Wasserstofftechnologie für Hochschulen - Vom Experimentierkasten zur modernen Brennstoffzellenanlage - Insite Education
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2021 Wasserstofftechnologie für Hochschulen Vom Experimentierkasten zur modernen Brennstoffzellenanlage
Professional
Übungs- und Demonstrationsgerät
für Solar- und Wasserstofftechnik
Das Professional Trainingssystem bildet einen vollständigen
Solar-Wasserstoff-Energiekreislauf ab. Über eine Solarzelle
wird elektrischer Strom erzeugt, durch Elektrolyse Was-
serstoff erzeugt und mit einer Brennstoffzelle, die einen
Verbraucher versorgt, wieder rückverstromt.
Durch den großzügigen Wandplattenaufbau eignet sich das Pro-
fessional hervorragend für Vorlesung und Praktikum. Solartechnik
und Brennstoffzelle lassen sich im Detail untersuchen. Vorkonzi-
pierte Experimente und eine umfassende Dokumentation verein-
fachen die Unterrichtsvorbereitung.
Eckdaten und wichtigste Aspekte
» Demonstrationsgerät für den Frontalunterricht inkl.
Kursprogramm
» Geeignet für die Vermittlung von Inhalten aus Physik-, Chemie-
und Techniklehrplänen
» Grundsätzliche Funktionsweise von Brennstoffzellen und Solarzelle
» Stromstärke und Spannung der Brennstoffzelle und Elektrolyse
messen Professsional Solarmodul Doppelte Elektrolyseur
» Speicherung und Verwendung erneuerbarer Energien
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Brennstoffzelle
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Profess
P f sionall
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ACADEMIA OFFERING
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Professional
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» Chemische Reaktionen der gesamten Energieumwandlungskette
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» Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff
» Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse per Solarmodul
Lehrmaterial mit Messgerät Verbraucher
Experimentieranleitung + CD
Beispielexperimente
» Untersuchung von Solarzellen und deren Wirkungsgrad
» Aufstellwinkel der Solarzelle ermitteln
Teil 2: Hellkennlinie Bild s1b
Messgerät Verbrauchermodul
+ - M
V
» Wie viele Solarzellen versorgen ein Haus?
+ -
A
R
» Untersuchen der Wasserelektrolyse,
Produktübersicht
Solarmodul
wie wird Wasser gespalten?
Lampe
1. Bauen Sie eine Anordnung nach Bild s1b auf.
2. Leuchten Sie das Solarmodul mit einer Lampe gut aus (Abstand Lampe-Solarmodul etwa 30 cm,
der Strom sollte im Kurzschluss etwa 700 mA betragen).
3. Warten Sie ca. 5 Minuten bis sich das Modul erwärmt hat und die Kennlinie bei einer relativ
gleichmäßigen Temperatur aufgenommen werden kann.
4. Beginnen Sie mit der Messung des Kurzschlussstromes (überbrückte Widerstände) und messen
Professional Complete Art.-Nr. 392 / Preis: 1.964,00 €
Sie dann die Werte für Spannung und Stromstärke bei unterschiedlichen Widerständen (0,3, 0,5,
1, 2, 3, 5, 10, 20, 50, 100 Ω). Der letzte Messwert ist der in Schalterstellung "OFFEN".
» Untersuchung des Eletrolyseurs – nimmt der Strom zu,
wenn man die Spannung erhöht? Darstellung von Messdaten durch Messgerät
© Copyright 2000 heliocentris -4- Experiment s1
» Untersuchung einer Wasserstoff-Brennstoffzelle Experimentvariationen:
» Solarmodul » Verbraucher
» Wie funktioniert der Treibhauseffekt?
Sie können den Einfluss der Lichtintensität auf die Leistung des
» Elektrolyseur » Lehrmaterial mit Experimentieranleitung
Solarmoduls bestimmen. Nehmen Sie hierzu zwei weitere Kennlinien bei
verändertem Abstand der Lampe auf (z.B. 20 cm und 40 cm).
Bei einem Abstand von 20 cm darf das Solarmodul nur für die
Dauer der Messung beleuchtet werden!
Tragen Sie P über U auf und vergleichen Sie mit dem P-U-Diagramm bei
Untersuchung des Wirkungsgrades im System » Doppel-Brennstoffzelle » Messgerät
einem Lampenabstand von 30 cm.
» 2000
1500
Abstand 20 cm
Abstand 30 cm
Abstand 40 cm
Leistung / mW
» Elektrolyseur und Brennstoffzelle
1000
500
0
Wasserstoff als Energieträger und die Speicherung
0 0,5 1 1,5 2 2,5
»
Spannung / V
» Kennlinie eines Elektrolyseurs und einer Wasserstoff- © Copyright 2000 heliocentris -8- Experiment s1
Zubehör
Brennstoffzelle
Lampe Art.-Nr. 314 / Preis: 45,00 €
» Der Faraday’sche Wirkungsgrad eines Elekrolyseurs
2 ERNEUERBARE ENERGIETECHNIK FÜR AUSBILDUNG UND FORSCHUNG Alle Preise sind Netto-Angaben – zzgl. MwSt.
H2-Koffer NEU
Grundlagenexperimente zur Solar-Wasserstofftechnologie
und Anwendungsversuchen eines Brennstoffzellenstacks
im praktischen Koffer
Der neue H2-Koffer vermittelt zunächst die klassischen
physikalischen Grundlagenversuche der Wasserstoff-
technologie. Die erweiterten Anwendungsversuche für
die technische Ausbildung zeigen im zweiten Abschnitt
des Kursprogramms den Einstieg in die Betriebsführung
eines Brennstoffzellensystems. H2 -Grundplatte mit Solarmodul
Eckdaten und wichtigste Aspekte
» Übersichtliche Steckplatte mit vorinstallierten Leiterbahnen
minimiert die Anzahl der Messleitungen
» Grundsätzliche Funktionweise der Wasserstofferzeugung,
Speicherung und Verstromung
Elektrolyseur mit
» Erweiterte Anwendungsversuche mit Niederdruck-Metallhy- H2 -Speicherfunktion
dridspeicher
» Ausführliches Kursmaterial (dt.)
Anwendungsversuch I
Untersuchung der Brennstoffzellenleistung in
Abhängigkeit der Luft-Sauerstoffversorgung
H2 im Unterricht
Grundlagenexperimente
» U-I Kennlinie des Solarmoduls
» Untersuchung des Elektrolysevorgangs Anwendungsversuch III
Umgang mit Wasserstoff-Druck-
» Eigenschaften des Elektrolyseurs Anwendungsversuch II Systemen (Dichtigkeitstest)
» U-I Kennlinie des Elektrolyseurs Elektrischer Antrieb mit
Druckspeichersystem
» Faraday und Energiewirkungsgrad des Elektrolyseurs
» U-I Kennlinie der Brennstoffzelle
» Untersuchung an der Einzelzelle im Vergleich zum
Brennstoffzellenstack
Anwendungsversuche
» Aufbau eines Brennstoffzellensystems mit Metallhydridspeicher
» Dichtigkeitsprüfung eines Stacks
» Betrieb des Stacks ohne Lüfter/mit Lüfter
Optionale Ergänzung:
» Faraday und Energiewirkungsgrad des Stacks Wasserstofftankstelle zur Befüllung
der H2 -Metallhydridspeicher
» Betrieb des Automodels mit dem Stack
Produktübersicht
leXsolar-H2 Koffer
H2-Koffer Art.-Nr. lx1222 / Preis: 2.945,00 €
» Elektrolyseur » Powermodul
1. Berechne für die jeweiligen Strom- und Spannungswerte die Leistung und trage deine Ergebnisse in die
Tabelle eine.
2. Trage die Wertepaare in das zugehörige Diagramm ein.
3. Beschreibe den Verlauf der Stromstärke und der Leistung über der Spannung.
Leite das
» Brennstoffzellenstack
1. FARAD
» Sicherheitskabel
AYsche Gesetz
mit Hilfe des
Elektrolyseurs
her.
2.
1. - Ber
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» Auto » H2 Storage (Hydrostick)
» Grundplatte » Druckminderer
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» Solarmodul » Lampe
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» Standfuß Solarmodul » Kondensatormodul
ründet werden
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3.
» Potentiometer Modul » Lüfter
1. Baue
Die Form der U-I Kennlinie eines Solarmoduls entspricht der einer einzelnen Zelle. Im ersten Abschnitt
den Versuc
Lehrerheft Solarmodul
der Kennlinie bleibt die Stromstärke bei2.steigender
Stelle denSpannung
h entsprechend
(Abstandannähernd der Versuc
konstant.
30cm). Hinwe hsanor
3. Schalt Widerstand
am Potent ise zum Gebra dnung auf. Positio
e die Lampe
Ab einer Spannung von etwa 1,7V sinkt4.die Stromstärke mit steigender Spannung
iometerstark uch des Elektro niere die
Nimm nun ein auf ab. lyseurmodulsLampe vor dem
alle 150s und miss die zugehö das Minimum.
» LiFePo Akku » Aluminumkoffer inkl. Schaumeinlagen
5. Entfern findest du
e nun kurz das H2-Volumen und rige Stromstärke. auf Seite
8.
ihn anschl den Schlau die Stroms Trage deinen
Leistung des Solarmoduls steigt im ersten Abschnitt ießend
steil anwieder
und weist ch vom Gassp tärke Wert in die
6. Schalt
e die Lampe auf.bei etwa 2V ein eicher
Maximum auf.auf. Trage
H2, um den deine Tabelle ein.
Dieser Punkt der Kennlinie wird als „MPP ein. Miss jeweils
– Maximum Power
wieder ein
Point“ bezeichnet. Solarzellen sollten Wasserstoff Werte in die Tabelle
nach und stelle entweichen ein.
300s das mit zu lassen
produzierte Hilfe des Potentiomete
» AV-Modul » Kursprogramm H2-Technologie
stets im Bereich des MPP betrieben werden, um die maximale Leistung der Solarzellen . Stecke
H2-Volum
en und notiere rmoduls versch
alle Werte iedene Stroms
auszuschöpfen. in deiner Tabelle tärken
.
» Manometer
1.Messung:
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Zubehör
Wasserstofftankstelle Art.-Nr. FCH-020 / Preis: 849,00 €
28
WWW.INSITE-EDUCATION.DE 3
Fuel Cell Automotive Trainer
Experimentierset für die erweiterte Ausbildung an
Brennstoffzellen-Hybridsystemen
Der Fuel Cell Automotive Trainer (FCAT) ist das kompakte
Ausbildungssystem der nächsten Generation. Die integ-
rierte Brennstoffzellen-Systemtechnik, die ergänzenden
Zusatzsensoren, der Rollenprüfstand und die mitgelieferte
Lab-View-Analyse-Software machen zusammen mit dem
ausführlichen Lehrmaterial (engl.) den FCAT zum kompak-
testen Lernsystem für die technische Grundausbildung.
Eckdaten des FCAT
» Voll funktionsfähiges RC-Car mit Steuerung
» 30 W Brennstoffzelle
» Traktionsbatterie 30W Brennstoffzelle Brennstoffzellen-
steuerung
» Hybrid Management Modul
» Rollenprüfstand für die Experimentdurchführungen Wasserstoffspeicher
» Wasserstoffgenerator zur Befüllung der
H2-Speicher (Hydrostiks)
» Integrierte Messwerterfassung für Brennstoffzelle,
Batterie und Motor
» LabView-Analyse-Software
» Lehrmaterial (engl.)
Rollenprüfstand
Software
Produktübersicht
Beispielexperimente (engl.) Fuel Cell Automotive Trainer Art.-Nr. FCAT30 / Preis: 6.690,00 €
» Geschwindigkeit vs. Energieverbrauch
» Grundlagen Brennstoffzellensysteme » RC-Fahrzeug mit Fernsteuerung » Rollenprüfstand
» Untersuchung eines Hybridfahrzeugs » 30 W Brennstoffzellensystem H-Cell 2.0 » Integrierte Messwerterfassung
» Wirkungsgradbetrachtungen » Wasserstoffgenerator Hydrofill Pro » LabView-PC-Schnittstelle
» Wasserstoffspeicher (4 x Hydrostik PRO) » Kursmaterial und Bedienungsanleitung (engl.)
4 ERNEUERBARE ENERGIETECHNIK FÜR AUSBILDUNG UND FORSCHUNG Alle Preise sind Netto-Angaben – zzgl. MwSt.
Fuel Cell Trainer
50 W Brennstoffzellen-Lernsystem zur Vermittlung
ingenieurtechnischer Grundkenntnisse inkl.
H 2 -Speichermodul Brennstoffzellen-Modul
Experimentier-
anleitung +
Software
Der Fuel Cell Trainer eignet sich ideal für die Vermittlung
von ingenieurtechnischen Grundkenntnissen über die
Brennstoffzelle und ihren systematischen Aufbau. Umfang-
reiche Experimentiermöglichkeiten sowie abgestimmtes
Lehrmaterial ermöglichen eine realitätsnahe Ausbildung.
Alle Komponenten des Brennstoffzellensystems sind einzeln dar-
gestellt und können einfach untersucht werden. Die mitgeliefer-
te Software ermöglicht Ihren Studenten die Durchführung von
Experimenten und deren Messungen. Elektronische-Last
DC/DC-Wandler
Eckdaten und wichtigste Aspekte
» Abgestimmtes Lehrmaterial für Lehrer und Studenten
» 50 W PEM-Brennstoffzelle mit modularem Systemaufbau
und Erweiterungsoptionen
» Umfangreiche Messtechnik sowie Messdatenerfassung
über PC-Schnittstelle
» Komfortable Experimentiersoftware und Messdaten- Software
erfassung
» Integrierte Sicherheitsüberwachung auch für ungeübte
Anwender
Software
» Aufnahme und Visualisierung von Messwerten
» Computergestütztes Experimentieren
Systemübersicht Kennlinien
Produktübersicht
Fueel Cell Trrainer
uel Cell
A tten ti
Fuel Celll Trainer
on: Use and replication of the imag
ACADEMIA OFFERING
Experimente:
e d ata
Fuel Cell Trainer
Art.-Nr. 693 / Preis: 14.450,00 €
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Fuel Cell Trainer
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Grundlagenexperimente:
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.13 /J T | P
r i n t e d i n Ge r m a n y
» Kennlinie und Leistungskurve » Brennstoffzellenmodul » H2 Speichermodul
» Abhängigkeit der Leistung von Temperatur und
» Elektronische Last » Lehrmaterial mit Experimentieranleitung im Ring-
» Gleichspannungswandler-Modul buchhalter
Luftzufuhr » Ampel-Modul » Software + CD
» Wasserstoff-Strom-Kennlinie
» Wirkungsgrad des Brennstoffzellenstacks
Anwendungsbezogene Experimente: 1
1
Systemaufbau
Geräteübersicht A.2
» Systemwirkungsgrad eines Brennstoffzellen-
Das vorliegende Brennstoffzellensystem besteht aus einzelnen Modulen, wodurch der Ex-
perimentieraufbau je nach Versuchsführung variieren kann.
Eine Übersicht von Verwendung, Aufbau, Bedienung und technischen Daten der einzelnen
Module erhalten Sie in den folgenden Gerätebeschreibungen. Die Gerätebeschreibungen
stellen keine vollständige Beschreibung der Geräte dar. Vor der Inbetriebnahme muss
die jeweilige Bedienungsanleitung sorgfältig gelesen werden und die entsprechen-
den Sicherheitsbestimmungen bekannt sein. Im Teil C und D dieser Anleitung werden
verschiedene Experimente beschrieben, in denen je nach Lernziel die verschiedenen Mo-
dule verwendet werden.
Für alle Experimente werden die Experimentierplatte „Brennstoffzelle FC50“, die Experi-
systems
mentierplatte „Elektronische Last EL200“ und eine der Wasserstoffversorgungen benötigt.
Für die anwendungsorientierten Experimente (Versuche 6 bis 9) sind zusätzlich die Expe-
rimentierplatte „Spannungswandler VC100“ und zum Teil die Experimentierplatte „Ampel
TL10“.
Air Luft
ml
min %
H2
Wasserstoffversorgung
Variante I, II oder III
» Netzunabhängige Stromversorgung und Reich-
OPERATION
BET RIEB
°C
ERRO R
FEHL ER
H2 O
A
V
+
Experimentierplatte FC50
+ +
W
weite einer Brennstoffzelle
OPERA TION
BET RIEB
ERRO R
FEHL ER
W W
+ +
TL10 VC100 Experimentierplatte EL200
» Anwendungsbeispiel Brennstoffzellenfahrzeug: © Heliocentris – Energizing education
Kraftstoffverbrauch und Lastprofil
WWW.INSITE-EDUCATION.DE 5
Hybrid Energy Lab
1,2 kW Brennstoffzellen-Batterie-Hybridsystem
Generator-Batterie-Hybride stellen heute die Basis vieler Strom-
versorgungs- und Backup-Lösungen dar. Das Hybrid Energy Lab
ist ein Brennstoffzellen-Batterie-Laborsystem für das Studium
moderner Energiesysteme. Die eingebauten hochwertigen
Industriekomponenten- und Systeme ermöglichen eine robuste
und praxisnahe Experimentierführung.
Die mitgelieferte Experimentiersoftware ermöglicht den nahtlosen
Vergleich theoretischer Modelle für Batterien, Brennstoffzellen und
Energiemanagement mit realen Messungen.
Mit der offenen API-Schnittstelle können weitere eigene
Forschungsprojekte umgesetzt werden.
Eckdaten und wichtigste Aspekte
Das System bietet eine vielseitige Experimentierplattform für
fortgerittenes Training bis angewandter Forschung: » Freie Last- und Quellprofile (Editor, Import)
» Umfangreiche Echtzeit-Visualisierung auf Komponenten- und » Auswertung auf Basis theoretischer Modelle mittels Daten-Fitting
Systemebene (z. B. Arbeitspunkte, Energieflüsse) » Batterie-Charakterisierung: Lade- und Entladeverhalten,
» Nahtlos integrierte, theoretische Modelle für Batterien (Lade- Ladezustandsbestimmung
zustand), Brennstoffzelle (Kennlinie) und Genset (Simulation) » Automatischer Betrieb mittels integriertem Energiemanagement
» IP-basierte Software-Schnittstelle zur einfachen Integration » Anwendungen: Inselstromversorgung, USV, Range Extender und
» Dimensionierung und Auslegung von hybriden Energiesystemen Automotive Engineering
Lehrerhandbuch
Experimentieranleitung
» Systemauslegung für spezielle Anwendungen:
Energiemanagement / hybrides System,
Backup, Notstromversorgung (USV),
Inselstromversorgung
» Untersuchung des Betriebsverhaltens von:
Batteriemodul, Brennstoffzellenmodul,
Gleichspannungswandler
ademia Offering
Hybrid Energy Lab-System
Experimente
ACADEMIA OFFERING
» Bestimmung Wirkungsgrad und Energiewandlung
» Untersuchung von Lastsprüngen bis 1,5 kW
» Erstellung von Kennlinien der Systemkomponenten Experimente
Ringbuchordner + CD ACADEMIA OFFERING
Hybrid Energy Lab-System
Software and Manuals
S50-0022-XX
6 ERNEUERBARE ENERGIETECHNIK FÜR AUSBILDUNG UND FORSCHUNG Alle Preise sind Netto-Angaben – zzgl. MwSt.
Energiefluss und Wirkungsgradbetrachtung
Leistungsbilanzierung des Gesamtsystems
Echtzeit-Sankey-Diagramm
Systemübersicht – Fließbild mit Übersicht aller
Sensoren Leistungsanzeige und Messstellen der
Einzelmodule im DC- und AC-Bus
System PC mit Software Software
und Experimenten
Die Hybrid Energy Lab System Software, basierend auf LabView,
dient der Systemsteuerung, Datenerfassung, Datenanpassung
sowie für die Durchführung von Experimenten. Ein Editor zur Er-
stellung von Last- und Quellprofilen ist in der Software integriert.
Vorprogrammierte anwendungsspezifische Profile sind abrufbar.
System Steuerungsmodul
Elektronisches Lastmodul
Batteriemodul
Power-Management-Modul
Brennstoffzellenmodul
Batteriemodell
H2-Speichermodul
Produktübersicht
Hybrid Energy Lab System Art.-Nr. 793 / Preis: auf Anfrage
» Brennstoffzellenmodul (Nenn- » System-Steuerungsmodul
leistung: 1,2 kW) » Mess- und Experimentiersoftware
» Power-Management-Modul » All-in-One PC inkl. Tastatur, Maus
» Elektronisches Lastmodul » Lehr- und Experimentiermaterial
» Batteriemodul » Batteriemodule (24 V mit 7,2 Ah und 18 Ah)
» H2-Speichermodul » H2-Speichermodul (ca. 1,5 m3)
API-Erweiterungen
Produktoption
H2-Generator Art.-Nr. 1303 / Preis: auf Anfrage
» 19" Wasserstoffgenerator zur Befüllung des H2-Speichermoduls
» H2-Produktion 72 Nl/h » Ausgangsdruck 15 bar
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Stand: September 2021 · Preisangaben: inkl. MwSt und exkl. MwSt. in Euro · Lieferung und Verkauf erfolgen zu unseren Geschäftsbedingungen. Änderungen und Irrtümer vorbehalten.
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T: 040 - 333 103 90 · F: 040 - 333 103 91 T: 07121 - 1072 - 60 · F: 07121 - 1072 - 99
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