Figuur 1 toont een drinkbak voor koeien die automatisch bijgevuld wordt met een pomp. Deze pomp is aangesloten op een zonnepaneel.
Bij voldoende zonneschijn levert het paneel een maximaal vermogen van 22 W bij een uitgangsspanning van 18 V. Elk rondje op de foto is een zonnecel die een spanning van 0,50 V levert.
Opgaven
a) Leg uit hoe de zonnecellen in het paneel geschakeld zijn.
b) Bereken de maximale stroomsterkte die dit zonnepaneel kan leveren.
Wanneer het waterpeil beneden een bepaald niveau zakt, zet een automatisch systeem een pomp in werking die water uit een nabijgelegen sloot in de bak pompt. In figuur 2 is een deel van het automatische systeem getekend.
Het waterniveau wordt met behulp van een comparator vergeleken met een ingestelde waarde. De comparator geeft een laag signaal wanneer het waterpeil beneden het ingestelde niveau zakt. De pomp is in werking als het relais een hoog signaal ontvangt.
Het systeem voldoet aan de volgende eisen:
- de pomp begint te werken zodra het waterpeil lager wordt dan het ingestelde niveau;
- vanaf het moment dat het waterpeil het ingestelde niveau weer bereikt, blijft de pomp nog 1 minuut werken.
De pulsgenerator geeft elke 10 s een puls aan de pulsenteller. Deze teller staat aan als er niets is aangesloten op de aan/uit-ingang.
c) Teken in figuur 2 de verbindingen en de verwerkers die nodig zijn om het systeem goed te laten werken.
Om het water vanuit de sloot in de drinkbak te pompen moet een hoogteverschil van 1,2 m worden overbrugd. Van het door de zonnestraling geleverd vermogen wordt op een gegeven moment 9,1 W nuttig gebruikt.
d) Bereken hoeveel kilogram water de pomp dan in 1,0 minuut in de bak pompt.
Uitwerkingen
Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.
Uitwerking vraag (a)
Er zijn 4 · 9 = 36 zonnecellen.
Al deze zonnecellen zijn in serie geschakeld, aangezien 36 · 0,50 = 18 V.
Uitwerking vraag (b)
Er geldt: P = UI.
We willen de maximale stroomsterkte Imax weten: Imax = P / U.
De spanning U is 18 V en het vermogen P is 22 W. Invullen geeft de maximale stroomsterkte:
Imax = 22 / 18 = 1,2 A.
Uitwerking vraag (c)
figuur 3
De comparator vergelijkt het waterniveau met een waarde. Als het hoger is dan de waarde, komt er een hoog signaal door. Dit willen we juist niet, omdat er alleen iets moet gebeuren als het waterniveau lager is. Daarom zetten we een invertor achter de comparator, die het signaal omdraait.
Vervolgens moet er nog een geheugencel achter die het signaal onthoudt.
De uitgangen 2 en 4 van de teller worden aan een EN-poort gekoppeld, zodat er alleen een hoog signaal is als deze beide hoog zijn.
Uitwerking vraag (d)
De energie die per minuut aan het water wordt geleverd volgt uit E = Pnuttigt = 9,1 · 60 = 546 J.
Deze energie wordt omgezet in zwaarte-energie van het water: Ez = mgh.
Voor de massa geldt dus: m = Ez / gh = 546 / (9,81 · 1,2) = 46 kg.
