close

Anmelden

Neues Passwort anfordern?

Anmeldung mit OpenID

Anleitung in deutsch runterladen - h-tec.com

EinbettenHerunterladen
Bedienungsanleitung
J101 JuniorBasic
J101
J102 JuniorSet
www.h-tec.com
www.h-tec.com
h-tec
Wasserstoff-Energie-Systeme GmbH
Lindenstrasse 48 a
23558 Lübeck
Telefon: +49 (0) 451-49 89 5-0
Telefax: +49 (0) 451-49 89 5-15
e-mail: info@h-tec.com
2
www.h-tec.com
Inhalt
04
Ihre Aufsichtspflicht
04
Ziel / Einleitung
05
Bestimmungsgemäße Verwendung
06
Allgemeine Sicherheitshinweise
08
Überblick
09
Inbetriebnahme
11
Versuche aus dem Begleitbuch
12
Wartung
12
Fehlerquellen
14
Material und Technische Daten
3
www.h-tec.com
Ihre Aufsichtspflicht
Ziel / Einleitung
Diese Bedienungsanleitung ist für die verantwortliche Aufsichtsperson
bestimmt.
Lesen Sie die Bedienungsanleitung vor Gebrauch, befolgen Sie den
Inhalt und halten Sie die Anleitung nachschlagebereit.
Befassen Sie sich insbesondere mit den allgemeinen Sicherheitshinweisen (siehe S. 6).
Dieses Produkt ist nur unter Anleitung der verantwortlichen Aufsichtsperson in Betrieb zu nehmen und zu betreiben.
Ziel / Einleitung
Der prognostizierte Klimawandel kombiniert mit dem weltweit steigenden
Energiebedarf und den rückläufigen Ressourcen an Kohle, Öl und Gas machen die Erschließung neuer Energiequellen zu einer der Hauptaufgaben des
21. Jahrhunderts. Eine besondere Bedeutung kommt dabei der Wasserstofftechnologie zu. Mit Hilfe von Brennstoffzellen lässt sich aus Wasserstoff und
Sauerstoff direkt Strom erzeugen. Das einzige Abfallprodukt: Wasser.
Mit Hilfe von Strom, der beispielsweise aus Solarzellen gewonnen wird, kann
der benötigte Wasserstoff wiederum direkt aus Wasser durch Spaltung in
Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt werden. Das zugrunde liegende Prinzip
nennt sich Elektrolyse. Gemeinsam bilden beide Verfahren den solaren
Wasserstoffkreislauf.
Mit dem vorliegenden Funktionsmodell lassen sich durch einfache Experimente alle Stufen des solaren Wasserstoffkreislaufes ausführlich erklären.
Ein einfaches Prinzip, das im kleinen wie im großen Maßstab funktioniert
und dabei Ressourcen schont und die Umwelt entlastet. Kein Wunder also,
dass alle Experten der Brennstoffzellentechnologie beste Zukunftsaussichten prognostizieren.
4
www.h-tec.com
Best. Verwendung
In dieser Anleitung werden Aufbau, Inbetriebnahme und Funktionsweise
des Junior Basic erläutert. Darüber hinaus finden Sie auch Vorschläge für
den Einsatz der Geräte im Unterricht.
Spannende Experimente und interessante Einblicke in die Zukunft der
Energieversorgung wünscht Ihnen das Team der
h-tec
Wasserstoff-Energie-Systeme GmbH
Bestimmungsgemäße Verwendung
Mit den in dieser Anleitung beschriebenen Geräten lassen sich die Funktionsweisen von PEM-Brennstoffzellen (PEM = Proton Exchange Membrane
= Protonen-Austausch-Membran), PEM-Elektrolyseuren und Solarmodulen
demonstrieren und messtechnisch erfassen. Die Geräte sind ausschließlich
für Lehr- und Demonstrationszwecke entwickelt worden.
Jede andere Verwendung ist unzulässig.
ACHTUNG!
Zum Betrieb des JuniorBasic wird destilliertes Wasser benötigt. Dieses
Wasser wird im Elektrolyseur in Wasserstoff und Sauerstoff zersetzt. In
der Brennstoffzelle reagieren der Wasserstoff (H2) und der Sauerstoff (O2)
wieder miteinander. Bei unsachgemäßer Handhabung stellen diese Gase
eine Gefahrenquelle dar. Um Gefahren vorzubeugen, beachten Sie beim
Betrieb der Geräte unbedingt die Sicherheitshinweise.
h-tec-Zellen sind funktionsabhängig farblich eindeutig gekennzeichnet.
blau:
Elektrolyseur
rot:
Brennstoffzelle
5
www.h-tec.com
Allgemeine Sicherheitshinweise
Sicherheitshinweise
Das Gerät ist nur zur gewerblichen Nutzung bestimmt (Schulen, Universitäten, Institutionen, Unternehmen).
Die Geräte dürfen nur von einer sachkundigen Person in Betrieb genommen und betrieben werden.
ACHTUNG! Nicht geeignet für Kinder unter 12 Jahren!
Die Bedienungsanleitung ist vor Inbetriebnahme zu lesen, zu beachten
und nachschlagebereit zu halten.
Das Gerät darf nur mit dafür vorgesehenen h-tec Solarmodulen (h-tec
Solar Module Basic, Art.-Nr. A142), h-tec Batteriehalter (BatteryBox,
Art.-Nr. A115) oder h-tec Steckernetzteilen (h-tec PowerSupply,
Art.-Nr. A145) betrieben werden!
Tragen Sie eine Schutzbrille.
Geräte und Gase sind außerhalb der Reichweite kleiner Kinder aufzubewahren und zu betreiben.
Steckernetzteile sind kein Spielzeug!
Gerät vor der Reinigung mit Flüssigkeiten vom Steckernetzteil bzw.
dem Solarmodul trennen!
Anschlussklemmen dürfen, soweit nicht anders angegeben, nicht
verpolt oder kurzgeschlossen werden.
Die Geräte dürfen nicht leer betrieben werden. Achten Sie immer
auf eine ausreichende Wassermenge in den Geräten. Beachten Sie
Füllhöhen-Markierungen für Wasserstände.
Entfernen Sie brennbare Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten aus dem
Umkreis von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren. Die enthaltenen
katalytischen Stoffe können eine Selbstentzündung auslösen.
Aus den Geräten können Wasserstoff und Sauerstoff austreten.
Verhindern Sie, dass sich die Gase ansammeln und explosionsfähige
Gemische bilden, indem Sie die Geräte nur in gut gelüfteten Räumen
verwenden.
Die Geräte dürfen nur dann in Vitrinen betrieben werden, wenn eine
6
www.h-tec.com
Sicherheitshinweise
ausreichende Belüftung unter allen Umständen sichergestellt ist. Der
Betreiber hat dies durch entsprechende Messungen nachzuweisen.
Entfernen Sie alle Stoffe, die eine Entzündung des Wasserstoffs auslösen
können, aus der Nähe der Geräte (offenes Feuer, Stoffe mit möglicher
elektrostatischer Aufladung, katalytisch wirkende Stoffe).
Entfernen Sie alle Stoffe, die sich bei erhöhter Sauerstoffkonzentration
selbst entzünden können, aus der Umgebung der Geräte.
Rauchen Sie nicht.
Schläuche, Stopfen und Gasspeicher dienen dem Druckausgleich. Sie
dürfen nicht mit Klemmen, Klebstoff oder durch sonstige Mittel fixiert
oder befestigt werden.
Nutzen Sie zur Gasspeicherung ausschließlich die zu den Geräten
gehörenden bzw. mitgelieferten Gasspeicher. Schließen Sie niemals
andere Gasspeicher an.
Die Geräte dürfen nur bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck
betrieben werden.
Legen Sie niemals eine äußere Spannung an die Brennstoffzelle an. Dies
führt zu deren Zerstörung. Zudem kann sich Knallgas in den Speichern
bilden.
Bei Betrieb von Solarmodulen und Leuchten ist der Mindestabstand zu
beachten. Dieser beträgt zwischen h-tec Solarmodulen und den h-tec
Leuchten Videolight 30 cm und Spotlight 50 cm. Bei Verwendung von
Leuchten anderer Hersteller ist der dort angegebene Mindestabstand
zu beachten.
ACHTUNG! Die Oberfläche von Solarmodulen kann sich nach längerem
Betrieb stark erwärmen.
Informieren Sie Ihre Schüler über mögliche Gefahren und beaufsichtigen
Sie die Versuchsdurchführung.
Bei Missachtung dieser Sicherheitshinweise übernimmt h-tec keine
Verantwortung für entstandene Schäden.
7
www.h-tec.com
JuniorBasic (J101) im Überblick
Das JuniorBasic ist ein Funktionsmodell des
solaren Wasserstoffkreislaufes. Über das
Solarmodul wird Strom erzeugt, durch den destilliertes Wasser im Elektrolyseur in Sauerstoff
und Wasserstoff zersetzt wird. Die erzeugten
Elektrolyseur
Gasspeicher
Verbraucher
Brennstoffzelle
Überblick
Solarmodul
Gase werden in getrennten Gasspeichern aufgefangen. In der Brennstoffzelle reagieren die
beiden Gase wieder miteinander zu Wasser. Dabei wird Strom erzeugt, mit dem ein elektrischer
Verbraucher betrieben werden kann.
Grundplatte
Verschlusskappe
JuniorBasic (J101)
Das JuniorBasic besteht aus:
Zusätzlich wird benötigt:
1x Basis-Experimentiersystem Brennstoff zel le bestehend aus Solarmodul,
PEM-Elektrolyseur, Wasserstoff- und
Sauerstoffspeichern, PEM-Brennstoffzelle
und Lüfter auf Grundplatte (Art.-Nr.: J101)
Handelsübliches destilliertes Wasser (Leitwert <2 µS/cm)
Begleitbuch „Brennstoffzellen im Unterricht“
8
Für Betrieb bei schlechten Lichtverhältnissen: h-tec Leuchte Videolight, Spotlight
oder Netzteil h-tec PowerSupply Junior
Saugfähige Tücher
www.h-tec.com
Inbetriebnahme
1. Überprüfen Sie vor dem Befüllen, ob die
Verschlusskappen auf den unteren Anschlüssen der Brennstoffzelle sitzen.
Markierung
2. Befüllen Sie beide Speicher bis zur unteren
Markierung der Ausgleichsbehälter mit
destilliertem Wasser (Abb. 1).
3. Öffnen Sie nacheinander die Verschlusskappen auf beiden Seiten der Brennstoffzelle. Die Luft aus den Gasspeichern, Elektrolyseur und Brennstoffzelle entweicht.
Der Vorgang ist abgeschlossen, sobald der
Wasserstand in den Speichern nicht mehr
sinkt (Abb. 2). Im Anschluss verschließen
Sie die unteren Anschlüsse der Brennstoffzelle wieder.
Hinweis
1
2
Inbetriebnahme
Im Elektrolyseur sollten sich keine Luftblasen
mehr befinden. Sollte dies nicht der Fall sein,
pumpen Sie Wasser durch drücken der unteren
Schläuche in die Zelle.
4. Verbinden Sie die Kabel der Solarzelle mit
dem Elektrolyseur. Achten Sie dabei auf die
Polung (rot = „+“, schwarz = „-“).
5. Bei ausreichender Beleuchtung des Solarmoduls beginnt der Elektrolyseur mit der
Produktion von Wasserstoff und Sauerstoff
im Verhältnis 2:1 (Abb. 3).
3
9
www.h-tec.com
Hinweis
Vorsicht:
Reicht die Beleuchtungssituation nicht aus,
können Sie einen starken Halogenstrahler (z.B.
h-tec Spotlight oder Videolight) einsetzen.
Alternativ können Sie auch das Steckernetzteil
h-tec PowerSupply bzw. den h-tec Batteriehalter BatteryBox verwenden.
Bei Verwendung des h-tec Spotlight muss der
Mindestabstand Leuchte-Solarmodul 50 cm
betragen. Das h-tec Videolight muss einen
Mindestabstand von 30 cm von dem Solarmodul haben.
Achtung:
Bei Verwendung von Leuchten anderer Hersteller ist der dort angegebene Mindestabstand
zu beachten.
6. Die produzierten Gase werden in den
Gasspeichern aufgefangen.
Inbetriebnahme
7. Sind die Gasspeicher gefüllt, entweicht
überschüssiges Gas in Blasenform.
4
8. Öffnen Sie die Verschlusskappen auf beiden
Seiten der Brennstoffzelle, so dass ca.
10 cm3 der gespeicherten Gase durch die
Brennstoffzelle strömen können. In den
Schläuchen und in der Brennstoffzelle
ver blie be ne Restluft und Restfeuchte
entweicht. Im Anschluss setzen Sie die
Verschlusskappen wieder auf.
9. Warten Sie, bis die Gasspeicher wieder
komplett mit Gas gefüllt sind.
10. Schließen Sie den elektrischen Verbraucher
an die Brennstoffzelle an. (Abb. 4).
11. Das Gerät ist nun im Demonstrationsbetrieb
und kann auch zu Versuchsdurchführungen
eingesetzt werden.
10
www.h-tec.com
Speicher entleeren
Um die Speicher nach dem Betrieb zu entleeren,
halten Sie das Junior Basic wie in Abb. 5 über
ein Auffanggefäß und schwenken Sie es mehrmals, bis die Speicher komplett geleert sind.
5
Ausführliche Versuchsbeschreibungen zur Berechnung von Kennlinien und Wirkungsgraden
sowie umfangreiche Hintergrundinformationen
zur Wasserstofftechnologie finden sie im h-tec
Lehrbuch. Im Folgenden erhalten Sie einige
Anregungen, wie Sie die Geräte im Unterricht
einsetzen können, um die Grundprinzipien
der Wasserstofftechnologie anschaulich zu
demonstrieren.
Zersetzung von Wasser unter Betrachtung des entstehenden Wasserstoff- und
Sauerstoff-Gasvolumens (2.1.)
Energetischer und faradayscher Wirkungsgrad des PEM-Elektrolyseurs (2.4.)
Strom-Spannungs-Kennlinie, Leistungskurve und Wirkungsgrad des Solarmoduls
(2.2.)
Strom-Spannungs-Kennlinie und Leistungskurve der PEM-Brennstoffzelle (2.5.)
Energetischer und faradayscher Wirkungsgrad der PEM-Brennstoffzelle (2.6.)
Strom-Spannungs-Kennlinie des PEMElektrolyseurs (2.3.)
11
Inbetriebnahme
Versuche aus dem Begleitbuch
www.h-tec.com
Wartung
Brennstoffzellen des verwendeten Typs benötigen keine Wartung. Achten
Sie jedoch auf folgende Punkte:
Verwenden Sie für jeden Betrieb frisches, destilliertes Wasser.
Nach dem Betrieb ist das Wasser aus den Speichern zu entfernen.
Bevor Sie die Zelle einlagern:
Setzen Sie den Betrieb fort, bis der Verbraucher von selbst stoppt.
Damit erreichen Sie, dass etwas Wasser in der Zelle verbleibt und die
Membran befeuchtet.
Schließen Sie die Verschlusskappen, damit das Wasser in der Zelle
nicht so schnell verdunstet.
Wischen Sie die Grundplatte trocken, um Wasserspuren zu vermeiden.
Fehlerquellen
Die Brennstoffzelle hat nur eine geringe Leistung.
Ursache:
Die Zelle wurde sehr lange oder zu trocken eingelagert. Eine Zelle mit
trockener Membran verliert an Leistung.
Lösung:
Wartung / Fehlerquellen
Den Betrieb fortsetzen. Die Zelle befeuchtet sich während des Betriebs
und findet so langsam zur vollen Leistungsfähigkeit zurück.
Trotz vorhandenem Wasserstoff funktioniert der an die Brennstoffzelle angeschlossene Verbraucher nicht.
Ursache:
Es ist Wasser in die Brennstoffzelle gelangt (z.B. über den Speicher).
Wassertropfen in der Brennstoffzelle können die Gaszufuhr blockieren
und zu einem rapiden Leistungsabfall führen.
12
www.h-tec.com
Lösung:
Trocknen Sie die Zelle, indem Sie die Anschlüsse öffnen und die Zelle
gegebenenfalls durchpusten.
Bei angeschlossener Solarzelle erzeugt der Elektrolyseur keinen
Wasserstoff.
Ursache:
Die Lichtintensität reicht nicht aus.
Lösung:
Überprüfen Sie die Leistungsangaben der Lichtquelle. Sie benötigen
ausreichend Sonnenlicht oder Halogenlampen mit fokussiertem Licht
wie h-tec Videolight oder h-tec Spotlight. Energiesparlampen, Leuchtstoffröhren etc. sind für den Betrieb von Solarmodulen ungeeignet.
Trotz korrekten Aufbaus funktioniert der Elektrolyseur nicht.
Ursache:
Wartung / Fehlerquellen
Sie haben kein destilliertes Wasser verwendet. Die Zelle ist irreparabel
geschädigt.
13
www.h-tec.com
Material und Technische Daten
JuniorBasic (J101)
Elektrolyseur:
Elektrodenfläche
H2-Produktion
O2-Produktion
Leistung
4 cm2
5 cm3/min
2,5 cm3/min
1,16 W
Zulässige Spannung
Zulässiger Strom
Brennstoffzelle:
Elektrodenfläche
Leistung
Erzeugte Spannung
0-2 V=
0-2 A=
4 cm2
500 mW
0,40-0,96 V
Kurzschlussfest
Gasspeicher:
Volumen
30 cm3
Solarmodul:
Fläche
Leerlaufspannung
Strom
90 cm 2
2V
350 mA
Leistung (MPP)
Lüfter:
Leistung
H x B x T (JuniorBasic)
Gewicht (JuniorBasic)
500 mW
10 mW
100 x 300 x 150 mm
600 g
Technische Daten
JuniorSet (J102)
1 x JuniorBasic
2 x Digital Multimeter (2 mm Buchsen)
3 x Kabel (schwarz)
1 x Destilliertes Wasser (250 ml)
H x B x T (JuniorSet)
Gewicht (JuniorSet)
14
1 x Widerstandsdekade
mit 2 mm Buchsen)
3 x Kabel (rot)
1 x Stoppuhr
140 x 450 x 380 mm
2,8 kg
www.h-tec.com
15
www.h-tec.com
BDA_J101 1.2 JuniorBasic
16
© h-tec Wasserstoff-Energie-Systeme GmbH
Document
Kategorie
Uncategorized
Seitenansichten
3
Dateigröße
525 KB
Tags
1/--Seiten
melden