DE3150758C2 - Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Solarstrahlungsenergie - Google Patents

Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Solarstrahlungsenergie

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DE3150758C2 DE3150758A DE3150758A DE3150758C2 DE 3150758 C2 DE3150758 C2 DE 3150758C2 DE 3150758 A DE3150758 A DE 3150758A DE 3150758 A DE3150758 A DE 3150758A DE 3150758 C2 DE3150758 C2 DE 3150758C2
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Abstract

Um bei einer Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Solarstrahlungsenergie in Form von elektrischer Energie mit einem photovoltaischen Generator und einem elektrochemischen Energiewandler die Anpassung des Generators an den Wandler bei verschiedenen Betriebsbedingungen zu verbessern, wird vorgeschlagen, 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.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Solarstrahlungsenergic mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches I.
Derartige Vorrichtungen werden insbesondere zur Umwandlung von Solarencrgic in elektrische Energie und zur Speicherung derselben verwendet Der photovoltaische Generator zur Umwandlung der Strahlungsenergie in elektrische Energie kann eine üb'ichc Solarzelle sein, als elektrochemischen Energiewandler kann man beispielsweise einen Elektralyseur zur Wasserstoff produktion oder einen Batteriesatz verwendet.
ίο Das Hauptproblem bei der Optimierung einer solchen Anlage besteht in der Anpassung der Stromspannungscharakteristik des elektrochemischen Wandlers an die Slromspannungscharaktcristik maximaler Leistung des pholovoltaisthen Generators, weiche von der Temperatur des photovoliaischen Generators abhängt In der Praxis ist die Temperatur des photovoltaischcn Generators nicht konstant, sie wird vielmehr stark durch die wechselnde Strahlungsbcaufschlagung beeinflußt, beispielsweise durch die im Tagcsverlauf wcchsclnde Sonneneinstrahlung. Typisch ist für einen normalen Sommertag in mittlerer Breite eine Variation zwischen Temperaturen von 18°C und 600C, wobei das Kennlinienfeld maximaler Leistung des photovoliaischen Generators mit wachsender Temperatur in Richlung kleinerer Spannungen verschoben wird. Es wird also die Lccrlaufspannung Vn- kleiner, wodurch eine erhebliche Fchianpassur.^ verursacht werden kann. Ist beispielsweise die Kennlinie eines elektrochemischen Wandlers für niedrige Jahrestemperaturen optimal aus-
w gelegt, so kann in den Sommermonaten in den Zeilen 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
J5 Wandlers andererseits im Spannungs-Stromdiagramm nicht mehr schneiden. Wird hingegen der elektrochemische Wandler für den Sommerbeirieb optimiert, so geht in den Winlcrmonaten ein erheblicher Teil der Leistung des photovoltaischcn Generators verloren, weil sich in diesem Fall das Kennlincnfcld in Richtung größerer Spannung verschiebt
Fus ist möglich, den elektrochemischen Wandler so zu dimensionieren, daß ein Kompromiß dieser beiden Exiremsiluationcn gefunden wird; dabei ergeben sich jc-
Vi doch sowohl in den Sommer- als auch in den Wintcrmonatcn erhebliche Verluste aufgrund der unvermeidlichen Fehlanpassung.
Fs ist bekannt (Bulletin des Schweizerischen Elektrotechnischen Vereins, Heft 13, 5. IuIi 1980. Seiten 665 bis
w b72). zwischen den photovoliaischen Generator einerseits und den elektrochemischen Wandler andererseits einen als sclbstgeführten Glcichslrom-Glcichsiromwandlcr arbeitenden Impedanzwandler zwischcnzuschaltcn (Inverter), welcher für alle Betricbsverhaltnis.se der Einstrahlung und der Temperatur primärscilig maximale F.nergie aufnehmen und diese sckundärseiiig dem elektrochemischen Wandler unter optimalen Bedingungen (beispielsweise unter konstanter Spannung) wieder abgeben kann. Die Zwischenschaltung eines sol-
bo chen Inverters ist jedoch mit zusätzlichen Verlusten behaftet. Der Wirkungsgrad des Inverters ist bei Vollast in typischen Fällen bei kleinen Anlagen weniger als N0% und bei großen Anlagen etwa 90%. Im Teillaslbercich fällt dieser Wirkungsgrad weiterhin stark ab. Die Inve-
M slitionskostcn für diese Art der I.ciMungsuufbereitung sind erheblich, so daß die bei Verwendung eines solchen Inverters erzielten Vorteile gegenüber den Investitionen kostenmäßig keinen Vorteil bringen.
Es ist auch eine Lcislungsanpassung bei einem Windkraftgenerator bekannt (DIl-OS 15 13 098). Bei Windkraflgeneratoren stellt sich das Problem, daß die Drehzahl innerhalb kurzer Zeiträume sehr stark variiert, d. h. die vom Generator erzeugte Spannung ändert sich in kurzen Zeiträumen Ober große Bereiche. Einer Windkraftaniagc fehlen jedoch Einflüsse, wie sie durch die Temperaiuränderung von Solarzellen auftreten. Die Temperatur der Solarzellen ändert sich im Tagesverlauf infolge der unterschiedlichen Sonneneinstrahlung stetig, wobei durch diese Temperaturänderung die Kennlinie der Solarzellen selbst verschoben wird. Bei einer Windkrafianlage dagegen ist die Kennlinie des Generators immer gleich, hier muß mir dafür Sorge getragen werden, daß die Verbraucher an die unterschiedlichen Spannungen angepaßt werden, die der Windkraftgenerator abgibt. Bei diesem bekannten Windkraftgenerator wird die Anzahl der in Reihe geschalteten Elektrolysczellen verändert, und zwar in Abhängigkeit von der jeweiligen WindkrafL Das Problem der sieh ändernden Kennlinie spielt jedoch bei einer solchen Windkraftanlage keine Rolle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art die Anpassung des pholovoltaischen Generators an den elektrochemischen Wandler, die durch die Temperaturabhängigkeit der Gcneratorkennlinic verschlechtert wird, mit einfachen Mitteln zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch das Schaltwerk werden also elektrochemische Zusatzspeicher in Reihe mit dem elektrochemischen Wandler geschaltet, wenn die Ausgangsspannung des photovoltaischcn 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 Schallwerk, so daß dem elektrochemischen Wandler elektrische Energie unter optimalen Bedingungen zugeführt werden kann. Umgekehrt addiert sich die Spannung des Zusatzspeichers zu der Spannung des photovoltaischcn Generators, wcnr; die Spannung des photo-zollaischen Generators ibfalll, so daß auch in dieser Betriebsphase der elektrochemische Wandler unter optimalen Bedingungen betrieben werden kann.
Der zweite Wert der Temperatur des photovoltaischen Generators liegt dabei über dem ersten, und das Schallwerk !rennt den Zusat/.speicher bei einer Temperatur zwischen dem ersten und dem zweiten Wert von der den photovoltaischen Generator mit dem elektrochemischen Energiewandler verbindenden Schaltung. In diesem mittleren Bereich arbeitet also der photovollaischc 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 photovoltaischcn Generators in eine Stellung schallbar ist, in welcher der Zusiitxspcichcr dem elektrochemischen Wandler elektrische Energie zufuhr!.
Der /usatzspcicher kann von einer auflüdbaren, elektrochemischen Batterie ^.«.'bildet sein, besonders vorteilhaft ist auch die Verwendung einer umkehrbaren Elektrolyse-Brennstoffzelle als Zusatzspeicher.
Bei einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel.ist vorgesehen, daß dem Schaltwerk zur Anpassung der Leistungsaufnahme und -abgabe, für den Zusatzspeicher ein Impedanzwandler (Inverter) zugeordnet ist. Dadurch wird erreicht, daß auch dem Zusatzspeicher die elektrische Energie unter optimalen Bedingungen (volle Anpassung) zugeführt wird, wobei bei die er Variante die Verluste des Impedanzwandlers nicht sonderlich ins ίο 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, beispielsweise mit Nachistrom, so daß auch bei niedriger Sonneneinstrahlung eine konstante Energiezufuhr zum elektrochemischen Wandler erreicht werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform iu vorgesehen, daß das Schaltwerk in Abhängigkeit von der Temperatur des photovoltaischen Generators stufenweise mehrerc 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 zeigt
F i g. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Energieumwandlungs- und Speicherungsanlage mit Zusatzspeicher;
F i g. 2 eine erste Ausführungsform eines Zusatzspeicher: mit zugeordnetem Schaltwerk:
Fig.3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Ziisatzspeiehers mit zugeordnetem Schaltwerk;
Fig.4 eine Anlage ähnlich Fig. 1 mit ei;;em dem Schaltwerk vorgeschalteten Inverter zui Impedanzanpassung;
F i g. 5 ein Stromspannungsdiagramm mit den Strom-Spannungscharakteristiken eines photovoltaischen Generators und eines elektrochemischen Energiewandlers; so F i g. 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 dec erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Eine Vorrichtung zur Umwandlung von Strahlungsenergie, insbesondere von Solarenergie, in elektrische Energie und zur anschließenden Speicherung der elektrischen Energie utv.faßt 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 hr> oder durch einen RaiiuricsatK gebildet sein.
In dem Strom-Spannungsdiagramm der F i g. 5 ist die Slromspannungscharaklcristik eines elektrochemischen Wandlers mit dein Bezugs/eichen 3 gekennzeichnet, die
Stromspannungscharakteristik maximaler Leistung des photovoltaischen Generators mit dem Bezugs/eichen 4. Die Stromspannungscharaktcristik maximaler Leistung des photovoltaischen Generators läßt sich aus dessen Kennlinicnfcld 5 für eine bestimmte Temperatur bc· ί rechnen.
Bei der beschriebenen direkten Verschaltung des photovoltaischen Generators mit dem elektrochemischen Wandler läßt sich grundsätzlich eine Anpassung für einen bestimmten Betriebszustand erreichen, bei- in spielsweise durch Variationen der Anzahl der Elcktroly· sezellcn 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 Strom- ι·> spannungscharakteristik-Kennlinien 4 und 3 eine günstige Anpassung gegeben ist. Diese Verhältnisse gelten zunächst jedoch nur für konstante Temperatur des So-
In F i g. 6 ist dargestellt, wie sich Kennlinicnfcld S bei Veränderung der Temperatur des photovoltaischen Generators verschiebt. Das Kennlinicnfcld Su 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 3;; in F i g. 6). so geht in den Wintermonaten ein erheblicher Teil der Leistung des photovoltaischen Generators verloren. Der Leistungsverlust entspricht der Differenz der in F i g. 6 gezeigten Flächen F I und F2, wobei die Fla- ro ehe Fl sich aus dem Produkt der im Sommerbetrieb günstigsten Wertepaare von Spannung V« und Strom lh, die Fläche FT. durch das Produkt der im Winterbetrieb optimalen Wertepaarc der Spannung Vm und des Stromes Im ergeben. Die F i g. 6 zeigt deutlich den großen is 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 36 (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 «5 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 Tdes photovoltaischen Gcnerators entsprechjndes 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. t>o
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 Zusatzspeif her dem elektrochemischen Wandler 2 zugeführt wird, μ
Zwischen den beiden Umschalttcmpcralurcn wird der Zusalzspeicher 7 durch das Spaltwcrk 6 von der Leitung zwischen den Anschlüssen A und B abgetrennt.
so daU der photovoltnischc Generator unmittelbar auf den elektrochemischen Encrgicwandlcr arbeitet.
Durch diese Umschaltung wird bei tiefen Tcmpcraiurcn. bei denen der photovoliaischc Generator eine hohe Spannung abgibt, ein Spannungsabfall an dem in die Vcrbindungslcitung eingeschalteten Zusat/spcichcr bewirkt, so daß dem elektrochemischen Encrgicwundler Energie mit einer Spannung zugeführt wird, die· der Stromspannungscharaktcrislik des elektrochemischen Wandlers weitgehend entspricht. Man erhall also somit eine optimale Anpassung der dem elektrochemischen wandler zugcfUhrten Leistung an dessen Stromspannungscharakteristik: die überschüssige Energie wird dem Speicher zugeführt.
Umgekehrt gibt der photovoltaischc Generator bei hohen Temperaturen eine geringere Spannung ab. die durch entsprechende Einschaltung des Speichers in umgekehrter Polung durch den Speicher erhöht wird, so Haft wiederum dem elektrochemischen Energicwiindler die Energie insgesamt mit einer Spannung zugeführt wird, die dessen Stromspannungscharaktcrislik entspricht. Im Bereich zwischen den Umschalttcmperaturen entsprechen die Stromspannungscharaktcristiken des pholovoltaischcn Generators einerseits und des elektrochemischen Encrgiewandlers andererseits einander so weit, daß eine gute Anpassung gewährleistet ist, ohne dalS der Speicher in die l.eilung eingeschulte) sein muß.
Auf diese Weise erhält man während des gesamten Betriebes eine weitgehend optimale Anpassung /.wischen photovoltaischcm Generator und elektrochemischem Encrgicwandler, wobei zur Realisierung der Anpassung nur konstruktiv sehr wenig aufwendige Elemente benötigt werden, nämlich einfache Schalter und herkömmliche Energiespeicher, beispielsweise Batterien.
In Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel des Schaltwerkes und des Zusatzspeichers dargestellt, das zweistufig ausgebaut ist, das also zwei hintercinandcrgeschaltcte 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 Vcrbindungslcitung 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 Verbindiingslcitung 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 Schaller 11 gekoppelt, daß dieser dann geöffnet ist, wenn die Batterie 9 in die Vcrbindungslcitung eingeschaltet ist, während der Schalter 11 geschlossen ist, wenn die Batterie 9 von der Vcrbindungslcitung abgetrennt ist. wie dies in der rechten Stufe in F i g. 2 dargestellt ist.
Im Betrieb der Vorrichtung werden die Schalter 11, 12 und 13 beider Stufen durch ein der Temperatur des
ου /do
pholovollaischen Generators entsprechendes .Signal gesteuert, und /war in der folgenden Weise:
Niedrige Temperatur
In diesem Falle ist die Atisgang.sspannung des photovoltaischen Generators groß, der Schalter Il isi geöffnet >\*<l die batterie 9 ist so in Reihe geschaltet, daß die Uallcric 9 geladen wird.
Das der Batterie IO zugeordnete Schallwerk weist den gleichen Schaltzustand auf. auch dir ßatleric 10 wird geladen.
Ansteigende Temperatur
Dadurch sinkt die Ausgangsspannung des phoiovoltaischcii Generators ein wenig. Um dies zu kompensieren und weiterhin eine optimale Anpassung der an den '.'hcüiischcn Encrgiovand'1*1' /'-'geführten I -«"!«iiiing /π erreichen, wird die Batterie 10 von der Verbindungsk'itung /Ißabgetrcnnt. gleichzeitig wird der Schalter 11 in dem der Ratteric 10 zugeordneten Schaltwerk geschlossen. Dieser Schaltzustand ist in F i g. 2 dargestellt. Dabei wird nur noch die Batterie 9 aufgeladen, der Spannungsabfall zwischen den Anschlüssen A und /J ist also geringer als in dem oben beschriebenen Fall tiefer Temperaturen.
Mittlere Temperaluren
It diesem Fall werden beide Batterien 9 und 10 von der Vcrbindungslcitung abgetrennt, beide Schalter 11 sind geschlossen. In diesem Falle arbeitet der photovoltaische Generator unmittelbar auf den chemischen Wandler, Ausgangsstronispannungscharaktcrislik des Generators und Eingangsstromspannungscharaktcristik 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 Verbindungslcitung eingeschaltet wird; der der Batterie 9 zugeordnete Schalter 11 ist geöffnet. Bei dieser Schallung liefert die Batterie 9 Energie an den elektrochemischen Wandler, die diesem zusammen mit der Energie von dein photovoltaischen Generator geliefert wird. Insgesamt wird diese Energie mit einer Spannung bereitgestellt, die an die Stromspannungscharakteristik 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 Verbindungslcitung A B eingeschaltet.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß durch die stufenweise Zuschaluing 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 Ziisatzspeichers in zwei Stufen lüLlt sich die Regelung relativ fein handhaben, die Anzahl der Stufen kann selbstverständlich erhöht werden.
·> In dem Alisführungsbeispiel 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 Mit·
to IcIn in die I land gegeben.
Anstelle der Verwendung von wiederaufladbaren elektrochemischen Batterien können auch anderen Speichersystemc verwendet werden, beispielsweise umkehrbare SPE Elcktrolyseure (Solid-polymer-Electroly-
Ii scrs). Solche Elektrolyscurc clcklrolysieren HCI, die dabei entstehenden Produkte H> und Cl? werden gespeichert. Wahrend der Entladung werden dieselben Gase verbraucht, die elektrochemische Zelle funktioniert (binn :iU HrrnrTilnff/HIC-
Eine solche Anordnung ist in F i g. 3 dargestellt, wobei die Schallwerke .S' I und S Il beispielsweise den anhand der F i g. 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 schcmaiisch dargestellt, sie können beispielsweise
in den in den F i g. 2 und 3 erläuterten Aufbau haben.
Zusätzlich /u dem Aufbau der F i g. I bis 3 ist in diesem Falle dem Schaltwerk 6 ein Inverter 16 vorgeschaltet, welcher in die Vcrbindungsleilung zwischen den Anschlüssen A und B eingeschaltet ist. Dieser Inverter 16
J5 ist ein Impedanzwandler, der dafür sorgt, daß die dem Zusalzspcicher über das Schaltwerk zugeführte Leistung diesem in einer Form angeboten wird, die der Siromspannungscharakteristik des Zusatzspeichers entspricht, beispielsweise mit konstanter Spannung. Es kann sich in diesem Falle beispielsweise um einen selbstgeführten Gleiehstrom-Glcichstromwandler handeln, der entsprechend der Temperatur des photovoltaischen Generators gesteuert wird.
Kino solche Schaltung hat zwar den Nachteil, daß ihr Wirkungsgrad nur zwischen 80 und 90% liegt, jedoch muli der Inverter bei dem Ausfiihrungsbeispiel der F i g. 4 lediglich einen relativ geringen Teil der vom photovoltaischcn 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 F i g. 4 beschriebenen Weise auch bei den vorstehend beschriebencn Ausführungsbeispielen Verwendung finden, insbesondere kann bei einem mehrstufigen Aufbau des Zusatzspeichers 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 F i g. 7 verdeutlicht. Die Stromspannungscharakteristik des elektrochemischen Wandlers 2 wird durch die Kennlinie 3 verdeutlicht, die Kennlinie 5;i entspricht einer niedrigen
h5 Temperatur des pholovoliaischen Generators, die Kennlinie 5ceiner hohen Temperatur und die Kennlinie 5b einer mittleren Temperatur. Im Spannungsbereieh a wird der Zusatzspeicher geladen, im Spannungsbereieh
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 (Nachtspeichtfrstrom).
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
10
20
JO
40
f>5

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Solarstrahlungsenergic in Form von elektrischer Energie mi* einemi photovoltaischcn Generator zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie, mit einem elektrochemischen Energiewandler zum Speichern der elektrischen Energie oder zur Wasserstofferzeugung, welcher mit dem photovoltaischen Generator in Verbindung steht, und mit einem Schallwerk zur Leistungsanpassung zwischen dem photovoltaischen Generator und dem elektrochemischen Energiewandler, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltwerk (6) abhängig von der Temperatur des photovoltaischen Generators so steuerbar ist, daß es einen Teil der von dem photovoltaischen Generator (1) erzeugten elektrischen Energie einem elektrochemischen Zasatzspeicher^ zuführt, wenn die Temperatur des photovoitaäseheR Generators (!) ury.er einem ersten Wert liegt, daß es elektrische Energie von dem Zusatzspeicher (7) dem elektrochemischen Eneirgiewandler (2) zuführt, wenn die Temperatur des photovoltaischen Generators (i) über einem zweiten Wert liegt, wobei der zweite Wect Ober dem ersten liegt, und daß es den Zusatzspeicher (7) bei einer Temperatur zwischen dem ersten und dem zweiten Wert von der den photovoltaischen Generator (I) mit dem elektrochemischen Energicwandlcr (2) verbindenden Sch'!lung abtrennt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltwerk (6) unabhängig von der Temperatur des photovoltaisihcn Generators (I) in eine Stellung schaltbar ist, in weicher der Zusatzspeicher (7) dem elektrochemischen Wandler (2) elektrische Energie zuführt.
3. Vorrichtung nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzspeicher (7) von einer aufladbarcn elektrochemischen Batterie (9,10) gebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Zusül/spcichcr von einer umkehrbaren Elektrolyse-Brennstoff/eile gebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schallwerk (6) zur Anpassung der Leistungsaufnahme und -abgabe für den Zusatzspeichcr (7) ein Impedanzwandler (Inverter 16) zugeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der voranslchendcn Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzspeicher (7) mit einer elektrischen Frcmdcnergiequelle (Netz) verbindbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schallwerk (6) in Abhängigkeit von der Temperatur des photovoltaischen Generators (1) stufenweise mehrere Zusatzspeicher (9, 10) einschaltet, die bei tiefer Temperatur des photovoltaischen Generators (I) elektrische Energie speichern und bei höherer Temperatur elektrische Energie an den elektrochemischen Energiewandler (2) abgeben.
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