ściaga.pdf

(102 KB) Pobierz
Kolektor słoneczny- to urządzenie służące do
bezpośredniej konwersji energii promieniowania
słonecznego na ciepło użytkowe.
Podział urządzeń przedstawia się następująco:
-płaskie-próżniowe;
-płaskie(gazowe,cieczowe , dwufazowe);
-próżniowo-rurowe(o bezpośrednim
przepływie;z gorącą rurką;z rurką dewara)
-skupiające (liniowo;miejscowo)
-specjalne.
W praktyce najczęściej spotkać się można z
kolektorami płaskimi, próżniowymi albo
skupiającymi.
Kolektory płaskie:
Ze względu na prostotę budowy i stosunkowo
niskie koszty produkcji w porównaniu do
pozostałych kolektorów, najbardziej
rozpowszechnione są kolektory płaskie. Nadają
się one idealnie do domowych instalacji
ogrzewania c.w.u. (ciepłej wody użytkowej). Do
części składowych kolektora płaskiego należy:
szyba solarna (warstwa przepuszczalna), która
oddziela wnętrze kolektora od środowiska
zewnętrznego, chroniąc przed niekorzystnymi
warunkami atmosferycznymi oraz
przepuszczając możliwie maksymalną ilość
promieniowania słonecznego, izolowana
obudowa, której zadaniem jest ograniczanie strat
ciepła do chłodniejszego otoczenia, płaski
absorber - główny element budowy, którym jest
zazwyczaj czarna metalowa płyta o możliwie jak
największym współczynniku absorpcji
promieniowania słonecznego, oraz wymiennik
ciepła, którym są ułożone meandrycznie rury, w
których znajduje się czynnik roboczy
(zazwyczaj roztwór 40% glikolu z wodą). Rury
muszą być wykonane z materiału dobrze
przewodzącego ciepło, w celu osiągnięcia
maksymalnej wartości przekazywanego
strumienia ciepła z absorbera do płynu
roboczego. Zazwyczaj stosowanym materiałem
w tym celu jest miedź.
Kolektor próżniowo-rurowy:
Kłopotem w kolektorach słonecznych są straty
ciepła z nagrzanego płynu solarnego i straty
ciepła z absorbera do otoczenia. Problem ten
został rozwiązany w kolektorach próżniowych,
gdzie przewody ciepłownicze jak i absorber
znajdują się w próżni, która przepuszcza
promieniowanie słoneczne, a zapobiega
uciekaniu ciepła z powrotem do otoczenia. W
przeciwieństwie do kolektorów płaskich, dzięki
swojej zdolności pracy przy promieniowaniu
rozproszonym sprawdzają się one doskonale w
pochmurne lub chłodniejsze jesienne dni.
Kolektory skupiające:
Kolektory skupiające dzięki zastosowaniu układu
luster skupiają energię promieniowania
punktowo lub liniowo co umożliwia większą
koncentrację energii na absorberze, a co za tym
idzie większą temperaturę czynnika roboczego
(standardowo jest to ok. 100-300°C). Stosuje się
je w procesach technologicznych, w których
potrzebny jest płyn o wysokiej temperaturze.
Znalazły one zastosowanie m.in. w energetyce,
gdzie używa się ich do produkcji pary w
elektrowniach heliotermicznych lub do
przetapiania metali w wielkich piecach
słonecznych, gdzie promienie słoneczne
skupione w jednym miejscu osiągają temperaturę
nawet 3000 °C.
Ogniwo paliwowe typu PEM (ang. PEM ‐ FC)
Ogniwa paliwowe są urządzeniami elektro –
chemicznymi , stanowiącymi przełom w
dziedzinie źródeł energii, pozwalają na
uzyskanie energii elektrycznej i ciepła
bezpośrednio z zachodzącej w nich reakcji
elektrochemicznej. W ogniwach zachodzi
konwersja energii chemicznej paliw (wodór,
metan, butan, metanol, a nawet benzyna) na
energię elektryczną.
Zasada dzia ł ania ogniwa typu PEM
Ogniwo paliwowe zbudowane jest z dwóch
elektrod: anody i katody. Elektrody
odseparowane są poprzez elektrolit występujący
w formie płynnej lub jako ciało stałe. Kryterium
klasyfikacyjnym ogniw jest rodzaj elektrolitu i w
przypadku ogniwa typu PEM, elektrolit jest
specjalną membraną przepuszczającą tylko jony
dodatnie wodoru (protony) stąd skrót PEM o ‐
angielskiej nazwy
Proton Exchange Membrane Fuel Cell. Elektrolit
umożliwia przepływ kationów, natomiast
uniemożliwia przepływ elektronów. Reakcja
chemiczna zachodząca w ogniwie polega na
rozbiciu wodoru na proton i elektron na anodzie,
a następnie na połączeniu substratów reakcji na
katodzie. Procesom elektrochemicznym
towarzyszy przepływ elektronu od anody do
katody z pominięciem nieprzepuszczalnej
membrany. W wyniku elektrochemicznej reakcji
wodoru i tlenu powstaje prąd elektryczny, woda i
ciepło.
Paliwo wodór w stanie czystym lub w
zwanym: fuel reformer. Dzięki zjawisku
elektrolizy, wodór dla ogniwa paliwowego
można wytwarzać korzystając ze źródeł energii
alternatywnej.Zanieczyszczenia wynikające z
produkcji energii "konwencjonalnymi" metodami
są powodem degradacji środowiska naturalnego i
powodem pojawiania się nowych chorób
cywilizacyjnych. Ogniwo paliwowe produkuje
25 razy mniej zanieczyszczeń w porównaniu
z generatorami spalinowymi. W przypadku
zasilania ogniwa paliwowego wodorem, ilość
produkowanych zanieczyszczeń jest śladowa.
Pojedyncze ogniwa paliwowe można łączyć ze
sobą w celu osiągnięcia pożądanego poziomu
generowanej mocy (skalowalność). Zespoły
ogniw paliwowych o różnych kształtach stosuje
się zarówno do zasilania pojedynczej żarówki jak
i napędzania maszyn przemysłowych..
Sprawność ogniwa paliwowego PEM określa się
jakostosunek energii elektrycznej otrzymanej do
energii chemicznej wodoru użytego w procesie.
Jednym z paliw stosowanych w ogniwach
paliwowych jest wodór. Na Ziemi występuje on
jedynie w górnych warstwach atmosfery –
oczywiście dostęp do tych zasobów jest bardzo
utrudniony. Dlatego jedynym sposobem
uzyskania wodoru w postaci cząsteczkowej jest
jego produkcja. W laboratoriach do wytwarzania
wodoru wykorzystuje się zjawisko elektrolizy
(do produkcji na skalę przemysłową
wykorzystuje się także inne metody).
Elektroliza - jest to proces, podczas którego
doprowadzony z zewnątrz prąd elektryczny
powoduje zajście na elektrodach reakcji
utleniania i redukcji. Elektrolizie można poddać
czystą wodę, jednak ze względu na niewielką
zdolność wody do przewodzenia prądu
elektrycznego (spowodowaną małą ilością jonów
H+ i OH-), używa się innych substancji
(elektrolitów) np. soli, wodorotlenków, kwasów
czy zasad. Wówczas proces elektrolizy
zachodzi zdecydowanie szybciej. Należy
pamiętać, że nie każdy elektrolit nadaje się do
wytwarzania wodoru – w przypadku
zastosowania wodnych roztworów zawierających
kationy metali ciężkich, na katodzie zamiast
wodoru będzie wydzielać się metal.
Jednym z najprostszych urządzeń pozwalających
na przeprowadzenie reakcji elektrolizy jest
aparat (elektrolizer) Hofmanna . Został on
wynaleziony przez niemieckiego uczonego
Augusta Wilhelma von Hoffmana w 1866 roku.
Budowa urządzenia jest bardzo prosta: składa się
ono z trzech szklanych cylindrów, które stanowią
układ naczyń połączonych. Środkowy cylinder
jest u góry otwarty (służy do napełnienia
urządzenia elektrolitem), boczne mają kraniki
zamykające wylot (którymi odprowadza się
powstałe gazy – tlen i wodór). Do bocznych
cylindrów podłączone są elektrody.
W przypadku elektrolizy wodnego roztworu
NaOH na elektrodach aparatu zachodzą
następujące reakcje:
Katoda (-) : 4 H 2 O + 4 e = 2 H 2 + 4 OH -
Anoda(+) : 4 OH - - 4 e = O 2 + 2 H 2 O
W ten sposób otrzymuje się wodór w jednym z
cylindrów aparatu Hoffmana.
Prawa opisujące wydzielanie się pierwiastka na
elektrodach w procesie elektrolizy opisał
w latach 1833-34 Michael Faraday.
Sformułowane przez niego pierwsze prawo
elektrolizy mówi, że masa pierwiastków, które
wydzieliły się na elektrodzie jest proporcjonalna
do całości ładunku, który przepłynął przez
elektrolit.
Wyraża to wzór: m =k*Q
k- równoważnik elektrochemiczny danego
pierwiastka
‐
mieszaninie z innymi gazami jes ‐
doprowadzany w sposób ciągły do anody, a
utleniacz tlen w stanie czystym lub mieszaninie
‐
‐
(powietrze) podawany jest w sposób ciągły do
katody.
Ogniwa paliwowe PEM zasilane są czystym
wodorem lub reformatem. Membraną ogniwa
PEM jest materiał polimerowy np. nafion.
Charakterystyczną cechą ogniw PEM jest duża
sprawność w produkcji energii elektrycznej d ‐
65% oraz mała ilość wydzielanego ciepła.
Niewątpliwą zaletą ogniwa PEM jest dobra
nadążność ogniwa w systemach poddawanych
zmiennym obciążeniom oraz krótki czas
rozruchu. Cechy te wynikają z niskiej
temperatury reakcji zachodzącej w ogniwie 6 ‐
do 100 stopni Celsjusza. Ogniwo paliwowe
teoretycznie nie ulega rozładowaniu. W
rzeczywistości degradacja lub niesprawność
komponentów ograniczają żywotność ogniwa
paliwowego. Oto jakie reakcje chemiczne
zachodzą w ogniwie paliwowym:
Oto jakie reakcje chemiczne zachodzą w ogniwie
paliwowym:
na anodzie: 2H 2 H 2 ¿ 4e
na katodzie: O 2 4 e 2O −2
Następnie jony wodorowe H + są zobojętnianie
zjonizowanym tlenem: 2O −2 2H 2 O
Końcowy produkt to H 2 O czyli woda w postaci
ciekłej lub para.
Zalety ogniw paliwowych
Duża niezawodność – brak ruchomych części,
wysoka jakość dostarczanej energii. Energia
dostarczana przez ogniwa paliwowe jest bardzo
odporna na zakłócenia. Ogniwa paliwowe są
idealnym źródłem zasilania dla urządzeń
medycznych, aparatury pomiarowej,
komputerów itp.
Ogniwa paliwowe charakteryzują się wysoką
sprawnością i gęstością energetyczną.
Ogniwo paliwowe jest zawsze mniejsze i lżejsze
od innych źródeł energii o porównywalnej mocy.
Sprawność ogniw paliwowych w generowaniu
energii elektrycznej osiąga nawet 50%. W
procesie kogeneracji, produkcji energii
elektrycznej i ciepła, ogniwa paliwowe osiągają
sprawność nawet 85%. W ogniwach paliwowych
możemy stosować różnego rodzaju paliwa.
Ogniwa paliwowe mogą być zasilane każdym
paliwem bogatym w wodór. Uzyskiwanie
wodoru z paliwa może przebiegać wewnątrz
ogniwa paliwowego, tzw. wewnętrzny reforming
lub poza ogniwem w zewnętrznym urządzeniu

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin