Residential cogeneration systems based on pem fuel cells

Abstract

PEM YAKIT PİLLERİNE DAYALI EVSEL KOJENERASYON SİSTEMLERİ Yakıt pili teknolojisi; ulaşımda, yerleşik ve taşınabilir uygulamalarda için güç üretiminde kullanılan ve hızla gelişmekte olan bir teknolojidir. Polimer elektrolit yakıt pilleri birçok olumlu özelliklere sahiptir. Diğer yakıt pili modellerine göre düşük sıcaklıkta çalışırlar ve bu durum ısının daha kolay muhafaza edilmesini ve ısı kayıplarının azaltılmasını sağlar. Polimer elektrolit yakıt pilleri temiz ve verimli güç kaynaklarıdır. Bu verimlilik evsel uygulamalar için değişik güç üretim kapasitelerinde çok kullanışlı ve ilgi çekicidir. Tez kapsamında, kararlı haldeki polimer elektrolit zarlı yakıt pili Matlab yazılımı kullanılarak modellendi. Model sadeleştirilmiş kimyasal ve elektriksel denklemlere dayanılarak oluşturuldu. Performansı etkileyen en önemli özellikler olan çalışma sıcaklığı ve basıncı.parametrik olarak incelendi. Değişen sıcaklık ve basınç şartlarında akım yoğunluğuna göre çıkış gerilimi, electriksel güç üretimi, ısı üretimi, giren ve çıkan maddeler ve termodinamiğin birinci ve ikinci kanununa göre elde edilen verimlerin grafikleri çizildi. Kojenerasyon bölümünde, yerleşime uygun bir ev tasarlandı. Evin toplam enerji ihtiyacı, ısıtma ve soğutma ihtiyacı, sıcak su kullanımı ve elektrik tüketimidir. Evin ısıtma ve soğutma yükleri inşa ve izolasyon parametreleri seçilerek HVAC-Calc 4.0 Residential yazılım programıyla bulundu. Sıcak su ihtiyacı günlük ortalama dört kişinin sıcak su tüketimine göre hesaplandı. Elektrik tüketimi ise kış ve yaz şartlarına göre her oda için gerekli elektrikli aletler seçilerek hesaplandı. Bu çalışma çerçevesinde modellenen polimer elektrolit yakıt pilinin elektriksel ve termal enerjisi değişik senaryolara göre evin enerji ihtiyacının karşılanmasında kullanıldı.

RESIDENTIAL COGENERATION SYSTEMS BASED ON PEM FUEL CELLS The fuel cell technology is a developing technology for power generation for stationary, transportation and portable applications. PEM fuel cells in particular have desirable properties. They operate at relatively low temperatures that is easier to conserve heat and reduces thermal losses. PEM fuel cells are environmentally clean and efficient power sources. Their efficiency for different size range applications of residential houses is very useful and attractive. In the scope of the thesis, a steady-state model of polymer electrolyte membrane fuel cell was made by Matlab. The model was based on simplified chemical and electrical equations. The most important performance related parameters, namely operation temperature and pressure, were parametrically investigated. Output voltage, electrical output power, heat generation, material inputs and outputs, and efficiencies according to first and second law of thermodynamics were plotted by the change of temperature and pressure against current density. A residential house was designed in cogeneration section. Total energy requirement of the house is space heating and cooling, domestic water heating and electrical consumption. Space heating and cooling loads were found by HVAC-Calc 4.0 Residential software program choosing construction and insulation parameters. Domestic water heating was calculated for daily average hot water consumption of four people. Electric consumption was calculated according to summer and winter options by choosing electrical appliances for each room. Electrical and thermal energy of the PEM fuel cell modeled within the frame of this study were used to satisfy the energy requirements of the residence at different cases.