DE10332336A1 - Brennstoffzellenanlage und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanlage - Google Patents

Brennstoffzellenanlage und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanlage Download PDF

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Abstract

Eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanlage (20, 30, 40) weist mehrere Brennstoffzellenmodule (11, 12 bzw. 31-39) und eine Regelungseinrichtung (13) auf, durch welche in Abhängigkeit des Wirkungsgrades (eta) der eine Last (2 bzw. 25) speisenden Brennstoffzellenmodule (11, 12 bzw. 31-36) zumindest ein weiteres Brennstoffzellenmodul (2 bzw. 25) zuschaltbar oder zumindest eines der die Last (2 bzw. 25) speisenden Brennstoffzellenmodule (12 bzw. 36) abschaltbar ist. Durch die Zu- oder Abschaltung von Brennstoffzellenmodulen zur Speisung der Last (2 bzw. 25) kann der Wirkungsgrad der einzelnen, die Last (2 bzw. 25) speisenden Brennstoffzellenmodule und somit der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenanlage beeinflusst und somit eine zumindest gute, im besten Fall optimale, Brennstoffnutzung erzielt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanlage gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanlage gemäß Patentanspruch 16.
  • Brennstoffzellen gewinnen immer mehr an Bedeutung in zukunftsweisenden Konzepten für die Energieerzeugung. Brennstoffzellenanlagen mit einer Leistung im Bereich einiger Megawatt werden in den nächsten Jahren z.B. für stationäre Kleinkraftwerke und für Antriebsausrüstungen, z.B. Antriebssegmente von Schiffen, Anwendung finden. Da bei den meisten Anwendungen die Verbraucherspannung über 1 Volt liegt, das elektrische Potential einer einzelnen Brennstoffzelle jedoch auf ein Nernstsches Potential von kleiner 1 Volt begrenzt ist, müssen mehrere Einzelzellen zu Brennstoffzellenstapeln gestapelt werden, um durch elektrische Reihenschaltung der Zellen die Spannung an die Verbraucherspannung anzupassen.
  • Die für die elektrochemische Umsetzung in den Brennstoffzellen benötigten Brennstoffe, z.B. Wasserstoff und Sauerstoff bzw. verdichtete Luft, müssen teilweise mit hohem Aufwand gewonnen und in Speichern oder Tanks zwischengelagert werden. Besonders in mobilen Einrichtungen, insbesondere in schwimmende Einrichtungen wie z.B. Unter- und Überwasserschiffe, steht für die Speicherung und Lagerung der Brennstoffe nur geringer Raum zur Verfügung. Es ist somit wünschenswert, dass der vorhandene Brennstoff optimal für die Stromerzeugung in der Brennstoffzellenanlage genutzt wird und damit zum einen die Brennstoffkosten gering und zum anderen der Platzbedarf für Speicher oder Tanks klein gehalten werden kann.
    •
  • Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Brennstoffzellenanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanlage anzugeben, die eine zumindest gute, im besten Fall optimale, Ausnutzung der für die Stromerzeugung in der Brennstoffzellenanlage benötigten Brennstoffe ermöglichen.
  • Die Lösung der auf die Brennstoffzellenanlage gerichteten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch eine Brennstoffzellenanlage gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Brennstoffzellenanlage sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 15. Die auf das Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanlage gerichtete Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 16 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 17 bis 23. Eine Energieerzeugungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanlage ist Gegenstand des Patentanspruchs 24.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine optimale Brennstoffnutzung dann möglich wird, wenn es gelingt, die Brennstoffzellenanlage immer mit einem zumindest guten, wenn möglich sogar optimalen Wirkungsgrad zu betreiben. Der ideale Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle bzw. einer Brennstoffzellenanlage, d.h. das Verhältnis von freier Reaktionsenthalpie zum Heizwert des Brennstoffs, wird in der Praxis durch verschiedene Einflüsse reduziert. Zu diesen Einflüssen zählt z.B. der Einfluss der Katalysatoren und Elektroden (Spannungswirkungsgrad), der Eigenstrombedarf für die Energieumwandlung (Stromwirkungsgrad) und der Grad der Brennstoffausnutzung (Faraday-Wirkungsgrad).
  • Brennstoffzellen weisen ihren maximalen Wirkungsgrad meist im unteren Strombereich auf, da die Stromwärmeverluste an den Zellkomponenten mit dem Quadrat des Stromes zunehmen. Der Gesamtwirkungsgrad einer Brennstoffzellenanlage hat sein Maximum bei einem vergleichsweise etwas höheren Strom, da immer mehrere Hilfsantriebe und elektrische Komponenten für die Mess- und Regeltechnik erforderlich sind, die bereits Strom verbrauchen, auch wenn noch keine Leistung von der Brennstoffzellenanlage abgegeben wird.
  • Meist werden ein Stapel in Reihe geschalteter Brennstoffzellen, ein Betriebsteil (für die Brennstoffzufuhr und Produktwasserabfuhr) und eine zugeordnete Modulelektronik zu einem Brennstoffzellenmodul zusammengefasst. Eine Brennstoffzellenanlage mit einem einzigen, einen Stapel in Reihe geschalteter PEM(Polymer-Elektrolyt-Membran)-Brennstoffzellen aufweisendes Brennstoffzellenmodul hat das Maximum ihres Wirkungsgrades und damit eine optimale Brennstoffnutzung typischerweise im Bereich von 20 bis 80% der Nennleistung PN des Brennstoffzellenstapels, wobei der Wirkungsgrad in diesem Bereich etwa 45% bis 50% beträgt.
  • Eine optimale Brennstoffausnutzung ist nur dann möglich, wenn das Brennstoffzellenmodul bzw. die Brennstoffzellenanlage stets im Bereich des Wirkungsgradmaximums betrieben werden kann. Soll das Brennstoffzellenmodul bzw. die Brennstoffzellenanlage hingegen im Bereich der Nennleistung PN betrieben oder bis auf unter 20% der Nennleistung PN heruntergefahren werden können, d.h. mit einem großen dynamischen Lastverhalten ausgestattet sein, würde man jeweils Wirkungsgradeinbußen und eine entsprechend schlechte Brennstoffausnutzung hinnehmen müssen.
  • Deshalb ist es in einer solchen Anlage besser, sie statt aus einem einzigen Brennstoffzellenmodul mit einer Nennleistung von PN aus mehreren kleineren Brennstoffzellenmodulen 1 bis m mit entsprechend kleineren Nennleistungen P1N bis PmN aufzubauen, wobei die Summe der Nennleistungen P1N bis PmN der Nennleistung PN entspricht. Es können dann jeweils so viele Module zur Speisung einer Last vorgesehen werden, dass auf der einen Seite die Leistungsanforderung der Last erfüllt, auf der anderen Seite jede dieser Brennstoffzellenmodule in einem Bereich mit gutem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Statt eine Last aus einem einzigen großen Brennstoffzellenmo dul mit einem schlechten Wirkungsgrad zu speisen, ist es besser, die Last aus mehreren kleinen Brennstoffzellenmodulen zu speisen, die jeweils mit gutem Wirkungsgrad arbeiten. Da der Wirkungsgrad der Anlage durch die Wirkungsgrade der einzelnen Module bestimmt wird, bewirken die einzelnen, jeweils mit gutem Wirkungsgrad betriebenen Module auch einen guten Wirkungsgrad der Anlage.
  • Eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanlage weist deshalb nicht ein einziges Brennstoffzellenmodul, sondern mehrere Brennstoffzellenmodule und eine Regelungseinrichtung auf, durch welche in Abhängigkeit des Wirkungsgrades der eine Last speisenden Brennstoffzellenmodule zumindest ein weiteres Brennstoffzellenmodul zur Speisung der Last zuschaltbar oder zumindest eines der die Last speisenden Brennstoffzellenmodule abschaltbar ist.
  • Bei einem bestimmten Leistungsbedarf einer zu speisenden Last können dann in Abhängigkeit vom Wirkungsgrad der die Last speisenden Module so viele Brennstoffzellenmodule zu- oder abgeschaltet werden, bis jedes dieser Brennstoffzellenmodule mit einem zumindest guten, bestenfalls sogar optimalen, Wirkungsgrad betrieben und gleichzeitig der Leistungsbedarf der Last gedeckt wird.
  • Der Aufbau der Brennstoffzellenanlage mit mehreren Brennstoffzellenmodulen kleiner Leistung statt eines einzigen Moduls mit großer Leistung erlaubt es auch, die einzelnen, in den Modulen angeordneten Brennstoffzellenstapel mit geringem Aufwand mechanisch stabil und mit einer sicheren Brennstoffversorgung auszuführen, was bei einem einzigen Brennstoffzellenstapel großer Leistung aufgrund seines großen Gewichts und des hohen Brennstoffumsatzes mit vergleichsweise großem Aufwand verbunden ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanlage weist die Regelungseinrichtung Mittel zur Bestimmung des jeweiligen Wirkungsgrades der Brennstoffzellenmodule, Mittel zum Vergleich dieses Wirkungsgrades mit einem in der Regelungseinrichtung hinterlegten Grenzwert für den Wirkungsgrad und Mittel zur Zu- und Abschaltung eines oder mehrerer der Brennstoffzellenmodule bei Unterschreitung dieses Grenzwertes auf.
  • Der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenmodule kann dadurch auf einfache Weise ermittelt werden, dass die Mittel zur Bestimmung des Wirkungsgrades der Brennstoffzellenmodule den Wirkungsgrad anhand der Ausgangsspannung der Brennstoffzellenmodule bestimmen.
  • In der Regelungseinrichtung ist vorteilhafterweise jeweils ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert der Ausgangsspannung für den Grenzwert für den jeweiligen Wirkungsgrad der Brennstoffzellenmodule hinterlegt. Anhand dieser Grenzwerte kann auf einfache Weise ermittelt werden, ob die Brennstoffzellenmodule in einem Bereich mit zumindest guten, vielleicht sogar optimalen Wirkungsgrad arbeiten oder ob durch Zuschalten oder Abschalten eines Brennstoffzellenmoduls der Wirkungsgrad erhöht werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanlage ist hierbei durch die Mittel zur Zu- und Abschaltung der Brennstoffzellenmodule zumindest eines der Brennstoffzellenmodule abschaltbar, wenn die Ausgangsspannung den oberen Grenzwert überschreitet.
  • In entsprechend vorteilhafter Weise ist durch die Mittel zur Zu- und Abschaltung der Brennstoffzellenmodule zumindest eines der Brennstoffzellenmodule zuschaltbar, wenn die Ausgangsspannung den unteren Grenzwert unterschreitet.
  • Die Brennstoffzellenanlage und insbesondere die Regelungseinrichtung kann dadurch einfach gehalten werden, dass die Brennstoffzellenmodule hinsichtlich ihrer Ausgangsleistung gleich dimensioniert sind und eine gleiche Abhängigkeit ihres Wirkungsgrades von ihrer jeweiligen Ausgangsleistung aufweisen. In diesem Fall muss für die Bestimmung des Wirkungsgrades der Anlage nur der Wirkungsgrad eines einzigen der Brennstoffzellenmodule bestimmt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanlage mit mehreren Brennstoffzellenmodulen sieht vor, dass der Wirkungsgrad der eine Last speisenden Brennstoffzellenmodule durch Zuschaltung zumindest eines weiteren, die Last speisenden Brennstoffzellenmoduls oder durch Abschaltung zumindest eines der die Last speisenden Brennstoffzellenmodule erhöht wird.
  • Wie vorstehend erläutert, lässt sich durch Zu- oder Abschalten von Brennstoffzellenmodulen die Ausgangsleistung der die Last speisenden Brennstoffzellenmodule, damit deren Wirkungsgrad und im Ergebnis der Wirkungsgrad der gesamten Brennstoffzellenanlage beeinflussen. Durch die wirkungsgradabhängige Zu- oder Abschaltung von Brennstoffzellenmodulen kann vorteilhafterweise auf einen maximalen Wirkungsgrad der Brennstoffzellenanlage geregelt und dadurch eine optimale Brennstoffnutzung erzielt werden.
  • Eine erfindungsgemäße Energieerzeugungseinrichtung weist eine Brennstoffzellenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15 auf. Da aufgrund der durch die erfindungsgemäße Brennstoffzellenanlage optimierten Brennstoffnutzung auch der für die Speicherung der Brennstoffe benötigte Raum optimiert werden kann, eignet sich die Energieerzeugungseinrichtung insbesondere für mobile Anwendungen und Anwendungen mit beengten Platzverhältnissen, und hierbei insbesondere für schwimmende Einrichtungen, wie z.B. Über- oder Unterwasserschiffe oder Meeresplattformen.
    •
  • Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im fol genden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert. Funktional gleiche bzw. einander entsprechende Elemente sind in den Figuren teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen in vereinfachter Darstellung:
  • 1 einen Vergleich einer Brennstoffzellenanlage mit einem Brennstoffzellenmodul mit einer Brennstoffzellenanlage mit zwei Brennstoffzellenmodulen;
  • 2 einen typischen Verlauf des Wirkungsgrades und des Verlaufs der Zellspannung bzw. Brennstoffzellenmodulspannung der Brennstoffzellenanlagen von 1 in Abhängigkeit von deren Ausgangsleistung;
  • 3 eine Brennstoffzellenanlage mit einem zentralen Stromrichter zur Wandlung von Gleichstrom in technischen Wechselstrom;
  • 4 eine Brennstoffzellenanlage mit verteilten Stromrichtern zur Wandlung von Gleichstrom in technischen Wechselstrom;
  • 5 eine vereinfachte Verfahrensdarstellung mit Hilfe eines Ablaufdiagramms;
  • 6 die Verfahrensdarstellung von 5 mit einer Bestimmung des Wirkungsgrades anhand der Ausgangsspannung der Brennstoffzellenmodule.
  • Mit Hilfe der 1 und des Diagrams der 2 soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden. Eine Last 2 kann gemäß 1 zum einen von einer herkömmlichen Brennstoffzellenanlage 10 mit nur einem einzigen PEM-Brennstoffzellenmodul 1 mit einer Nennleistung P1 N von 1000 KW mit Strom versorgt werden. Weiterhin kann die Last 2 aber auch von einer Brennstoffzellenanlage 20 mit zwei gleichen, unabhängig voneinander betreibbaren, parallelgeschalteten PEM-Brennstoffzellenmodulen 11,12 mit jeweils einer Nennleistung P11 N, P1 2N von 500 kW, d.h. in der Summe mit einer Gesamtnennleistung von 1000 kW entsprechend der Nennleistung P1 N des Brennstoffzellenmoduls 1, versorgt werden.
  • Das Diagramm der 2 zeigt zum einen anhand des Graphen 3 den Wirkungsgrad η der Brennstoffzellenmodule 1 bzw. 11 und 12 von 1 in Abhängigkeit von deren Ausgangsleistung. Die Abszisse hat eine Doppelskalierung und gilt für das Brennstoffzellenmodul 1 mit der Nennleistung P1 N von 1000 kW und für jedes der Brennstoffzellenmodule 11,12 mit jeweils einer Nennleistung P11N, P12N von 500 kW. Der Wirkungsgrad η der Brennstoffzellenmodule 1 bzw. 11,12 weist sein Maximum bei etwa der Hälfte der Nennleistung des jeweiligen Brennstoffzellenmoduls auf. In Richtung zur Nennleistung fällt der Wirkungsgrad ab. Gleiches gilt für den unteren Lastbereich mit Ausgangsleistungen im Bereich bis 20% der Nennleistung.
  • Der Gesamtwirkungsgrad der Brennstoffzellenanlage 10 bzw. 20 bestimmt sich aus dem Wirkungsgrad der zugehörigen Brennstoffzellenmodule 1 bzw. 11 und 12. Im Fall der Brennstoffzellenanlage 10 entspricht der Gesamtwirkungsgrad dem Wirkungsgrad des Brennstoffzellenmoduls 1. Im Fall der Brennstoffzellenanlage 20 bestimmt sich der Gesamtwirkungsgrad aus den anteilig im Verhältnis ihrer Ausgangsleistungen berücksichtigten Wirkungsgraden der beiden Brennstoffzellenmodule 11,12. Aufgrund ihrer Gleichheit sind die beiden Brennstoffzellenmodule 11,12 auch hinsichtlich ihrer Ausgangsleistung und ihrer Wirkungsgradcharakteristik gleich, so dass der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenanlage 20 dem Wirkungsgrad jedes der beiden Brennstoffzellenmodule 11,12 entspricht.
  • Bei Wahl eines Arbeitspunktes von z.B. 500 kW für das Brennstoffzellenmodul 1 bzw. jeweils 250 kW für die Module 11,12 sind sämtliche Module und somit beide Brennstoffzellenanlagen 10 und 20 mit maximalem Wirkungsgrad ηmax ≈ 45 % betreibbar. Bei Erniedrigung der Last auf unter 100 kW wird im Fall der Anlage 10 das Modul 1 mit einem Wirkungsgrad η ≈ 17 % betrieben. Im Fall der Anlage 20 kann nun eines der beiden Module 11,12 abgeschaltet werden. Unter der Annahme, daß das Modul 12 abgeschalten wird, kann das im Betrieb verbleibende Modul 11 mit 100 kW und somit mit einem weiterhin guten Wirkungsgrad von ca. 40 % betrieben werden kann.
  • Bei einer darauffolgenden Leistungserhöhung auf über 400 kW, die gemäß 2 eine Verschlechterung des Wirkungsgrads des Moduls 11 auf η < 40% zur Folge hätte, wird das abgeschaltete Brennstoffzellenmodul 12 wieder zugeschaltet. Die beiden Brennstoffzellenmodule 11,12 werden dann mit jeweils 200 kW und damit wiederum in einem Bereich mit maximalem Wirkungsgrad ηmax ≈ 45% betrieben.
  • Die Brennstoffzellenanlage 20 kann somit im Bereich von 100 kW bis 800 kW mit sehr gutem Wirkungsgrad betrieben werden und eine optimale Brennstoffnutzung gewährleisten, während dies im Fall der Brennstoffzellenanlage 10 nur im Bereich von 200 kW bis 800 kW möglich ist.
  • Mit Hilfe eines Grenzwertes ηG für den Wirkungsgrad kann für die Brennstoffzellenmodule 11,12 jeweils ein Arbeitsbereich 5 festgelegt werden, in dem das jeweilige Brennstoffzellenmodul mit gutem bzw. optimalem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Im Fall der PEM-Brennstoffzellenmodule 11,12 gemäß 2 kann z.B. ein Grenzwert von ηG = 40% definiert und somit der Arbeitsbereich 5 auf ca. 250 kW ± 150 kW gelegt werden.
  • Die 2 zeigt weiterhin anhand des Graphen 4 die Abhängigkeit der Ausgangsspannung UZ einer einzelnen Brennstoffzelle der Module 1 sowie 11 und 12 in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung des jeweiligen Moduls. Die Ausgangsspannung UBZM eines jeweiligen Brennstoffzellenmoduls 1 bzw. 11,12 lässt sich in erster Näherung durch Multiplikation der Zellenspannung UZ mit der Anzahl der Brennstoffzellen im Brennstoffzellenstapel des jeweiligen Brennstoffzellenmoduls bestimmen. Wie aus dem Graphen 4 ersichtlich, sinkt die Ausgangsspannung UZ mit steigender Ausgangsleistung P. Der Wirkungsgrad η der Brennstoffzellenmodule kann somit auf einfache Weise anhand ihrer jeweiligen Ausgangsspannung UBZM , z.B. durch Messen der Spannung an den Ausgangsklemmen des Moduls, bestimmt werden. Der Grenzwert ηG für den Wirkungsgrad und somit der Arbeitsbereich 5 der Brennstoffzellenmodule mit gutem bzw. optimalem Wirkungsgrad kann somit in Richtung hoher Ausgangsleistungen durch einen unteren Grenzwert UGU für die Ausgangsspannung und in Richtung niedriger Ausgangsleistungen durch einen oberen Grenzwert UGO für die Ausgangsspannung definiert werden.
  • Anhand 3 und 4 sollen zwei unterschiedliche Ausführungsmöglichkeiten einer Brennstoffzellenanlage erläutert werden, die eine optimale Brennstoffnutzung ermöglichen und insbesondere für Energieversorgungseinrichtungen in Fahrzeugen und schwimmenden Einrichtungen geeignet ist.
  • Die in 3 gezeigte Brennstoffzellenanlage 30 weist mehrere unabhängig voneinander betreibbare Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 auf, die ausgangsseitig an einen gemeinsamen Gleichstromzwischenkreis 18 angeschlossen sind und somit parallel in diesen Stromkreis speisen. Die Summe der Nennleistungen der Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 entspricht der für die Speisung der Last 25 benötigten Nennleistung. Die Brennstoffzellenanlage 30 weist eine Regelungseinrichtung 13 auf, durch welche in Abhängigkeit des Wirkungsgrades der die Last 25 speisenden Brennstoffzellenmodule zumindest ein weiteres Brennstoffzellenmodul zur Speisung der Last 25 zuschaltbar oder zumindest eines der die Last 25 speisenden Brennstoffzellenmodule abschaltbar ist. Die Regelungseinrichtung 13 weist hierzu Mittel 13a zur Bestimmung des Wirkungsgrades der Brennstoffzellenmodule 31 bis 39, Mittel 13b zum Vergleich dieses Wirkungsgrades mit einem in der Regelungseinrichtung 13 hinterlegten Grenzwert für den Wirkungsgrad und Mittel 13c zur wirkungsgradabhängigen Zu- oder Abschaltung eines oder mehrerer der Brennstoffzellenmodule bei Unterschreitung dieses Grenzwertes auf.
  • Die Regelungseinrichtung 13 sowie die Mittel 13a, 13b und 13c können auf vielerlei dem Fachmann geläufige Art in Hard- und/oder Software realisiert werden. Bevorzugt ist die Regelungseinrichtung 13 als Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildet und die Mittel 13a, 13b und 13c sind zumindest teilweise als Software-Module in einem Steuerungsprogramm der Speicherprogrammierbaren Steuerung implementiert.
  • Die Mittel 13a bestimmen den Wirkungsgrad der die Last 25 speisenden Brennstoffzellenmodule anhand der Ausgangsspannung UBZM der Brennstoffzellenmodule. Diese Ermittlung kann zum einen durch Messung der einzelnen Ausgangsspannungen UBZM der Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 oder – wie in 3 dargestellt – auf besonders einfache Weise durch Messung der Spannung UZ des Gleichstromzwischenkreise 18 mittels Messleitungen 23 erfolgen.
  • Die Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 weisen jeweils eine Gaszuführung 14 für Wasserstoff und eine Gaszuführung 16 für Sauerstoff oder Luft auf. Die Zuschaltung bzw. Abschaltung der Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 erfolgt auf einfache Weise durch eine Einschaltung bzw. Ausschaltung ihrer jeweiligen Betriebsgaszufuhr. Die Gaszuführungsleitungen 14 für Wasserstoff weisen hierzu jeweils ein Ventil 15 zum Ein- oder Ausschalten der Wasserstoffzufuhr zum jeweiligen Brennstoffzellenmodul und die Gaszuführungen 16 für Sauerstoff oder Luft jeweils ein Ventil 17 auf, mit dem die Zufuhr von Sauerstoff oder Luft zum Brennstoffzellenmodul ein- bzw. ausgeschaltet werden kann. Im Fall eines luftbetriebenen Brennstoffzellenmoduls kann statt des Ventils 17 auch ein ein- und ausschaltbarer Luftverdichter vorgesehen werden. Die Ventile 15 und 17 sind von der Regelungseinrichtung 13 über Steuerleitungen 24 steuerbar.
  • In der Regelungseinrichtung 13 ist ein unterer Grenzwert UGU für die Ausgangsspannung UBZM der Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 bzw. die Spannung UZ des Zwischenkreises 18 hinterlegt. In den Mitteln 13b der Regelungseinrichtung 13 erfolgt ein Vergleich der Spannung UBZM bzw. UZ mit dem Grenzwert UGU und, falls die Spannung UBZM bzw. UZ den Grenzwert UGU unterschreitet, wird durch die Mittel 13c ein Einschaltsignal für zumindest eines der noch nicht die Last 25 speisenden Brennstoffzellenmodule erzeugt. Ein solches Einschaltsignal kann über Steuerleitungen 24 an die Ventile 15, 17 der einzuschaltenden Brennstoffzellenmodule geleitet und durch Öffnen derer Betriebsgaszufuhr das Einschalten der Brennstoffzellenmodule und somit deren Auschaltung zur Speisung der Last 25 bewirkt werden.
  • In der Regelungseinrichtung 13 ist weiterhin ein oberer Grenzwert UGO für die Spannung UBZM der Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 bzw. die Spannung UZ des Gleichstromzwischenkreises 18 hinterlegt. In den Mitteln 13b der Regelungseinrichtung 13 erfolgt ein Vergleich der Spannung UBZM bzw. UZ mit dem Grenzwert UGO. Wenn die Spannung UBZM bzw. UZ diesen Grenzwert UGO überschreitet, wird von den Mitteln 13c ein Ausschaltsignal für zumindest eines der die Last 25 speisenden Brennstoffzellenmodule erzeugt. Ein solches Ausschaltsignal kann über Steuerleitungen 24 an die Ventile 15, 17 der auszuschaltenden Brennstoffzellenmodule geleitet und durch Schließen derer Betriebsgaszufuhr das Ausschalten der Brennstoffzellenmodule und somit deren Abschaltung von der Speisung der Last 25 bewirkt werden.
  • Bei Verwendung gleicher Brennstoffzellenmodule 31 bis 39, d.h. Brennstoffzellenmodule mit gleicher Ausgangsleistung und gleicher Wirkungsgradcharakteristik, ist es ausreichend, in der Regelungseinrichtung 13 nur jeweils einen Grenzwert UGU bzw. UGO für sämtliche Brennstoffzellenmodule zu hinterlegen. Bei hinsichtlich Ausgangsleistung und/oder Wirkungsgradcharakteristik unterschiedlichen Brennstoffzellenmodulen ist jeweils ein Grenzwert UGO bzw. UGU für jeweils unterschiedliche Brennstoffzellenmodule zu hinterlegen.
  • Die Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 sind ausgangsseitig über Entkopplungsdioden 29 an dem Gleichstromzwischenkreis 18 an geschlossen. Hierdurch wird ein Stromfluss vom Gleichstromzwischenkreis 18 zurück in die Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 unterbunden.
  • Zur Umwandlung des von den Brennstoffzellenmodulen 31 bis 39 erzeugten und in den Gleichstromzwischenkreis 18 gespeisten Gleichstromes in technischen Wechselstrom, z.B. im Rahmen eines Electric Power Conditioning Systems, erfolgt die Speisung der Last 25 aus dem Gleichstromzwischenkreis 18 über einen zentralen Stromrichter 19 und einen Transformator 28. Die Speisung der Last 25 über den Gleichstromzwischenkreis 18, den Stromrichter 19 und den Transformator 28 hat den Vorteil, dass der Schaltungsaufwand relativ gering ist. Es kommen ferner nur einige wenige Halbleiterbauteile, allerdings mit großer Einzelleistung, zum Einsatz.
  • Das Ein- bzw. Ausschalten der Brennstoffzellenmodule kann auch über zwischen die Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 und den Gleichstromzwischenkreis 18 geschaltete Leistungsschalter erfolgen und somit eine besonders schnelle Trennung bzw. Zuschaltung eines Brennstoffzellenmoduls vom Gleichstromzwischenkreis 18 ermöglichen; für eine kontrollierte Abschaltung bzw. ein kontrolliertes Hochfahren des Brennstoffzellenmoduls steht dann eine längere Zeit zur Verfügung. Ein von der Speisung der Last abgeschaltetes Brennstoffzellenmodul wird ausgangsseitig zudem nicht belastet und nur im Leerlauf betrieben, wobei es nur sehr geringe Brennstoffmengen benötigt.
  • Die in 4 gezeigte Brennstoffzellenanlage 40 weist ebenfalls mehrere unabhängig voneinander betreibbare Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 auf. Im Unterschied zur Brennstoffzellenanlage 30 gem. 3 ist allerdings jedem der Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 ausgangsseitig jeweils ein Stromrichter 21 nachgeschaltet. Den Stromrichtern 21 ist wiederum ein gemeinsamer Transformator 22 mit mehreren galvanisch getrennten Primärwicklungen 26 nachgeschaltet wobei jeder der Stromrichter 21 mit jeweils einer der Primärwicklungen 26 des Transformators 22 verbunden ist. Der Transformator 22 speist über seine Sekundärwicklung 27 die Last 25.
  • Die Regelungseinrichtung 13 weist Mittel 13a zur Bestimmung des Wirkungsgrades der Brennstoffzellenmodule 31 bis 39, Mittel 13b zum Vergleich dieses Wirkungsgrades mit einem in der Regelungseinrichtung 13 hinterlegten Grenzwert für den Wirkungsgrad und Mittel 13c zur wirkungsgradabhängigen Zu- oder Abschaltung eines oder mehrere der Brennstoffzellenmodulen bei Unterschreitung dieses Grenzwertes auf.
  • Die Bestimmung des Wirkungsgrades erfolgt über Signalleitungen 23 entweder anhand der Ausgangsspannung UBZM der Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 oder – wie dargestellt – anhand der Ausgangsspannungen US der Stromrichter 21. Im letzteren Fall kann somit auch gleich die Funktion der Stromrichter 21 durch die Regelungseinrichtung 13 mit überprüft werden.
  • Entsprechend der Brennstoffzellenanlage 30 von 3 sind in der Regelungseinrichtung 13 obere und untere Grenzwerte UGO, UGU für die Ausgangsspannungen Us der Stromrichter 21 hinterlegt. Falls die Ausgangsspannung US eines Stromrichters diese Grenzwerte über- bzw. unterschreittet, erfolgt – wie im Zusammenhang mit 3 erläutert – eine Abschaltung bzw. Zuschaltung zumindest eines Brennstoffzellenmoduls.
  • Die Ein- und Ausschaltsignale für die Brennstoffzellenmodule können entsprechend des Ausführungsbeispieles von 3 über die Ventile 15 bzw. 17 in den Gaszuführungen 14 für Wasserstoff bzw. 16 für Sauerstoff oder Luft eine Zu- oder Abschalten der Betriebgaszufuhr und somit das Ein- oder Ausschalten der jeweiligen Brennstoffzellenmodule bewirken.
  • Vorteilhafterweise sind die Brennstoffzellenmodule durch eine Aktivierung der Stromregelung des jeweils nachgeschalteten Stromrichters 21 zuschaltbar und/oder durch eine Deaktivierung der Stromregelung des jeweils nachgeschalteten Strom richters 21 abschaltbar. Die Ein- bzw. Ausschaltsignale werden hierzu von der Regelungseinrichtung 13 über Steuerleitungen 24 direkt an die Stromrichter 21 geleitet und bewirken dort eine Aktivierung bzw. Deaktivierung der Stromregelung. Durch die Deaktivierung der Stromregelung ist ein Brennstoffzellenmodul besonders schnell von der Speisung der Last 25 wegschaltbar. In einem nachfolgenden Schritt kann dann eine kontrollierte, meist eine etwas längere Zeit benötigende Abschaltung des Brennstoffzellenmoduls durch Unterbrechung der Betriebsgaszufuhren erfolgen.
  • Die Brennstoffzellenanlage 40 der 4 weist aufgrund der verteilten Anordnung der Stromrichter 21 den Vorteil einer hohen Redundanz auf. Der Ausfall eines einzelnen Stromrichtermoduls 21 führt nicht zum Ausfall der Gesamtanlage. Da die einzelnen Stromrichter 21 jeweils nur auf die Leistung eines Brennstoffzellenmoduls, jedoch nicht auf die Leistung sämtlicher Brennstoffzellenmodule ausgelegt werden müssen, können sie mit hohen Taktfrequenzen betrieben werden. Dies ermöglicht eine Ausbildung des Transformators 22 mit geringer Masse und Volumen. Da die einzelnen Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 über jeweils getrennte Primärwicklungen 26 in die Last 25 speisen, sind – im Gegensatz zur Brennstoffzellenanlage 30 gemäß 3 – sämtliche Brennstoffzellenmodule 31 bis 39 über die nachgeschalteten Stromrichter 21 voneinander galvanisch getrennt. Die Brennstoffzellenanlage 40 gemäß 4 eignet sich aufgrund ihrer hohen Redundanz und der geringen Transformatormasse und -volumen besonders für mobile Anwendungen, insbesondere für schwimmende Einrichtungen, wie z.B. an Bord von Über- und Unterwasserschiffen sowie von Meeresplattformen.
  • Der Wirkungsgrad der in 3 und 4 gezeigten Brennstoffzellenanlagen 30,40 lässt sich noch dadurch optimieren, dass die Anzahl der Brennstoffzellenmodule an die Anforderung der Last 25 hinsichtlich maximaler Nennleistung und Leistungsdynamik angepasst ist. Durch eine Vergrößerung der Anzahl der Brenn stoffzellenmodule in den Brennstoffzellenanlagen 30,40 gemäß 3 bzw. 4, wobei die Summe der Nennleistungen der Brennstoffzellenmodule der maximal für die Speisung der Last benötigten Nennleistung entspricht, kann der Arbeitsbereich der Anlage mit sehr gutem Wirkungsgrad in Richtung noch kleinerer Leistungen ausgedehnt und somit das dynamische Lastverhalten der Anlage weiter optimiert werden.
  • In 5 wird anhand eines Ablaufdiagrammes eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben einer Brennstoffzellenanlage mit mehreren Brennstoffzellenmodulen erläutert. Das Verfahren kann beispielsweise für den Betrieb der Brennstoffzellenanlagen 30,40 gemäß 3 und 4 genutzt werden und einen Betrieb dieser Brennstoffzellenanlagen mit hohem Wirkungsgrad und entsprechend guter Brennstoffnutzung ermöglichen. Das Verfahren weist drei Verfahrensschritte 41-43 gemäß 5 auf. In dem Verfahrensschritt 41 erfolgt eine Bestimmung des jeweiligen Wirkungsgrad η der die Last speisenden Brennstoffzellenmodule. In dem Verfahrensschritt 42 erfolgt ein Vergleich dieses Wirkungsgrades η mit einem Grenzwert ηG für den Wirkungsgrad. Bei Unterschreitung dieses Grenzwertes ηG erfolgt in dem Verfahrensschritt 43 eine Erhöhung des Wirkungsgrades η durch Abschaltung zumindest eines weiteren, die Last speisenden Brennstoffzellenmoduls oder durch Abschaltung zumindest eines der die Last speisenden Brennstoffzellenmodule.
  • Die Verfahrensschritte 41-43 werden vorteilhafterweise solange wiederholt durchlaufen und Brennstoffzellenmodule zugeschaltet oder abgeschaltet, bis der Grenzwert ηG für den Wirkungsgrad überschritten wird. Darüber hinaus kann durch wiederholtes Durchlaufen der Verfahrensschritte 41-43 auf einen maximalen Wirkungsgrad η der Brennstoffzellenanlage geregelt werden.
  • Unter der Annahme dass die Brennstoffzellenanlagen 30 bzw. 40 gemäß 3 bzw. 4 jeweils neun gleiche Brennstoffzellenmo dulen 31-39 mit einer Nennleistung von jeweils 500kW und einer Wirkungsgradcharakteristik gemäß 2 aufweisen, kann die Last 25 mit einer maximalen Nennleistung von 9·500kW = 4500kW gespeist werden. Bei einem angenommenen Leistungsbedarf von 1500 kW werden zur Speisung der Last 25 die sechs Brennstoffzellenmodule 31-36 vorgesehen, die jeweils mit einer Leistung von 250 kW und deshalb gem. 2 mit dem maximalen Wirkungsgrad von ca. 45 % betrieben werden.
  • Bei einem Absinken des Leistungsbedarfs auf 420 kW werden die sechs Brennstoffzellenmodule 31-36 nur noch mit jeweils ca. 70 kW und somit gem. 2 nur noch mit einem Wirkungsgrad von ca. 32% betrieben. Im Verfahrensschritt 41 wird dieser Wirkungsgrad bestimmt, im Verfahrensschritt 42 dieser Wirkungsgrad mit dem Grenzwert von 40 % für den Wirkungsgrad verglichen und im Verfahrensschritt 43 aufgrund der Unterschreitung dieses Grenzwertes durch Abschaltung des Brennstoffzellenmoduls 36 der Wirkungsgrad der verbleibenden Brennstoffzellenmodule auf ca. 37% erhöht, da nun die Brennstoffzellenmodule 31-35 mit jeweils 84 kW betrieben werden. Da der Wirkungsgrad noch unterhalb des Grenzwertes von 40% liegt, werden die Verfahrensschritte 41-43 erneut durchlaufen und durch Abschaltung des Brennstoffzellenmoduls 35 der Wirkungsgrad der im Betrieb verbleibenden Brennstoffzellenmodule 31 bis 34 auf über 40% erhöht, da diese nun mit jeweils 105 kW betrieben werden. Durch ein weitergehendes Abschalten der Brennstoffzellenmodule 34 und 33 kann der Wirkungsgrad der im Betrieb verbleibenden Module 31 und 32 und somit der Brennstoffzellenanlage 30 bzw. 40 auf den optimalem Wirkungsgrad von ca. 45% angehoben werden.
  • Im anderen Fall einer Erhöhung des Leistungsbedarfs von 1500 kW auf 2700 kW werden die Brennstoffzellenmodule 31 bis 36 mit jeweils 450 kW und somit gem. 2 mit einem Wirkungsgrad von kleiner 37% betrieben. Da der Wirkungsgrad unterhalb des Grenzwertes von 40 % liegt, wird bei einem Durchlaufen der Verfahrensschritte 41-43 durch Auschaltung eines weiteren Brennstoffzellenmoduls, z.B. des Brennstoffzellenmoduls 37, der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenmodule 31 bis 36 auf ca. 41% erhöht, da die Module 31 – 37 mit jeweils 385kW betrieben werden. Durch erneutes Durchlaufen der Verfahrensschritte 41-43 kann durch Zuschalten weiterer Brennstoffzellenmodule, z.B. der Brennstoffzellenmodule 38 und 39, der Wirkungsgrad noch auf ca. 44% erhöht und die Brennstoffzellenanlage 30 bzw. 40 wieder mit nahezu optimalem Wirkungsgrad betrieben werden. Es ist ersichtlich, dass dieses Verfahren insbesondere auch zum Starten einer Brennstoffzellenanlage genutzt werden kann. Mit Hilfe des Verfahrens können dann genau so viele Brennstoffzellenmodule gestartet werden, wie für die Erzielung eines guten Wirkungsgrades der Brennstoffzellenanlage nötig sind.
  • Die 6 zeigt das Ablaufdiagramm der 5 für den Fall, dass der Wirkungsgrad η der Brennstoffzellenmodule anhand ihrer Ausgangsspannung bestimmt wird und der Grenzwert für den Wirkungsgrad durch einen oberen Grenzwert UGo und einen unteren Grenzwert UGu für die Ausgangsspannung definiert ist. Im Verfahrensschritt 41 wird die Ausgangsspannung UBZM der Brennstoffzellenmodule bestimmt. Im darauffolgenden Verfahrensschritt 42 wird geprüft, ob die Spannung UBZM den unteren Grenzwert UGU unterschreitet. In diesem Fall wird zumindest eines der noch nicht die Last speisenden Brennstoffzellenmodule zur Speisung der Last zugeschaltet. Falls der Grenzwert UGU nicht unterschritten wird, erfolgt eine Prüfung auf Überschreitung des Grenzwertes UGO. Falls der Grenzwert UGO überschritten wird, wird eines der die Last speisenden Brennstoffzellenmodule von der Speisung der Last abgeschaltet. Anschließend werden die Verfahrensschritte 41-43 nochmals durchlaufen. Falls weder der untere Grenzwert UGU unterschritten noch der obere Grenzwert UGO überschritten wird, wird das Verfahren vorerst beendet und kann zu einem späteren Zeitpunkt, z.B. nach einem Lastwechsel, erneut gestartet werden.

Claims (24)

  1. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) mit mehreren Brennstoffzellenmodulen (11,12 bzw. 31-39) und mit einer Regelungseinrichtung (13), durch welche in Abhängigkeit des Wirkungsgrades (η) der eine Last (2 bzw. 25) speisenden Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-36) zumindest ein weiteres Brennstoffzellenmodul (12 bzw. 37) zur Speisung der Last (2 bzw. 25) zuschaltbar oder zumindest eines der die Last (2 bzw. 25) speisenden Brennstoffzellenmodule (12 bzw. 36) abschaltbar ist.
  2. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach Anspruch 1 wobei die Regelungseinrichtung (13) – Mittel (31) zur Bestimmung des jeweiligen Wirkungsgrades (η) der Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-39), – Mittel (32) zum Vergleich dieses Wirkungsgrades (η) mit einem in der Regelungseinrichtung (13) hinterlegten Grenzwert (ηG) für den Wirkungsgrad und – Mittel (33) zur Zu- und Abschaltung eines oder mehrerer der Brennstoffzellenmodule ((11,12 bzw. 31-39) bei Unterschreitung dieses Grenzwertes aufweist.
  3. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach Anspruch 2, wobei die Mittel (31) zur Bestimmung des Wirkungsgrades (η) der Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-39) den Wirkungsgrad anhand der Ausgangsspannung (UBZM) der Brennstoffzellenmodule bestimmen.
  4. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach Anspruch 3, wobei in der Regelungseinrichtung (13) jeweils ein oberer Grenzwert (UGO) und ein unterer Grenzwert (UGO) der Ausgangsspannung (UBZM) für den Grenzwert (ηG) für den jeweiligen Wirkungsgrad der Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-39) hinterlegt ist.
  5. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach Anspruch 4, wobei durch die Mittel (33) zur Zu- und Abschaltung der Brennstoff zellenmodule (11,12 bzw. 31-39) zumindest eines der Brennstoffzellenmodule (12,36) abschaltbar ist, wenn die Ausgangsspannung (UBZM) den oberen Grenzwert (UGO) überschreitet.
  6. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach Anspruch 4 oder 5, wobei durch die Mittel (33) zur Zu- und Abschaltung der Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-39) zumindest eines der Brennstoffzellenmodule (12,37) zuschaltbar ist, wenn die Ausgangsspannung (UBZM) den unteren Grenzwert (UGU) unterschreitet.
  7. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zuschaltung bzw. Abschaltung der Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-39) durch eine Einschaltung bzw. Ausschaltung ihrer jeweiligen Betriebsgaszufuhr erfolgt.
  8. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-39) ausgangsseitig an einen gemeinsamen Gleichstromzwischenkreis (18) angeschlossen sind.
  9. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach Anspruch 8, bei der die Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-39) ausgangsseitig über Entkopplungsdioden (29) an den Gleichstromzwischenkreis (18) angeschlossen sind.
  10. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach Anspruch 8 oder 9, mit einer Speisung der Last (25) aus dem Gleichstromzwischenkreis (18) über einen Stromrichter (19) und einen Transformator (28).
  11. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei den Brennstoffzellenmodulen (11,12 bzw. 31-39) ausgangsseitig jeweils ein Stromrichter (21) nachgeschaltet ist.
  12. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach Anspruch 11, wobei die Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-39) durch eine Aktivierung der Stromregelung des jeweils nachgeschalteten Stromrichters (21) zuschaltbar und/oder durch eine Deaktivierung der Stromregelung des jeweils nachgeschalteten Stromrichters (21) abschaltbar sind.
  13. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach Anspruch 11, wobei den Stromrichtern (21) ein gemeinsamer Transformator (22) mit mehreren galvanisch getrennten Primärwicklungen (26) nachgeschaltet ist, wobei jeder der Stromrichter (21) mit jeweils einer der Primärwicklungen (26) verbunden ist.
  14. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-39) hinsichtlich ihrer Ausgangsleistung gleich dimensioniert sind und eine gleiche Abhängigkeit ihres Wirkungsgrades von ihrer jeweiligen Ausgangsleistung aufweisen.
  15. Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-39) an die Anforderungen der Last (2,25) hinsichtlich maximal benötigter Leistung und Leistungsdynamik angepasst ist.
  16. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanlage (10,20,30) mit mehreren Brennstoffzellenmodulen (11,12 bzw. 31-39), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Wirkungsgrad (η) der eine Last (2 bzw. 25) speisenden Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-36) durch Zuschaltung zumindest eines weiteren, die Last (2 bzw. 25) speisenden Brennstoffzellenmoduls (12 bzw. 37) oder durch Abschaltung zumindest eines der die Last (2 bzw. 25) speisenden Brennstoffzellenmodule (12 bzw. 36) erhöht wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16 mit folgenden Verfahrensschritten (41-43): a) Bestimmen des jeweiligen Wirkungsgrades (η) der die Last (2 bzw. 25) speisenden Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-36), b) Vergleichen dieses Wirkungsgrades (η) mit einem Grenzwert (ηG) für den Wirkungsgrad, c) Erhöhen des Wirkungsgrades bei Unterschreitung dieses Grenzwertes (ηG) durch Zuschaltung zumindest eines weiteren, die Last (2 bzw. 25) speisenden Brennstoffzellenmoduls (12 bzw. 37) oder durch Abschaltung zumindest eines der die Last (2 bzw. 25) speisenden Brennstoffzellenmodule (12 bzw. 36).
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Verfahrensschritte (41,42,43) solange wiederholt durchlaufen werden, bis der Grenzwert (ηG) für den Wirkungsgrad überschritten wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 und/oder 18, wobei durch ein wiederholtes Durchlaufen der Verfahrensschritte (41,42,43) auf einen maximalen Wirkungsgrad (η) der Brennstoffzellenanlage (10,20,30) geregelt wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem der Wirkungsgrad (η) der Brennstoffzellenmodule (11,12 bzw. 31-39) anhand ihrer Ausgangsspannung (UBZM) bestimmt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Grenzwert (ηG) für den Wirkungsgrad durch einen oberen Grenzwert (UGO) und einen unteren Grenzwert (UGU) der Ausgangsspannung (UBZM) definiert wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei zumindest eines der die Last (25) speisenden Brennstoffzellenmodule abgeschaltet wird wenn die Ausgangsspannung (UBZM) den oberen Grenzwert (UGO) überschreitet.
  23. Verfahren nach Anspruch 21 und/oder 22, wobei zumindest eines der Brennstoffzellenmodule zur Speisung der Last (2,25) zugeschaltet wird wenn die Ausgangsspannung (UBZM) den unteren Grenzwert (UGu) unterschreitet.
  24. Energieerzeugungseinrichtung, insbesondere für eine schwimmende Einrichtung, mit einer Brennstoffzellenanlage (10,20,30) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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