Direkt zum Inhalt

Aufgabe

Produktion von solarem Wasserstoff

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

In Neunburg vorm Wald wurde bis zum Jahre 2000 der Umgang mit erneuerbaren Energien in kleinerem Rahmen geprobt (Pilotanlage).

In der Anlage waren Photovoltaikmodule verschiedener Technologien mit einer gesamten Spitzenleistung von \(370\,\rm{kW}\) installiert. Eine Photovoltaikanlage mit einer Spitzenleistung von \(1\,\rm{kW}\) liefert jährlich ca. \(900\,\rm{kWh}\) elektrische Energie. Sie diente u.a. dazu elektrolytisch Wasserstoff zu erzeugen (Heizwert \(12{,}8\,\rm{MJ/m^3}\))

a)Beschreibe was die Angabe der Spitzenleistung bei einer Solarzelle bedeutet.

b)Berechne, wie viele \(\rm{MWh}\) elektrische Energie die gesamte Anlage in Neunburg pro Jahr lieferte.

c)Der Wirkungsgrad der angeschlossenen Elektrolyseanlage zur Produktion von Wasserstoff beträgt etwa 70%.

Berechne, wie viele Kubikmeter Wasserstoffgas die Anlage pro Jahr etwa produzieren konnte.

Lösung einblendenLösung verstecken Lösung einblendenLösung verstecken

a)Spitzenleistung ist diejenige Leistung, welche die Solarzelle bei optimalen Bedingungen abgibt. Dazu muss der Himmel wolkenlos sein und die Sonnenstrahlung senkrecht auf die Zelle fallen. Die Temperatur des Moduls sollte dabei \(25^\circ {\rm{C}}\) sein.

b)Die von der gesamten Anlage gelieferte elektrische Energie ist \[{E_{{\rm{el}}}} = 370 \cdot 900\,{\rm{kWh}} = 333\,{\rm{MWh}}\]

c)Wasserstoffgas besitzt pro Kubikmeter die chemische Energie von \(12{,}8\,{\rm{MJ}}\), die bei einer Verbrennung des Gases frei wird. Nicht die gesamte elektrische Energie wird in chemische Energie umgewandelt (ein Teil davon tritt z.B. als thermische Energie auf). \[{E_{{\rm{ch}}}} = 0{,}70 \cdot 333\,{\rm{MWh}} = 233\,{\rm{MWh}}\] Berechnung des Wasserstoffvolumens, das dieser Energie entspricht \[V = \frac{{{E_{{\rm{ch}}}}}}{H} \Rightarrow V = \frac{{233 \cdot {{10}^6}{\rm{J}} \cdot 3,6 \cdot {{10}^3}}}{{12,8 \cdot {{10}^6}\frac{{\rm{J}}}{{{{\rm{m}}^{\rm{3}}}}}}} = 66 \cdot {10^3}{{\rm{m}}^{\rm{3}}}\]