Ich versuche, eine Brennstoffzelle zu entwerfen, die genug Energie für einen Tag mit maximaler Kapazität liefern kann, aber ich habe Probleme bei der Dimensionierung der Brennstoffzelle, weil ich ein besseres Verständnis der Kilowattstunden brauche.
Ich habe online herausgefunden, dass der durchschnittliche Stromverbrauch eines Hauses etwa 8.900 kWh pro Jahr beträgt, was ungefähr 24 kWh pro Tag entspricht.
Wenn ich eine Brennstoffzelle entwerfen wollte, würde sie als 1-kW-Brennstoffzelle betrachtet werden? Ich versuche es zu dimensionieren.
Der Grund, warum ich frage, ist, dass ich einen Artikel gelesen habe, in dem es hieß: "Eine 3-kW-Brennstoffzelle ...", also habe ich mich gefragt, ob ich dies einfach als eine 1-kW-Brennstoffzelle betrachten und sie dann basierend auf dieser Annahme dimensionieren könnte
Ein Joule (J) ist eine Energieeinheit. Wenn Sie ein Gewicht von einem Kilogramm einen Meter hochheben, haben Sie 9,8 J Arbeit verrichtet, denn das Gewicht eines Kilogramms beträgt 9,8 Newton, und eine Kraft von einem Newton auf einen Meter ist ein Joule Arbeit.
Ein Watt misst die Arbeitsintensität oder Leistung: wie viel Energie pro Zeiteinheit übertragen wird. Ein Joule Arbeit, die in einer Sekunde verrichtet wird, ist ein Watt. Wenn Sie ein Kilogramm um einen Meter heben, und das in einer Sekunde, benötigen Sie 9,8 W Leistung. Ein Watt ist ein Joule pro Sekunde, J/s. Wenn Sie den gleichen Hub in einer halben Sekunde ausführen möchten, benötigen Sie 19,6 W: die doppelte Leistung.
Eine Kilowattstunde ist wieder eine Energieeinheit, wie ein Joule. Wir nehmen Watt (Energie pro Zeit) und multiplizieren sie mit der Zeit, sodass sich die Zeit aufhebt und Energie übrig bleibt. Eine Stunde sind 3600 Sekunden. Eine Kilowattstunde ist also 1.000 J/s * 3.600 s = 3.600.000 J. Wenn bei einer Leistung von 1000 W Arbeit verrichtet bzw. Energie übertragen wird, und das eine Stunde lang, ist das eine kWh. Oder 100 W über 10 Stunden usw. Eine 100-W-Glühbirne, die 10 Stunden lang leuchtet, verbraucht 1 kWh.
Eine Lebensmittelkalorie (die große Kalorie oder die kcal) ist 4200J. Eine 1 kWh ist also 3.600.000 J / 4.200 J/kcal = 857 kcal. Hier geht es um die Energie in zwei doppelten Cheeseburgern von McDonald's.
Ein Kilowatt ist ein Leistungsmaß, das hauptsächlich zur Messung elektrischer Leistung verwendet wird. Macht ist die Fähigkeit, Arbeit zu leisten. Kilowattstunde ist ein Maß für Energie oder Arbeit. Sie wird gemessen, indem eine Leistungsmenge mit der Zeitdauer multipliziert wird, in der sie verwendet wird. Wenn ein Elektromotor eine Stunde lang 1 Kilowatt zieht, dann hat er eine Kilowattstunde Energie verbraucht. Sie haben festgestellt, dass ein durchschnittlicher Haushalt 24 Kilowattstunden Energie pro Tag verbraucht. Dazu gehört die gesamte Energie aller elektrischen Geräte in einem typischen Haushalt, einschließlich Beleuchtung, Heizung, Klimaanlagen, Haushaltsgeräte, Fernseher, Radios, Computer usw. Es sagt Ihnen jedoch nicht, wie viel Strom das Haus benötigt zu jeder Tageszeit. Zum Beispiel wird am späten Abend, wenn alle schlafen, der Strombedarf des Hauses gering sein, wahrscheinlich nur der Kühlschrank, die Heizung, Radiowecker und einige Nachtlichter. Dies kann in der Größenordnung von 1 Kilowatt oder weniger liegen. Tagsüber, wenn die Klimaanlage und der Trockner eingeschaltet sind, beträgt die Hauslast oft 1 Kilowatt (ein elektrischer Trockner verbraucht wahrscheinlich etwa 6 Kilowatt oder mehr). Dies bedeutet, dass jedes Gerät, das ein Haus mit Strom versorgen soll, nicht nur den Gesamtenergieverbrauch (der die vom Gerät verbrauchte Brennstoffmenge bestimmt, ob eine Dampfturbine einen elektrischen Generator oder eine Brennstoffzelle antreibt) berücksichtigen muss, sondern auch die maximale Leistung, die das Haus zu jeder Tageszeit verlangen darf. Viele Energieversorger berechnen nicht nur die verbrauchte Gesamtenergie (Kilowattstunden), sondern den maximalen Leistungsbedarf (Peak-Kilowatt), denn dieser bestimmt, wie groß ihre Erzeugungskapazität sein muss. Sie können also sehen, dass eine Brennstoffzelle, die 24 Stunden lang 1 Kilowatt liefern kann, zwar die gesamte Energie liefert, die ein Haus verbraucht, aber niemals in der Lage wäre, das Haus mit Strom zu versorgen, wenn der Strombedarf maximal ist. Dieser Höchstwert hängt von den elektrischen Geräten im Haushalt und davon ab, wann sie verwendet werden. Es ist möglich, dass Klimaanlagen, Fernseher, Waschmaschinen und Trockner und viele Lichter gleichzeitig eingeschaltet sind. Dann könnte der Strombedarf leicht 10 Kilowatt überschreiten.
Sie haben die richtige Idee. Unter der Annahme eines perfekten Wirkungsgrads und einiger Speicher (auf die Sie nicht eingehen - mehr dazu weiter unten) würde eine 1-kW-Brennstoffzelle, die 24 Stunden lang läuft, 24 kWh produzieren. (Leistung (kW) * Zeit (h))
Das fehlende Stück Ihrer Analyse ist ein Energiepuffer. Betrachtet man den typischen Verbrauch eines Hauses, aufgetragen als Momentan-kW als Funktion der Zeit, würde er eine signifikante tägliche Schwankung aufweisen. Der Spitzenverbrauch wird wahrscheinlich 10 kW oder mehr betragen – 9 kW+ mehr, als Ihre Brennstoffzelle liefern kann. Woher soll diese Kraft kommen? Typisch Batterien.
Es ist auch die Effizienz zu berücksichtigen - die Effizienz des Ladens und Entladens von Batterien, die Effizienz der Umwandlung des Gleichstromausgangs der Brennstoffzelle in Wechselstrom usw.
Wenn das Spitzen-/Durchschnittsverhältnis = 1 ist, benötigen Sie eine 1-kW-Brennstoffzelle für 24 Stunden. Bei Pk/Avg= 10 benötigen Sie eine 10-kW-Brennstoffzelle
Johann