23 augustus 2023
In de wereld van duurzame energieopwekking zijn waterstofsystemen veelbelovend. Met hun diverse toepassingsmogelijkheden kunnen ze een sleutelrol spelen in de energietransitie. ENTRANCE – Centre of Expertise Energy, gevestigd in Groningen, wil graag tegemoetkomen aan de groeiende vraag naar technici met kennis van waterstof. Ze willen MBO- en HBO-studenten de kans bieden om te werken aan geavanceerde waterstofprojecten, waarbij studententeams dienen als het ideale platform. Deze benadering stelt meer studenten in staat om in aanraking te komen met waterstoftechnologie. Top Dutch Solar Racing help hier graag bij en biedt de mogelijkheid om een waterstofsysteem te ontwerpen die in hun elektrische zonne-auto geïntegreerd kan worden, om zo een hybride (waterstof en zonne-energie) systeem te creëren.
Het doel van dit waterstofsysteem is het omzetten van waterstof (H2 ) en zuurstof (O) naar elektrische energie, het bijproduct dat bij dit proces ontstaat is Water (H2O). Het hoofdonderdeel dat hier verantwoordelijk voor is, is de brandstofcel. Verder wordt de waterstof opgeslagen in een opslagtank en wordt de uitgangsspanning van de brandstofcel naar het juiste spanningsniveau omgezet door een DcDc converter. Omdat het systeem gemakkelijk in de auto geplaatst moet kunnen worden, is er als doel gesteld om het ontwerp van het waterstofsysteem “plug & play” te maken, wat betekent dat het zonder grote aanpassingen gemakkelijk op de auto aangesloten kan worden. Gedurende dit afstudeeronderzoek is er gekeken naar mogelijke oplossingen voor een dergelijk systeem en wordt er uiteindelijk een adviesrapport met een systeemontwerp opgeleverd.
In de eerste fase van het project is er onderzoek gedaan naar vergelijkbare systemen, hebben bedrijfsbezoeken plaatsgevonden en is er veel informatie opgezocht op het internet, in rapporten en papers. Dit grondige onderzoek leidt in overleg met de opdrachtgever tot een lijst met eisen waar het eindontwerp aan moet voldoen. Vervolgens worden er, met dit eisenpakket in het achterhoofd, geschikte onderdelen opgezocht. Dit wordt ook wel de ontwerpfase genoemd. Door de producten tegen elkaar af te wegen volgt er een lijst met producten die samen het eindontwerp gaan vormen.
Tijdens de implementatiefase is er een systeemoverzicht gemaakt die laat zien hoe de gekozen producten in de voorgaande fase tot een werkend geheel gemaakt kunnen worden. Dit systeemontwerp zou in theorie aan de eisen van de onderzoeksfase moeten voldoen. Om er zeker van te zijn dat dit het geval is wordt er een testplan opgesteld in de evaluatiefase. Deze validatie stap is een belangrijke test en de uitgangspunten van deze test kunnen weer als input voor de onderzoeksfase dienen.
Het systeem dat de uitkomst is van dit onderzoek bestaat uit een H1000 brandstofcel van Horizon. Deze brandstofcel wordt aangesloten op een Daygreen Dc-Dc converter die de 33V uitgangsspanning van de brandstofcel omzet naar het voltage van de systemen in de Green Spirit zonne-auto van Top Dutch. Naast deze technische eigenschappen van het systeem is het ook belangrijk dat er over de veiligheid van het systeem nagedacht wordt. Waterstof is een geur- en kleurloos gas dat daardoor lastig te detecteren is door mensen en daardoor verstikkingsgevaar kan veroorzaken. Daarnaast is waterstof licht ontvlambaar en zeer explosief. Om deze redenen zijn veiligheidsventielen en een waterstofmelder in het systeemontwerp opgenomen. Met dit ontwerp is het dus mogelijk om waterstof als energiebron voor een elektrische zonne-auto.
Een blog door: Wouter Roorda, vierdejaarsstudent Electrotechniek 2023
