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Labor Energietechnik

Hier finden Sie alle Informationen zum Labor Fertigungstechnik des Fachbereichs Wirtschaftsingenieurwesen an der Fachhochschule in Weiden.

Forschungsbereiche

  • Photovoltaiksysteme
  • Solarthermische Energiebereitstellung
  • Wasserstofftechnologien

Photovoltaiksysteme

PV-Testanlage zur Ermittlung und Darstellung von:

  • Einstrahlleistung als Funktion von Sonnenazimut und Sonnenhöhenwinkel
  • Einstrahlleistung als Funktion der Neigung des Generators;Energieertrag im Tages- und Jahresverlauf sowie in Funktion der Temperatur
  • Wirkungsgrad von Einzelkomponenten und Gesamtsystemen
  • Einfluss und Auswirkung von Gebäudeteilen auf die Anlagenverschattung und damit den Energieertrag

Anlagedaten:

  • Gesamtleistung: 1,15 kWpeak;
  • Azimut des PV-Generators: a = 0°
  • Mögliche Neigung des PV-Generators:

Aufnahme wichtiger Kenngrößen von PV-Zellen poly- und monokristallinen sowie amorphen Zellen:

  • Strom- und Spannungskennlinien von Solarzellen auch in Funktion der Temperatur;
  • Ermittlung der Werte für den MPP (Maximum Power Point) sowie die Füllfaktoren bei Solarzellen;
  • Energieertrag im Tages- und Jahresverlauf sowie in Funktion der Temperatur

Solarthermische Energiebereitstellung

Solarthermische Einstrahlleistung als Funktion von Sonnenazimut und Sonnenhöhenwinkel

  • Einstrahlleistung als Funktion der eingesetzten Solarkollektoren;
  • Energieertrag im Tages-, Monats- und Jahresverlauf sowie in Funktion der Aussentemperatur;
  • Wirkungsgrad der Kollektoren;
  • Wirtschaftlichkeitsdaten;

Anlagedaten:

  • 2 Flachkollektoren, Absoberfläche: 4,16 m2;
  • 3 Vakuumkollektoren, Aperturfläche: 3 x 0,808 m2;
  • Absorberkreisläufe getrennt geschaltet mit jeweiliger Verbraucherschaltung

Messtechnische Ausrüstung zur Ermittlung und Darstellung von:

  • Einstrahlleistungen;
  • Energieerträgen;
  • Kollektorwirkungsgraden;
  • Wirtschaftlichkeitsdaten;

Ableitung von Einsatzmöglichkeiten und Grenzen der Nutzung von solarthermischen Anlagen am Beispiel Mitteleuropa

Wasserstofftechnologien

Reaktoren zur Bereitstellung von Wasserstoff

Theseus I:

  • Testanlage zur H2-Erzeugung aus Flüssiggas oder sonstigen Kohlenwasserstoffen;
  • Wasserstofferzeugung insbesondere aus Propangas mittels Wasserdampfreformierung;
  • Wasserstoffbereitstellung zur Verwendung in Brennstoffzellen;
  • Auslegung und Bau von Einzelkomponenten und Gesamtsystemen;
  • Überprüfung der theoretischen Auslegungsdaten im Versuchsbetrieb;

Anlagendaten:

  • Wasserstoffproduktion: 0,1 bis 2,0 Nm3/h;
  • Reaktortemperatur max.: 950° C
  • Kritische Fremdgase: CO < 10 ppm

Steamreforming an der Anlage THESEUS:

  • Propangas und Wasser wird auf Temperaturen von etwa 900°C erhitzt und in den Reformer geleitet;
  • In der Prozessstufe Reformer wird die Gasmischung in einer katalytischen Reaktion wesentlich zu H2, CO2 und CO umgesetzt;
  • Die Prozessstufe CO-Shift dient der Umsetzung von Kohlenmonoxid zu H2 und CO2.In einer ersten Stufe wird das ggf. vorhandene Katalysatorgift Schwefel adsorptiv gebunden;
  • In zwei Konvertierungsstufen wird der Großteil des nach Reformer vorhandenen CO (etwa 17%, bezogen auf trockenes Gas) zu H2 und CO2 umgesetzt.
  • In einer letzten Stufe wird in einer Methanisierungsreaktion das noch vorhandene CO katalytisch zu CH4 umgesetzt;
  • Nach Kühlung der Gase und Kondensation von Restwasser kann das wasserstoffreiche und CO-arme Gas in Brennstoffzellen eingesetzt werden;

Theseus II:

Wesentliche Reaktionen sind:

  • Spaltungsreaktionen, Propan zu H2, CO2 und CO;
  • Shift-Reaktion, CO zu H2 und CO2;
  • Methanisierungsreaktion, CO zu CH4;

Prozessoptimierung an der Anlage THESEUS:

  • Die Anlagentechnik kann energetisch optimiert werden, wenn die Hochtemperaturstufe Reformer und die Niedertemperaturstufen im Bereich CO-Shift kombiniert werden;
  • Wesentliche Optimierungen an THESEUS II beziehen sich daher auf die Integration von Prozessstufen aus dem Bereich CO-Shift in den Bereich Reformer;
  • Mit der weitgehenden Integration von CO-Shift in den Bereich Reformer wird gleichzeitig das Ziel der Optimierung von Baugröße und Komponentenanzahl erreicht.
  • Versuchsreihen dienen weiterhin der optimierten Auslegung von Katalysatoren und Wärmetauschern;

Speicherung von Wasserstoff

Speicherung in Metallhydridspeichern:

  • Aufnahme von Adsorptions- und Desorptionsisothermen;
  • Aufnahme von Druck- und Temperaturkurven;
  • Ermittlung maximaler Speicher- und Entladegeschwindigkeit;
  • Überprüfung der benötigten Desorptionswärme mit der im Kart mit Brennstoffzellenantrieb zur Verfügung stehenden Wärme auf einem Versuchsstand;

Metallhydridspeicher mit Luftkühlung:

  • Hersteller: Japan Steel Works, LTD (JSW);
  • Tankabmessungen: 300 x 156 x 160 mm3;
  • Gewicht: ca. 25 kg
  • Speichervolumen: > 1 Nm3 an H2;
  • Max. Beladedruck: 1,8 MPa;
  • Max. Betriebstemp.: 60 oC
  • Speichermaterialien: Ni, La, Ce, Co, Mn, Nd, Pr;

Metallhydridspeicher in Brennstoffzellenfahrzeugen:

  • Prüfung der Betriebseigenschaften (Belade- und Entladeverhalten) von Metallhydridspeichern in mobilen Einsatzfeldern;
  • Zeitstandverhalten von Metallhydridspeichern;
  • Betriebseigenschaften unter bestimmten Rahmenbedingungen;
  • Eignung von Metallhydridspeichern als Bündel, in Kombination mit einem Brennstoffzellenantrieb;

Metallhydridspeicher mit Luftkühlung:

  • Hersteller: Treibacher Industrie AG, Östereich;
  • Tankabmessungen: 60 mm Durchm., 610 mm lang;
  • Gewicht: ca. 6,5 kg Speichervolumen: 62 g (0,7 Nm3) H2;
  • Zul. Druck: 10 MPa;
  • Max. Befülldruck: 3,0 MPa (statisch) bei 5 oC
  • Speichermaterialien: Fe, Ti, V, Zr, Mn;
  • Prüfung der Dichtigkeit an Verbindungsstellen wie Rohrverschraubungen und Schnellkupplungen;

Wasserstoffspeicherung in Hochdruckpeichern:

  • Ermittlung der erforderlichen Verdichtungsarbeit bei realen Verdichtungsvorgängen im Vergleich zu den idealisierten Vorgängen
    • Isotherme Verdichtung,
    • Isentrope Verdichtung,
    • Polytrope Verdichtung;
  • Darstellung spezifischer Vor- und Nachteile von Hoch-druckspeichern gegenüber Metallhydridspeichern;

Daten des Hochdruckverdichters:

  • Hersteller: Andreas Hofer Hochdrucktechnik GmbH;
  • Ansaugleistung: 0 bis 13 m3/h;
  • Ansaugdruck: 5,1 bis 20,1 MPa abs.;
  • Enddruck: 40,1 MPa abs.;
  • Sicherheitstechnik: Membranbruchsignalisierung;

Hochdruckspeicher für Wasserstoff:

  • Hochdruckspeicher in Kohlefaser- und Aluminiumverbundbauweise vereinigen die Vorteile:
    • Geringes Leergewicht,
    • Hohe zulässige Systemdrücke
    • Hohes volumenspezifisches Speichervermögen;
  • Hochdruckspeicher in Kohlefaser- und Aluminiumverbundbauweise werden derzeit für Systemdrücke bis zu 100 MPa erprobt

Daten:

  • Hersteller: Dynetek Industries, Canada
  • Leergewicht: 20,8 kg
  • Volumen: 39 L
  • Betriebsdruck: 35 MPa
  • Auslegungsdruck 53,5 MPa

Brennstoffzellen in stationären Anwendungen

Brennstoffzellen Testanlage zur Ermittlung und Darstellung von:

  • Wirkungsgraden unter spezifischen Betriebsbedingungen;
  • Dynamischem Verhalten bei starken Lastwechseln;
  • Kühlleistungen in Grenzbereichen der Leistungsabgabe;
  • Verbrauchsdaten für Wasserstoff sowie Prozessbilanzierungen;
  • Wirtschaftlichkeitsdaten;

Daten der Brennstoffzelle:

  • Hersteller: Ballard Power Systems Inc.;
  • Brennstoffzellenstack: bestehend aus 47 Zellen;
  • Leerlaufspannung: bis zu 54 V
  • Lastspannung: bis zu 26 V
  • Dauerleistung: 1.200 W netto

Laborleitung

Prof. Dr.-Ing.
Magnus Jaeger

Professor/in Fakultät Wirtschaftsingenieurwesen
Weiden, Hauptgebäude, Raum 043
Telefon +49 (961) 382-1610
Fax +49 (961) 382-2610
m.jaeger@oth-aw.de

Sprechzeiten: Freitag, 13.00 - 14.00 Uhr
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