← Back to CoursesStemExpert
StemExpert
Fundamental · Werkboek · 17. Energie uit zon, wind en water
StemExpert · Brecht Corbeel · schoolium.me
StemExpert
F17. Energie uit zon, wind en water — werkboek
FFundamental · deel F4 · Energie

Werkboek · hoofdstuk 17Energie uit zon, wind en water

Waar onze energie vandaan komt, waarom dat moet veranderen, en hoe je de meetkas op zonne-energie laat draaien

Je begint met energiebronnen indelen, rekenen met watt en wattuur, en de CO2-grafiek lezen. Daarna reken je de opbrengst van zonnepanelen uit, meet je de invloed van hoek en schaduw, lees je vermogensgrafieken en vergelijk je manieren om energie op te slaan. In de uitdagingen kies je de energievoorziening van de meetkas (opdracht 17.13, voor je Habitat-portfolio), bouw je een zonnecollector uit een tuinslang, onderzoek je een windmolentje en reken je aan het poolstation Princess Elisabeth.

5× oefenen7× toepassen4× uitdagen± 434 min0/16 gedaan
EEnergieLElektriciteit en elektronicaDOntwerpen en maken
Princess Elisabeth Antarctica: een poolstation dat draait op zon en wind.
Princess Elisabeth Antarctica: een poolstation dat draait op zon en wind.
Hoe lees je een opdracht?
Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

Oefenen

Oefenen

één stap, direct toepassen
17.1

Fossiel, nucleair of hernieuwbaar?

Oefenen1Begrijpen10 min
Deel de energiebronnen in.
  1. a
    Vul in: fossiel, nucleair of hernieuwbaar.
    bronsoortkomt er CO2 vrij bij het gebruik?
    (a) aardgas
    (b) wind
    (c) uranium
    (d) steenkool
    (e) zonlicht
    (f) stromend water
    (g) diesel
    (h) hout uit een bos dat heraangeplant wordt
17.2

Watt en wattuur

Oefenen1Rekenen12 min
Gebruik energie = vermogen × tijd, en .
  1. a
    Een ledlamp van 8 W brandt 5 uur. Hoeveel Wh is dat?
  2. b
    Hoeveel joule is 40 Wh?
  3. c
    Een waterkoker van 2000 W werkt 3 minuten. Hoeveel Wh is dat?
  4. d
    Hoe lang kan een lampje van 5 W branden op een batterij van 60 Wh?
  5. e
    Een laptop verbruikt 45 Wh in 1,5 uur. Wat is zijn vermogen?
17.3

Zonnepaneel of zonneboiler?

Oefenen2Begrijpen10 min
Een zonnepaneel en een zonneboiler vangen allebei zonlicht op, maar ze leveren iets anders.
  1. a
    Wat levert elk? Welk van de twee zet het grootste deel van het zonlicht om?
  2. b
    Kies telkens en leg kort uit: (a) warm water om te douchen; (b) een laptop opladen; (c) het pompje van de meetkas; (d) de afwas in het poolstation.
  3. c
    Waarom is de plaat in een zonnecollector zwart en ligt er glas boven?
17.4

Energieketens van centrales

Oefenen2Begrijpen12 min
Vul de energieketens aan. Denk ook aan de warmte die vrijkomt.
  1. a
    Windturbine: energie van de wind bewegingsenergie van de rotor energie.
  2. b
    Stuwdam: energie van het water energie van het water elektrische energie.
  3. c
    Gascentrale: energie in aardgas warmte (stoom) energie van de turbine elektrische energie.
  4. d
    Zonnepaneel: elektrische energie.
  5. e
    In welke van deze vier gaat het grootste deel van de energie verloren als warmte? Gebruik de rendementen uit hoofdstuk 15.
17.5

De CO₂-grafiek lezen

Oefenen2Analyseren15 min
Gebruik de grafiek van de CO₂-metingen op Mauna Loa.
195019601970198019902000201020202030280300320340360380400420440jaarCO₂ in de lucht (ppm)voor 1850: ongeveer 280 ppm427317jaargemiddelde, Mauna Loa (Hawaï)
Jaargemiddelden van CO₂ in de lucht (NOAA).
  1. a
    Hoeveel CO₂ zat er in de lucht in 1960, 1990 en 2025?
  2. b
    Hoeveel ppm kwam er gemiddeld per jaar bij tussen 1960 en 1990? En tussen 1990 en 2025?
  3. c
    Gaat de stijging sneller of trager? Hoe zie je dat aan de grafiek?
  4. d
    Hoeveel procent meer CO₂ zit er in 2025 in de lucht dan voor 1850 (280 ppm)?
Toepassen

Toepassen

meerdere stappen, in een context
17.6

Dagopbrengst van een zonnepaneel

Toepassen3Rekenen15 min
Gebruik de tabel met de opbrengst per wattpiek per dag uit het handboek (Brussel, 60°, op het zuiden).
  1. a
    Een paneel van 20 Wp. Hoeveel Wh levert het op een gemiddelde dag in maart, juni en december?
  2. b
    Controleer de junicijfers met de volle zonuren (4,6 h) en de factor 0,8.
  3. c
    Hoe groot moet een paneel zijn om in december gemiddeld 30 Wh per dag te leveren?
  4. d
    Waarom levert hetzelfde paneel in april meer dan in juli, terwijl de zon in juli langer schijnt?
Hint
Opbrengst = piekvermogen × Wh per Wp per dag. Kijk bij de laatste vraag naar de hoek (60°) en naar wat warmte met een paneel doet.
17.7

Labo: zonnepaneel, hoek en schaduw

Toepassen3Labo45 min
Voer de proef uit het handboek zelf uit. Je docent stelt de multimeter in; jij leest de stroom af. Werk met een lamp of in de zon.
  1. a
    Meet de stroom bij verschillende hoeken.
    hoek (°)I (mA)I / I bij 0° (%)
  2. b
    Zet je metingen in een grafiek, met de hoek horizontaal.
  3. c
    Bij welke hoek meet je de helft van de stroom bij 0°? Vergelijk met het handboek.
  4. d
    Meet met één cel afgedekt, en met een smalle strook over alle cellen. Verklaar het verschil.
  5. e
    Welke twee adviezen geef je voor de plaats van het paneel van de meetkas?
Zo wordt dit beoordeeld
MetingenMinstens zes hoeken, met de gradenboog ingesteld, percentages berekend.
GrafiekAssen met grootheid en eenheid, passende schaal, vloeiende kromme.
SchaduwVerschil verklaard met cellen in serie: de zwakste cel bepaalt de stroom.
AdviesLoodrecht op de zon (steil in de winter), en geen schaduw, ook niet gedeeltelijk.
17.8

Een vermogensgrafiek lezen

Toepassen3Analyseren20 min
Het paneel van 50 Wp van de meetkas werd op een heldere junidag elk uur gemeten.
468101214161820220510152025303540tijdstip (h)P (W)gemeten vermogen
Het vermogen van een paneel van 50 Wp op een heldere dag in juni.
  1. a
    Wat is het grootste vermogen, en wanneer? Waarom haalt het paneel geen 50 W?
  2. b
    Schat de energie van die dag. Tip: tel per uur het vermogen op (elk uur is een strookje van 1 h breed).
  3. c
    Hoeveel volle zonuren komt dat ongeveer overeen met (reken met 50 Wp en de factor 0,8)?
  4. d
    Vergelijk met een gemiddelde junidag (177 Wh). Waarom is het verschil zo groot?
17.9

CO₂ van je elektriciteit en je auto

Toepassen3Rekenen15 min
Gebruik de CO₂-waarden per kWh uit het handboek (steenkool 820 g, aardgas 490 g, zon 41 g, wind 11 g) en 2,3 kg CO₂ per liter benzine.
  1. a
    Een gezin verbruikt 3500 kWh per jaar. Hoeveel CO₂ is dat met stroom uit zonnepanelen?
  2. b
    Een auto rijdt 12 000 km per jaar en verbruikt 5,5 L benzine per 100 km. Hoeveel CO₂?
  3. c
    Een elektrische auto verbruikt 17 kWh per 100 km. Hoeveel CO₂ over 12 000 km, met stroom uit aardgas? En met stroom uit wind?
  4. d
    Wat besluit je? Hangt het antwoord af van waar de stroom vandaan komt?
17.10

Wind: twee keer zo hard

Toepassen3Analyseren15 min
Gebruik de vereenvoudigde vermogenscurve van de windturbine van 10 MW uit het handboek.
051015202530024681012windsnelheid (m/s)P (MW)startstop (storm)6 m/s: 1,25 MW12 m/s: 10 MWwindturbine van 10 MW (vereenvoudigd)
Vermogenscurve (vereenvoudigd).
  1. a
    Lees af: het vermogen bij 4 m/s, 8 m/s, 12 m/s, 20 m/s en 27 m/s.
  2. b
    Hoeveel keer meer vermogen bij 8 m/s dan bij 4 m/s? Klopt de regel 'twee keer zoveel wind, acht keer zoveel vermogen'?
  3. c
    Waarom stijgt het vermogen boven 12 m/s niet meer, en waarom is het 0 boven 25 m/s?
  4. d
    Een turbine op een heuvel heeft gemiddeld 10 % meer wind dan in het dal. Levert ze dan 10 % meer? Leg uit.
17.11

Opslaan: batterij, water of warmte?

Toepassen3Rekenen20 min
Gebruik , per liter per °C en .
  1. a
    Het reservoir van de meetkas (30 L) staat 1,0 m hoger dan de pomp. Hoeveel zwaarte-energie zit erin, in J en in Wh?
  2. b
    Hetzelfde water warmt overdag 8 °C op. Hoeveel warmte is dat, in kJ en in Wh?
  3. c
    Vergelijk met de batterij van 250 Wh die de meetkas krijgt. Welke opslag is voor welk doel geschikt?
17.12

Debat: kernenergie in België?

Toepassen3Argumenteren30 min
In 2025 kwam ongeveer een derde van de Belgische elektriciteitsproductie uit kerncentrales. Over hoe lang ze nog moeten draaien, en of er nieuwe moeten komen, wordt al jaren gediscussieerd. Bereid in een groep een debat voor. Een groep verdedigt 'meer kernenergie', een andere 'geen kernenergie meer'.
  1. a
    Verzamel minstens drie argumenten voor en drie tegen. Zet bij elk argument een feit of getal uit dit hoofdstuk of uit een betrouwbare bron.
  2. b
    Welke argumenten gaan over CO2 en klimaat, welke over veiligheid en afval, welke over kosten en bevoorrading?
  3. c
    Wat is jouw standpunt na het debat? Wat zou je van mening kunnen doen veranderen?
Zo wordt dit beoordeeld
ArgumentenMinstens drie per kant, correct en onderbouwd met feiten of getallen.
BronnenBetrouwbare bronnen genoemd; meningen en feiten gescheiden.
LuisterenReageert op de argumenten van de andere groep, niet alleen op de eigen.
StandpuntHelder, onderbouwd, met oog voor de andere kant.
Uitdagen

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren
17.13

Habitat: de energievoorziening van de meetkas kiezen

Uitdagen4Habitat50 min
Je kiest hoe de meetkas van energie voorzien wordt. Drie opties: (A) de 12 V-adapter aan het stopcontact, via een lange kabel; (B) een zonnepaneel met batterij; (C) een zonnepaneel met batterij én de adapter als reserve. Rekenwaarden: verbruik 44 Wh per dag (april tot september) en 63 Wh per dag (oktober tot maart); opbrengst per Wp per dag uit het handboek.
  1. a
    Maak een keuzetabel (hoofdstuk 10) met minstens vijf criteria, bijvoorbeeld: werkt het het hele jaar, kosten, CO2, veiligheid (hoofdstuk 5), onafhankelijkheid, onderhoud. Geef elke optie een score.
    criteriumgewichtA: adapterB: zon + batterijC: zon + batterij + adapter
  2. b
    Bereken voor optie B en C: het piekvermogen van het paneel, en de grootte van de batterij voor drie dagen zonder zon.
  3. c
    Teken een bovenaanzicht van de meetkas met de plaats van het paneel, de batterij en de kabels. Duid het zuiden aan.
  4. d
    Welke optie kies je? Onderbouw met je keuzetabel en je berekening.
  5. e
    Hoe kan je het verbruik verkleinen, zodat een kleiner paneel volstaat? Noem twee maatregelen.
Zo wordt dit beoordeeld
KeuzetabelMinstens vijf criteria met gewichten; scores eerlijk en uitgelegd.
BerekeningOntworpen voor december: ongeveer 50 Wp; batterij ongeveer 190 Wh bruikbaar, dus ±250 Wh.
PlaatsOp het zuiden, geen schaduw op de planten en op het paneel, batterij droog en buiten de kas, korte kabels.
Besluit en besparingKeuze volgt uit tabel en berekening; realistische besparingen (slaapstand, ledstrip met timer of lichtsensor).
17.14

Maak: een zonnecollector uit een tuinslang

Uitdagen4Maken90 min
Bouw een eenvoudige zonnecollector: een zwarte tuinslang van 10 m, opgerold in een ondiepe doos, eventueel met een zwarte bodem en een doorzichtige plaat erboven. Vul de slang met water, leg ze in de zon en meet de temperatuur van het water na een uur. Een slang van 10 m met een binnendiameter van 13 mm bevat ongeveer 1,3 L water.
  1. a
    Schets je collector en duid aan hoe hij de drie wegen van warmteverlies afremt (hoofdstuk 16).
  2. b
    Meet de temperatuur van het water voor en na een uur in de zon. Hoeveel warmte heeft het water opgenomen?
  3. c
    De oppervlakte van je collector is ongeveer 0,25 m². In volle zon valt er ongeveer 1000 J per seconde op 1 m². Hoeveel zonne-energie viel er in een uur op je collector? Wat is het rendement?
  4. d
    Wat zou je veranderen om het rendement te verhogen? Test één verandering.
Zo wordt dit beoordeeld
BouwZwarte slang dicht opgerold, doos geïsoleerd, doorzichtige afdekking.
MetingTemperatuur voor en na, zelfde meetplaats; warmte berekend met 4,2 kJ per liter per graad.
RendementInstraling correct geschat (orde 900 kJ in een uur), rendement berekend en realistisch.
VerbeteringEén verandering getest, met vergelijking voor en na.
17.15

Onderzoek: een windmolentje

Uitdagen4Onderzoeken50 min
Een klein windmolentje drijft een motortje aan dat als generator werkt. Je docent sluit een multimeter aan die de spanning meet: hoe sneller het molentje draait, hoe groter de spanning. Een ventilator maakt de wind. Onderzoek hoe de opbrengst afhangt van de windsnelheid (verander de afstand tot de ventilator, of de stand van de ventilator), of van het aantal wieken.
  1. a
    Kies wat je onderzoekt. Formuleer een onderzoeksvraag en een hypothese.
  2. b
    Welke variabelen hou je gelijk? Hoe meet je de windsnelheid (of hoe hou je ze gelijk)?
  3. c
    Noteer je metingen.
    wat je verandertU (V), meting 1U (V), meting 2gemiddelde
  4. d
    Teken een grafiek en formuleer een besluit. Wat betekent je besluit voor een echte windturbine?
Zo wordt dit beoordeeld
Vraag en hypotheseEén variabele, toetsbaar.
EerlijkZelfde molentje en meter, zelfde hoogte en richting, ventilator lang genoeg aan voor een stabiele meting, herhaald.
GrafiekCorrecte assen en schaal; trend beschreven.
BesluitVolgt uit de metingen, met beperkingen (turbulentie van de ventilator, meter).
17.16

Genoeg energie voor Princess Elisabeth?

Uitdagen4Rekenen25 min
Het poolstation Princess Elisabeth heeft negen windturbines van 6 kW en zonnepanelen die op een goede zomerdag ongeveer 420 kWh leveren. Stel dat de windturbines gemiddeld een derde van hun maximum leveren. In de zomer verblijven er tot 50 mensen.
  1. a
    Hoeveel energie leveren de windturbines samen per dag, gemiddeld?
  2. b
    Hoeveel leveren zon en wind samen per dag? Hoeveel is dat per bewoner?
  3. c
    Een Belgisch gezin verbruikt ongeveer 3500 kWh per jaar. Hoeveel is dat per dag? Vergelijk.
  4. d
    Waarom heeft het station toch batterijen en een slim net nodig? Geef twee redenen.
  5. e
    Waarom werkt zonne-energie in de Antarctische zomer zo goed, en waarom is het station in de winter dicht?
ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet