O l e T r i n h a m m e r - Fysik

20
Maksimal effekt
Den elektriske effekt man får ud af cellen afhæn
ger af hvordan man belaster den. Nu mel der
spørgsmålet sig om, hvor cellen giver størst effekt.
Man kan måske gætte, at det må være et
eller andet sted, hvor hverken spændingen eller
strømstyrken er for lille. For der er ingen effekt
i at levere en spænding uden strømstyrke og heller
ikke nogen effekt i at trække en strømstyrke
uden spændingsforskel. Effekten P, som måles
i watt, er spændingsforskellen U, som måles i
volt, gange strømstyrken I, som måles i ampere.
Så effekten må være størst, når dette produkt er
størst. Ved at gange polspændingen U i (9) med
strømstyrken I­finder­vi­effekten­P
2
P = U ⋅ I = U ⋅ I − R ⋅ I
0 i
Effekten afhænger af strømstyrken, som vist på
kurven­figur­20.­­Kurven­kaldes­en­pa ra bel.
Kurven er symmetrisk mellem sine to nul punkter,
og topper i I top = ½ I max , hvor spæn din gen
er U top = ½ U 0 .
Med­tallene­fra­linien­i­figur­19a­får­vi­
I top = ½ ·3,2 A = 1,6 A og
U top = ½ ·0,83 V = 0,415 V ,
som giver den maksimale effekt
P = 0,415 V ·1,6 A = 0,66 W.
Toppunktet for effekten ligger altså lidt længere
til­højre­i­figur­19a.­Bemærk­også­kurven­for­η ,
fx betyder η = 0,5 at virkningsgraden er 50 %.
U 0
U top =
½ U 0
U p
I top = ½ I max
I max
(10)
P
P max
I
Figur 20
Effektivitet og effekt.
Effektiviteten af brændsels
cellen falder ligesom
polspændingen med voksende
belastning (strømstyrke),
se også figur 19a.
Effekten vokser til en
mak simal værdi og aftager
igen (rød kurve).
Kompromis mellem effekt og
virk ningsgrad
Det viser sig, at virkningsgraden er større, jo
større­polspænding­cellen­har,­se­figur­19a.­­Vedmaksimal
effekt så vi, at polspændingen kun var
det halve af hvile spæn dingen.
Det betyder desværre, at virk ningsgraden ved
maksimal effekt højst kan blive halvt så stor som
det teoretiske maksimum på 83%, altså cirka
41,5%. Dvs. at 41,5% af brændværdien kan leveres
som elektricitet ved maksimal effekt mens
resten, 58,5% leveres som varme. Der står cirka,
fordi den lineære sammenhæng (9) er en
tilnærmet model.
Man kan køre med en større virkningsgrad, hvis
man belaster cellen mindre, dvs. trækker en mindre
strømstyrke og dermed opretholder en større
polspænding. Taler vi om elværker vil man også
ønske overkapacitet for at have større forsynings
sikkerhed.
Nogle gange er varmebehovet dog stort, og man
er så glad for “spild”varmen og er måske ikke
så interesseret i høj virkningsgrad for elektricitet.
Fx i husstandsanlæg der kan erstatte olie-
eller gasfyr. Ved anvendelse i biler vil plads- og
vægthensyn gøre, at man under kraftig acceleration
må regne med at skulle operere i nærheden
af maksimal effekt. Her vil der så være en del
spildvarme.