Praktikum Regenerative Energien

Karteikarten und Zusammenfassungen für Praktikum Regenerative Energien an der TU München

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Wie ist eine Brennstoffzelle aufgebaut?

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Welche Verlustmechanismen gibt es bei der Brennstoffzelle?

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Wie kann die Zellspannung in einer Brennstoffzelle ermittelt werden?

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Welche Verbrennungsmethoden gibt es bei der Biomassenvergasung?

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Welche Biomassenvergasertypen gibt es?

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Welchen Einfluss hat Verschattung/Abdeckung auf eine Photovoltaikzelle?

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Wie sind Photovoltaikmodule aufgebaut?

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Wie ist die Gibb'sche Spannung definiert?

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Wie ist eine Brennstoffzelle aufgebaut?

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Wie funktioniert die Umwandlung in einer Brennstoffzelle?

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Welche Verlustmechanismen gibt es bei der Brennstoffzelle?

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Wie ist Biogas zusammengesetzt?

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Praktikum Regenerative Energien

Wie ist eine Brennstoffzelle aufgebaut?

Ionenleitfähiger, dichter, nicht elektronenleitender Elektrolyt(z.B. Polymer, Keramik, Karbonatschmelze) mit beidseitig porösen Elektroden (Kathode und Anode) mit guter Leitfähigkeit

Praktikum Regenerative Energien

Welche Verlustmechanismen gibt es bei der Brennstoffzelle?

Aktivierungsüberspannung: Verlust bei geringen Stromdichten aufgrund von endlichen Aktivierungsenergien der Elektrodenreaktion
Ohmsche Verluste: mit Stromdichte zunehmender elektrischer Innenwiderstand der Zelle
Konzentrationsüberspannung: Ausbildung einer Stoffübertragnungsgrenzschicht die Zu-/Abfuhr von Reaktanden erschwert

Praktikum Regenerative Energien

Wie kann die Zellspannung in einer Brennstoffzelle ermittelt werden?

Schrittweise zur korrekten Lösung:
Heizwertspannung: Setzt Heizwert und umgesetzte Ladung in Beziehung
Gibb’sche Spannung: Wie Heizwertspannung, jedoch werden Entropieänderungen miteinbezogen
Nernst’sche Spannung: Einbeziehen der Partialdrücke
–>Wirkungsgrade (z.B. thermodynamischen, Spannungs-, Strom-, elektrischer Wirkungsgrad) und Verlustmechanismen (Aktivierungsüberspannung, Ohmsche Verluste und Konzentrationsüberspannung) beachten

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Welche Verbrennungsmethoden gibt es bei der Biomassenvergasung?

 Gasbrenner
Gasmotor
Gasturbine
Brennstoffzelle (SOFC)
Kraftstoffsynthese

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Welche Biomassenvergasertypen gibt es?

 Festbettvergaser

  • Gegenstromprinzip
  • Gleichstromprinzip
  • Doppelfeuerprinzip

Wirbelschichtvergaser
Flugstromvergaser

Praktikum Regenerative Energien

Welchen Einfluss hat Verschattung/Abdeckung auf eine Photovoltaikzelle?

 Bei Abschattung von Teilbereichen einer Zelle liegt an der gesamten Zelle eine negative Spannung an. Deshalb arbeitet die gesamte Zelle nicht mehr als Generator, sondern als Verbraucher und setzt die von den nicht verschatteten Zellen gewonnene Energie in Form von Wärme frei. Es entstehen so genannte Hotspots.

Praktikum Regenerative Energien

Wie sind Photovoltaikmodule aufgebaut?

 Halbleiterwerkstoff (z.B. Silizium)

Praktikum Regenerative Energien

Wie ist die Gibb'sche Spannung definiert?

 Die Gibb’sche Spannung setzt die Reaktionsenthalpie, Entropieänderung und umgesetzte Ladung in einen Zusammenhang

Praktikum Regenerative Energien

Wie ist eine Brennstoffzelle aufgebaut?

Ionenleitfähiger, dichter, nicht elektronenleitender Elektrolyt(z.B. Polymer, Keramik, Karbonatschmelze) mit beidseitig porösen Elektroden (Kathode und Anode) mit guter Leitfähigkeit

Praktikum Regenerative Energien

Wie funktioniert die Umwandlung in einer Brennstoffzelle?

Einer Brennstoffzelle werden im Betrieb kontinuierlich gasförmige Brennstoffe (z.B. Wasserstoff oder Erdgas) und Luft als Oxidanten zugeführt. Die Reaktionspartner sind durch einen ionenleitfähigen, dichten, nicht elektronenleitenden Elektrolyten räumlich getrennt, der auf beiden Seiten mit porösen Elektroden (Anode und Kathode) beschichtet ist. Die Elektroden weisen eine gute elektronische Leitfähigkeit auf. Durch Elektronenaufnahme oder -abgabe an den Elektroden entstehen Ionen, für die der Elektrolyt durchlässig ist. Die Ionen wandern durch den Elektrolyten zur anderen Elektrode, wo sie unter Elektronenabgabe oder -aufnahme zum Endprodukt reagieren. Der Elektronenaustausch zwischen den Elektroden erfolgt über einen äußeren Stromkreis.

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Welche Verlustmechanismen gibt es bei der Brennstoffzelle?

Aktivierungsüberspannung: Verlust bei geringen Stromdichten aufgrund von endlichen Aktivierungsenergien der Elektrodenreaktion
Ohmsche Verluste: mit Stromdichte zunehmender elektrischer Innenwiderstand der Zelle
Konzentrationsüberspannung: Ausbildung einer Stoffübertragnungsgrenzschicht die Zu-/Abfuhr von Reaktanden erschwert

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Wie ist Biogas zusammengesetzt?
  • Methan 50-75%
  • Kohlendioxid 25-45%
  • Wasser 2-7%
  • Schwefelwasserstoff 20-20000 ppm
  • Stickstoff < 2%
  • Sauerstoff < 2%
  • Wasserstoff < 1%

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