DE202022105047U1 - Mobile power supply unit - Google Patents
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Abstract
Mobile Energieversorgungseinheit (1) umfassend
- einen Container (10), insbesondere einen Normcontainer, und
- eine Photovoltaikanlage (20) zum Erzeugen von elektrischer Energie, wobei
- Photovoltaikmodule (21) der Photovoltaikanlage (22) an einer Oberseite (11) des Containers (10) angeordnet sind,
- der Container (10) einen ersten Anschluss (30.1), der direkt oder indirekt mit der Photovoltaikanlage (20) gekoppelt ist, aufweist, zum Anschließen des Containers (10) an ein Gebäude (G), um das Gebäude mit der elektrischen Energie zu versorgen.
Mobile energy supply unit (1) comprising
- a container (10), in particular a standard container, and
- A photovoltaic system (20) for generating electrical energy, wherein
- Photovoltaic modules (21) of the photovoltaic system (22) are arranged on an upper side (11) of the container (10),
- The container (10) has a first connection (30.1), which is coupled directly or indirectly to the photovoltaic system (20), for connecting the container (10) to a building (G) in order to connect the building to the electrical energy take care of.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Energieversorgungseinheit, insbesondere zur Versorgung von Gebäuden mit elektrischer und mit thermischer Energie.The present invention relates to a mobile energy supply unit, in particular for supplying buildings with electrical and thermal energy.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Es ist bekannt, Gebäudedächer mit Photovoltaikanlagen auszustatten, um das Gebäude mit elektrischer Energie zu versorgen. Ein solches System besteht im Wesentlichen aus Photovoltaikmodulen, die beispielsweise auf dem Dach des Gebäudes angeordnet werden können. Die Photovoltaikmodule sind mit einem Wechselrichter gekoppelt, der den von der Photovoltaikanlage bereitgestellten Gleichstrom in Wechselstrom umrichtet.It is known to equip building roofs with photovoltaic systems in order to supply the building with electrical energy. Such a system essentially consists of photovoltaic modules that can be arranged, for example, on the roof of the building. The photovoltaic modules are coupled to an inverter, which converts the direct current provided by the photovoltaic system into alternating current.
Der durch den Wechselrichter bereitgestellte Wechselstrom kann bei entsprechender Aufbereitung in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Alternativ oder zusätzlich kann der von dem Wechselrichter bereitgestellte Strom den Verbrauchern in dem Gebäude zugeführt werden. Darüber hinaus kann der von der Photovoltaikanlage bereitgestellte Strom in einem Akkumulator gespeichert werden. Der Akkumulator kann dem Gebäude elektrische Energie zur Verfügung stellen, wenn beispielsweise die von der Photovoltaikanlage bereitgestellte elektrische Energie für die Stromversorgung des Gebäudes nicht ausreicht. Der Bezug von elektrischer Energie aus dem öffentlichen Stromnetz kann dadurch zumindest solange vermieden werden, solange der Akkumulator ausreichend elektrische Energie zur Verfügung stellt.The alternating current provided by the inverter can be fed into the public power grid if processed accordingly. Alternatively or additionally, the current provided by the inverter can be supplied to the consumers in the building. In addition, the electricity provided by the photovoltaic system can be stored in an accumulator. The accumulator can make electrical energy available to the building if, for example, the electrical energy provided by the photovoltaic system is not sufficient for the power supply of the building. The procurement of electrical energy from the public power grid can be avoided at least as long as the accumulator provides sufficient electrical energy.
Zur Versorgung des Gebäudes mit Wärmeenergie, etwa für die Warmwasseraufbereitung oder die Gebäudeheizung, ist es bekannt, das Gebäude beispielsweise an ein Fernwärmenetz anzuschließen oder mittels einer Gasheizung die Warmwasseraufbereitung vorzunehmen. Im Falle einer Gasheizung muss das Gebäude in der Regel an das öffentliche Gasnetz angeschlossen werden. Alternativ hierzu kann die Warmwasseraufbereitung auch mit Hilfe einer Ölheizung erfolgen, wobei für die Bevorratung des Heizöls ein entsprechend dimensionierter Öltank in oder an dem Gebäude bereitgestellt werden muss.To supply the building with thermal energy, for example for hot water treatment or building heating, it is known to connect the building to a district heating network, for example, or to carry out the hot water treatment by means of a gas heating system. In the case of gas heating, the building usually has to be connected to the public gas network. As an alternative to this, the hot water can also be heated with the help of an oil heater, in which case a suitably dimensioned oil tank must be provided in or on the building for storing the heating oil.
Ein Nachteil der vorstehend genannten Systeme liegt darin, dass das Gebäude an die öffentliche Infrastruktur (öffentliches Stromnetz, Fernwärmenetz, Gasnetz, etc.) angeschlossen sein muss. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die einzelnen Systeme fest verbaut sind und daher ausschließlich stationär am Einbauort betrieben werden können. Bei Gebäuden, die beispielsweise mit einer Photovoltaikanlage oder effizienten Heizsystemen nachgerüstet werden sollen, ist ein entsprechender Platzbedarf notwendig, der oft nicht vorhanden ist.A disadvantage of the systems mentioned above is that the building has to be connected to the public infrastructure (public electricity network, district heating network, gas network, etc.). Another disadvantage is that the individual systems are permanently installed and can therefore only be operated stationary at the installation site. Buildings that are to be retrofitted with a photovoltaic system or efficient heating systems, for example, require a corresponding amount of space that is often not available.
Aufgabe der Erfindungobject of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Lösungen bereitzustellen, die eine autarke Versorgung von Gebäuden mit elektrischer und thermischer Energie ermöglichen, ohne dass die Gebäude an die öffentliche Versorgungsinfrastruktur angeschlossen sein müssen, und mit denen Bestandsgebäude einfach nachgerüstet werden können.The object of the present invention is therefore to provide solutions that allow buildings to be supplied with electrical and thermal energy independently without the buildings having to be connected to the public supply infrastructure, and with which existing buildings can be easily retrofitted.
Erfindungsgemäße LösungSolution according to the invention
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer mobilen Energieversorgungseinheit nach den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved with a mobile energy supply unit according to the independent claim. Advantageous configurations are specified in the dependent claims.
Bereit gestellt wird demnach eine mobile Energieversorgungseinheit umfassend
- - einen Container, insbesondere einen Normcontainer, und
- - eine Photovoltaikanlage zum Erzeugen von elektrischer Energie,
- - Photovoltaikmodule der Photovoltaikanlage an einer Oberseite des Containers angeordnet sind,
- - der Container einen ersten Anschluss, der direkt oder indirekt mit der Photovoltaikanlage gekoppelt ist, aufweist, zum Anschließen des Containers an ein Gebäude, um das Gebäude mit der elektrischen Energie zu versorgen.
- - a container, in particular a standard container, and
- - a photovoltaic system for generating electrical energy,
- - Photovoltaic modules of the photovoltaic system are arranged on an upper side of the container,
- - The container has a first connection, which is directly or indirectly coupled to the photovoltaic system, for connecting the container to a building in order to supply the building with electrical energy.
Damit kann ein Gebäude jedenfalls zumindest teilweise mit elektrischer Energie versorgt werden. ein Anschluss an das öffentliche Stromnetz ist nur noch als Backup nötig. Zudem kann die Energieversorgungseinheit nicht nur stationär verwendet werden, d.h. sie kann bei Bedarf zu einem anderen Gebäude verbracht werden, um das andere Gebäude mit Energie zu versorgen.In this way, a building can at least be partially supplied with electrical energy. a connection to the public power grid is only necessary as a backup. In addition, the energy supply unit can not only be used stationary, i.e. it can be brought to another building if necessary in order to supply the other building with energy.
Vorteilhaft ist es, wenn die mobile Energieversorgungseinheit ferner eine Speichereinrichtung zum Speichern der elektrischen Energie umfasst, wobei die Speichereinrichtung im Inneren des Containers angeordnet ist und direkt oder indirekt mit dem ersten Anschluss gekoppelt ist. Auch ohne Sonnenenergie kann so das Gebäude mit elektrischer Energie versorgt werden.It is advantageous if the mobile energy supply unit also includes a storage device for storing the electrical energy, with the storage device being arranged inside the container and being coupled directly or indirectly to the first connection. Even without solar energy, the building can be supplied with electrical energy.
Vorteilhaft ist es, wenn die mobile Energieversorgungseinheit ferner ein im Inneren des Containers angeordnetes Wasserstoffsystem und einen Motor umfasst,
- - wobei das Wasserstoffsystem eine Wasserstofferzeugungseinrichtung und einen damit gekoppelten Wasserstofftank, und eine mit dem Wasserstofftank gekoppelte Wasserstoffaufbereitungseinrichtung umfasst, wobei
- - die Wasserstofferzeugungseinrichtung angepasst ist Wasserstoff zu erzeugen, wobei der erzeugte Wasserstoff in dem Wasserstofftank gespeichert wird, und
- - wobei der Motor mit der Wasserstoffaufbereitungseinrichtung gekoppelt ist, und die Wasserstoffaufbereitungseinrichtung angepasst ist den in dem Wasserstofftank gespeicherten Wasserstoff für den Motor aufzubereiten, wobei der Motor mit dem aufbereiteten Wasserstoff betrieben wird.
- - Wherein the hydrogen system comprises a hydrogen generation device and a hydrogen tank coupled thereto, and a hydrogen treatment device coupled to the hydrogen tank, wherein
- - the hydrogen generating device is adapted to generate hydrogen, the generated hydrogen being stored in the hydrogen tank, and
- - wherein the engine is coupled to the hydrogen processing device, and the hydrogen processing device is adapted to process the hydrogen stored in the hydrogen tank for the engine, the engine being operated with the processed hydrogen.
Für den Betrieb der Wasserstofferzeugungseinrichtung kann der von der Photovoltaikanlage und/oder der von der Speichereinrichtung zur Verfügung gestellte elektrische Strom verwendet werden.The electric power provided by the photovoltaic system and/or by the storage device can be used to operate the hydrogen generation device.
Vorteilhaft ist es, wenn die mobile Energieversorgungseinheit ferner ein im Inneren des Containers angeordnetes Warmwassersystem umfasst, wobei das Warmwassersystem zumindest einen Wassertank mit einem Heizsystem umfasst, wobei das Heizsystem angepasst ist, das in dem Wassertank aufgenommen Wasser zu erwärmen, und wobei der Container einen zweiten Anschluss, der mit dem Wassertank gekoppelt ist, aufweist zum Anschließen des Containers an das Gebäude, um
- - das Gebäude mit Warmwasser aus dem Wassertank zu versorgen und/oder
- - dem Wassertank Frischwasser zuzuführen.
- - supply the building with hot water from the water tank and/or
- - supply fresh water to the water tank.
Damit kann das Gebäude auch mit thermischer Energie, etwa mit Warmwasser versorgt werden, sodass zusammen mit der elektrischen Energie eine autarke Energieversorgung des Gebäudes möglich ist.This means that the building can also be supplied with thermal energy, such as hot water, so that, together with the electrical energy, the building can be supplied with energy independently.
Vorteilhaft ist es, wenn dem Motor ein Generator zum Erzeugen von elektrischen Strom zugeordnet ist, wobei der Generator von dem Motor angetrieben wird. Mit dem Motor bzw. Generator kann so thermische oder elektrische Energie erzeugt werden, wenn etwa die Photovoltaikanlage nicht genügend elektrische Energie bereitstellt.It is advantageous if the engine is assigned a generator for generating electrical current, with the generator being driven by the engine. The engine or generator can thus be used to generate thermal or electrical energy if, for example, the photovoltaic system does not provide enough electrical energy.
Vorteilhaft ist es, wenn die mobile Energieversorgungseinheit ferner eine im Inneren des Containers angeordnete Steuereinrichtung zum Steuern der Komponenten umfasst, wobei die Komponenten die Photovoltaikanlage, die Speichereinrichtung, das Wasserstoffsystems, den Motors und das Warmwassersystems umfassen.It is advantageous if the mobile energy supply unit also includes a control device arranged inside the container for controlling the components, the components including the photovoltaic system, the storage device, the hydrogen system, the engine and the hot water system.
Sämtliche Komponenten zur autarken Energieversorgung und deren Steuerung sind damit im Container untergebracht.All components for the self-sufficient energy supply and its control are housed in the container.
Die Steuereinrichtung kann angepasst sein die Komponenten derart zu steuern, dass
- - der von dem Photovoltaiksystem erzeugte elektrische Strom dem Heizsystem zugeführt wird, um das Wasser im Wassertank zu erwärmen, und/oder
- - der von dem Photovoltaiksystem erzeugte elektrische Strom zum Speichern in der Speichereinrichtung zugeführt wird, und/oder
- - der von dem Photovoltaiksystem erzeugte elektrische Strom oder der in der Speichereinrichtung gespeicherte elektrische Strom an dem ersten Anschluss zur Verfügung gestellt wird, wobei der in der Speichereinrichtung gespeicherte elektrische Strom an dem ersten Anschluss zur Verfügung gestellt wird, wenn das Photovoltaiksystem nicht ausreichend elektrischen Strom für die an dem an dem ersten Anschluss angeschlossenen Verbraucher liefert, und/oder
- - der von dem Photovoltaiksystem erzeugte überschüssige elektrische Strom der Wasserstofferzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff zugeführt wird, und/oder
- - dem Motor Wasserstoff aus dem Wasserstofftank zugeführt wird und der Motor gestartet wird, um mit dem Generator elektrischen Strom zu erzeugen, der an dem ersten Anschluss zur Verfügung gestellt wird oder in der Speichereinrichtung gespeichert wird oder dem Heizsystem zugeführt wird, und/oder
- - die thermische Energie des Motors über einen Wärmetauscher dem Wassertank zugeführt wird.
- - the electrical current generated by the photovoltaic system is fed to the heating system in order to heat the water in the water tank, and/or
- - the electrical power generated by the photovoltaic system is supplied for storage in the storage device, and/or
- - The electric current generated by the photovoltaic system or the electric current stored in the storage device is made available at the first connection, the electric current stored in the storage device being made available at the first connection if the photovoltaic system does not have sufficient electric current for which delivers to the consumer connected to the first connection, and/or
- - the excess electrical current generated by the photovoltaic system is fed to the hydrogen generation device for generating hydrogen, and/or
- - the engine is supplied with hydrogen from the hydrogen tank and the engine is started in order to generate electricity with the generator, which is made available at the first connection or is stored in the storage device or is supplied to the heating system, and/or
- - the thermal energy of the engine is fed to the water tank via a heat exchanger.
Die Steuereinrichtung ist angepasst die vorstehend genannten Maßnahmen einzeln oder in Kombination miteinander auszuführen.The control device is adapted to carry out the measures mentioned above individually or in combination with one another.
Vorteilhaft ist es, wenn die Photovoltaikmodule der Photovoltaikanlage mittels einer Befestigungseinrichtung an dem Container befestigt sind, wobei die Befestigungseinrichtung Stellmittel aufweist, mit denen die Neigung und/oder Ausrichtung der Photovoltaikmodule einstellbar ist. Die Sonnenenergie kann so optimal ausgenutzt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Photovoltaikmodule zum Zwecke des Transports der Energieversorgungseinheit mittels der Stellmittel im Wesentlich plan an der Oberseite des Containers anliegen.It is advantageous if the photovoltaic modules of the photovoltaic system are fastened to the container by means of a fastening device, the fastening device having adjusting means with which the inclination and/or alignment of the photovoltaic modules can be adjusted. The sun's energy can thus be used optimally. It can be provided that the photovoltaic modules for the purpose of transporting the energy supply ment unit by means of the adjusting means rest essentially flat on the top of the container.
Vorteilhaft ist es, wenn die Wandungen des Containers eine thermische Isolierung aufweisen.It is advantageous if the walls of the container have thermal insulation.
Der Container kann eine Zutrittstür aufweist.The container can have an access door.
Figurenlistecharacter list
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sowie konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen mobilen Energieversorgungseinheit.
-
1 a schematic representation of the mobile power supply unit according to the invention.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Im Wesentlichen umfasst die erfindungsgemäße Energieversorgungseinheit eine Photovoltaikanlage 20, eine mit dem Photovoltaikanlage gekoppelte Speichereinrichtung 22 (Akkumulator) zum Speichern des von dem Photovoltaikanlage bereitgestellten elektrischen Stroms, ein Wasserstoffsystem 40 zum Erzeugen von Wasserstoff und zur Aufbereitung des erzeugten Wasserstoffes für den Motor 50 (Gasmotor), einen Motor, dem der von dem Wasserstoffsystem erzeugte und aufbereitete Wasserstoff zugeführt wird, eine Warmwassersystem 60 (inkl. einem Wassertank 61), mit der Warmwasser für das Gebäude bereitgestellt wird, und eine Steuereinrichtung 70 mit der die Energieversorgungseinheit gesteuert wird. Das Warmwassersystem 60 wird nachfolgend auch Warmwasseraufbereitung genannt.Essentially, the energy supply unit according to the invention comprises a
Diese Komponenten sind erfindungsgemäß alle in einem Container angeordnet, wobei lediglich die Photovoltaikanlage (nachfolgen auch Photovoltaiksystem genannt) an der Oberseite des Containers angeordnet ist. Bei dem Container kann es sich um einen Normcontainer handeln, etwa einen handelsüblichen Schiffscontainer oder andere ISO-Container. Damit kann das Verbringen der Energieversorgungseinheit an einen anderen Ort einfach bewerkstelligt werden, das sämtliche für den Transport von Normcontainern geeignete Transportmittel verwendet werden können.According to the invention, these components are all arranged in a container, with only the photovoltaic system (also called photovoltaic system below) being arranged on the upper side of the container. The container can be a standard container, such as a standard shipping container or other ISO container. This makes it easy to bring the energy supply unit to another location, since all means of transport suitable for transporting standard containers can be used.
Zum Befestigen der Photovoltaikmodule des Photovoltaiksystems auf dem Dach des Container sind in
Der von dem Photovoltaiksystem erzeugte Strom wird in dem Akkumulator gespeichert, von wo aus er dem ersten Anschluss 30.1 zugeführt werden kann. von hier aus kann er dem Hausverteiler zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der von dem Photovoltaiksystem erzeugte Strom auch direkt dem ersten Anschluss 30.1 zugeführt werden, d.h. er wird nicht in dem Akkumulator gespeichert.The electricity generated by the photovoltaic system is stored in the accumulator, from where it can be fed to the first connection 30.1. from here it can be fed to the house distributor. Alternatively or additionally, the electricity generated by the photovoltaic system can also be fed directly to the first connection 30.1, i.e. it is not stored in the accumulator.
Der Akkumulator kann auch elektrischen Strom zum „Betanken“ eines E-Autos zur Verfügung stellen. Hierbei kann der Akkumulator mit einer Ladestation gekoppelt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der von dem Photovoltaiksystem erzeugte Strom auch direkt der Ladestation zugeführt werden, d.h. er wird nicht in dem Akkumulator gespeichert. Entsprechende Einrichtungen hierfür sind ebenfalls in dem Container angeordnet. Ladekabel können an der Ausseiten des Containers angeordnet sein.The accumulator can also provide electricity to "fill up" an e-car. Here, the accumulator can be coupled to a charging station. Alternatively or additionally, the electricity generated by the photovoltaic system can also be fed directly to the charging station, i.e. it is not stored in the accumulator. Appropriate facilities for this are also arranged in the container. Charging cables can be arranged on the outside of the container.
Wird der elektrische Strom des Akkumulators sowohl dem Hausverteiler als auch der Ladestation zugeführt, dann sollte der Akkumulator entsprechend größer dimensioniert werden. Vorteilhaft ist es hierbei wenn der Akkumulator beispielsweise 10 kWh für den Hausverteiler weitere 10 kWh für die Ladestation zur Verfügung stellt. Der Akkumulator kann hierbei modular so aufgebaut sein, dass er n (z.B. vier) Speichermodule mit einer bestimmten Nennkapazität aufweist, wobei jedes Speichermodul austauschbar sein kann. Zudem kann der Akkumulator um weitere Speichermodule erweitert werden, etwa wenn zusätzliche Verbraucher im Haus vorgesehen werden oder mehr als ein E-Auto gleichzeitig geladen werden sollen.If the electrical current of the accumulator is fed both to the house distributor and to the charging station, then the accumulator should be dimensioned accordingly larger. It is advantageous here if the accumulator provides, for example, 10 kWh for the house distributor and a further 10 kWh for the charging station. In this case, the accumulator can be constructed in a modular manner in such a way that it has n (e.g. four) storage modules with a specific nominal capacity, with each storage module being able to be exchanged. In addition, the accumulator can be expanded with additional storage modules, for example if additional consumers are provided in the house or more than one electric car is to be charged at the same time.
Die Steuerung des erfindungsgemäßen Systems ist hierbei so vorgesehen, dass zuerst die Speichermodule für den Hausverteiler vollständig geladen werden, bevor die Speichermodule für das Laden der E-Autos geladen werden. Damit wird der Hausverteiler priorisiert behandelt.The control of the system according to the invention is provided in such a way that first the storage modules for the house distributor are fully charged before the storage modules for charging the electric cars are charged. This means that the house distributor is treated with priority.
Es kann auch ein Akkumulator mit lediglich einem Speichermodul vorgesehen sein. In diesem Fall ist die Steuerung des erfindungsgemäßen Systems so ausgestaltet, dass ein E-Auto nur so lange mit dem Akkumulator geladen werden kann, solange ein bestimmter Ladewert des Akkumulators nicht unterschritten wird. Dadurch wird ebenfalls gewährleistet, dass für den Hausverteiler immer genügend elektrische Energie von dem Akkumulator zur Verfügung gestellt werden kann.An accumulator with only one storage module can also be provided. In this case, the control of the system according to the invention is designed in such a way that an e-car can only be charged with the accumulator as long as a specific charging value of the accumulator is not reached is undercut. This also ensures that sufficient electrical energy can always be made available by the accumulator for the house distributor.
Eine Steuereinheit bzw. Steuereinrichtung 70 kann so ausgelegt sein, dass sie selbständig entscheidet, ob der von dem Photovoltaiksystem bereitgestellte elektrische Strom dem Akkumulator zugeführt und dort gespeichert wird, oder ob der Strom direkt dem Hausverteiler / Ladestation zugeführt wird. Beispielsweise kann diese Steuereinheit 70 so ausgelegt sein, dass sie die elektrischen Verbraucher in dem Gebäude priorisiert behandelt, d.h. beispielsweise bei einem erhöhten Bedarf an elektrischer Energie den von dem Photovoltaiksystem erzeugten Strom nicht in dem Akkumulator speichert, sondern direkt dem Hausverteiler zuführt. Überschüssiger Strom kann hingegen im Akkumulator gespeichert werden.A control unit or
Ferner ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der von dem Photovoltaiksystem erzeugte Strom (oder ein Teil des von dem Photovoltaiksystem erzeugten Stroms) dem Wasserstoffsystem 40 zugeführt wird. Mit dem Wasserstoffsystem wird Wasserstoff erzeugt, beispielsweise mittels Wasserelektrolyse, wofür elektrischer Strom benötigt wird. Der von dem Wasserstoffsystem erzeugte Wasserstoff wird mittels einer Wasserstoffaufbereitung 43 so aufbereitet, dass er im Motor 50 des erfindungsgemäßen Systems als Kraftstoff verwendet werden kann. Beispielsweise kann bei der Wasserstoffaufbereitung dem erzeugten Wasserstoff Sauerstoff zugegeben werden, um ein für den Motor 50, der ein Gasmotor sein kann, optimales und homogenes Kraftstoff-Gemisch zu erhalten. Zusätzlich oder alternativ kann der erzeugte Wasserstoff auch in Wasserstofftanks gelagert bzw. gespeichert werden.Furthermore, it is provided according to the invention that the electricity generated by the photovoltaic system (or part of the electricity generated by the photovoltaic system) is fed to the
Das Wasserstoffsystem kann mit einer Wasserstoffzapfsäule gekoppelt sein, um mit Wasserstoff betriebene Automobile zu betanken.The hydrogen system may be coupled to a hydrogen dispenser to refuel hydrogen-powered automobiles.
Mit dem Motor 50, der mit dem von dem Wasserstoffsystem erzeugten Wasserstoff betrieben wird, wird die Warmwasseraufbereitung für das Gebäude durchgeführt. With the
Beispielsweise kann der Wasserkreislauf des Kühlers des Gasmotors genutzt werden, um über einen Wärmetauscher thermische Energie dem Wasserkreislauf des Gebäudes zuführen. Alternativ oder zusätzlich kann mit einem Generator, der von dem Gasmotors betrieben wird, auch ein Heizstab betrieben werden, mit dem in dem Wassertank 61 befindliches Wasser erwärmt wird. Über einen zweiten Anschluss 30.2 ist der Wassertank 61 mit dem Wasserkreislauf des Gebäudes gekoppelt.For example, the water circuit of the cooler of the gas engine can be used to supply thermal energy to the water circuit of the building via a heat exchanger. Alternatively or additionally, a heating element can also be operated with a generator that is operated by the gas engine, with which the water in the
Zusätzlich oder alternativ kann der Generator des Motors auch mit dem Akkumulator gekoppelt sein, um den Akkumulator aufzuladen, etwa dann, wenn das Photovoltaiksystem aufgrund schlechter Witterungsbedingungen oder nachts keinen elektrischen Strom erzeugt. Der von dem Motor erzeugte elektrische Strom kann auch direkt dem Hausverteiler zugeführt werden.Additionally or alternatively, the generator of the engine can also be coupled to the accumulator in order to charge the accumulator, for example when the photovoltaic system does not generate any electricity due to poor weather conditions or at night. The electric power generated by the engine can also be fed directly to the house distributor.
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Strom des Photovoltaiksystems (oder ein Teil des von dem Photovoltaiksystem erzeugten Stroms) für die Warmwasseraufbereitung verwendet werden kann. Hierzu kann das Photovoltaiksystem direkt mit dem Warmwassersystem gekoppelt sein, beispielsweise mit einem oder mehreren Heizstäben des Wassertanks, zum Aufheizen des sich im Wassertank befindlichen Wassers.In addition, it is provided according to the invention that the electricity from the photovoltaic system (or part of the electricity generated by the photovoltaic system) can be used for hot water treatment. For this purpose, the photovoltaic system can be coupled directly to the hot water system, for example with one or more heating rods of the water tank, for heating the water in the water tank.
Mit den vorstehend genannten Komponenten, die in dem Container untergebracht sind, und dem erfindungsgemäßen Zusammenwirken der einzelnen Komponenten (inklusive der dafür erforderlichen Steuerung) wird eine autarke Versorgung eines Gebäudes mit elektrischer und thermischer Energie ermöglicht, wobei die gesamte Energieversorgungseinheit dennoch mobil ist. Weder für die elektrische noch für die thermische Energie sind Anschlüsse an die öffentliche Versorgungsinfrastruktur notwendig. Diese autarke Versorgung eines Gebäudes mit elektrischer und thermischer Energie wird aufgrund des nachfolgend beschriebenen Ablaufs möglich:
- - Das Photovoltaiksystem erzeugt elektrischen Strom, der im Akkumulator gespeichert wird, oder alternativ dem Hausverteiler zum Verbrauch zugeführt wird.
- - Erzeugt das Photovoltaiksystem überschüssige elektrische Energie, wird diese verwendet, um mit Hilfe des Wasserstoffsystems Wasserstoff zu erzeugen, der in einem Wasserstofftank gespeichert werden kann und bei Bedarf aus dem Wasserstofftank dem Motor als Treibstoff zugeführt werden kann. Darüber hinaus kann der von dem Photovoltaiksystem erzeugte überschüssige Strom für die Warmwasseraufbereitung verwendet werden.
- - The photovoltaic system generates electricity, which is stored in the accumulator or, alternatively, fed to the house distributor for consumption.
- - If the photovoltaic system generates excess electrical energy, this is used to generate hydrogen with the help of the hydrogen system, which can be stored in a hydrogen tank and, if required, can be fed from the hydrogen tank to the engine as fuel. In addition, the excess electricity generated by the photovoltaic system can be used to heat the water.
Wofür der überschüssige Strom des Photovoltaiksystems verwendet wird, wird von der Steuereinrichtung entschieden. Wenn beispielsweise das Wasser in dem Wassertank bereits die Höchsttemperatur erreicht hat, kann die Steuerung veranlassen, dass mit dem überschüssigen Strom Wasserstoff erzeugt wird. Die Steuerung kann hier so eingestellt sein, dass zunächst das Wasser in dem Wassertank auf eine Maximaltemperatur gebracht wird, bevor mit dem überschüssigen Strom des Photovoltaiksystems Wasserstoff erzeugt wird. Ferner kann die Steuerung so eingestellt sein, dass für den Fall, dass das Wasser in dem Tank bereits die Höchsttemperatur erreicht hat und die Wasserstofftanks voll sind, die maximal zulässige Höchsttemperatur des Wassers im Wassertank kurzzeitig erhöht werden kann, um mit dem überschüssigen Strom des Photovoltaiksystems das Wasser noch weiter zu erhitzen. Darüber hinaus kann der überschüssige Strom im Akkumulator gespeichert werden.
- - Liefert das Photovoltaiksystem keinen elektrischen Strom, wird der im Gebäude benötigte Strom vom Akkumulator bereitgestellt. Zusätzlich oder alternativ kann der benötigte Strom auch vom Generator des Motors bereitgestellt werden.
- - Liefert das Photovoltaiksystem keinen elektrischen Strom und unterschreitet die Temperatur des Wassers im Wasserstofftank eine vorbestimmte Minimaltemperatur, veranlasst die Steuereinrichtung das Starten des Motors, mit dessen Hilfe das Wasser in dem Wassertank erwärmt wird (entweder über den Generator, dessen elektrischer Strom zum Erwärmen von Heizstäben verwendet wird, und/oder über ein Wärmetauscher, der die Abwärme des Motors nutzt). Die von einem Generator des Motors bereitgestellte, elektrische Energie kann neben dem Erwärmen des Wassers auch zum Aufladen des Akkumulators verwendet werden.
- - If the photovoltaic system does not supply electricity, the electricity required in the building is provided by the accumulator. Additionally or alternatively, the required power can also be provided by the engine's generator.
- - If the photovoltaic system does not supply electricity and the temperature of the water in the hydrogen tank falls below a predetermined minimum temperature, the control device causes the engine to start, with the help of which the water in the water tank is heated (either via the generator, whose electricity is used to heat heating elements is used and/or via a heat exchanger that uses the waste heat from the engine). The electrical energy provided by an engine generator can be used not only to heat the water but also to charge the accumulator.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass die in dem Akkumulator gespeicherte elektrische Energie zum Aufwärmen des Wassers in dem Wassertank verwendet wird. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn der Motor ausfällt und das Photovoltaiksystem keinen elektrischen Strom liefert und die Minimaltemperatur des Wassers in dem Wassertank unterschritten wird. Die Wahrscheinlichkeit dafür, dass sämtliche Bedingungen eintreten, die ein Erwärmen des Wassers mit dem Akkumulator notwendig machen, ist allerdings äußerst gering, sodass dies lediglich als Notfalllösung angesehen wird.Provision can also be made for the electrical energy stored in the accumulator to be used to heat the water in the water tank. This can be advantageous, for example, when the engine fails and the photovoltaic system does not supply any electricity and the minimum temperature of the water in the water tank is not reached. However, the likelihood of any conditions occurring that require the accumulator to heat the water is extremely low and this is only considered as a last resort.
Die Photovoltaikanlage umfasst im Wesentlichen einen Verbund von Solarmodulen die an der Oberseite des Containers angeordnet sind. Der von der Photovoltaikanlage erzeugte Gleichstrom wird einem Wechselrichter zugeführt, der in an sich bekannter Weise den Gleichstrom in Wechselstrom umrichtet.The photovoltaic system essentially comprises a network of solar modules that are arranged on the top of the container. The direct current generated by the photovoltaic system is fed to an inverter, which converts the direct current into alternating current in a manner known per se.
Dem Wasserstoffsystem wird von der Photovoltaikanlage oder dem Akkumulator die für das Erzeugen von Wasserstoffs notwendige Energie zugeführt. Das Wasserstoffsystem besteht hier im Wesentlichen aus einer Einrichtung 41 zum Erzeugen von Wasserstoff, etwa mittels Wasserelektrolyse, einem Wasserstofftank42, in dem der erzeugte Wasserstoff gespeichert wird, und einer Wasserstoffaufbereitung 43, mit der der in dem Wasserstofftank gespeicherte Wasserstoff für die Verwendung als Kraftstoff in dem Gasmotor 50 aufbereitet wird. In der Regel ist die Steuereinrichtung so eingestellt, dass der von der Photovoltaikanlage erzeugte Strom dann zur Herstellung von Wasserstoff verwendet wird, wenn dieser Strom nicht anderweitig verwendet werden muss.The energy required for generating hydrogen is supplied to the hydrogen system by the photovoltaic system or the accumulator. The hydrogen system here essentially consists of a
Der Wasserstoffaufbereitung ist ein Gasmotor nachgeschaltet, dem der aufbereitete Wasserstoff als Treibstoff zugeführt wird. Der Gasmotor ist in erster Linie dazu vorgesehen, mittels des Generators elektrischen Strom zu erzeugen, mit dem das Wasser in einem Wassertank erwärmt werden kann, beispielsweise über Heizstäbe. Die Steuerung der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinheit kann so ausgelegt sein, dass das Wasser in dem Tank jedenfalls dann mittels des Generators erwärmt wird, wenn der von der Photovoltaikanlage bereitgestellte elektrische Strom für das Erwärmen des Wassers nicht ausreicht, oder die Photovoltaikanlage keinen Strom erzeugt.A gas engine is connected downstream of the hydrogen treatment, to which the treated hydrogen is fed as fuel. The gas engine is primarily intended to generate electricity by means of the generator, with which the water in a water tank can be heated, for example by means of heating rods. The controller of the energy supply unit according to the invention can be designed so that the water in the tank is heated by the generator in any case if the electrical current provided by the photovoltaic system is not sufficient for heating the water, or the photovoltaic system is not generating any electricity.
Um den Wirkungsgrad des Gasmotors zu erhöhen, ist es zudem vorgesehen, den Kühler des Gasmotors über einen Wärmetauscher mit dem Wassertank zu koppeln. Über einen Vorlauf und einen Rücklauf wird die Kühlflüssigkeit des Kühlers dem Wärmetauscher zugeführt, sodass die thermische Energie des Kühlers bzw. der Kühlerflüssigkeit an das Wasser des Wassertanks abgegeben werden kann, wobei auch der Wassertank über einen entsprechenden Vorlauf und einen Rücklauf mit dem Wärmetauscher gekoppelt ist.In order to increase the efficiency of the gas engine, it is also planned to couple the cooler of the gas engine to the water tank via a heat exchanger. The cooling liquid of the cooler is fed to the heat exchanger via a feed and a return, so that the thermal energy of the cooler or the cooling liquid can be transferred to the water in the water tank, with the water tank also being coupled to the heat exchanger via a corresponding feed and a return .
Zudem kann es in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, die Abgase des Gasmotors ebenfalls zum Erwärmen des Wassers in dem Wassertank zu verwenden, wodurch der gesamte Wirkungsgrad des Gasmotors nochmals verbessert wird. Hierzu werden die aus dem Auspuff des Gasmotors austretenden Abgase einem Brennwertgerät zugeführt. Typischerweise liegen die Temperaturen der Abgase bei Erreichen des Brennwertgerätes bei etwa zwischen 230°C und 270°C. Die Abgase werden anschließend einem Filtersystem zugeführt und von dort über ein Abluftrohr aus dem Container herausgeführt.In addition, it can advantageously be provided that the exhaust gases from the gas engine are also used to heat the water in the water tank, as a result of which the overall efficiency of the gas engine is further improved. For this purpose, the exhaust gases emerging from the exhaust of the gas engine are fed to a condensing boiler. Typically, the temperatures of the exhaust gases are between 230°C and 270°C when they reach the condensing boiler. The exhaust gases are then fed to a filter system and from there led out of the container via an exhaust pipe.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Brennwertgerätes weist dieses ein Gehäuse mit einer darin angeordneten Rohrschlange auf. Das Rohr kann in dem Gehäuse spiralförmig verlaufen, sodass eine möglichst große Rohroberfläche in dem Gehäuse des Brennwertgerätes gebildet wird. Dem Rohr werden die Abgase des Gasmotors zugeführt. Die zugeführten Abgase werden im Gehäuse abgekühlt und verlassen das Gehäuse am anderen Ende des Rohres mit einer Temperatur von etwa zwischen 40°C und 70°C.In an advantageous embodiment of the condensing boiler, it has a housing with a pipe coil arranged therein. The tube can run spirally in the housing so that the largest possible tube surface is formed in the housing of the condensing boiler. The exhaust gases of the gas engine are fed into the pipe. The supplied exhaust gases are cooled in the housing and leave the housing at the other end of the tube at a temperature of between 40°C and 70°C.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gasmotors wird also nicht nur über den Generator das Wasser im Wassertank erwärmt, sondern auch mit Hilfe des Kühlers und der Abgase des Gasmotors, sodass eine besonders effiziente Erwärmung des Wassers erreicht wird.The configuration of the gas engine according to the invention not only heats the water in the water tank via the generator, but also with the help of the cooler and the exhaust gases of the gas engine, so that the water is heated particularly efficiently.
Wie vorstehend erläutert, ist der Gasmotor zum Erwärmen des Wassers im Wassertank dann vorgesehen, wenn der von der Photovoltaikanlage bereitgestellte elektrische Strom zum Aufheizen des Wassers nicht ausreicht. Es kann allerdings vorteilhaft sein, wenn das Wasser in dem Wassertank sowohl mit Hilfe des Gasmotors als auch mit Hilfe des Stroms der Photovoltaikanlage erhitzt wird, etwa dann, wenn der Warmwasserverbrauch besonders hoch ist und die Wassertemperatur im Wassertank bereits nahe der minimalen Wassertemperatur ist bzw. die minimale Wassertemperatur zu unterschreiten droht. Wann welches System (Photovoltaikanlage oder Gasmotor oder beide) zum Aufheizen des Wassers in dem Wassertank verwendet wird, wird von Steuereinrichtung entschieden.As explained above, the gas engine is provided to heat the water in the water tank when the electrical current provided by the photovoltaic system is not sufficient to heat the water. However, it can be advantageous if the water in the water tank is heated both with the help of the gas engine and with the help of the electricity from the photovoltaic system, for example when hot water consumption is particularly high and the water temperature in the water tank is already close to the minimum water temperature or threatens to fall below the minimum water temperature. When which system (photovoltaic system or gas engine or both) is used to heat the water in the water tank is decided by the control device.
Der von dem Generator erzeugte, elektrische Strom kann nach einer entsprechenden Gleichrichtung auch dem Akkumulator zugeführt und dort gespeichert werden.After appropriate rectification, the electric current generated by the generator can also be fed to the accumulator and stored there.
Die Steuereinrichtung ist so abgestimmt, dass zu jedem Zeitpunkt ausreichend elektrische Energie für die elektrischen Verbraucher in dem Gebäude und ausreichend Warmwasser (z.B. für Heizungen in dem Gebäude) zur Verfügung steht. The control device is coordinated in such a way that sufficient electrical energy for the electrical consumers in the building and sufficient hot water (e.g. for heating in the building) is available at all times.
Diese beiden Anforderungen werden demnach mit höchster Priorität erfüllt, d.h. beispielsweise, dass Strom der Photovoltaikanlage erst dann etwa zum Herstellen von Wasserstoff verwendet wird, wenn die Versorgung der elektrischen Verbraucher in dem Gebäude ausreichend sichergestellt ist.These two requirements are therefore met with the highest priority, i.e., for example, that electricity from the photovoltaic system is only used to produce hydrogen when the supply of electrical consumers in the building is sufficiently ensured.
Der Akkumulator und der Wasserstofftank können je nach Anforderung entsprechen dimensioniert werden. Versuche haben gezeigt, dass in einem herkömmlichen 20-Fuß Container (zusätzlich zu den anderen Komponenten) Akkumulatoren und ein Wasserstofftank untergebracht werden können, deren Dimensionierung so gewählt werden kann dass ein Gebäude eines 4-Personen Haushalts bis zu 10 Tage mit elektrischer und thermischer Energie versorgt werden, auch wenn keine Sonnenenergie für die Photovoltaikanlage zur Verfügung steht.The accumulator and the hydrogen tank can be dimensioned according to the requirements. Tests have shown that in a conventional 20-foot container (in addition to the other components) accumulators and a hydrogen tank can be accommodated, the dimensions of which can be chosen so that a building of a 4-person household can be supplied with electrical and thermal energy for up to 10 days be supplied, even if no solar energy is available for the photovoltaic system.
Die mobile Ausgestaltung der Energieversorgungseinheit hat zudem den Vorteil, dass sie ohne bauliche Änderungen an dem Gebäude angeschlossen werden. es müssen lediglich Durchbrüche für Strom- und Wasserleitungen vorgesehen werden.The mobile design of the energy supply unit also has the advantage that it can be connected to the building without structural changes. only breakthroughs for power and water lines have to be provided.
BezugszeichenlisteReference List
- GG
- Gebäude, z.B. EinfamilienhausBuilding, e.g. single-family house
- 11
- mobile Energieversorgungseinheitmobile power supply unit
- 1010
- ContainerContainer
- 1111
-
Oberseite des Containers 10Top of
container 10 - 2020
- Photovoltaikanlagephotovoltaic system
- 2121
-
Photovoltaikmodule der Photovoltaikanlage 20Photovoltaic modules of the
photovoltaic system 20 - 2222
- Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer EnergieStorage device for storing electrical energy
- 30.130.1
-
erster Anschluss des Containers 10first connection of the
container 10 - 30.230.2
-
zweiter Anschluss des Containers 10second connection of the
container 10 - 4040
- Wasserstoffsystemhydrogen system
- 4141
- Wasserstofferzeugungseinrichtunghydrogen generating facility
- 4242
- Wasserstofftankhydrogen tank
- 4343
- Wasserstoffaufbereitungseinrichtunghydrogen processing facility
- 5050
- Motorengine
- 5151
- Generatorgenerator
- 6060
- Warmwassersystemhot water system
- 6161
- Wassertankwater tank
- 6262
- Heizsystemheating system
- 7070
- Steuereinrichtungcontrol device
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202022105047.3U DE202022105047U1 (en) | 2022-09-07 | 2022-09-07 | Mobile power supply unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202022105047.3U DE202022105047U1 (en) | 2022-09-07 | 2022-09-07 | Mobile power supply unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202022105047U1 true DE202022105047U1 (en) | 2022-09-14 |
Family
ID=83447389
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202022105047.3U Active DE202022105047U1 (en) | 2022-09-07 | 2022-09-07 | Mobile power supply unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202022105047U1 (en) |
-
2022
- 2022-09-07 DE DE202022105047.3U patent/DE202022105047U1/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |