DE102016202259A1

DE102016202259A1 - Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung sowie Verfahren zum Durchführen einer Hochtemperatur-Elektrolyse

Info

Publication number: DE102016202259A1
Application number: DE102016202259.8A
Authority: DE
Inventors: Jan-Peter Säck; Anis Houaijia
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2036-02-16
Also published as: DE102016202259B4

Abstract

Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung (10) zur Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, mit einem Hochtemperatur-Elektrolyseur (12), einem Parabolspiegel (14), in dessen Brennpunkt ein Receiver (16) zum Empfangen einer konzertierten Sonnenstrahlung angeordnet ist, wobei der Receiver (16) einen Stirlingmotor (18) aufweist, dessen Expansionszylinder (20) die durch die konzentrierte Sonnenstrahlung erzeugte Wärme zugeführt wird, wobei der Receiver (16) ferner einen Brenner (22) zum Verbrennen eines Brennstoffs, insbesondere Biogas, aufweist, dessen Wärme ebenfalls dem Expansionszylinder (20) des Stirlingmotors zuführbar ist, wobei durch den Stirlingmotor (18) ein Umwandeln von Wärmeenergie in elektrische Energie erfolgt, die dem Hochtemperaturelektrolyseur (12) zugeführt wird, wobei ein Teil der im Brenner (22) entstehenden Wärmeenergie einem Verdampfer (24) zuführbar ist, durch den ein Verdampfen von Wasser erfolgt, wobei ein Zuführen des Wasserdampfs an den Hochtemperaturelektrolyseur (12) erfolgt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Durchführen einer Hochtemperatur-Elektrolyse.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochtemperaturelektrolysevorrichtung sowie ein Verfahren zum Durchführen einer Hochtemperatur-Elektrolyse.
In den Vergangenen Jahren wurde verstärkt die Nutzung von Wasserstoff als alternativen Energielieferant untersucht. Wasserstoff wird heute vor allem durch thermische Verfahren aus fossilen Brennstoffen (Erdgas, Schweröl, Kohle) oder als Nebenprodukt in der chemischen Industrie gewonnen. Eine andere Möglichkeit zur Wasserstoffgewinnung ist das Elektrolyseverfahren, das heißt die elektrochemische Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Bei diesem Prozess kann bei hohen Temperaturen ein Teil der zur Wasserspaltung notwendigen Energie als Hochtemperaturwärme eingekoppelt werden, so dass der Bedarf an elektrischer Energie verringert werden kann. In diesem Fall spricht man von einer Hochtemperatur-Elektrolyse. Hier ist ein Mix aus elektrischer Energie und Wärmeenergie notwendig, um Wasserdampf bei einer Temperatur von 700–1.000 °C zu spalten.
Der thermische Energiebedarf für die Hochtemperaturelektrolyse kann beispielsweise auch durch konzentrierende Solarsysteme bereitgestellt werden. Hierzu kann beispielsweise ein Parabolspiegel verwendet werden, der die Sonnenstrahlung auf einen Brennpunkt fokussiert. Konzentrierende Solarsysteme haben den Nachteil, dass sie stark vom Wetter abhängig sind. Dies führt zu einer fluktuierenden Energieform, die keinen kontinuierlichen Betrieb der Anlage zur Hochtemperatur-Elektrolyse erlaubt. Weiterhin führt die Energiefluktuation zu einer mechanischen Belastung des Hochtemperatur-Elektrolyseurs, so dass seine Lebensdauer verringert wird. Dies wurde beispielsweise im Rahmen des EU-Projektes Adel gezeigt. Im Stand der Technik wird somit zur Vermeidung dieses Nachteils ein Energiespeicher verwendet, der mit hohen Investitionskosten verbunden ist.
Weiterhin weist ein Hochtemperatur-Elektrolyseur einen sehr hohen elektrischen Energiebedarf auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchführen einer Hochtemperatur-Elektrolyse zu schaffen, das eine effizientere Bereitstellung der benötigten elektrischen Energie erlaubt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8.
Die erfindungsgemäße Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung zur Aufspaltung Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff weist einen Hochtemperatur-Elektrolyseur auf. Ferner weist sie einen Parabolspiegel auf, in dessen Brennpunkt ein Receiver zum Empfangen einer konzentrierten Sonnenstrahlung angeordnet ist.
Der Receiver weist einen Stirlingmotor auf, dessen Expansionszylinder die durch die konzentrierte Sonnenstrahlung erzeugte Wärme zugeführt wird.
Durch den Stirlingmotor erfolgt ein Umwandeln von Wärmeenergie in elektrische Energie, die dem Hochtemperatur-Elektrolyseur zugeführt wird. Stirlingmotoren sind seit langem aus dem Stand der Technik bekannt. Ein geeigneter Stirlingmotor ist beispielsweise das Modell V160/V161 das von Schlaich Bergerman und Partner zusammen mit SOLO entwickelt wurde. Die grundsätzliche Funktionsweise eines Stirlingmotors ist aus dem Stand der Technik bekannt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kombiniert somit erstmalig einen Solarreceiver zum empfangen einer Konzentrierten Sonnenstrahlung mit einem Stirlingmotor und einem Hochtemperatur-Elektrolyseur. Hierdurch kann in besonders effizienter Weise die für den Hochtemperatur-Elektrolyseur benötigte elektrische Energie bereitgestellt werden.
Der Receiver weist bevorzugt einen Brenner zum Verbrennen eines Brennstoffs, insbesondere Biogas auf, dessen Wärme ebenfalls dem Expansionszylinder des Stirlingmotors zuführbar ist.
Es ist bevorzugt, dass ein Teil der im Brenner entstehenden Wärmeenergie einem Verdampfer zuführbar ist, durch den ein Verdampfen von Wasser erfolgt, wobei ein Zuführen des Wasserdampfs an den Hochtemperatur-Elektrolyseur erfolgt.
Durch die genannte Vorrichtung ist somit ein ununterbrochener und gleichbleibender Betrieb des Hochtemperatur-Elektrolyseurs möglich. Insbesondere ist es möglich, den Hochtemperatur-Elektrolyseur konstant mit Energie und Elektrizität zu versorgen. Lässt beispielsweise aufgrund von Wetteränderungen die durch die Sonnenstrahlung erzeugte Wärme nach, so kann die Leistung des Brenners erhöht werden, damit dem Hochtemperatur-Elektrolyseur über den Stirlingmotor nach wie vor genug Elektrizität zugeführt werden kann.
Gleichzeitig ist eine separate Energiequelle zum Zuführen von Wärmeenergie zum Hochtemperatur-Elektrolyseur nicht notwendig, da durch einen Teil der im Brenner entstehenden Wärme ein Verdampfen des Wassers erfolgt. Dieser Wasserdampf wird dem Hochtemperatur-Elektrolyseur zugeführt.
Es ist bevorzugt, dass der Ausgang des Verdampfers zum weiteren Aufheizen des Wasserdampfs mit mindestens einem Wärmetauscher verbunden ist, dessen Wärmezuführleitung mit einer Ausgangsleitung verbunden ist, die ihm erhitzten Wasserstoff und/oder Sauerstoff vom Ausgang des Hochtemperatur-Elektrolyseurs zuführt. Die Wärmezuführleitung des Wärmetauschers ist diejenige Leitung, über die dem Wärmetauscher das wärmeabgebende Fluid zugeführt wird. Durch das genannte Merkmal ist es möglich, die im erhitzten Wasserstoff und/oder Sauerstoff aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur befindliche Energie zum weiteren Aufheizen des Wasserdampfs zu nutzen. Dieser kann hierdurch bevorzugt auf eine Temperatur von 700–1.000 °C aufheizen.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Ausgang des Verdampfers zum weiteren Aufheizen des Wasserdampfs mit einem ersten Wärmetauscher verbunden ist, dessen Wärmezuführleitung mit einer Sauerstoffausgangsleitung verbunden ist, die ihm erhitzten Sauerstoff vom Ausgang des Hochtemperatur-Elektrolyseurs zuführt. Weiterhin ist der Ausgang des Verdampfers mit einem zweiten Wärmetauscher verbunden, dessen Wärmezuführleitung mit einer Wasserstoffausgangsleitung verbunden ist, die ihm erhitzten Wasserstoff vom Ausgang des Hochtemperatur-Elektrolyseurs zuführt. Die im ersten und zweiten Wärmetauscher erhitzten Wasserströme werden anschließend dem Hochtemperatur-Elektrolyseur zugeführt. Hierdurch ist es möglich, sowohl die im erhitzten Wasserstoff als auch die im erhitzten Sauerstoff vorhandene Wärmeenergie zu nutzen.
Weiterhin bevorzugt ist, dass die Vorrichtung einen Kondensor aufweist, der mit der Wasserstoffausgangsleitung des Hochtemperatur-Elektrolyseurs verbunden ist. Der Kondensor dient dazu, das nicht umgesetzte Wasser aus dem Wasserstoffstrom zum entfernen.
Alternativ kann dieser Kondensor mit der Abführleitung zum Abführen des wärmegebenden Fluids des zweiten Wärmetauschers verbunden sein.
Weiterhin weist die Vorrichtung bevorzugt einen Kompressor auf, der dem Hochtemperatur-Elektrolyseur nachgeschaltet ist. Dieser dient zum Komprimieren des Wasserstoffs aus dem Hochtemperatur-Elektrolyseur.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Durchführen einer Hochtemperatur-Elektrolyse, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung, wie sie bisher beschrieben wurde. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Konzentrieren von Sonnenstrahlung durch einen Parabolspiegel zu einem in dessen Brennpunkt angeordneten Receiver,
Zuführen der durch die konzentrierte Sonnenstrahlung erzeugten Wärme zum Expansionszylinder eines im Receiver angeordneten Stirlingmotors,
Zuführen der durch den Stirlingmotor erzeugte elektrischen Energie zu einem Hochtemperaturelektrolyseur.
Bevorzugt umfasst das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte:
zusätzliches oder alternatives Zuführen einer durch einen Brenner erzeugten Wärmeenergie zum Expansionszylinder des Stirlingmotors,
Zuführen eines Teils der im Brenner entstandenen Wärme zu einem Verdampfer, durch den ein Verdampfen von Wasser erfolgt, wobei ein Zuführen des Wasserdampfs an den Hochtemperaturelektrolyseur erfolgt.
In bevorzugter Ausführungsform erfolgt ein Erhöhen der dem Expansionszylinder des Stirlingmotors durch den Brenner zugeführten Wärmeenergie, wenn die durch die Sonnenstrahlung erzeugte Wärmeenergie einen definierten Schwellwert unterschreitet und/oder für den Betrieb des Hochtemperatur-Elektrolyseurs nicht ausreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sämtliche Merkmale aufweisen, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wurden und umgekehrt.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung,
2 eine Ausführungsform eines Parabolspiegels,
3 eine Ausführungsform eines Receivers.
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung 10. Die Sonnenstrahlung wir durch den Parabolspiegel 14 auf den Receiver 16 konzentriert. Der Receiver 16 ist das Bindeglied zwischen dem Parabolspiegel 14 und dem Stirlingmotor 18. Er muss die Solarstrahlung zu einem hohen Anteil absorbieren und zugleich infrarote Abstrahlung minimieren. Die durch den Receiver 16 absorbierte konzentrierte Solarstrahlung wird dazu verwendet, das Arbeitsmedium des Stirlingmotors 18 zu erhitzen. Hierzu kann beispielsweise Helium verwendet werden, das bei einem mittleren Druck von 150 bar eine Gastemperatur von 650 °C erreicht. Die innere Energie des Arbeitsgases wird in nutzbare mechanische Arbeit umgewandelt. An der Kurbelwelle des Stirlingmotors kann ein Generator, beispielsweise ein Asynchrongenerator, angebracht sein, durch den die Rotation der Abtriebswelle des Stirlingmotors 18 in Elektrizität umgewandelt wird.
Für ein besseres Verständnis der Bewegungsrichtung der verschiedenen Fluide sind diese in 1 entlang der Leitungen mit aufsteigenden Nummern gekennzeichnet.
Im hybriden Receiver 16 wird ein Gemisch aus Biogas (Strom Biogas2) und Luft (Strom Air3) verbrannt, um zusätzliche Wärme zu generieren, die dem Stirlingmotor 18 zugeführt wird. Das Verbrennungsgas (Strom Exhaust1) wird dazu verwendet, das Wasser des Elektrolyseprozesses im Wärmetauscher 24 zu verdampfen. Nach der Verdampfung erfolgt die Überhitzung des Wassers auf die Betriebstemperatur des Elektrolyseurs 12 (ca. 700 °C) im Wärmerückgewinnungssystem, das die beiden Wärmetauscher 26, 28 aufweist. Um eine bessere Ausnutzung der Wärme in diesem Wärmerückgewinnungssystem zu erzielen, wird der Wasserstrom Water3 in zwei Teilströme aufgeteilt (Water4 und Water5). Der Teilstrom Water4 wird durch den aus dem Elektrolyseur 12 austretenden Strom Oxygen1 überhitzt, während der Teilstrom Water5 durch den Strom Hydrogen1 überhitzt wird, der aus Wasserstoff und nicht umgesetzten Wasser besteht. Die zwei Wasserteilströme werden dann zusammengemischt und der resultierende Strom Water8 wird dem Elektrolyseur 12 zugeführt.
Im Hochtemperatur-Elektrolyseur 12 findet die Wasserspaltung unter Zufuhr von elektrischer Energie statt, die vom Stirlingmotor 18 bereitgestellt wird. Aus dem Elektrolyseur 12 treten zwei Ströme aus:
Der Strom Oxygen1, der aus Sauerstoff besteht und der Strom Hydrogen1. Nach Verlassen des Wärmerückgewinnungssystems muss das nicht umgesetzte Wasser im Strom Hydrogen2 abgetrennt werden. Hierzu wird der Strom Hydrogen2 im Kondensor oder Wärmetauscher 30 abgekühlt. Als Kühlmedium dient Umgebungsluft (Strom Air4). Das Produktgas, das nunmehr nur aus Wasserstoff besteht, wird im nachgeschalteten Kompressor 32 komprimiert und kann ins Erdgasnetz eingespeist werden oder in einem Tank gespeichert werden.
Die solare Wasserstofferzeugung kann zentral mit mehreren Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtungen stattfinden. In dieser Ausführungsform können mehrere Hochtemperatur-Elektrolyseure vorgesehen sein, beispielsweise einer für jeden Parabolspiegel.
Ein Parabolspiegel 14 ist in 2 dargestellt. Dieser ist über Stützstreben 34 mit dem Receiver 16, der den Stirlingmotor 18 aufweist, verbunden.
Der Parabolspiegel 14 wird durch ein Trackingsystem dem Sonnenverlauf nachgeführt. Dies erfolgt durch eine Rotation um zwei Achsen.
Das Nachführen des Parabolspiegels durch das Trackingsystem kann entweder durch einen Trackingsensor, der den Sonnenstand detektiert, erfolgen oder durch ein Computerprogramm, das die Position der Sonne vorhersagt.
Die Frontseite des Parabolspiegels kann mit einer Vielzahl von Spiegelsegmenten beklebt sein, so dass eine hohe Reflektivität von ca. 94 % erreicht werden kann.
Der Receiver 16, der im Brennpunkt des Parabolspiegels 14 angeordnet ist, wird dazu verwendet, die konzentrierte Sonnenstrahlung so weit wie möglich zu absorbieren und in Form von Wärme dem Stirlingmotor 18 zuzuführen. Hierzu kann der Receiver direkt mit den Zylinderköpfen des Stirlingmotors 18 verbunden sein. Der Receiver 16 muss derart ausgebildet sein, dass die absorbierte Wärme dem Stirlingmotor 18 mit den geringsten möglichen Verlusten zugeführt wird. Der Receiver kann sehr dünne Leitungen aufweisen, die beispielsweise einen Durchmesser von ca. 3 mm haben und die sehr hohen Temperaturen widerstehen können. Durch die Vielzahl dieser Leitungen wird eine annähernd geschlossene Fläche gebildet, die als Absorber-Oberfläche fungiert. Auf diese trifft die konzentrierte Sonnenstrahlung. Durch die dünnen Leitungen fließt das Arbeitsgas für den Stirlingmotor 18 und kann auf ca. 650 °C erhitzt werden. Die Sonnenstrahlung wird somit durch die poröse Struktur des Receivers 16 absorbiert und die absorbierte Wärme wird auf das Arbeitsmedium des Stirlingmotors 18 übertragen. Die innere Energie des Arbeitsmediums wird im Stirlingmotor in nutzbare mechanische Arbeit umgesetzt.
In 3 ist eine Ausführungsform des hybriden Receivers 16 näher dargestellt. Dieser weist den Stirlingmotor 18 auf, der von der linken Seite des Receivers durch konzentrierte Sonnenstrahlung erzeugte Wärme zugeführt wird. Die Sonnenstrahlung trifft auf das flächige Absorberelement 36, das, wie bereits beschrieben, eine Vielzahl von Leitungen aufweist, durch die das Arbeitsgas des Stirlingmotors 18 verläuft. Dieses Absorberelement 36 ist mit den beiden Zylinderköpfen des Stirlingmotors 18 verbunden.
Zusätzlich oder alternativ zu der Sonnenenergie kann dem Stirlingmotor 18 Wärmeenergie über den Brenner 22 zugeführt werden. Dieser ist am Außenmantel des hybriden Receivers 16 angeordnet, wo die Verbrennung eines Gemisches stattfindet, dass beispielsweise Verbrennungsluft und Biogas aufweisen kann.
In 3 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Receivers 16 mit einem Stirlingmotor 18 dargestellt. Dieser weist zum Erzeugen zusätzlicher Energie einen Brenner 22 auf, in dem die Verbrennung eines Gemisches aus Verbrennungsluft und Biogas stattfindet. Die Verbrennungsluft wird dem Brenner über die Einlassöffnung 40 zugeführt, während ihm das Biogas über die Einlassöffnung 42 zugeführt wird. Um die Effizienz des Prozesses zu steigern, wird die Verbrennungsluft durch das heiße Verbrennungsgas vorgewärmt. Dieses verlässt den Brenner durch die Exhaustöffnung 44. Die Einbindung des Receivers 16 in das Gesamtsystem kann der 1 entnommen werden. Der dort dargestellte Receiver 16 entspricht dem in 3 dargestellten Receiver 16.
Nachdem der Verbrennungsluft Biogas zugeführt wurde, werden diese beiden Komponenten in der in 3 waagerecht verlaufenden Mischleitung 46 gemischt. Anschließend wird das Gemisch durch den Flammenhalter 48 verbrannt. Das Bezugszeichen 50 bezeichnet eine poröse Struktur, die die Wärme absorbiert und an den Stirlingmotor 18 weiterleitet.

Claims

Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung (10) zur Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, mit einem Hochtemperatur-Elektrolyseur (12), einem Parabolspiegel (14), in dessen Brennpunkt ein Receiver (16) zum Empfangen einer konzertierten Sonnenstrahlung angeordnet ist, wobei der Receiver (16) einen Stirlingmotor (18) aufweist, dessen Expansionszylinder (20) die durch die konzentrierte Sonnenstrahlung erzeugte Wärme zugeführt wird, wobei durch den Stirlingmotor (18) ein Umwandeln von Wärmeenergie in elektrische Energie erfolgt, die dem Hochtemperaturelektrolyseur (12) zugeführt wird.
Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Receiver (16) einen Brenner (22) zum Verbrennen eines Brennstoffs, insbesondere Biogas, aufweist, dessen Wärme ebenfalls dem Expansionszylinder (20) des Stirlingmotors zuführbar ist, wobei ein Teil der im Brenner (22) entstehenden Wärmeenergie einem Verdampfer (24) zuführbar ist, durch den ein Verdampfen von Wasser erfolgt, wobei ein Zuführen des Wasserdampfs an den Hochtemperaturelektrolyseur (12) erfolgt.
Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Verdampfers (24) zum weiteren Aufheizen des Wasserdampfs mit mindestens einem Wärmetauscher (26, 28) verbunden ist, dessen Wärmezuführleitung (26a, 28a) mit einer Ausgangsleitung (12b, 12c) verbunden ist, die ihm erhitzten Wasserstoff und/oder Sauerstoff vom Ausgang des Hochtemperaturelektrolyseurs (12) zuführt.
Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Verdampfers (24) zum weiteren Aufheizen des Wasserdampfs mit einem ersten Wärmetauscher (26) verbunden ist, dessen Wärmezuführleitung (26a) mit einer Sauerstoff-Ausgangsleitung (12b) verbunden ist, die ihm erhitzten Sauerstoff vom Ausgang des Hochtemperaturelektrolyseurs (12) zuführt und mit einem zweiten Wärmetauscher (28), dessen Wärmezuführleitung (28a) mit einer Wasserstoff-Ausgangsleitung (12c) verbunden ist, die ihm erhitzten Wasserstoff vom Ausgang des Hochtemperaturelektrolyseurs (12) zuführt, wobei die im ersten und zweiten Wärmetauscher (26, 28) erhitzten Wasserströme dem Hochtemperaturelektrolyseur (12) zugeführt werden.
Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung (10) nach Anspruch 1–4, gekennzeichnet durch einen Kondensor (30), der mit der Wasserstoffausgangsleitung (12c) des Hochtemperaturelektrolyseurs (12) verbunden ist.
Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung (10) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Kondensor (30), der mit der Abführleitung (28b) zum Abführen des wärmegebenden Fluids des zweiten Wärmetauschers (28) verbunden ist.
Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung (10) nach Anspruch 1–6, gekennzeichnet durch einen Kompressor (32), der dem Hochtemperaturelektrolyseur (12) nachgeschaltet ist zum Komprimieren des Wasserstoffs aus dem Hochtemperaturelektrolyseur.
Verfahren zum Durchführen einer Hochtemperatur-Elektrolyse, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1–6, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Konzentrieren von Sonnenstrahlung durch einen Parabolspiegel (14) zu einem in dessen Brennpunkt angeordneten Receiver (16), Zuführen der durch die konzentrierte Sonnenstrahlung erzeugten Wärme zum Expansionszylinder (20) eines im Receiver (16) angeordneten Stirlingmotors (18), Zuführen der durch den Stirlingmotor (18) erzeugten elektrischen Energie, zu einem Hochtemperaturelektrolyseur (12).
Verfahren zum Durchführen einer Hochtemperatur-Elektrolyse nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: zusätzliches oder alternatives Zuführen einer durch einen Brenner (22) erzeugten Wärmeenergie zum Expansionszylinder (20) des Stirlingmotors (18), Zuführen eines Teils der im Brenner (22) entstandenen Wärme zu einem Verdampfer, durch den ein Verdampfen von Wasser erfolgt, wobei ein Zuführen des Wasserdampfs an den Hochtemperaturelektrolyseur (12) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt: Erhöhen der dem Expansionszylinder (20) des Stirlingmotors (18) durch den Brenner (22) zugeführten Wärmeenergie, wenn die durch die Sonnenstrahlung erzeugte Wärmeenergie einen definierten Schwellwert unterschreitet und/oder für den Betrieb des Hochtemperaturelektrolyseurs nicht ausreicht.