Zonnepanelen
vwo 2021, 1e tijdvak, opgave 4

Download hierboven de originele pdf van het examen waar deze opgave in staat en de bijbehorende uitwerkbijlage. "Zonnepanelen" is de 4e opgave in dit examen. Als je de opgave gemaakt hebt kun je jezelf nakijken met het correctievoorschrift.

Uitleg bij "Zonnepanelen"

Probeer altijd eerst zelf de opgave te maken en gebruik de uitleg alleen als je er zelf niet uitkomt. Als je ook na deze uitleg nog vragen hebt dan kun je deze helemaal onderaan deze pagina stellen.

Vraag 21

In de grafiek in figuur 3 kunnen we aflezen dat het maximale vermogen 1,35 W is bij U = 0,5 V. Met de formule voor elektrisch vermogen (P=U·I) vinden we dan voor de stroomsterkte

I = P/U = 1,35 / 0,5 = 2,7 A

Vraag 22

• In de opgave staat dat de 24 zonnecellen binnen een zonnepaneel met elkaar in serie geschakeld staan. Spanningen tellen op in serie en de totale uitgangsspanning van een zonnepaneel is dus 24·0,5 = 12 V.
• Per zonnepaneel is de spanning 12 V. De totale spanning moet 36 V zijn. Dit betekent dat er een schakeling moet komen waarbij 3 zonnepanelen of groepen van zonnepanelen van 12 V met elkaar in serie staan zodat het totaal 36 V wordt. Dit kan op verschillende manieren (zie onder).
• In de opgave staat dat ieder zonnepaneel bij maximale zonnesterkte een stroom van 2,7 A levert. In de schakeling staan steeds twee panelen, of twee blokken van 3 panelen, parallel aan elkaar. In een parallelschakeling tellen stromen bij elkaar op. De totaal geleverde stroomsterkte is dus 2 · 2,7 = 5,4 V.

Vraag 23

Een overeenkomst is dat zowel in het fotoelektrisch effect als in een zonnecel fotonen zorgen voor een energieverandering in de elektronen in een materiaal.

Een verschil is dat bij het foto-elektrisch effect de elektronen na absorbtie van een foton los gemaakt worden en niet meer aan het materiaal gebonden zijn. In een zonnecel komen de elektronen na absorptie van een foton in een andere energieband maar zitten nog wel in het materiaal.

Vraag 24

In de opgave staat dat de zonnecel gemaakt is van silicium. In de tabel (figuur 5) is af te lezen dat de bandgap-energie van silicium 1,10 eV is. De fotonen moeten dus minimaal een energie hebben van 1,10 eV. Omgerekend van elektronvolt naar Joule is dit

1,10 · 1,60218·10^-19 = 1,76240·10^-19 J

De bijbehorende golflengteberekenen we dan met de formule voor de fotonenergie (E_f = hc/λ). Hieruit volgt

λ = hc/E_f

Invullen van

E_f = 1,76240·10^-19 J
h = 6,62607·10^-34 (constante van Planck)
c = 2,99792·10⁸ (lichtsnelheid)

geeft

λ = 1,1271·10^-6 m

Afgerond is dit een golflengte van 1,13 μm.

Vraag 25

Het is de bedoeling dat de fotonen met de meeste energie het eerst geabsorbeerd voordat het licht verder het materiaal indringt. Het materiaal met de grootste bandgap-energie komt dus bovenaan, daaronder de stof met de een-na-hoogste bandgap-energie etc…. In figuur 5 kunnen we de bandgap-energiën aflezen. De volgorde wordt dan van boven naar beneden

ZnS (3,60 eV)
ZnSe (2,70 eV)
CdTe (1,58 eV)
Si (1,10 eV)

Vraag over "Zonnepanelen"?

Typ hier je vraag

Stel je vraag     Hou mijn naam verborgen voor andere bezoekers