Vraag 6
Het gemiddelde stralingsvermogen per m2 is 7,5·102 W. Met een oppervlak van 7,2·103 m2 aan panelen betekent dit voor het totale vermogen aan opgevangen stralingPstraling = 7,5·102 · 7,2·103 = 5,4·106 W
Met E=P·t kunnen we dan de totale energie uitrekenen. In 1,2·103 uur (4,32·106 s) betekent dit voor de totale stralingsenergie
Estraling = 5,4·106 · 4,32·106 = 2,3328·1013 J
Deze stralingenergie wordt met een rendement van 18% omgezet in elektriciteit
Eel = 0,18 · 2,3328·1013 = 4,19904·1012 J
Als we dit willen vergelijken met de 9,0 miljoen kWh die de Arena jaarlijks gebruikt moeten we dit eerst omrekenen van kilowattuur naar Joule. 1 kWh is 3,6·106 J (Binas tabel 5) dus
EArena = 3,6·106 · 9,0·106 = 3,24·1013 J
Voor het percentage hiervan dat door de zonnepanelen wordt opgewekt vinden we dan
4,19904·1012 / 3,24·1013 = 0,1296
Afgerond 13 % van de energie wordt dus opgewekt door de zonnepanelen.
Vraag 7
- Voor de elektrische energie die nodig is voor de verlichting omgerekend naar Joule vinden we
Eel = 3,6·106 · 1,3·103 = 4,68·109 J
De verbrandingswarmte (stookwaarde) van diesel is 36·109 J·m-3. Voor het volume aan diesel dat nodig is voor deze energie vinden we dan (als er verder geen andere energiebronnen zijn)
V = 4,68·109 / 36·109 = 0,13 m3
Dit is gelijk aan 1,3·102 liter. - De werkelijke hoeveelheid diesel die nodig is, is hoger omdat het rendement niet 100% is. Er gaat energie verloren tijdens met omzetten van de verbrandingsenergie van de diesel naar elektrische energie.
Vraag 8
In de opgave staat dat Rverb toeneemt als de accu wordt geplaatst. De twee weerstanden staan in serie met elkaar dus de totale weerstand van de schakeling neemt toe wanneer de accu wordt overgeplaatst van de auto naar de superbatterij.Als de totale weerstand groter wordt en de spanning gelijk blijft neemt volgens de wet van Ohm de stroomsterkte af dus de stroomsterkte in deze schakeling neemt dan af.
In een serieschakeling verdeelt de spanning zich over de weerstanden waarbij de over de grootste weerstand het grootste deel van de spanning staat. De totale spanning blijft gelijk maar een relatief groter gedeelte daarvan staat over Rverb dus de spanning over Rint in deze schakeling neemt dan af.
Als zowel de spanning als de stroomsterkte door Rint afnemen is het vermogen minder dus de warmteontwikkeling in Rint neemt dan af.
Vraag 9
- Elke cel heeft een opslagcapaciteit van 31 Ah. Dit betekent dat de cel één uur (3600 s) lang een stroom kan leveren van 31 A bij een spanning van 3,0 V. Met E=p·t en P=U·I berekenen we hoeveel energie dit is
Ecel = (U·I)·t
Ecel = (3,0 · 31) · 3600 = 3,348·105 J
In één accu zitten 192 aparte cellen. Voor de energie in één accu vinden we dan
Eaccu = 192 · 3,348·105 = 6,428·107 J
Afgerond is dit een energie per accu van 6,4·107 J - De totaal nodige energie is, omgerekend naar Joule
Etotaal = 3,6·106 · 2,8·103 = 1,008·1010 J
Voor het aantal accus dat nodig is vinden we dan
aantal = 1,008·1010 / 6,428·107 = 156,8
Er zijn dus afgerond 1,6·102 accus nodig.