Zonne-energie

Inhoud: 1. Inleiding
2. Waar kan je zonne-energie allemaal voor gebruiken? En waarom? 3. Wat is het verschil tussen een zonneboiler en een zonnepaneel? Hoe werken ze? 4. Slot
5. Bronvermelding (ik heb eigenlijk gewoon de vragen gesteld: hoe, wat, waar en waarom. Inleiding De zon is een hele grote bron van energie. De zon is een enorme ‘gasbal‘ met een diameter die ongeveer 109 keer zo groot is als die van de aarde. In de zon zijn de druk en de temperatuur zo onwijs groot dat de atomen in de zon worden samengedrukt. Een deel van deze stof wordt omgezet in energie. De energie wordt overgebracht door grote convectiestromen (verplaatsingen van warmte door een vloeistof of gas via stromingen). Dan duurt het nog ongeveer duizend jaar totdat de energie, die gevormd is, aan het oppervlak van de zon komt. Als de energie het zonneoppervlak bereikt heeft, wordt het met een snelheid van 300.000 km/s (snelheid van het licht) op de aarde afgeschoten. Acht minuten later komt de energie op de aarde aan. Waar kan je zonne-energie allemaal voor gebruiken? En waarom? Zonne-energie gebruiken wij, omdat de zon niet op kan. Voorlopig niet dan…Als het goed is, gaat de zon nog ongeveer 10 miljard jaar mee. Ook kost het geen geld om de zon te laten schijnen. Het kost ook geen grondstoffen, het kost alleen wat moeite om het zonlicht te gebruiken! Een makkelijk gebruik van zonne-energie is bijvoorbeeld het zonnebad. Alle huizen, kantoren, fabrieken en gebouwen worden overdag door de zon verwarmd. In sommige landen is het zo warm dat mensen zich zoveel mogelijk proberen te beschermen tegen de zon. Ze kunnen bijvoorbeeld beginnen met hun huis wit te verven, want wit weerkaatst zonlicht. In Nederland is het in de winter koud en in de zomer vaak warm. Dat kan goed van pas komen. In de winter moet de warmte binnen blijven en in de zomer moet er niet teveel warmte binnenkomen. Het is daarom niet gemakkelijk om een goed functionerend zonnehuis te bouwen. De bedoeling is dus dat er in de winter zon naar binnen schijnt. Dit kan door heel grote ramen aan de zonkant te plaatsen. Door het huis goed te isoleren en dubbelglas te gebruiken, blijft de warmte van het zonlicht in het huis. In de zomer zorgt een luifel voor wat meer schaduw in het huis.
Een zonnecollector Dit onderwerp ligt wat moeilijker dus leg ik het in een aparte deelvraag uit. (3. Wat is het verschil tussen een zonneboiler en een zonnepaneel? Hoe werken ze?) Energietoren Rond een toren staan allemaal spiegels die allemaal gericht staan op een brandpuntje op de toren. In de toren loopt natrium. Natrium is een metaal wat heel gemakkelijk smelt. Het neemt de warmte van al die zonnestralen op en met een pomp wordt de hete natrium in de warmtewisselaar gepompt. In de warmtewisselaar wordt met dit warme natriumwater verhit. Zo ontstaat er stoom. De stoom laat een turbine draaien. Door de as van de turbine zit een staaf die de generator laat draaien. De generator maakt weer elektriciteit. De gebruikte stoom wordt afgevoerd naar de condensor. De condensor is een soort opvangvat waar de stoom wordt afgekoeld. Het afgekoelde water gaat weer terug naar de warmtewisselaar die het koude water weer gebruikt om stoom van te maken. Zonneschotels Een zonneschotel bestaat uit heel veel spiegeltjes. Zij kaatsen het licht naar een spiegel die boven de schotel hangt. Deze kaatst het licht weer door het midden van de schotel (waar een gat zit) en verwarmt het water dat door buizen achter de schotel door loopt. Er ontstaat dan stoom. Die stoom gaat weer naar een turbine die een generator aandrijft. Zo ontstaat energie. De overgebleven stoom wordt afgekoeld in een condensor en het koude water wordt weer hergebruikt. In de Pyreneeën is een enorme zonneschotel gebouwd. Op terrassen van een helling staan allemaal spiegels die met de zon meedraaien. Deze weerkaatsen het licht naar een hele grote schotel die alle stralen weer naar 1 punt kaatst. Op dat ene brandpunt kan het wel 3000 ºC worden! Daar verhitten de stralen weer water en maken stoom voor de turbines. Drinkwaterfabriekje Niet iedereen op de wereld heeft schoon drinkwater. In sommige landen gebruiken mensen de zon om hun vuile, zoute water te “veranderen” in schoon drinkwater. In een grote soort kas wordt een grote bak gezet. In die bak wordt water gepompt uit zee. De bodem van de bak is zwart zodat er zoveel mogelijk warmte vastgehouden wordt. Door de warmte van de zon verdampt het water in de bak en stijgt omhoog. Eenmaal boven aangekomen kan het verdampte water niet weg omdat het dak van de kas in de weg zit. Het water condenseert en loopt langs de ramen van de kas weer naar beneden en wordt beneden weer opgevangen. Het zout en het vuil blijft bij het verdampen in de bak over zodat alleen het schone water verdampt. Wat is het verschil tussen een zonneboiler en een zonnepaneel? Hoe werken ze? Zonnepaneel: Hoe werkt een zonnepaneel? Een zonnepaneel bestaat uit zonnecellen. Zonnecellen zijn gemaakt van silicium. Silicium is een soort kiezel wat voorkomt in zand en in gesteente. Hierdoor lijkt silicium heel goedkoop. Dat is het ook wel alleen het proces voor het zuiveren en het kristalliseren is wat duurder. Silicium bestaat uit 2 lagen. Door middel van licht gaat er een soort stroom lopen tussen die 2 lagen waardoor elektriciteit kan worden opgewekt. Je hebt 2 soorten zonnecellen. Het N-type (negatief) en het P-type (positief). Deze 2 soorten worden door een verbindingslaag van elkaar ‘gescheiden’. In de N-typen zitten meer elektronen dan in de P-typen. De elektronen van de N-kant springen dan over naar de ‘kamertjes’of ‘gaatjes’ in de P-kant. Deze gebeurtenis zorgt voor spanning. De ladingsdeeltjes in de N-laag springen door de verbindingslaag heen naar de P-laag. De P-laag verandert hierdoor in de N-laag en de N-laag in de P-laag. Aan de P-laag zijn er dus elektronen onttrokken die weer aangevoerd moeten worden. Deze elektronen komen weer op hun plaats en het hele verhaaltje begint weer opnieuw. Maar hoe wordt de spanning nou omgezet naar een wisselstroom? Dit gebeurt door een inventor of omzetter. Het rendement van een zonnepaneel is ongeveer 6 tot 10%. Dit kan nog verder zakken tot 4% door veroudering. Maar waarom is het rendement geen 100%? Zonnecellen zetten zonlicht om in energie. Zonlicht bestaat uit verschillende kleuren (dat kan je goed zien bij een regenboog). Maar een zonnecel (of eigenlijk het silicium) is niet gevoelig voor elke kleur licht! Een deel van het licht gaat er gewoon dwars doorheen. Bijvoorbeeld licht wat “te rood”is, gaat er doorheen en licht wat “te blauw” is, wordt maar voor een deel opgevangen. Dat licht zit in een soort energiepakket in het zonlicht. Om de energie uit die energiepakketjes te onttrekken, moet een zonnecel deze foton zo veel mogelijk absorberen. Maar is de energie te laag, dan wordt er geen elektron onttrokken. Is de energie te hoog, dan gaat er veel energie verloren aan de lucht. Zo gaat ongeveer 55% van het licht verloren en blijft er nog maar 45% over. Als een elektron uiteindelijk is losgemaakt, wil hij weer terug in zijn oude plaats vallen. Zelfs de best absorberende zonnecel kan dit niet helemaal tegenhouden. Hierdoor blijft er nog maar maximaal 30% over. In het laboratorium wordt 25% gehaald maar in de commerciële wereld is 16% toch echt het maximum. Toch zijn er 2 mogelijkheden om zonnecellen beter te laten functioneren: - Door zonnecellen te stapelen kan de kleurgevoeligheid worden verhoogd. Dit wordt een tendam genoemd. Als door de eerste zonnecel het licht niet wordt opgevangen kan het worden opgevangen door een of meerdere zonnecel (len) daaronder. Het kleurverlies neemt dan af van 55% tot ongeveer 40-45%. - Ook kan je er voor zorgen dat er meerdere elektronen worden losgemaakt. Met spiegels of lenzen kan je het licht meer concentreren. Als je ook de tendam erbij gebruikt, kan het rendement in totaal oplopen tot wel 50%!
Zonneboiler: Hoe werkt een zonneboiler? Een zonneboiler bestaat uit een zonnecollector en een voorraadvat. De zonnecollector is het paneel wat het licht opvangt. Een zonnecollector is zelf heel gemakkelijk te maken. Als je een houten kistje met isolatiemateriaal bedekt en daarna de onderkant zwart verft, houdt dat de warmte al redelijk vast. Leg een buis in de kist waar koud water doorheen stroomt. De warmte wordt nu alleen vastgehouden aan de onderkant. Om te zorgen dat het zonlicht WEL op het zwarte vlak terecht komt maar de warmte daarna niet meer kan ontsnappen, leg je een glazen plaat over de houten kist heen. Zo blijft alle warmte in de kist en wordt daardoor het koude water in de buis verwarmd. Dit warme water wordt in het voorraadvat of in de zonnecollector zelf opgevangen. Als het water niet warm genoeg is, kan het water naverwarmd worden door een Cv-ketel, een warmte pomp of een geiser. De energieopbrengst van een zonneboiler wordt uitgedrukt in GJ (giga-joule). 1GJ is gelijk aan 31m³ aardgas. Eén zonneboiler kan wel 3GJ warmte leveren (oftewel 93m³ aardgas). Dat is goed voor 5 maanden koken per huishouden (!). Vervolgens wordt het hete water naar een voorraadvat gepompt. Zelfs als het winter is wanneer de zon nauwelijks tot niet schijnt, werkt een zonneboiler nog steeds. Het zijn namelijk niet de zonnestralen die het water verwarmt maar het licht. Dus alleen ’s nachts werkt de zonneboiler niet. Maar wat nou als het water niet wordt verwarmd en er dus geen water meer wordt verwarmd door de zonneboiler? Dat is heel simpel: als je de buis, waar het warme water van de zonneboiler doorheen stroomt, aansluit op je Cv-ketel kan het water wat niet verwarmd wordt door de zonneboiler “vervangen” worden door het water wat door de Cv-ketel is opgewarmd. Zo kan je dus gewoon warm water gebruiken! Waarom zijn zonnecollectoren soms bol? Een platte zonnecollector haalt niet veel energie uit het zonlicht. Met een parabolische spiegel kaatst het zonlicht altijd naar 1 punt. Op dat punt, het brandpunt, steekt er een buis (met water) van de ene kant van de parabool naar de andere kant (zie plaatje). Het water in die buis kan wel 300 ºC worden. Slot De mogelijkheden van de zon zijn vele…We hebben er pas een paar ontdekt. Wat nog de moeite waard zou zijn om goed te onderzoeken is om het rendement van de zonnecel (6-9%) te verhogen. Het kost hierdoor minder geld en is vooral beter voor het milieu. Ik heb mijn werkstuk aan mijn ouders voorgelezen. Zij vonden het zo overtuigend dat wij waarschijnlijk op onze dakopbouw een zonnecollector plaatsen. Ook al is het duur. Het gaat hen meer om dat het goed is voor het milieu. En daar ben ik het helemaal mee eens! Bronvermelding Boeken: - energiebehoeften (met het oog op de toekomst) door Brian Gardiner - energie (alledaagse wetenschap) door Robert Snedden - zonne-energie (energie-atlas) door Robin Mackie Internet: - www.duurzame-energie.nl - www.fontys.nl - www.vrom.ml - mediatheek.thinkquest.nl - www.zonnestroom.net - www.morlterm.be