Eine einzelne Brennstoffzelle liefert eine Nennspannung von \(U=0{,}8\,\rm{V}\) und eine Stromstärke von \(I=1{,}0\,\rm{A}\). Für die Versorgung eines Kleingerätes braucht man eine Leistung von \(P=10\,\rm{W}\) bei einer Betriebsspannung von etwa \(U_{\rm{Betrieb}}=5{,}0\,\rm{V}\).
a)Berechne, wie viele Zellen man zur Versorgung des Gerätes benötigt und erläutere, wie man die einzelnen Brennstoffzellen schalten muss, um das Gerät betrieben zu können.
a)Zunächst muss berechnet werden, welchen Strom \(I\) die Brennstoffzellen liefern müssen, um das Gerät zu betreiben. Hierfür gilt\[P = U \cdot I \Leftrightarrow I=\frac{P}{U}\]\[\Rightarrow I= \frac{10}{5{,}0}\rm{\frac{W}{V}}=2{,}0\,\rm{A}\]
Bei einer Leistung von \(10\,\rm{W}\) bei \(5{,}0\,\rm{V}\) muss durch das Gerät der Strom \(2{,}0\,\rm{A}\) fließen.
Um die Spannung von ca. \(5{,}0\,\rm{V}\) mit den Brennstoffzellen zu erzeugen, muss \(n=\frac{5{,}0\,\rm{V}}{0{,}8\,\rm{V}}\approx 6\) Zellen in Serie schalten. Diese Serienschaltung liefert aber nur den Strom \(I=1{,}0\,\rm{A}\).
Um die erforderlichen \(2{,}0\,\rm{A}\) liefern zu können, muss man zu der Serienschaltung von 6 Zellen nochmals 6 in Serie geschaltete Zellen parallel schalten (siehe Schaltskizze).
