แบบจำลองพลวัตสำหรับการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม

Abstract

แนวโน้มของการศึกษาและการพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน (Proton Exchange Membrane Fuel Cell: PEMFC) เพื่อทดแทนการใช้พลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิลนั้นมีมากขึ้นเนื่องจากไฮโดรเจนมีอยู่อย่างไม่จำกัด เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งจะได้น้ำและความร้อนกลับมาหลังจากการทำงานเป็นผลผลิตพลอยได้รวมไปถึงไม่มีมลพิษที่เกิดขึ้นจากระบบการผลิตไฟฟ้าของเซลล์เชื้อเพลิงเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน เนื่องจากมีการใช้แก๊สไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง งานวิจัยจำนวนมากได้ศึกษาและพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน อย่างไรก็ตามภาวะการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงสามารถทำนายก่อนได้โดยใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ เพื่อทราบปัจจัยที่มีผลต่อการจ่ายพลังงานของเซลล์ ในงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อจำลองสภาวะการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนและปัจจัยที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ อุณหภูมิขณะทำงาน ความดันแก๊สไฮโดรเจนและออกซิเจนที่เปลี่ยนแปลงเมื่อมีการเพิ่มลดการจ่ายพลังงาน โดยจะถูกจำลองและทำนายผลด้วยการเขียนโปรแกรมในรูปแบบของภาษาไพทอน จากการทดสอบพบว่า การใช้แบบจำลองพลวัต Padulles I ได้ค่าที่ตรงกับผลการทดลองเมื่อใช้จำนวนเซลล์ 47 เซลล์ และมีความคลาดเคลื่อนของกำลังไฟฟ้าสูงสุดร้อยละ 0.34 จึงสามารถถือได้ว่าเป็นซอฟต์แวร์ที่มีความแม่นยำ เนื่องจากมีความคลาดเคลื่อนที่ต่ำและสามารถนำซอฟต์แวร์ไปใช้ในการทำนายการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงได้ นอกจากนี้ยังได้ศึกษาปัจจัยภายนอกที่เกี่ยวข้องกับเซลล์เชื้อเพลิงของการทดลองจริง ดังที่กล่าวว่าอุณหภูมิไม่มีผลต่อประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิง จากการศึกษาค่าที่ได้จากซอฟต์แวร์นั้นแบ่งเป็นช่วง 330 และ 353 เคลวิน พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ซึ่งสามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าที่ต้องการและยังคงสามารถใช้งานได้อย่างปกติ