Μελέτη και σχεδίαση συστημάτων αυτόματου ελέγχου των κυψελών υδρογόνου

Abstract

Η εξάντληση των αποθεμάτων ορυκτών καυσίμων και η συνεχής επιβάρυνση της ατμόσφαιρας από τη χρήση τους έχει φέρει τις τελευταίες δεκαετίες στο προσκήνιο την προσπάθεια εξεύρεσης εναλλακτικών πηγών ενέργειας. Κύρια χαρακτηριστικά γύρω από τα οποία κινούνται οι ερευνητικές διαδικασίες αποτελούν η οικονομική βιωσιμότητα και η φιλική συμπεριφορά προς το περιβάλλον. Υπό το πρίσμα αυτό, μία εκ των πλέον υποσχόμενων τεχνολογιών αποτελεί η τεχνολογία υδρογόνου. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των κυψελών καυσίμου ως εναλλακτική πηγή τάσεως. Στο περιεχόμενό της αναλύεται εκτός από το θεωρητικό υπόβαθρο της τεχνολογίας αυτής και η παρουσίαση ηλεκτρικών ισοδύναμων κυκλωμάτων. Τα συστήματα των κυψελών καυσίμου είναι σίγουρο ότι θα μας απασχολήσουν στο άμεσο μέλλον και θα διαδραματίσουν σπουδαίο ρόλο στην παραγωγή ισχύος λόγω της αποδοτικότητας, της καθαριότητας και της αξιοπιστίας τους. Οι κυψέλες καυσίμου περιλαμβάνουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών από επίγειες και κινητές εφαρμογές. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην αρχή λειτουργίας των κυψελών καυσίμου τύπο μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων λόγω της ευελιξίας και της ποικιλίας των εφαρμογών που μπορούν να υποστηρίξουν. Οι κυψέλες καυσίμου αυτού του είδους παρουσιάζουν χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας, χαμηλούς χρόνους εκκίνησης και μεγάλη ανθεκτικότητα. Τα χαρακτηριστικά αυτά, καθώς και το γεγονός ότι αποτελούν εναλλακτικές πηγές ισχύος, καθιστούν τις κυψέλες καυσίμου αντικείμενο προς μελέτη για εφαρμογές ηλεκτροκίνησης. Τέλος, επιχειρείται η περιγραφή και η αναπαράσταση των λειτουργικών χαρακτηριστικών των κυψελών καυσίμου τύπου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (PEMFC) καθώς και η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου μοντέλου προσομοίωσης κυψέλης καυσίμου υδρογόνου κατάλληλο για έλεγχο της τάσης εξόδου της κυψέλης καυσίμου με τη μεταβολή της ροής του υδρογόνου στην είσοδο της κυψέλης στο περιβάλλον του Simulink.