Лабораторная работа №7.
Определение коэффициента полезного действия
системы электролизер – топливный элемент
Цель работы
Проведение количественных измерений, используя солнечный модуль, электролизер и топливный элемент и определение коэффициента полезного действия системы электролизер – топливный элемент.
Задание:
Показать, что водород для топливных элементов может получаться с использованием солнечной энергии.
определить зависимость коэффициента полезного действия системы электролизер - топливный элемент зависит от выходной мощности топливного элемента
Комплектующие, необходимые для проведения эксперимента:
Солнечный модуль
Электролизер
Топливный элемент
Измерительный модуль-нагрузка
4 кабеля
2 длинных газоподводящих шланга
2 коротких газоподводящих шланга
Схема эксперимента
Дополнительные компоненты:
лампа 100 – 150 Вт
дистиллированная вода
амперметр
вольтметр
кабель
Указания по безопасности:
Во время экспериментов надевайте защитные очки и держите подальше источники возгорания!
Учтите, что солнечный модуль нагревается.
Методические указания
Подключенный к электролизеру солнечный модуль обычно дает 200 мА при напряжении 1,6 В. Это соответствует рабочей мощности системы 320 мВт. Так как система работает при постоянном потоке газа (если не учитывать потери из-за утечек и т.п.), топливный элемент может давать максимальный ток 200 мА. Величина вырабатываемого тока зависит от сопротивления нагрузки - чем меньше сопротивление, тем больше ток. При сопротивлении нагрузки 5 Ом ток составляет порядка 100 мА, а напряжение – 0,7 В. При этом выходная мощность получается равной 70 мВт. В этом случае коэффициент полезного действия составляет 22%. Меньшее сопротивление, например 3 Ома, обеспечивает более высокое отдачу мощности топливного элемента. Общий коэффициент полезного действия системы может достигать величины в пределах 30-40%.
рис.
Порядок выполнения работы
Топливный элемент должен быть обеспечен водородом и кислородом из электролизера.
1. Соберите схему согласно рис.14. Соблюдайте полярность на электролизере!
2. Проверьте, чтобы шланги подведения газа на электролизере и топливном элементе были надежно подключены. Установите переключатель на измерительном модуле в положение «разомкнуто».
3. Проверьте, чтобы оба приемника газа электролизера были заполнены дистиллированной водой до отметки 0-мл. Установите с помощью освещенного солнечного модуля на электролизере постоянный ток в диапазоне 200- 300 мA. Расположите солнечный модуль относительно лампы таким образом, чтобы при этом наблюдалось заметное выделение газов.
Очистите систему от воздуха, пропустив через электролизер,
топливный элемент и шланги в течение 5 минут образовавшиеся газы. Установите переключатель измерительного модуля на 3 минуты в положении 3 Ома. Измерьте ток амперметром. Установите переключатель измерительного модуля в положение «разомкнуто».
Определите ток и напряжение для различных значений сопротивлений и рассчитайте выходную мощность топливного элемента. В конце эксперимента измерьте ток и напряжение работающего электромотора и рассчитайте его мощность.
6. Измерьте с помощью дополнительных измерительных приборов значения рабочего тока и рабочего напряжения солнечного модуля и рассчитайте мощность для определенного значения тока солнечного элемента.
Таблица измерений
Рабочее напряжение, В =
Рабочий ток ток, мА =
|
Сопротивление нагрузки R, Ом |
Рабочее напряжение U, В |
Рабочий ток I, мА |
|
|
|
|
Подведение итогов
Рассчитайте коэффициент полезного действия системы электролизер - топливный элемент для различных величин сопротивлений нагрузки на топливном элементе и определите максимальное значение коэффициента полезного действия.
Заключение
Представьте коэффициент полезного действия системы в зависимости от рабочего тока топливного элемента.