T. Ekelund, C. Carlsen, E. Fykse, B. Bøe

More documents

Recommendations

Info

ne ble fylt opp med gass. Når gasssylinderen med hydrogen var fylt til 10 ml-merket, ble solcellepanelet koblet fra. Det hadde da blitt dannet 5 ml oksygengass. Kretsen ble så koblet sammen igjen med en motstand på 1 Ω. Amperemeteret viste nå at det gikk en strøm, og verdiene fra amperemeteret og voltmeteret ble lest av etter hvert som tiden gikk. Resultater Strømmen til elektrolysøren var 0,3 A og spenningen var 1,40 V. Tida som gikk for å fylle elektrolysøren med 10 ml hydrogen-gass var 4 minutter og 55 sekunder. Se tabell 6.4 for flere data til dette forsøket. Diskusjon Systemet kan inndeles i flere små systemer, der man kan se på virkningsgrad fra én komponent til en annen. Energi i form av lys inn mot solcellen Energien til lyset som traff solcellen i løpet av tiden t er gitt ved formelen: E W ⋅V ⋅V ⋅t Der W0 er lampens effekt (500 W), V1 er andel av lampens effekt som går med til å produsere lys (cirka 5 %), og V2 er andel av det utstrålte lyset som treffer solcellen(V2 = ASolcelle/AUtstrålt lys) Nødvendig data om vinkler, lengder og avstander mangler for å kunne beregne V2, og dette gjør at det heller ikke er mulig å beregne energi for dette leddet av prosessen. Det er imidlertid interessant å vite i hvilken størrelsesorden energien 18 = 0 1 2 A= 0,3 m ∠α = 60˚ ∠β = 60˚ < α Figur 3.11 Forenkling av modell for å beregne andel av utstrålt lys som traff solcellen. (TZE) kan ha vært i, og til det kan det benyttes fiktive verdier. Ved å anta at lyset sprer seg som vist på figur 3.11, kan V2 og dermed E regnes ut ved enkel trigonometri: = 280 J Å bruke modellen i figur 3.11 er på flere måter problematisk. Modellen tar ikke høyde for at lyset ikke spres fra et punkt, men fra en avlang glødetråd. Det er også feil å anta at arealplanet til lyset i avstanden A er flatt, da det i virkeligheten buler ut tilnærmet som et kulesegment. Det er dessuten usannsynlig at lyset fordelte seg så jevnt som det er antydet i modellen. Alternativt kunne energien inn mot solcellen blitt målt ved lysmåler. Energi brukt på å danne 10 ml H2 C < β A = 0,13m ⋅ 0,06m = 0,0078m A Solcelle u-lys = B⋅D 0,3m = (2⋅0,3m⋅ tan(30)) ⋅(tan(60) ⋅ ) cos(30) 2 = 0,21m 0,0078m = 0,21 V2 2 2 E = 500W ⋅0,05 ⋅ 0,038 ⋅ 295s = 0, 038 A 2 Det elektriske arbeidet utført i elektrolysøren i tiden t med strømstyrken I og spenningen U er gitt ved formelen: E = U⋅ I ⋅t = 1,6 V⋅0,3A⋅295s = 142J Kjemisk energi i 10 ml H2 Forutsetter atmosfærisk trykk i gassen og temperatur på 20 °C. For å finne antall mol H2 kan en bruke gassloven for ideelle gasser der n er antall mol, p er trykket, V er volumet, R er gasskonstanten og T er temperaturen. pV nH = 2 RT 101325 ⋅1,0 ⋅10 = 8,314472 ⋅ 293 = 4,159 ⋅10 − 4 mol −5 mol Forbrenningsvarmen til 1 mol H2 er 285 kJ. Energien i dette forsøket blir da: E = n⋅ΔH = 4,159⋅10 = 118,5J 0 c −4 D ASolcelle B mol⋅ 285⋅10 3 Au-lys J/mol
Elektrisk energi utnyttet av 10 ml H2 Brenselcella ble koblet til en motstand på 1 Ω, slik at det lagrede hydrogenet ble omdannet til strøm. Spenning og strøm ble målt i intervaller på 30 sekunder. Den elektriske effekten i hvert målepunkt ble regnet ut etter formelen P = U · I. I et koordinatsystem ble effekten fremstilt som en funksjon av tid, og integralet regnet ut. Integralet gir et tall på den elektriske energien produsert av brenselcellen. 400 E = ∫ P( t) dt = 13,3 J 0 Virkningsgrader Fra lysenergi fra lyskasteren til elektrisk energi fra solcellen: 142 J ⋅100 % = 50,7 % 280 J Tallet er basert på fiktive verdier, og er derfor av liten verdi. Det er imidlertid fem ganger høyere enn forventet, og forsterker mistanken om at modellen som ble brukt (figur 3.11) er for unøyaktig. Fra elektrisk energi fra solcellen via elektrolysøren til kjemisk energi i hydrogen: 118,5J ⋅100% = 83,7% 142 J Dette var høyere enn forventet, og kan skyldes unøyaktighet i forbindelse med måling av stoffmengde. Se feilkilder. Fra kjemisk energi i hydrogen via brenselcellen til elektrisk energi: 13,3J 118,5J Dette var lavere enn forventet, og kan skyldes lekkasje i systemet. 3.5 Feilkilder ⋅100% = 11,2% Feilkilder kan deles opp i systemfeil og målefeil. Systemfeilene er grunnleggende svakheter i forsøksoppsettet, mens målefeil kommer av unøyaktighet i målemetodene. Mulige systemfeil • Gasslekkasje i systemet kan ha ført til ganske store feil i beregning av virkningsrad. • Bakgrunnslys i rommet kan ha ført til at effekten fra solcellepanelet kan ha blitt målt til å være opp til 0,002 W for stor. Dette er ubetydelig i dette forsøket. • I et ideelt forsøk burde lysfordelingen fra lyskilden vært jevn. Det var den ikke i dette forsøket, men det er vanskelig å si hvor stor innvirkning dette har på resultatene. • Innfallsloddet til solcellen pekte ikke rett mot lyskilden. Dette kan forklare at forvent- ningsverdiene i graf 3.2 ikke stemmer helt overens med de målte verdiene. Mulige målefeil • Ved beregning av stoffmengden H2 i elektrolysøren, ble gassloven for ideelle gasser benyttet. Denne loven gir en ganske god tilnærming, men den er ikke perfekt. For å kunne bruke denne loven må man i tillegg til volumet vite temperaturen og trykket til gassen, men disse verdiene ble bare antatt, ikke målt. Dette har antagelig ganske lite å si for resultatet. • Det ser ut til at det kan ha vært et problem med måling av lav strøm fra brenselcellen, da det siste punktet i tabell 6.3 (måleserie for parallellkobling) er høyere enn forventet. • Måling av avstanden mellom lampen og solcellen var ikke helt nøyaktig, og avvik på +/- 5 cm kan ha forekommet. Figur 3.10 Benedikte og Christine utfører målinger. Egil logger dataene. 19
Page 1: E N E R G I T. Ekelund, C. Carlsen,
Page 6 and 7: pel sollyset. Slike energikilder er
Page 8 and 9: Figur 1.3 N-type silisium med frie
Page 11 and 12: Å foredle metallurgisk silisium i
Page 13: pe metalltråder kveilet tett rundt
Page 16 and 17: øker. Dette er fordi linja L (som
Page 21: Figur 4.1 Diagram over vinkler og s
Page 24 and 25: gasskraftverk som produserer elektr
Page 26 and 27: hydrogen bli lav, for også elektri
Page 29 and 30: 6.3 Solceller koblet i serie og par
Page 31 and 32: Solar Electricity, Tomas Markvart,

T. Ekelund, C. Carlsen, E. Fykse, B. Bøe

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?