Estoy tratando de diseñar una celda de combustible que pueda proporcionar suficiente energía para el uso de 1 día con una capacidad máxima, pero tengo problemas para dimensionar la celda de combustible porque necesito una mejor comprensión de los kilovatios hora.
Encontré en línea que el consumo de energía promedio de una casa es de aproximadamente 8900 kW-hr por año, lo que equivale a aproximadamente 24 kW-hr por día.
Si quisiera diseñar una celda de combustible, ¿se consideraría una celda de combustible de 1 kW? Estoy tratando de dimensionarlo.
La razón por la que pregunto es que leí un artículo que decía "Una celda de combustible de 3 kW...", así que me preguntaba si podría considerar esto como una celda de combustible de 1 kW y luego dimensionarlo en función de esa suposición.
Un julio (J) es una unidad de energía. Si levanta un peso de un kilogramo un metro, ha realizado 9,8 J de trabajo, porque el peso de un kilogramo es de 9,8 Newtons, y una fuerza de un Newton sobre un metro es un Joule de trabajo.
Un vatio mide la intensidad del trabajo o potencia: cuánta energía se transfiere por unidad de tiempo. Un julio de trabajo realizado en un segundo es un vatio. Si levantas un kilogramo por un metro, y lo haces en un segundo, necesitas 9,8W de potencia. Un vatio es un julio por segundo, J/s. Si quieres hacer el mismo levantamiento en medio segundo, necesitas 19,6W: el doble de potencia.
Un kilovatio-hora es de nuevo una unidad de energía, como un Joule. Estamos tomando Watts (energía por tiempo) y multiplicándolos por tiempo, así que el tiempo se cancela, dejando energía. Una hora son 3600 segundos. Entonces, un kilovatio-hora es 1,000 J/s * 3,600 s = 3,600,000 J. Si se está realizando trabajo, o se está transfiriendo energía a una potencia de 1000 W, y esto se hace durante una hora, eso es un kWh. O 100W durante 10 horas, etcétera. Una bombilla de 100 W encendida durante 10 horas consume 1 kWh.
Una caloría de comida (la gran caloría o kcal) es 4200J. Entonces 1 kWh son 3.600.000J / 4.200J/kcal = 857 kcal. Se trata de la energía de dos hamburguesas dobles con queso de McDonald's.
Un kilovatio es una medida de potencia utilizada principalmente para medir la potencia eléctrica. El poder es la capacidad de hacer un trabajo. El kilovatio hora es una medida de energía o trabajo. Se mide multiplicando una cantidad de energía por el período de tiempo que se está utilizando. Si un motor eléctrico consume 1 kilovatio durante una hora, entonces ha consumido un kilovatio hora de energía. Ha encontrado que el hogar promedio usa 24 kilovatios hora de energía por día. Eso incluye toda la energía de todos los dispositivos eléctricos en el hogar típico, incluyendo iluminación, calefacción, acondicionadores de aire, electrodomésticos, televisores, radios, computadoras, etc. Sin embargo, no le dice cuánta energía puede estar demandando el hogar en ese momento. cualquier momento durante el día. Por ejemplo, a última hora de la tarde, cuando todos duermen, la demanda de energía de la casa será pequeña, probablemente solo el refrigerador, la calefacción, radio reloj y algunas luces nocturnas. Esto puede ser del orden de 1 kilovatio o menos. Durante el día, si el acondicionador de aire está encendido y la secadora está encendida, la carga de la casa será muchas veces 1 kilovatio (una secadora eléctrica probablemente consume alrededor de 6 kilovatios o más). Lo que esto significa es que cualquier dispositivo diseñado para alimentar una casa debe tener en cuenta no solo la energía total consumida (que determina la cantidad de combustible utilizado por el dispositivo, ya sea una turbina de vapor que impulsa un generador eléctrico o una celda de combustible), sino también la potencia máxima que la casa puede demandar en cualquier momento del día. Muchas empresas de servicios eléctricos cobran no solo por la energía total utilizada (kilovatios hora) sino también por la demanda máxima de energía (kilovatios pico) porque eso determina qué tan grande debe ser su capacidad de generación. Por lo tanto, puede ver que una celda de combustible que puede proporcionar 1 kilovatio durante 24 horas podría suministrar la energía total que consume una casa, pero nunca podría alimentar la casa cuando la demanda eléctrica es máxima. Ese valor máximo depende de los aparatos eléctricos de la vivienda y de cuándo se utilicen. Es posible que los aires acondicionados, la televisión, las lavadoras y secadoras y muchas luces estén encendidas al mismo tiempo. Entonces la demanda eléctrica podría superar fácilmente los 10 kilovatios.
Tienes la idea correcta. Suponiendo una eficiencia perfecta y algo de almacenamiento (que no aborda, más sobre eso a continuación), una celda de combustible de 1kW funcionando durante 24 horas produciría 24 kWH. (potencia (kW) * tiempo (h))
La pieza que falta en su análisis es un amortiguador de energía. Si miras el consumo típico de una casa graficado como kW instantáneos en función del tiempo, tendría una variación diurna importante. El consumo máximo probablemente sea de 10kW o más, 9kW+ más de lo que su celda de combustible puede suministrar. ¿De dónde vendrá ese poder? Por lo general, las baterías.
También hay que considerar la eficiencia: la eficiencia de cargar y descargar baterías, la eficiencia de invertir la salida de CC de la celda de combustible a CA, etc.
Si la relación pico/promedio = 1, necesita una celda de combustible de 1kW durante 24 horas. Si Pk/Avg= 10, necesita una celda de combustible de 10kW
johan