Miljön där fyrarna står utgör en tu omgivning för elektronik. Närvaron av salt, fukt och tidvis extrema väderförhållanden ställer speciella krav på utrustningen. Funktion och livslängd blir kritiska parametrar när korrosionen accelereras och externt blottade delar beläggs med salt och is.
5.2.1 Kyla
Bränslecellssystemet måste klara start och stopp i kyla ner till ungefär -30◦C. Uppstart skall kunna ske obehindrat, oberoende av lufttemperatur,
- detta på grund av den tilltänkta tillämpningen som energiresurs under den kalla årstiden. Den enkla lösningen på frysproblematiken är kontinuerlig drift, eftersom bränslecellen producerar överskottsvärme som kan användas för att hålla kritiska temperaturer över fryspunkten. Av energiekonomiska skäl är detta dock inte en önskvärd eller ens tänkbar lösning. Att värma
själva utrymmet där systemet står till temperaturer över 0◦C skulle också
förbruka orimliga eekter. Slutsatsen blir att systemet måste klara såväl drift som att stå stilla i minusgrader. Uppstart ska vara möjlig efter lång tid i kyla. För bränslecellen gäller således:
• Kylsystemet bör inrymma en kylvätska vars fryspunkt understiger -30◦C. Detta krävs för att undvika skador på pumpar, ventiler, kylare
och ledningar. En ispropp i kylvätskan skulle också kunna innebära utebliven kylning.
• Intern fukt i stack hålls på en sådan nivå att frysning inte innebär skador på vitala delar. Nedkylningen av stacken får inte omöjliggöra uppstart. Den interna ismängden bör vara så pass liten att den tinas på kort tid efter igångsättandet.
• Fuktaren ska klara nedkylning och inte ta skada av detta.
• Avgashanteringen utformas så att isproppar vid långvarig drift und- viks. Kylan innebär att vattenångan kondenseras och problemet med isbildning vid utloppet är tydligt. Noteras i sammanhanget kan faktu- met att förbränningsmotorer också har vattenånga i avgaserna. Bräns- lecellens avgaser skiljer sig dock på era områden jämtemot förbrän- ningsmotorns. Dels är andelen vattenånga är mycket högre i bränsle- cellsavgasen, dels produceras det mer vattenånga per energienhet och slutligen är temperaturen på avgaserna avsevärt lägre i fallet bränsle- cell.
5.2.2 Salt
Saltets närvaro i havsmiljön kräver beaktande vid utformningen av systemet. Till att börja med måste externa delar tillverkas i material som är så pass korrosionsbeständiga att de klarar den hårda tillvaro som långvarig expone- ring av salt och fukt innebär. Salt löst i vatten tar sig som fuktighet in i alla utom väldigt täta utrymmen. Även om systemet placeras inne i fyren inne- bär havets omedelbara närhet att exponering måste tas med i beräkningen. Komponenterna bör helt enkelt väljas med omsorg, inte bara efter drifttid över 20000 timmar, utan också för att klara av långa passiva tider på plats. Se exempel 3.
Bränslecellssystemet har en beräknad livslängd på 20000 timmar. 500 timmars drifttid per år medför en strikt teknisk livslängd på 40 år.
Exemplet visar att det mycket väl kan vara andra faktorer än livslängd räk- nat i maximalt antal driftstimmar som begränsar den faktiska tiden som systemet fungerande står på plats. Detta gäller i synnerhet om det används som sekundär energi. Vid utformning av elektronik och kringkomponenter bör såväl driftslivslängd, passiv livslängd som korrosionsbeständighet beak- tas.
Det är viktigt att saltet inte kommer i kontakt med bränslecellens vitala delar. Vägen in till stacken går genom luftintaget. I en havsmiljö innehåller luften saltpartiklar, varför ltreringen är viktig. Det är tänkbart att en an- samling av saltavlagringar i luft ltret kan utgöra ett problem. Inga kända studier nns på området.
5.2.3 Fukt
Fukt innebär bland annat ökad korrosion, se avsnitt om salt för resonemang kring detta. I kombination med kyla innebär ökad fuktighet också ökad nedis- ning, se avsnitt om kyla. I övrigt är det luftfuktigheten som är intressant. Den interna fuktbalansen i bränslecellen är en helt avgörande faktor för dess funktion. Vid för torra förhållanden torkar membranet ut och vid för mycket fukt drunknar cellen i sitt eget vatten.5 Fuktigheten varieras med kontrolle-
rad fukthalt i vätgas och ingående luft, samt rutinerna för att föra ut produ- cerat vatten. Dagens bränslecellssystem har eektiva reglerande system för detta, men det är ändå på sin plats att ta fuktigheten i den havsnära miljön i beaktande. Luftfuktigheten varierar, men medelvärdet är högre än vid en inlandstillämpning.
5.2.4 Geogra ska variationer
Sveriges kust är lång - salthalt och klimat varierar beroende på det geo- gra ska läget. Skillnaden i medeltemperatur mellan Skånes kust och norra Bottenviken uppgår till ungefär 8 grader.6 Salthalten längs våra kuster va-
rierar mellan ca 2,5% (kortvarigt upp emot oceansalthalten 3.5%) vid Hal- landskusten och ca 0.2% i Bottenviken.7 Halten av salt påverkar inte bara
5Thomas et.al s.11 6www.smhi.se
Figur 5.2: Geogra ska variationers inverkan på salt- och frostproblematik. korrosionshastigheten utan styr också vattnets fryspunkt. Oceansaltvatten fryser vid -1,8◦C och sambandet är i princip linjärt upp till 0◦C för rent söt-
vatten8. Kombinationen av varmare temperaturer och saltare vatten ger en
dubbel dämpande eekt när det gäller isproblem. De geogra ska variationer- nas inverkan på fyrtillämpningar kan sammanfattas i följande schematiska skiss ( gur 5.2).
5.2.5 Solinstrålning
I ett system med ingående solpaneler är den skiftande mängden instrålad energi en viktig faktor att ta hänsyn till vid dimensionering av energiför- sörjningen. Tillgänglig solenergi varierar kraftigt under året. Följande två diagram visar antal soltimmar per månad ( gur 5.3) respektive total in- strålad energi ( gur 5.4).9 Mätvärden som ligger till grund för diagrammen
presenteras i bilaga B. Statistiken gäller Visby, vilket är den väderstation som ligger närmast exempelfyren i kapitel 6.
Används batterier som energilager medför en lägre instrålning att laddström- men blir lägre, vilket innebär att processen fortgår även om det sker med låg eekt. Det gäller ned till en gräns då laddspänning och ström sjunker un- der användbar nivå. Om solenergin utnyttjas för att framställa vätgas, dvs att en elektrolysör drivs av solpanelerna, sker processtopp på en högre nivå. Elektrolysapparaturen kräver en minsta eekt för att fungera som är högre än motsvarande sira för ren batteriladdning. Det beror på eektkrav, dels från själva processen, men även från styrelektroniken bakom.
8www.saltinstitue.org
Figur 5.3: Soltimmar för Visby, (h).