Autonomes Brennstoffzellenfahrzeug

Hallo Leute,

ich habe seit ein paar Tagen eine Idee, die mich nicht mehr loslässt. Und zwar habe ich überlegt, ob es möglich wäre ein Wohnmobil durch eine Brennstoffzelle zu betreiben (sowohl den Antrieb als auch die Stromversorgung). Das reine Betreiben sehe ich dabei allerdings nicht als Problem, viel mehr die Versorgung mit dem Wasserstoff, da das Tankstellennetz momentan eher dürftig ausgebaut ist und gerade in der Natur eher selten Tankstellen zu Verfügung stehen.
Daher hatte ich die Idee den Wasserstoff einfach selbst zu produzieren, indem man Die Hülle des Wohnmobils mit Solarpanelen ausstattet und den generierten Strom zur Elektrolyse von Wasser nutzt.

Da ich nicht direkt Zehntausende von Euro ausgeben wollte, hatte ich auch dann die Idee das System mit einer Piaggio APE, also im kleiner Maßstab, zu testen.
Diese würde ich dann mit einem 3kW oder 5kW Elektromotor antreiben wollen.
So viel erst einmal zur Grundidee.

Die erste Frage die sich mir dann gestellt hat war, ob es überhaupt möglich ist mit Solarmodulen genügend Wasserstoff zu produzieren. Wenn ich im Hochsommer über den ganzen Tag nur 1g Wasserstoff produzieren kann ist die ganze Idee ja schon hinfällig.
Daher wäre meine Fragen, wie viel Wasserstoff man pro Stunde mit folgenden Eckdaten ungefähr (kein genau errechneter Wert) generieren könnte?

- mögliche Solarfläche auf der APE: ca. 6m^2 (nicht zur Sonne ausgerichtet)
- Durchschnittlicher Frühlingstag im April 20°C
- mit solch einem Solarmodul (ist jetzt nicht speziell ausgesucht, sondern einfach nur für ein paar Werte)
https://www.photovoltaik4all.de/heckert-solar-nemo-2-0-60m-320-wp-mono-black

Es geht erst einmal nur darum, ob die Idee ansatzweise Funktioniert oder ob das vollkommen unrealistisch ist.

Was mich auch noch interessieren würde ist, ob es für den Betrieb der Brennstoffzelle unbedingt nötig ist den Wasserstoff, wie bei aktuellen Brennstoffzellenfahrzeugen, unter hohem Druck zu verwenden oder wird dies nur aus Transport- und Lagerungsgründen gemacht?

Mir ist bewusst, dass für die Umsetzung noch viele Probleme gelöst werden müssen aber wie vorhin gesagt geht es mir jetzt nur um die Grundidee.

Vielen Dank schon einmal im voraus.

P.S.: Ja, man könnte den Strom auch direkt nutzen um eine Batterie zu laden aber ich bin halt großer Fan der Brennstoffzelle.😁
 
Wieveil Wasserstoff und Sauerstof bei der Elektrolyse in Abhängigkeit der zugeführten Energie erzeugt werden kann läßt sich sicher berechen. Formeln dazu sollte es im Netz geben!? Was du nicht bedacht hast, Wasserstoff ist ein brennbares Gas, bei dessen Herstellung, Verarbeitung und Händling Vorshriften und Sicherheitsmaßnahmen einzuhalten sind. Die Anschaffung der nötigen Technik macht die Sache schon unwirtschaftlich!
 
Unabhängig von der Wasserstofftechnologie kann überschlägig die Enegiebilanz ermittelt werden:
1 qm Solarzelle leistet 100W - 6qm also 600W
Um 3kWh zu sammeln, braucht es 5 Stunden Sonne - damit kann der 3kW Motor dann eine Stunde lang betrieben werden.
Nun zur Realität: mit einem 3 kW-Motor kann man ein Mofa oder kleinen Roller betreiben, jedoch kaum eine Ape.
Dazu ist die mindestens zehnfache Leistung nötig - also 60 Quadratmeter Solarpaneele auf einm Fahrzeug, das eine Grundfläche von kaum 2 qm aufweist. Das ganze Gerümpel hat ein Ladevolumen und Gewicht, dass für den Transport ein Kleintransporter nötig ist. 'Um einen Kleintransporter zu bewegen, benötigt man aber wiederum mindestens dreimal soviel Solarzellen und Speichertechnik, so dass man schon einen kleinen LKW benötigt, das Equipment zu transportieren. Zum Aufladen der elektrischen Energie für den LKW dann die Dachfläche eines Einfamilienhauses - allerdings Pultdach, nicht das übliche Satteldach, weil man sonst zwei Häuser benötigt. Dann haben wir aber den Kleintransporter und die Ape noch nicht geladen ...

Bitte wählt alle die GRÜNEN, damit der Unterricht in Physik und Mathematik an den Schulen durch Streiktage und Hüpfdemonstrationen ersetzt wird.
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
Solche Ideen auf Basis von elementarer Grundschulphysik zu überschlagen
und dadurch nachzuweisen, dass das um Zehnerpotenzen nicht funktioniert,
(ohne dass dabei Wirkungsgrade oder Techologieprobleme berücksichtigt werden)
nennen dann manche "kaputt-rechnen":
Wie kann man nur so böse sein? :mecker:
 
Mir wurde da schon mal entgegnet, man müsse eben nur lange und intensiv genug forschen, dann bekäme man das schon in den Griff und es müssten eben nur ausreichend Forschungsbugets bereitgestellt werden, um diese Zukunftstechnologien weiterzuentwickeln.
 
Zuletzt bearbeitet:
Es gibt Elektroumbauten von einer Ape und diese benutzen eine 3 kW Motor. Also glaube ich nicht, dass man die 10-fache Leistung braucht. Man muss natürlich noch das zusätzliche Gewicht beachten weshalb ein 5kW Motor wahrscheinlich besser wäre.

Laut diesem Dokument (http://www.pemfc.de/h2energie.pdf) könnte man theoretisch mit 600W Solarenergie und einem Wirkungsgrad von 33% 0.61 N[tex] m^{3} [/tex]/h generieren.
Eine Brennstoffzelle mit 40% Wirkungsgrad würde dann 1.2 kWh/N[tex] m^{3} [/tex] an Leistung abgeben.
Um dann den 5kW Motor eine Stunde lang zu betreiben bräuchte ich dann 4.16 N[tex] m^{3} [/tex].
Das entspräche ca. 7 Stunden Solarenergie.

Diesen Wert fände ich gar nicht soo schlecht, wenn man bedenkt, dass die Wasserstoffgewinnung nur als Zusatz zum Tank gedacht ist.
 
Der kleinste APE-Motor als Benziner hat tatsächlich nur 1,9 kW, womit das Teil freilich in leichte Bewegung versetzt werden kann.
Bei Zuladung, Gegenwind oder gar Steigung ist allerdings mit Schrittgeschwindigkleit oder anschieben zu rechnen.
Ein Moped mit einem Leergewicht von unter 100kg und einem Heranwachsenden unter 100kg als Fahrer quält sich mit dieser Leistung mühevoll auf 40km/h.
bedeutet einen Haufen weitere Zuladung - obendrauf noch die
die Wasserstoffgewinnung nur als Zusatz zum Tank
Soll der Krempel dann zusätzlich zum vorhandenen Verbrennungsmotor eingebaut werden?
---
theoretisch mit 600W Solarenergie und einem Wirkungsgrad von 33% 0.61 Nm3 m^{3} /h generieren.
Eine Brennstoffzelle mit 40% Wirkungsgrad würde dann 1.2 kWh/Nm3 m^{3} an Leistung abgeben.
Um dann den 5kW Motor eine Stunde lang zu betreiben bräuchte ich dann 4.16 Nm3 m^{3} .
Das entspräche ca. 7 Stunden Solarenergie.
600W mal 7 Stunden ergibt 4,2 kWh
5000W mal 1 Stunde ergibt 5 kWh
bereits ohne die Wirkungsgrade zu berücksichtigen geht das schon nicht auf.
nehmen wir nun die 4,2 kWh mal 33% mal 40% bleiben nur noch 0,55 kWh von den 7 Stunden Ladezeit übrig.
Du musst also nur ungefähr eine Woche lang Sonne tanken, um eine Stunde fahren zu können.
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
Pleindespoir,
du siehst das zu negativ:
Das muss man nur KONSEQUENT durchplanen,
das Design des Wohmobiles ein wenig anpassen
und auf ein paar verschmerzbare Gimmiks verzichten,
die da z.B. sind:
Klimaanlage,
Breitreifen,
Dusche,
Herd,
Bett,
WC,
Kühlschrank,
Speckgürtel,
Zulassung,
Sicherheit,
Beifahrer, ...
... und dann schaut das Wohnmobil z.B. so aus:
Solar_Car_Tokai_Challenger.JPG

öffentliches Bild verlinkt aus https://de.wikipedia.org/wiki/World_Solar_Challenge
Geht also DOCH!
 
Richtig kannst Du abhaken, auch ein Akku taugt hier nichts, da sie Solarkonstante in die 25% Wirkungsgrad einfach zu gering sind um damit ein Wohnmobil anzutreiben. Betreibe damit lieber mitgeführte ohmische Verbraucher, so wie viele andere das auch machen.
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
Weil´s grad so schön dazupasst:
Der Zusammenhang zwischen Motorleistung und erreichbarer Geschwindigkeit ist
(optimale Übersetzung mal vorrausgesetzt) durch eine simple Formel gegeben:
[tex] v_{max} \ = \ k\ \cdot \ \sqrt[3]{P} [/tex]
Dabei ist das k ein fahrzeugabhängiger Faktor, den man sich aus dem IST-Stand errechnen kann;
Beispiel:
Das Wohnmobil erreicht mit seinem 100 kW-Motor eine Geschwindigkeit von 150 km/h.
[tex] k\ = \ \frac{v_{max}}{\sqrt[3]{x} P} [/tex] = 32,3
Mit einem 3 kW-Motor würde das Wohnmobil also eine Geschwindigkeit von 46 km/h erreichen.
Gar nicht so übel!
Vielleicht doch etwas abmagern?
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
Yupp:
Das mit einem k von 32,3.
Du kannst das ja mit irgendwelchen KONKRETEN Daten nachrechnen!
(Mit 1/8 der Leistung geht´s dann immerhin schon halb so schnell
und damit´s doppelt so gschwind ist, braucht´s die 8-fachen Pferde!)
 
Erfahrungswert:
Kreidler Florett mit 2,9PS macht ca. 45 km/h
Kreidler Florett mit 6,25PS macht ca. 95 km/h
---
Welches Wohnmobil willst Du mit 3kW denn aus dem Stand heraus auf Schrittgeschwindigkeit beschleunigen?
oder sprichst Du vom Modellbau ?
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
[tex] k_{Florett} \ = \ \frac{v_{max} }{\sqrt[3]{P}} \ = \ \frac{45}{\sqrt[3]{2,9}} \ = [/tex] 31,55
... was mir sehr wenig vorkommt:
Motorräder haben üblicherweise ein k von 42 (Chopper mit der Windschlüpfrigkeit einer Schubkarre,
Nie-wieder-Achselschweiß-Lenkern, Sissi-Bar und Fransen am Fahrer)
bis 52, allerhöchstens 54 (extrem windschnittige Sportler).
Dazu passt gar nicht das k von 51,6, das bei der Berücksichtigung der 6,25 PS-Flori rauskommt:
Wurde die auf Stummellenker und Vollverkleidung umgebaut
oder hatte die serienmäßig Gegenwind?

Klar ist, dass die Berechnung nur überschlägig ist,
denn nur der Luftwiderstand erfordert die 3. Potenz der Leistung.
Einige Anteile des Fahrwiderstandes nehmen proportional zur Fahrgeschwindigkeit zu,
aber deren Anteil am GESAMTwiderstand ist schnell mal zu vernachlässigen.
Außerdem würden sich die so auswirken,
dass bei niedrigerer Motorleistung ein KLEINERES k rauskopmmen würde.

Wahrscheinlich ist, dass die Serien-Florettn weniger Leistung hatte
und die getunte einen sehr optimistischen Tacho.
Die Wahrheit wird also irgendwo in der Mitte liegen:
k ~ 45
=> Serien-Leistung ~1 PS
=> getunte Geschwindigkeit ~88 km/h
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
Doch:
Damit kann man überschlägig kakulieren,
wie schnell ein Fahrzeug mit bekannten Daten mit geänderter Motorleistung fahren kann.
Von Beschleunigen oder Bergfahrt ist da keine Rede.
 

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