CLASS SET Solar Energy

Top feiten:
Een klassenset bevat 16 individuele sets
Een klassenset is geschikt voor bijvoorbeeld 30 leerlingen en één leraar
Communiceren over zonne-energie of zonne-energie en het gebruik ervan

Inclusief twee zonnemodules en een zonnemotor
10experimenten voor gebruik in de klas online beschikbaar


Hernieuwbare energiebronnen worden steeds belangrijker. Onze Zonne-energie Klassenset is de perfecte manier om zelfs de jongste leerlingen op een leuke manier te leren over zonne-energie. Drie eenvoudig te bouwen modellen helpen docenten om de basisprincipes van zonne-energie te leren met behulp van tien volledig ontworpen opdrachten en oplossingen, terwijl ze onderweg leuke en spannende ontdekkingen doen. Een klassenset bevat 16 individuele sets en is geschikt voor bijvoorbeeld 30 leerlingen en één leraar.

Begeleidend lesmateriaal:
fischertechnik Education-producten bevatten uitgebreid en vrij toegankelijk lesmateriaal. Deze zijn samen met lerarenopleidingen, docenten en didactici ontwikkeld en optimaal afgestemd op de behoeften van de klas. Naast de thematische inleiding zijn er lesplannen met opgavenbladen en educatieve planreferenties beschikbaar.

- De thematische inleiding biedt inhoud die optimaal gebruikt kan worden voor de lesvoorbereiding en in de lessen kan worden geïntegreerd. Definities, geschiedenis, basiskennis en nog veel meer worden gegeven. - Het lesmateriaal bevat een overzicht van de leerdoelen en de benodigde tijd voor de taken.
- In overeenstemming met de voor het leerplan relevante onderwerpen zijn verschillende taken opgenomen waarbinnen verschillende experimenten worden behandeld.
- De taken zijn verdeeld in een bouwtaak, een thematische taak en een experimenteertaak. Op deze manier gaat men van bouwen, naar het leren van technische inhoud, naar het toepassen van de verworven kennis. Hoogtepunten: Energieopwekking uit hernieuwbare zonne-energie Serieschakeling en parallelschakeling


Onderwerp Inleiding
Hernieuwbare energie is het opwekken van energie uit duurzame bronnen, zoals de zon, wind, water, geothermische energiebronnen of biomassa. Dit soort energie is in bijna onbeperkte hoeveelheden beschikbaar. De zon zal nog ongeveer 5 miljard jaar blijven branden. Zonnestraling kan worden omgezet in elektriciteit of warmte. Windenergie, waterkracht en biomassa zijn ook zonne-energie, in een andere vorm.

De voorraden fossiele brandstoffen, zoals steenkool, aardolie, aardgas en conventionele nucleaire brandstoffen, blijven daarentegen afnemen bij consistent gebruik. Deze fossiele brandstoffen worden beschouwd als niet-hernieuwbare energiebronnen. Nadat ze zijn verbrand in een elektriciteits- of verwarmingscentrale, zijn ze niet langer beschikbaar voor gebruik. Ze regenereren niet; in plaats daarvan worden ze opgebruikt.

De groeiende wereldbevolking en de vooruitgang van de mensheid op het gebied van technologische ontwikkeling vereisen echter een enorme hoeveelheid energie, en die vraag wordt alsmaar groter. Bovendien weten wij dat de uitstoot van het broeikasgas kooldioxide (CO2) bij de verbranding van aardolie, aardgas en steenkool zeer hoog is. We weten ook dat deze fossiele brandstoffen mede de oorzaak zijn van de wereldwijde klimaatverandering. De broeikasgasemissies van hernieuwbare energiebronnen zijn daarentegen slechts 1/10 tot 1/100 van die van fossiele brandstoffen per eenheid opgewekte energie.

De omschakeling van onze energievoorziening van fossiele en nucleaire brandstoffen naar hernieuwbare energie is al in volle gang; in Duitsland wordt dit de "Energiewende" of de "energierevolutie" genoemd. Naast de uitbreiding van het gebruik van hernieuwbare energie zijn ook de vermindering van ons energieverbruik en de verbetering van de energie-efficiëntie door technologische vooruitgang centrale aandachtspunten - en belangrijke uitdagingen. De energierevolutie heeft nu al gevolgen voor ons dagelijks leven in de vorm van elektrische mobiliteit op straat, wanneer we energie-efficiënte huishoudtoestellen kopen, of bij energiebesparende renovaties van gebouwen.

Actuele, kwalitatief hoogwaardige gegevens over de ontwikkeling van hernieuwbare energiebronnen in Duitsland worden regelmatig verstrekt door het Duitse federale milieuagentschap (1).

Maar wat is energie?
Wij ervaren de effecten van energie in de vorm van warmte van een vuur of de kracht van de wind. We kunnen energie niet zien, horen, proeven of ruiken, maar we gebruiken haar toch op veel verschillende manieren. Uit de natuurkunde weten we dat: Energie is het vermogen om arbeid te verrichten. Wanneer een licht wordt ontstoken of een auto met gas wordt voortbewogen, ervaren we de omzetting van de ene vorm van energie in een andere vorm van energie, met behulp van energie-omzetters. Energie is dus geen materiaal, maar een eigenschap van lichamen. Elektrische stroom is geen energie. Hij vervoert energie en levert die aan elektrische apparaten. De elektrische stroom transporteert energie.

Daarom is, strikt wetenschappelijk gezien, de algemeen gebruikte uitdrukking hernieuwbare energie niet juist. Energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd; daarom kan zij niet worden vernieuwd. Energie kan alleen worden omgezet van de ene vorm in de andere. De hoeveelheid energie in een gesloten systeem blijft dus constant. Het bruikbare deel van de energie zal echter verschillen naargelang de omzetting (2). Over het geheel genomen blijft de totale hoeveelheid energie gelijk. Wat wij het gebruik van energie noemen, zou beter de waardevermindering van energie kunnen worden genoemd. De bruikbare waarde van energie wordt verminderd door omzetting en vervoer. Wanneer bijvoorbeeld hout wordt verbrand, wordt de in het hout opgeslagen chemische energie omgezet in thermische energie en lichtenergie. Wanneer de warmte wordt afgevoerd naar de omgeving, is zij niet langer bruikbaar. Ze is afgeschreven - of "gebruikt", zoals wij zeggen.

Ons energieverbruik blijft toenemen, ook al nemen de energiebronnen van fossiele brandstoffen af. Dit maakt het experimenteren met hernieuwbare energie des te spannender, om te begrijpen hoe zonne-energie, windenergie en waterkracht kunnen worden gebruikt om energie om te zetten en op te slaan en de efficiëntie van energietransmissie te verbeteren.

Geschiedenis - Het verhaal van hernieuwbare energieën

Waterkracht
Waterkracht is ongetwijfeld een van de oudste energiebronnen die ooit zijn gebruikt. De oude Mesopotamiërs gebruikten 3.500 jaar geleden al water om energie op te wekken met behulp van waterraderen. De weg van waterrad naar turbine was lang. De techniek uit het tijdperk van de Verlichting leidde tot verbeteringen aan het waterrad en uiteindelijk tot de bouw van nieuwe soorten machines, zoals waterkolomsystemen. In 1824 vond Claude Burdin de eerste turbine uit op basis van deze technologie. In 1866 vond Werner von Siemens de elektrodynamische generator uit, die het mogelijk maakte waterkracht om te zetten in elektrische stroom. De eerste waterkrachtcentrale werd in 1880 in het Engelse graafschap Northumberland in bedrijf genomen. De eerste Duitse waterkrachtcentrale, tevens de eerste centrale die wisselstroom opwekte, werd in 1890 in Bad Reichenhall in bedrijf genomen. De eerste grootschalige elektriciteitscentrale ter wereld werd in 1896 in bedrijf genomen bij de Niagara Falls in de VS.

Windenergie
De eerste experimenten met het opwekken van elektriciteit met behulp van windenergie werden aan het eind van de 19e eeuw uitgevoerd op basis van windmolentechnologie, naast de nood aan elektriciteit zelf. In de jaren 1950 pionierde ingenieur J. Juul in Vester Egesborg met 's werelds eerste windkrachtcentrale om wisselstroom op te wekken. J. Juul bouwde in 1956-57 voor het elektriciteitsbedrijf SEAS aan de kust van Gedser in Zuid-Denemarken de innovatieve windkrachtcentrale Gedser met een vermogen van 200 kW. Het eerste windmolenpark van Duitsland werd in 1987 gebouwd op de Growian-installatie in de buurt van Marne.

Fotovoltaïsche energie
Alexandre Edmond Becquerel ontdekte het fotovoltaïsche effect in 1839, waarmee de geschiedenis van de fotovoltaïsche energie begon. Het duurde echter meer dan een eeuw voordat deze ontdekking werd gebruikt om energie te produceren. Albert Einstein gaf de eerste verklaring van het foto-elektrisch effect in 1904. Edmond Becquerel had het verband tussen licht en energieopwekking reeds aangetoond, maar was aanvankelijk niet in staat om deze ontdekking te benutten. In 1954 slaagden de natuurkundigen Chapin, Fuller en Pearson erin de eerste silicium zonnecel ter wereld te bouwen. Dit lanceerde het gebruik van kristallijne zonnecellen om zonlicht om te zetten in elektrische energie. De eerste 108 fotovoltaïsche cellen werden gebruikt in de missie van de Amerikaanse satelliet Vanguard in 1958. Het duurde echter nog 20 jaar voordat ze in terrestrische systemen werden geïnstalleerd. In 1976 besloot de Australische regering het telecommunicatienetwerk in de binnenlanden uit te rusten met zonnecellen om de geïnstalleerde batterijen op te laden. Halverwege de jaren tachtig slaagde de Zwitserse ingenieur Markus Real erin kleine, gedecentraliseerde systemen op de daken van huizen te installeren om particulier gebruik aan te tonen. Daarna werden veel verschillende grootschalige zonneprojecten opgestart, zoals het Duitse 1.000 daken-programma (1990) of het Japanse 70.000 daken-programma (1994). In 2010 overschreed Duitsland voor het eerst de drempel van tien gigawatt, en in 2012 bereikte het land 25 gigawatt. Vanaf eind 2019 is er in Duitsland meer dan 49 GW geïnstalleerd.

Fundamenten
Toen de Duitse bondsregering op 11 juni 2001 het besluit nam om alle atoomstroom uit te bannen, kwam de energierevolutie - de omschakeling van het energiesysteem op een duurzame energievoorziening, met behulp van hernieuwbare energie - op de voorgrond van de maatschappelijke perceptie, het actuele onderzoek en de technologische ontwikkeling.

De fischertechnik-leerset Hernieuwbare energie behandelt centrale vragen over energieomzetting door krachtopnemers, energietransmissie en energieopslag van hernieuwbare energiebronnen. De verschillende windenergie-, waterkracht- en fotovoltaïsche modellen nodigen de leerlingen uit tot experimenteren en onderzoeken, en omvatten onderwerpen die actuele vragen in de natuurkunde en natuurwetenschappen behandelen.

Met de volgende componenten van fischertechnik wordt gewerkt aan het thema hernieuwbare energie:
- de fischertechnik solar micromotor is klein, maar krachtig. Hij werkt met 0,5-2V gelijkstroom.
- twee zonnecellen 60x60 1,0V 0,44A leveren het vermogen dat nodig is om de modellen aan te drijven, of dienen als energieconvertoren voor energieopslag
- een gouden zonnecap 10F 2.3V, met een zeer hoge capaciteit
- één brandstofcel 0,5V-0,9V 0,5A, waarmee de chemische energie van een brandstof (zoals waterstof) kan worden omgezet in elektrische stroom
- een spanningsomzetter, die de uitgangsspanning van een brandstofcel transformeert van ca. 0,9V naar ca. 2,0V

Natuurlijk zijn deze allemaal perfect voor het systeem van fischertechnik, dat niet alleen de basisproblematiek van hernieuwbare energie illustreert, maar de leerlingen ook in staat stelt realistische functionele modellen te bedienen.