesloten, nadat we nog een gloeilamp achter de transistor in serie geschakeld hebben (achter de collector). We hebben de stroom gemeten en naar de gloeilamp gekeken, terwijl we een klem van de accu losgemaakt hebben. 84 85
Resultaat : Istroom =... ma Brandt de gloeilamp? ja nee U ziet: de gloeilamp kan niet branden, als het hoofdstroomcircuit geen vermogen produceert. U merkt, dat het stroomcircuit 1 en 2 geen directe invloed hebben als stroomvoorziening voor de gloeilamp en alleen de transistor doorschakelt. Functies van elektronische componenten Thema: zonnemotor De motor als generator We sluiten de zonnemotor aan tussen basis en emitter van een transistor. Daarna schakelen we de accu en de gloeilamp in serie en verbinden deze serieschakeling met de collector en emitter van de transistor. Nu draaien we flink aan de as van de motor. Eenmaal met de wijzers van de klok mee, eenmaal tegen de wijzers van de klok in. We letten op de gloeilamp. Basis Collector Emitter We draaien de as tegen de wijzers van de klok in. Brandt de gloeilamp? Ja Nee We draaien de as met de wijzers van de klok mee. Brandt de gloeilamp? Ja Nee amenvatting en evaluatie We hebben de motor, een gloeilamp, een transistor en de accu volgens bovenstaand schema bedraad. Daarna hebben we de as van de motor flink rondgedraaid. Eenmaal met de wijzers van de klok mee, eenmaal in tegengestelde richting. 86 87
Resultaat : We draaien de as tegen de klok in met de klok mee Brandt de gloeilamp? ja nee ja nee De afbeeldingen voor de draaischijf Knip de afbeelding die u het mooiste vindt uit op de rand van de cirkel en plak hem op het draaiplateau De transistorschakeling, die we voor dit experiment toegepast hebben, dient als versterker (zie thema: de transistor, een elektronische schakelaar). U kunt de motor ook direct op de gloeilamp aansluiten en het experiment herhalen, maar het oplichten van de gloeilamp is nauwelijks zichtbaar, omdat het door het draaien van de as opgewekte vermogen slechts zeer gering is. Wat voor rol de draairichting sppeelt, weet u, als u het hoofdstuk transistor doorgewerkt heeft. U ziet: als de as van een motor gedraaid wordt, produceert deze spanning en stroom. De draaisnelheid is verantwoordelijk voor de hoogte van deze waarden. Afhankelijk van de poling van de motor zijn de waarden positief of negatief. 88 89
Holografiedraaispelletje tuklijst: et kunststofonderdelen 3 stuks Motor met aangesloten zonnecel Holografiefolie 2 3 4 1 Motor (2) in motorhouder (1) drukken. et erop, dat u de motorleiding niet beschadigt. Plak de holografiefolie (zelfklevend nadat u de beschermende folie er afgetrokken heeft) op de het draaiplateau (3) en de randen met een schaar voldoende afknippen, plateau op motoras (2) steken. teun (4) in motorhouder (1) schuiven. Bij voldoende belichting van de zonnecel draait het plateau nu. Wij wensen u veel plezier met uw zonnemodel. Het olmecteam olmec is een merknaam van de fa. Kessler olarkomponenten 70736 Fellbach by. Kessler, Vertrieb Kessler & Wiethoff, Dettingen/Teck. 90 91