Experimental set-up design of SOFC single cell performance using simple furnace with maximum temperature of 1000 degrees

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.194852

Ключові слова:

SOFC, hydrogen, oxygen, performance, cell, sensor, flow, arduino, voltage, furnace

Анотація

Real-time monitoring and control of solid oxide fuel cell (SOFC) systems is are important to identify and understand cell performance. Some parameters that affect the performance of SOFC cells include fuel flow rate, furnace temperature, and the cell material itself. These parameters have a correlation with each other in making SOFC cells to be applied as a substitute for alternative energy. This results in a reliable SOFC cell, optimal output voltage and lower operating temperature. Because so far the material of SOFC cells is ceramics that have a working temperature range between 500–1000 °C. Monitoring is limited by the SOFC operating environment around the furnace. SOFC operations are limited to hydrogen and oxygen fuel flow channels. The maximum furnace operating temperature is 1000 degrees, and the minimum output voltage for one cell. Therefore, it is necessary to place sensor sensing points as needed. This study aims to design a monitoring and regulation system for hydrogen/oxygen flow in the SOFC operating environment based on the Arduino Mega 2560 microcontroller and computer interface. Valve control uses open-loop and on-off control methods. Open-loop control is used to set the valve rotation angle value. While the on-off control to close the valve automatically when there is an excess concentration of hydrogen in a laboratory room. The system is designed for the needs of laboratory-scale experiments on simple furnaces. This device also functions as a simple mini prototype module. So that it can be used as material to learn and understand the SOFC system widely. The prototype test results show that the flow of hydrogen can be adjusted from 0.07–4.74 L/min and oxygen can be adjusted between 0.24–4.8 L/min. Temperature sensors have an average error of 2.6 % and voltage sensors have an accuracy of 0.1 V

Спонсори дослідження

  • The author would like to thank Sulistyo
  • Aris Triwiyatno for his guidance. Also thanks to DRPM Dikti for providing its research grants.

Біографії авторів

Darjat Darjat, Diponegoro University Jalan. Prof. Sudarto, Tembalang, Semarang, Indonesia, 50275

PhD, Associate Professor

Department of Electrical Engineering

Sulistyo Sulistyo, Diponegoro University Jalan. Prof. Sudarto, Tembalang, Semarang, Indonesia, 50275

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Aris Triwiyatno, Diponegoro University Jalan. Prof. Sudarto, Tembalang, Semarang, Indonesia, 50275

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor

Department of Electrical Engineering

Sumardi Sumardi, Diponegoro University Jalan. Prof. Sudarto, Tembalang, Semarang, Indonesia, 50275

PhD, Associate Professor

Department of Electrical Engineering

Isroni Widiyantoro, Diponegoro University Jalan. Prof. Sudarto, Tembalang, Semarang, Indonesia, 50275

PhD

Department of Electrical Engineering

Посилання

  1. Vielstich, W., Lamm, A., Gasteiger, H. A., Yokokawa, H. (Eds.) (2010). Handbook of Fuel Cells. Fundamental Technology and Applications. John Wiley & Sons. doi: https://doi.org/10.1002/9780470974001
  2. Wang, C. (2006). Modeling and Control of Hybrid. Theses Diss. Mont. State Univ., 13 (5), 399–419.
  3. Canavar, M., Kaplan, Y. (2015). Effects of mesh and interconnector design on solid oxide fuel cell performance. International Journal of Hydrogen Energy, 40 (24), 7829–7834. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.11.101
  4. Guk, E., Kim, J.-S., Ranaweera, M., Venkatesan, V., Jackson, L. (2018). In-situ monitoring of temperature distribution in operating solid oxide fuel cell cathode using proprietary sensory techniques versus commercial thermocouples. Applied Energy, 230, 551–562. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.08.120
  5. Darjat, Sulistyo, Triwiyatno, Sudjadi, Kurniahadi (2020). Designing Hydrogen and Oxygen Flow Rate Control on a Solid Oxide Fuel Cell Simulator Using the Fuzzy Logic Control Method. Processes, 8 (2), 154. doi: https://doi.org/10.3390/pr8020154
  6. Zhu, Y., Tomsovic, K. (2002). Development of models for analyzing the load-following performance of microturbines and fuel cells. Electric Power Systems Research, 62 (1), 1–11. doi: https://doi.org/10.1016/s0378-7796(02)00033-0
  7. Wincewicz, K., Cooper, J. (2005). Taxonomies of SOFC material and manufacturing alternatives. Journal of Power Sources, 140 (2), 280–296. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2004.08.032
  8. Sun, C., Stimming, U. (2007). Recent anode advances in solid oxide fuel cells. Journal of Power Sources, 171 (2), 247–260. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.06.086
  9. Mahato, N., Banerjee, A., Gupta, A., Omar, S., Balani, K. (2015). Progress in material selection for solid oxide fuel cell technology: A review. Progress in Materials Science, 72, 141–337. doi: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2015.01.001
  10. Dey, T., Singdeo, D., Bose, M., Basu, R. N., Ghosh, P. C. (2013). Study of contact resistance at the electrode–interconnect interfaces in planar type Solid Oxide Fuel Cells. Journal of Power Sources, 233, 290–298. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.01.111
  11. Taher, S. A., Mansouri, S. (2014). Optimal PI controller design for active power in grid-connected SOFC DG system. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 60, 268–274. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2014.02.010
  12. Padullés, J., Ault, G. W., McDonald, J. R. (2000). An integrated SOFC plant dynamic model for power systems simulation. Journal of Power Sources, 86 (1-2), 495–500. doi: https://doi.org/10.1016/s0378-7753(99)00430-9
  13. Sun, L., Li, D., Wu, G., Lee, K. Y., Xue, Y. (2015). A Practical Compound Controller Design for Solid Oxide Fuel Cells. IFAC-PapersOnLine, 48 (30), 445–449. doi: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.12.419

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-02-29

Як цитувати

Darjat, D., Sulistyo, S., Triwiyatno, A., Sumardi, S., & Widiyantoro, I. (2020). Experimental set-up design of SOFC single cell performance using simple furnace with maximum temperature of 1000 degrees. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(2 (103), 68–76. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.194852

Номер

Том 1 № 2 (103) (2020): Інформаційні технології. Системи управління в промисловості

Розділ

Системи управління в промисловості

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Darjat Darjat, Sulistyo Sulistyo, Aris Triwiyatno, Sumardi Sumardi, Isroni Widiyantoro

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.