DE3150758A1 - Vorrichtung zur umwandlung und speicherung von strahlungsenergie - Google Patents

Vorrichtung zur umwandlung und speicherung von strahlungsenergie

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DE3150758A1 DE19813150758 DE3150758A DE3150758A1 DE 3150758 A1 DE3150758 A1 DE 3150758A1 DE 19813150758 DE19813150758 DE 19813150758 DE 3150758 A DE3150758 A DE 3150758A DE 3150758 A1 DE3150758 A1 DE 3150758A1
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Description

  • Beschreibung
  • art htung zur Umwandlung und sficherun von Strahlungsenergie Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Solarstrahlungsenergie in Form von elektrischer Energie mit einem photovoltaischen Generator zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie und mit einem elektrochemischen Energiewandler zum Speichern der elektrischen Energie oder zur Wasserstofferzeugung, welcher mit dem photovoltaischen Generator in Verbindung steht.
  • Derartige Vorrichtungen werden insbesondere zur Umwandlung von Solarenergie inelektrische Energie und zur Speicherung derselben verwendet. Der photovoltaische Generator zur Umwandlung der Strahlungsenergie in elektrische Energie kann eine übliche Solarzelle sein, als elektrochemischen Energiewandler kann man beispielsweise einen Elektrolyseur zur Wasserstoffproduktion oder einen Batteriesatz verwenden.
  • Das Hauptproblem bei der Optimierung einer solchen Anlage besteht in der Anpassung der Stromspannungscharakteristik des elektrochemischen Wandlers an die Stromspannungscharakteristik maximaler Leistung des photovoltaischen Gene rators, welche von der Temperatur des photovoltaischen Generators abhängt. in der Praxis ist die Temperatur des photovoltaischen Generators nicht konstant, sie wird vielmehr stark durch die wechselnde Strahlungsbeaufschlagung beeinflußt, beispielsweise durch die im Tagesverlauf wechselnde Sonneneinstrahlung. Typisch ist für einen normalen Sommertag in mittlerer Breite eine Variation zwischen Temperaturen von 180C und 60°C, wobei das Kennlinienfeld maximaler Leistung des photovoltaischen Generators mit wachsender Temperatur in Richtung kleinerer Spannungen verschoben wird. Es wird also die Leerlaufspannung Voc kleiner, wodurch eine erhebliche Fehlanpassung verursacht werden kann. Ist beispielsweise die Kennlinie eines elektrochemischen Wandlers für niedrige Jahrestemperaturen optimal ausgelegt, so kann in den Sommermonaten in den Zeiten höchster Einstrahlung und Temperatur unter Umständen sogar der Betrieb ganz unterbrochen werden, da sich die Kennlinie des photovoltaischen Generators einerseits und die Kennlinie des elektrochemischen Wandlers andererseits im Spannungs -Stromdiagramm nicht mehr schneiden. Wird hingegen der elektrochemische Wandler für den Sommerbetrieb optimiert, so geht in den Wintermonaten ein erheblicher Teil der Leistung des photovoltaischen Generators verloren, weil sich in diesem Fall das Kennlinienfeld in Richtung größerer Spannung verschiebt.
  • Es ist möglich, den elektrochemischen Wandler so zu dimensionieren, daß ein Kompromiß dieser beiden Extremsituationen gefunden wird; dabei ergeben sich jedoch sowohl in den Sommer- als auch in den Wintermonaten erhebliche Ver-luste aufgrund der unvermeidlichen Fehlanpassung.
  • Man hat aus diesem Grunde bereits vorgeschlagen, zwischen den photovoltaischen Generator einerseits und den elektrochemischen Wandler andererseits einen als selbstgeführten Gleichstrom-Gleichstromwandler arbeitenden Impedanzwandler zwischenzuschalten (Inverter), welcher für alle Betriebsverhältnisse der Einstrahlung und der Temperatur primärseitig maximale Energie aufnehmen und diese sekundärseitig dem elektrochemischen Wandler unter optimalen Bedingungen (beispielsweise unter konstanter Spannung) wieder abgeben kann. Die Zwischenschaltung eines solchen Inverters ist jedoch mit zusätzlichen Verlusten behaftet. Der Wirkungsgrad des Inverters ist bei Vollast in typischen Fällen bei kleinen Anlagen weniger als 80% und bei großen-Anlagen etwa 90%. Im Teillastbereich fällt dieser Wirkungsgrad weiterhin stark ab. Die Investitionskosten für diese Art der Leistungsaufbereitung sind erheblich, so daß die bei Verwendung eines solchen Inverters erzielten Vorteile gegenüber den Investitionen kostenmäßig keinen Vorteil bringen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art mit einfachen Mitteln die Anpassung des photovoltaischen Generators an den elektrochemischen Wandler zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöste daß mit dem photovoltaischen Generator und dem elektrochemischen Energiewandler ein Schaltwerk in Reihe geschaltet ist, welches einen Teil der von dem photovoltaischen Generator erzeugten elektrischen Energie einem elektrochemischen Zusatzspeicher zuführt, wenn die Temperatur des photovoltaischen Generators unter einem ersten Wert liegt, und welches elektrische Energie von dem Zusatzspeicher dem elektrochemischen Energiewandler zuführt, wenn die Temperatur des photovoltaischen Generators über einem zweiten Wert liegt.
  • Durch das Schaltwerk werden also elektrochemische Zusatzspeicher in Reihe mit dem elektrochemischen Wandler geschaltet, wenn die Ausgangsspannung des photovoltaischen Generators bei optimaler Leistungsabgabe höher ist als die Eingangsspannung des elektrochemischen Wandlers bei optimaler Leistungsaufnahme. Durch die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem in Reihe geschalteten Zwischenspeicher erzielt man einen entsprechenden Spannungsabfall am Schaltwerk, so daß dem elektrochemischen Wandler elektrische Energie unter optimalen Bedingungen zugeführt werden kann. Umgekehrt addiert sich die Spannung des Zusatzspeichers zu der Spannung des photovoltaischen Generators, wenn die Spannung des photovoltaischen Generators abfällt, so daß auch in dieser Betriebsphase der elektrochemische Wandler unter optimalen Bedingungen betrieben werden kann.
  • Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn der zweite Wert über dem ersten liegt und das Schaltwerk den Zusatzspeicher bei einer Temperatur zwischen dem ersten und dem zweiten Wert von der den photovoltaischen Generator mit dem elektrochemischen Energiewandler verbindenden Schaltung abtrennt. In diesem mittleren Bereich arbeitet also der photovoltaische Generator unmittelbar auf den elektrochemischen Wandler; in diesem Bereich ist eine im wesentlichen optimale Anpassung ohne die Notwendigkeit der Einschaltung eines Zwischenspeichers gegeben.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn das Schaltwerk unabhängig von der Temperatur des photovoltaischen Generators in eine Stellung schaltbar ist, in welcher der Zusatzspeicher dem elektrochemischen Wandler elektrische Energie zuführt.
  • Der Zusatzspeicher kann von einer aufladbaren, elektrochemischen Batterie gebildet sein, besonders vorteilhaft ist auch die Verwendung einer umkehrbaren Elektrolyse-Brennstoffzelle als Zusatzspeicher.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß dem Schaltwerk zur Anpassung der Leistungsaufnahme und -abgabe ein Impedanzwandler (inverter) zugeordnet ist. Dadurch wird erreicht, daß auch dem Zusatzspeicher die elektrische Energie unter optimalen Bedingungen (volle Anpassung) zugeführt wird, wobei bei dieser Variante die Verluste des Impedanzwandlers nicht sonderlich ins Gewicht fallen, da durch den Impedanzwandler nur der Teil der Energie übertragen wird, der dem Zusatzspeicher zugeführt oder dem Zusatzspeicher entnommen wird.
  • Es kann vorgesehen sein, daß der Zusatzspeicher mit einer elektrischen Fremdenergiequelle (Netz) verbindbar ist, so daß er unabhängig von der Energielieferung des photovoltaischen Generators aufgeladen werden kann, beispielsweio se mit Nachtstrom, so daß auch bei niedriger Sonneneinstrahlung eine konstante Energiezufuhr zum elektrochemischen Wandler erreicht werden kann Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Schaltwerk in Abhängigkeit von der Temperatur des photovoltaischen Generators stufenweise mehrere Zusatzspeicher einschaltet, die bei tiefer Temperatur des photovoltaischen Generators elektrische Energie speichern und bei höherer Temperatur elektrische Energie an den elektrochemischen Energiewandler abgeben. Durch die stufenweise Zuschaltung mehrerer Zusatzspeicher läßt sich eine noch bessere Anpassung an die Leistungscharakteristik des photovoltaischen Generators erreichen.
  • Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Energieumwandlungs- und Speicherungsanlage mit Zusatzspeicher; Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines Zusatzspeichers mit zugeordnetem Schaltwerk; Fig. 3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Zusatz speichers mit zugeordnetem Schaltwerk; Fig. 4 eine Anlage ähnlich Fig. 1 mit einem dem Schaltwerk vorgeschalteten Inverter zur Impedanzanpassung; Fig. 5 ein Stromspannungsdiagramm mit den Strom-Spannungscharakteristiken eines photovoltaischen Generators und eines elektrochemischen Energiewandlers; Fig. 6 ein Stromspannungsdiagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit der von einem photovoltaischen Generator abgegebenen Maximalleistungen in Abhängigkeit von der Temperatur und Fig. 7 ein Stromspannungsdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Eine Vorrichtung zur Umwandlung von Strahlungsenergie, insbesondere von Solarenergie, in elektrische Energie und zur anschließenden Speicherung der elektrischen Energie umfaßt einen photovoltaischen Generator 1 sowie einen mit diesem verbundenen elektrochemischen Wandler 2. Der photovoltaische Generator kann dabei eine Solarzelle üblicher Bauart sein, der elektrochemische Energiewandler kann beispielsweise durch einen Elektrolyseur zur Wasserstoffproduktion oder durch einen Batteriesatz gebildet sein.
  • in dem Strom-Spannungsdiagramm der Fig. 5 ist die Stromspannungs charakteristik eines elektrochemi schen Wandlers mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet, die Stromspannungscharakteristik maximaler Leistung des photovoltaischen Generators mit dem Bezugszeichen 4. Die Stromspannungscharakteristik maximaler Leistung des photovoltaischen Generators läßt sich aus dessen Kennlinienfeld 5 für eine bestimmte Temperatur berechnen.
  • Bei der beschriebenen direkten Verschaltung des photovoltaischen Generators mit dem elektrochemischen Wandler läßt sich grundsätzlich eine Anpassung für einen bestimmten Betriebszustand erreichen, beispielsweise durch Variationen der Anzahl der Elektrolysezellen in einem elektrochemischen Wandler. Dieser Fall ist in Fig. 5 dargestellt. Der Betriebspunkt ergibt sich durch den Schnittpunkt P der Kennlinien 3 und 5, wobei durch das praktische Zusammenfallen der Stromspannungscharakteristik-Kennlinien 2 und 3 eine günstige Anpassung gegeben ist. Diese Verhältnisse gelten zunächst jedoch nur für konstante Temperatur des Solargenerators.
  • in Fig. 6 ist dargestellt, wie sich Kennlinienfeld 5 bei Veränderung der Temperatur des photovoltaischen Generators verschiebt. Das Kennlinienfeld 5a entspricht dabei einer niederen Temperatur des Generators, das Kennlinienfeld 5b dagegen einer höheren Temperatur. Wenn ein elektrochemischer Wandler beispielsweise für den Sommerbetrieb optimiert ist (Kennlinie 3a in Fig. 6), so geht in den Wintermonaten ein erheblicher Teil der Leistung des photovoltaischen Generators verloren. Der Leistungsverlust entspricht der Differenz der in Fig. 6 gezeigten Flächen F1 und F2, wobei die Fläche F1 sich aus dem Produkt der im Sommerbetrieb günstigsten Wertepaare von Spannung Vb und Strom Ib, die Fläche F2 durch das Produkt der im Winterbetrieb optimalen Wertepaare der Spannung V und des Stromes m ergeben. Die m m Fig. 6 zeigt deutlich den großen Leistungsverlust.
  • Wie bereits oben erläutert, läßt sich dieser Leistungsverlust in Grenzen halten, wenn ein elektrochemischer Wandler mit einer zwischen den extremen Kennlinien 3a (Sommer) und 3b (Winter) liegenden Kennlinie 3c verwendet wird, aber auch in diesem Falle werden in allen extremen Betriebssituationen erhebliche Verluste auftreten.
  • Gemäß der Erfindung wird daher dieser grundsätzliche Aufbau dadurch abgeändert, daß in Reihe mit dem photovoltaischen Generator und dem elektrochemischen Energiewandler ein Schaltwerk 6 eingefügt ist, mit welchem ein Zusatzspeicher 7 verbunden ist (Fig. 1). Dem Schaltwerk 6 wird über eine Leitung 8 ein der jeweiligen Temperatur T des photovoltaischen Generators entsprechendes Signal zugeführt, welches der Betätigung des Schaltwerkes dient.
  • Das Schaltwerk schaltet dabei den Zusatzspeicher 7 unterhalb einer bestimmten Temperatur des photovoltaischen Generators in Reihe zwischen den Anschluß A des photovoltaischen Generators und den entsprechenden Anschluß B des elektrochemischen Wandlers, und zwar derart gepolt, daß von dem photovoltaischen Generator gelieferte elektrische Energie im Zusatzspeicher 7 gespeichert wird.
  • Bei einer höheren Temperatur des photovoltaischen Generators wird der Zusatzspeicher 7 durch das Schaltwerk 6 in umgekehrter Polung zwischen die Anschlüsse A und B eingeschaltet, so daß Energie vom Zusatzspeicher dem elektrochemischen Wandler 2 zugeführt wird.
  • Zwischen den beiden Umschalttemperaturen wird der Zusatzspeicher 7 durch das Spaltwerk 6 von der Leitung zwischen den Anschlüssen A und B abgetrennt, so daß der photovoltaische Generator unmittelbar auf den elektroche ehen Energiewandler arbeitet.
  • Durch diese Umschaltung wird bei tiefen Temperaturen, bei denen der photovoltaische Generator eine hohe Spannung abgibt, ein Spannungsabfall an dem in die Verbindungsleitung eingeschalteten Zusatzspeicher bewirkt, so daß dem elektrochemischen Energiewandler Energie mit einer Spannung zugeführt wird, die der Stromspannungscharakteristik des elektrochemischen Wandlers weitgehend entspricht. Man erhält also somit eine optimale Anpassung der dem elektrochemischen Wandler zugeführten Leistung an dessen Stromspannungscharakteristik; die überschüssige Energie wird dem Speicher zugeführt.
  • Umgekehrt gibt der photovoltaische Generator bei hohen Temperaturen eine geringere Spannung ab, die durch entsprechende Einschaltung des Speichers in umgekehrter Polung durch den Speicher erhöht wird, so daß wiederum dem elektrochemischen Energiewandler die Energie insgesamt mit einer Spannung zugeführt wird, die dessen Stromspannungscharakteristik entspricht. Im Bereich zwischen den Umschalttemperaturen entsprechen die Stromspannungscharakteristiken des photovoltaischen Generators einerseits und des elektrochemischen Energiewandlers andererseits einander so weit, daß eine gute Anpassung gewährleistet ist, ohne daß der Speicher in die Leitung eingeschaltet sein muß.
  • Auf diese Weise erhält man während des gesamten Betriebes eine weitgehend optimale Anpassung zwischen photovoltaischem Generator und elektrochemischem Energiewandler, wobei zur Realisierung der Anpassung nur konstruktiv sehr wenig aufwendige Elemente benötigtwerden, nämlich einfache Schalter und herkönmliche Energiespeicher, beispielsweise Batterien.
  • In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Schaltwerkes und des Zusatzspeichers dargestellt, das zweistufig ausgebaut ist, das also zwei hintereinandergeschaltete Schaltwerke aufweist, denen jeweils ein eigener Energiespeicher zugeordnet ist, im dargestellten Ausführungsbeispiel wieder aufladbare Batterien 9 und 10.
  • Jedes der beiden Schaltwerke ist gleich.aufgebaut, es wird daher lediglich das der Batterie 9 zugeordnete Schaltwerk näher erläutert. In die Verbindungsleitung der Anschlüsse A und B ist ein Schalter 11 eingefügt, der zwischen einer Offen- und einer Schließstellung hin- und herbewegt werden kann.
  • Das Schaltwerk umfaßt weiterhin zwei Dreistellungsschalter 12 bzw. 13, die gemeinsam betätigbar sind. Beide Schalter sind einseitig mit den beiden Anschlüssen 14 und 15 der Batterie 9 verbunden und können zwischen drei Stellungen derart verstellt werden, daß die Batterie 9 in einer ersten Schalterstellung seriell in die Verbindungsleitung zwischen den Anschlüssen A und B eingeschaltet ist, in einer zweiten Stellung ebenfalls seriell, aber umgekehrt gepolt, in die Verbindungsleitung eingeschaltet ist, während die Batterien in einer dritten Stellung von der Verbindungsleitung abgetrennt ist Dabei sind die gemeinsam verstellbaren Schalter 12 und 13 derart mit dem Schalter 11 gekoppelt, daß dieser dann geöffnet ist, wenn die Batterie 9 in die Verbindungsleitung eingeschaltet ist, während der Schalter 11 geschlossen ist, wenn die Batterie 9 von der Verbindungsleitung abgetrennt ist, wie dies in der rechten Stufe in Fig. 2 dargestellt ist.
  • Im Betrieb der Vorrichtung werden die Schalter 11, 12 und 13 beider Stufen durch ein der Temperatur des photovoltaischen Generators entsprechendes Signal gesteuert, und zwar in der folgenden Weise: Niedrige Temperatur: In diesem Falle ist die Ausgangsspannung des photovoltaischen Generators groß, der Schalter 11 ist geöffnet und die Batterie 9 ist so in Reihe geschaltet, daß die Batterie 9 geladen wird Das der Batterie 10 zugeordnete Schaltwerk weist den gleichen Schaltzustand auf, auch die Batterie 10 wird geladen.
  • Ansteigende Temperatur: Dadurch sinkt die Ausgangs spannung des photovoltaischen Generators ein wenig. Um dies zu kompensieren und weiterhin eine optimale Anpassung der an den chemischen Energiewandler zugeführten Leistung zu erreichen, wird die Batterie 10 von der Verbindungsleitung AB abgetrennt, gleichzeitig wird der Schalter 11 in dem der Batterie 10 zugeordneten Schaltwerk geschlossen. Dieser Schaltzustand ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei wird nur noch die Batterie 9 aufgeladen, der Spannungsabfall zwischen den Anschlüssen A und B ist also geringer als in dem oben beschriebenen Fall tiefer Temperaturen.
  • Mittlere Temperaturen: In diesem Fall werden beide Batterien 9 und 10 von der Verbindungsleitung abgetrennt, beide Schalter 11 sind geschlossen. In diesem Falle arbeitet der photoszoltaische Generator unmittelbar auf den chemischen Wandler, Ausgangsstromspannungscharakteristik des Generators und Eingangsstromspannungscharakteristik des elektrochemischen Wandlers sind gut aufeinander abgestimmt.
  • Steigende Temperatur: Der weitere Anstieg der Temperatur führt zu einem Abfall der Ausgangsspannung des photovoltaischen Generators, der dadurch kompensiert wird, daß die Batterie 9 mit umgekehrter Polung in die Verbindungsleitung eingeschaltet wird; der der Batterie 9 zugeordnete Schalter 11 ist geöffnet.
  • Bei dieser Schaltung liefert die Batterie 9 Energie an den elektrochemischen Wandler, die diesem zusammen mit der Energie von dem photovoltaischen Generator geliefert wird Insgesamt wird diese Energie mit einer Spannung bereitgestellt, die an die Stromspannungseharakteristik des elektrochemischen Wandlers angepaßt ist.
  • Maximale Temperatur: Um- den weiteren Spannungsabfall des photovoltaischen Generators bei weiter erhöhter Temperatur zu kompensieren, wird in dieser Betriebsphase auch die Batterie 10 in umgekehrter Polung in die Verbindungsleitung AB eingeschaltet.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß durch die stufenweise Zuschaltung der Batterien 9 und 10 in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur des photovoltaischen Generators insgesamt eine optimale Leistungsanpassung möglich ist, wobei die Batterien 9, 10 einmal zur Aufnahme überschüssiger Leistung dienen, im anderen Fall zur Abgabe fehlender Leistung.
  • Durch die Unterteilung des Zusatzspeichers in zwei Stufen läßt sich die Regelung relativ fein handhaben, die Anzahl der Stufen kann selbstverständlich erhöht werden.
  • Ig dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist nicht im einzelnen dargestellt wie die Schalter 11, 12 und 13 in Abhängigkeit von der Temperatur des photovoltaischen Generators betätigt werden, hierzu sind jedoch dem Fachmann eine Reihe von an sich bekannten Mitteln in die Hand gegeben.
  • Anstelle der Verwendung von wiederaufladbaren elektrochemischen Batterien können auch andere Speichersysteme verwendet werden, beispielsweise umkehrbare SPE Elektrolyseure (Solid-Polymer-Electrolysers). Solche Elektrolyseure elektrolysieren HCl, die dabei entstehenden Produkte H2 und C12 werden gespeichert. Während der Entladung werden dieselben Gase verbraucht, die elektrochemische Zelle funktioniert dann als Brennstoffzelle.
  • Eine solche Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt, wobei die Schaltwerke SI und SII beispielsweise den anhand der Fig.2 erläuterten Aufbau haben können.
  • Umkehrbare Elektrolysezellen dieser Typen sind als Speicher elektrischer Energie insbesondere für große Anlagen elektrochemischen Batterien überlegen.
  • In Fig. 4 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Dabei sind der Zusatzspeicher 7 sowie das Schaltwerk 6 nur schematisch dargestellt, sie können beispielsweise den in den Figuren 2 und 3 erläuterten Aufbau haben.
  • Zusätzlich zu dem Aufbau der Figuren 1 bis 3 ist in diesem Falle dem Schaltwerk 6 ein Inverter 16 vorgeschaltet; welcher in die Verbindungsleitung zwischen den Anschlüssen A und B eingeschaltet ist. Dieser Inverter 16 ist ein Impedanzwandler, der dafür sorgt1 daß die dem Zusatzspeicher über das Schaltwerk zugeführte Leistung diesem in einer Form angeboten wird, die der Stromspannungscharakteristik des Zusatzspeichers entspricht, beispielsweise mit konstanter Spannung. Es kann sich in diesem Falle beispielsweise um einen selbstgeführten Gleichstrom-Gleichstromwandler handeln, der entsprechend der Temperatur des photovoltaischen Generators gesteuert wird.
  • Eine solche Schaltung hat zwar den Nachteil, daß ihr Wirkungsgrad nur zwischen 80 und 90% liegt, jedoch muß der Inverter bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 lediglich einen relativ geringen Teil der vom photovoltaischen Generator gelieferten Leistung übertragen, nämlich den Teil, der dem Zusatzspeicher zugeführt bzw. von diesem wieder abgeführt wird. Daher können die Verluste des Inverters in dieser Betriebsweise in Kauf genommen werden.
  • Selbstverständlich kann ein Inverter der in Fig. 4 beschriebenen Weise auch bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen Verwendung finden, insbesondere kann bei einem mehrstufigen Aufbau des Zusatz speichers auch jeder einzelnen Stufe ein eigener Inverter zugeordnet werden.
  • Die vorstehend beschriebene Betriebsweise mit temperaturabhängiger Auf- und Entladung eines Zwischenspeichers wird.
  • durch das Diagramm der Fig. 7 verdeutlicht. Die Stromspannungscharakteristik des elektrochemischen Wandlers 2 wird durch die Kennlinie 3 verdeutlicht, die Kennlinie 5a entspricht einer niedrigen Temperatur des photovoltaischen Generators, die Kennlinie 5c einer hohen Temperatur und die Kennlinie 5 b einer mittleren Temperatur. Im Spannungsbereich a wird der Zusatzspeicher geladen, im Spannungsbereich b entladen, so daß eine effektive Kennlinie erzeugt wird, die insgesamt an die Kennlinie des elektrochemischen Wandlers angepaßt ist.
  • Wie in Fig. 4 gestrichelt eingezeichnet ist, kann dem Zusatzspeicher auch über eine getrennte Energiequelle Energie zugeführt werden, beispielsweise von einem Netz (Nachtspeicherstrom).

Claims (8)

  1. PatentansprUche.
    0 Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Solarstrahlungsenergie in Form von elektrischer Energie mit einem photovoltaischen Generator zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie und mit einem elektrochemischen Energiewandler zum Speichern der elektrischen Energie oder zur Wasserstofferzeugung, welcher mit dem photovoltaischen Generator in Verbindung steht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mit dem photovoltaischen Generator (1) und dem elektrochnischen Energiewandler (2) ein Schaltwerk (6) in Reihe geschaltet ist, welches einen Teil der von dem photovoltaischen Generator (1) erzeugten elektrischen Energie einem elektrochemischen Zusatzspeicher (7) zuführt, wenn die Temperatur des photovoltaischen Generators (1) unter einem ersten Wert liegt, und welches elektrische Energie von dem Zusatzspeicher (7) dem elektrochemischen Energiewandler (2) zuführt, wenn die Temperatur des photovoltaischen Generators (1) über einem zweiten Wert liegt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wert über dem ersten liegt und das Schaltwerk (6) den Zusatzspeicher (7) bei einer Temperatur zwischen dem ersten und dem zweiten Wert von der den photovoltaischen Generator (1) mit dem elektrochemischen Energiewandler (2) verbindenden Schaltung abtrennt.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltwerk (6) unabhängig von der Temperatur des photovoltaischen Generators (1) in eine Stellung schaltbar ist, in welcher der Zusatzspeicher (7) dem elektrochemischen Wandler (2) elektrische Energie zuführt.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzspeicher (7) von einer aufladbaren elektrochemischen Batterie (9, 10) gebildet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzspeicher von einer umkehrbaren Elektrolyse-Brennstoffzelle gebildet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schaltwerk (6) zur Anpassung der Leistungsaufnahme und -abgabe ein Impedanzwandler (Inverter 16) zugeordnet ist.
  7. 7 Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzspeicher (7) mit einer elektrischen Fremdenergiequelle (Netz) verbindbar ist.
  8. 8 Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltwerk (6) in Abhängigkeit von der Temperatur des photovoltaischen Generators (1) stufenweise mehrere Zusatzspeicher (9, 10) einschaltet, die bei tiefer Temperatur des photovoltaischen Generators (1) elektrische Energie speichern und bei höherer Temperatur elektrische Energie an den elektrochemischen Energiewandler (2) abgeben.
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