ES2325848B1 - HYDROGEN AND ELECTRICAL ENERGY PRODUCTION SYSTEM FROM PHOTOVOLTAIC ENERGY. - Google Patents

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Abstract

Sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica.Hydrogen and energy production system Electrical from photovoltaic energy.

Cuenta con al menos un módulo de células fotovoltaicas (1) que alimenta a un electrolizador (3) que genera hidrógeno y que cuenta con medios de almacenamiento del hidrógeno producido; incluyéndose al menos una pila de combustible (2) que permite generar energía eléctrica a partir del hidrógeno almacenado; facilitándose mejoras en rendimiento de producción de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica y su disponibilidad al emplearse el hidrógeno como vector energético de almacenamiento intermedio.It has at least one cell module photovoltaic (1) that feeds an electrolyzer (3) that generates hydrogen and that has hydrogen storage media produced; including at least one fuel cell (2) that allows to generate electricity from hydrogen stored; facilitating improvements in production performance of electrical energy from photovoltaic energy and its availability when hydrogen is used as an energy vector of intermediate storage

Description

Sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica.Hydrogen and energy production system Electrical from photovoltaic energy.

Objeto de la invenciónObject of the invention

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica cuya finalidad consiste en facilitar una fuente energética independiente que pueda utilizarse como medio de abastecimiento en sitios aislados de las redes de distribución de energía eléctrica comerciales, o como medio de apoyo cuando se producen fallos en la red comercial; facilitándose además mediante la invención la mejora en el rendimiento de producción de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica y su disponibilidad, debido al empleo de hidrógeno como vector energético de almacenamiento intermedio.The present invention, as expressed in the statement of this specification refers to a system of hydrogen production and electrical energy from photovoltaic energy whose purpose is to facilitate a independent energy source that can be used as a means of sourcing in isolated sites of the distribution networks of commercial electric power, or as a means of support when produce failures in the commercial network; also being facilitated by the invention the improvement in energy production performance electricity from photovoltaic energy and its availability, due to the use of hydrogen as an energy vector of intermediate storage

El objetivo principal de la invención consiste en facilitar el desarrollo de plantas de generación de energía eléctrica y de producción, almacenamiento y utilización de hidrógeno, haciendo uso de lo que se conoce como ciclo solar del hidrógeno.The main objective of the invention is in facilitating the development of power generation plants Electrical and production, storage and use of hydrogen, making use of what is known as the solar cycle of hydrogen.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

El sistema energético actual está basado en la utilización de hidrocarburos fósiles, lo cual lleva asociada una serie de problemas.The current energy system is based on the use of fossil hydrocarbons, which has an associated series of problems.

En primer lugar se debe mencionar que se trata de una fuente con reservas limitadas, y aunque se especula sobre la duración de dichas reservas, es cierto que no llegarán a abastecer la totalidad del siglo XXI. Por otro lado, la combustión de hidrocarburos fósiles genera gases de efecto invernadero como CO_{2}, junto con otros contaminantes como NOx, SOx que suponen una seria amenaza para la Salud Pública y el Medio ambiente. Durante la cumbre de Kyoto, se adquirió un compromiso mundial para la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, en especial CO_{2}.First of all it should be mentioned that it is from a source with limited reserves, and although there is speculation about the duration of these reservations, it is true that they will not reach supply the entire 21st century. On the other hand, combustion of fossil hydrocarbons generates greenhouse gases such as CO2, together with other pollutants such as NOx, SOx that involve a serious threat to Public Health and the Environment. During the Kyoto summit, a global commitment was made to the reduction of greenhouse gas emissions, in special CO2.

Dicha reducción se puede acometer mediante dos enfoques claramente distintos. Por un lado, desarrollando sistemas de secuestro de CO_{2} asociados a la utilización de hidrocarburos fósiles. Sin embargo, en este enfoque sigue latente el problema ligado a la duración de las reservas de los mismos. O bien, se le puede dar otro enfoque, que es el planteamiento de la utilización de un sistema energético alternativo que no se basa en el ciclo del carbono, de manera que se eliminen las emisiones de contaminantes, y por otro lado, que ese sistema energético sea sostenible y tenga una base renovable. Para conseguir tal fin se puede utilizar el hidrógeno, elemento más abundante en la naturaleza al formar parte del agua. Sin embargo, el hidrógeno es un vector energético y no se encuentra libre en la naturaleza, por lo que necesita de un aporte de energía para su obtención.This reduction can be undertaken by two Clearly different approaches. On the one hand, developing systems of CO2 sequestration associated with the use of fossil hydrocarbons However, in this approach it remains latent the problem linked to the duration of their reservations. OR well, you can give it another approach, which is the approach of the use of an alternative energy system that is not based on the carbon cycle, so that emissions from pollutants, and on the other hand, that this energy system is sustainable and have a renewable base. To achieve this end, you can use hydrogen, the most abundant element in the nature to be part of the water. However, hydrogen is an energy vector and is not free in nature, for what you need from an energy contribution to obtain it.

Por otro lado, en numerosas aplicaciones es necesario disponer de sistemas de generación de energía eléctrica independientes de la red de abastecimiento comercial, como por ejemplo, en sistemas de telecomunicaciones aislados, mantenimiento de redes de ordenadores, cualquier aplicación en la que no haya acceso a la red comercial, o como sistema de apoyo independiente que entre en funcionamiento cuando se produce un fallo en la red de distribución comercial. Convencionalmente estos problemas se solucionan utilizando generadores diesel o de gas natural que en algunos casos se asocian a un conjunto de baterías que permiten el almacenamiento de la energía. Cuando la red comercial falla, se pone en funcionamiento el generador diesel y las baterías se utilizan normalmente para suministrar energía al sistema mientras se detecta el fallo en la red comercial y se pone en funcionamiento el generador. Si se produce un fallo en el generador, las baterías continúan funcionando hasta que se produce su descarga.On the other hand, in numerous applications it is it is necessary to have electrical power generation systems independent of the commercial supply network, as per example, in isolated telecommunications systems, maintenance of computer networks, any application in which there is no access to the commercial network, or as an independent support system that comes into operation when a network failure occurs commercial distribution Conventionally these problems are solve using diesel or natural gas generators that in some cases are associated with a set of batteries that allow energy storage When the commercial network fails, it starts the diesel generator and the batteries are normally used to supply power to the system while the fault is detected in the commercial network and is put into operation the generator If the generator fails, the batteries They continue to run until downloading occurs.

Las expectativas de la economía del hidrógeno se basan en que éste pueda producirse a partir de recursos domésticos, de forma económica y medioambientalmente aceptable. En la medida en que se alcancen estas expectativas, una economía del hidrógeno beneficiará al mundo proporcionando una mayor seguridad energética y una mayor calidad medioambiental. El hidrógeno y la electricidad pueden convertirse en dos portadores de energía complementarios e intercambiables que, en función del tipo de demanda energética y del lugar de suministro final de la energía, pueden ofrecer menores o nulas emisiones de contaminantes (hidrógeno y electricidad renovables).The expectations of the hydrogen economy are based on the fact that it can be produced from domestic resources, economically and environmentally acceptable. Insofar that these expectations are reached, a hydrogen economy will benefit the world by providing greater energy security and higher environmental quality. Hydrogen and electricity they can become two complementary energy carriers and interchangeable which, depending on the type of energy demand and from the place of final energy supply, may offer minors or zero pollutant emissions (hydrogen and electricity renewable).

La complementariedad del hidrógeno y la electricidad se basa en la existencia de los electrolizadores, que consumiendo agua y electricidad producen hidrógeno y oxígeno, y de las pilas de combustible que a partir de hidrógeno y oxígeno del aire producen electricidad.The complementarity of hydrogen and electricity is based on the existence of electrolysers, which consuming water and electricity produce hydrogen and oxygen, and of the fuel cells that from hydrogen and oxygen of the Air produce electricity.

Las propiedades favorables del hidrógeno para ser utilizado como combustible son bien conocidas desde antiguo: reservas prácticamente ilimitadas, facilidad de combustión completa y bajo nivel de contaminantes atmosféricos.The favorable properties of hydrogen for be used as fuel are well known since ancient times: virtually unlimited reserves, complete combustion facility and low level of air pollutants.

Por otra parte, hay aspectos desfavorables que han impedido la difusión del uso del hidrógeno como combustible: no existe libre en la naturaleza, los esquemas tradicionales de obtención arrojan un balance energético negativo a lo largo del ciclo de vida, así como un elevado coste de producción, y presenta una escasa densidad energética por unidad de volumen que dificulta y encarece su manipulación y almacenamiento.On the other hand, there are unfavorable aspects that have prevented the diffusion of the use of hydrogen as fuel: there is no free nature, the traditional schemes of Obtain a negative energy balance throughout the life cycle, as well as a high production cost, and presents a low energy density per unit volume that makes it difficult and makes handling and storage more expensive.

En la actualidad prácticamente el 95% del hidrógeno mundial se produce a partir de combustibles fósiles, principalmente por reformado de gas natural, y se utiliza como un componente que forma parte de multitud de procesos industriales convencionales (amoníaco, refino de petróleo, metanol, etc). Se destina en torno al 4% del hidrógeno producido a otras transformaciones de la industria química y el resto, se utiliza en propulsión de vehículos
espaciales.
Currently, almost 95% of the world's hydrogen is produced from fossil fuels, mainly by natural gas reforming, and is used as a component that is part of many conventional industrial processes (ammonia, oil refining, methanol, etc. ). It is used around 4% of the hydrogen produced to other transformations of the chemical industry and the rest, is used in vehicle propulsion
Space

En este sentido conviene recalcar que el hidrógeno no es un recurso. El hidrógeno no se encuentra libre en la naturaleza, no se puede acceder a él por minería o extracción como en los combustibles fósiles. Por tanto, si queremos obtener hidrógeno, necesariamente habrá que producirlo a partir de unas materias primas (agua, hidrocarburos, biomasa) y en el proceso de transformación de estas materias para producir hidrógeno, habrá que consumir alguna energía primaria (fósil, renovable, nuclear).In this sense, it should be emphasized that the Hydrogen is not a resource. Hydrogen is not free in nature, it cannot be accessed by mining or extraction as in fossil fuels. Therefore, if we want to obtain hydrogen, it will necessarily have to be produced from some raw materials (water, hydrocarbons, biomass) and in the process of transformation of these materials to produce hydrogen, we will have to  consume some primary energy (fossil, renewable, nuclear).

Uno de los métodos más prometedores para producir hidrógeno de una forma limpia desde el punto de vista medioambiental es mediante el ciclo Solar del hidrógeno. En este sentido varios estudios han demostrado que la electrólisis se puede utilizar para obtener hidrógeno a partir del agua utilizando como fuente de energía eléctrica la energía solar. La producción de hidrógeno utilizando energía solar directa se puede conseguir de dos formas: generación de energía eléctrica a partir de la energía térmica del sol y termólisis; y energía eléctrica fotovoltaica y electrólisis. Este segundo método presenta la ventaja de que la energía eléctrica generada se puede aplicar directamente a un electrolizador.One of the most promising methods for produce hydrogen in a clean way from the point of view Environmental is through the Solar hydrogen cycle. In this felt several studies have shown that electrolysis can be use to obtain hydrogen from water using as Electricity source solar energy. The production of hydrogen using direct solar energy can be achieved from Two ways: electric power generation from energy sun thermal and thermolysis; and photovoltaic electrical energy and electrolysis. This second method has the advantage that the generated electrical energy can be applied directly to a electrolyzer

Por tanto combinando la electrólisis del agua con una pila de combustible es posible generar electricidad a partir del agua. En el electrolizador el agua se descompone para obtener hidrógeno, y este hidrógeno se utiliza como combustible en la pila de combustible. Si además, se dispone de una fuente de energía limpia -energía solar- para generar la electricidad necesaria para llevar a cabo la electrólisis del agua, el conjunto de los tres sistemas permitiría una fuente limpia e inagotable de energía.Therefore combining water electrolysis with a fuel cell it is possible to generate electricity at from the water In the electrolyzer the water decomposes to get hydrogen, and this hydrogen is used as fuel in the fuel cell If, in addition, a source of clean energy - solar energy - to generate electricity necessary to carry out the electrolysis of water, the whole of the three systems would allow a clean and inexhaustible source of Energy.

Los principales componentes de un reactor electroquímico para llevar a cabo la electrólisis del agua son los separadores y los electrodos. Los separadores que se pueden utilizar son de tres tipos: diafragmas, membranas poliméricas y membranas cerámicas.The main components of a reactor electrochemical to carry out water electrolysis are the Separators and electrodes. The separators that can be Use are of three types: diaphragms, polymeric membranes and ceramic membranes

La diferencia entre los distintos electrolizadores para llevar a cabo la electrólisis del agua para obtener hidrógeno dependerá de la naturaleza de los electrodos, de la naturaleza del separador y del tipo de electrolito utilizado. Así, estos electrolizadores se pueden dividir en varios tipos en función del tipo de separador utilizado y del mayor o menor grado de desarrollo alcanzado:The difference between the different electrolysers to carry out water electrolysis to getting hydrogen will depend on the nature of the electrodes, of the nature of the separator and the type of electrolyte used. Thus, these electrolysers can be divided into several types in function of the type of separator used and of the greater or lesser degree Development reached:

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Electrolizadores alcalinos.Alkaline Electrolysers

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Electrolizadores tipo PEM.PEM type electrolysers.

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Electrolizadores de óxido sólido.Oxide electrolysers solid.

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Los electrolizadores alcalinos se refieren a los que utilizan hidróxido sódico o potásico como electrolito, ya que estas disoluciones plantean menores problemas de corrosión que las disoluciones ácidas. El electrolito está formado por una disolución de la base a concentraciones próximas al 40%, que presentan la máxima conductividad a la temperatura de trabajo que normalmente es del orden de 80ºC.Alkaline electrolysers refer to that use sodium or potassium hydroxide as an electrolyte, since these solutions pose less corrosion problems than acid solutions. The electrolyte is formed by a solution of the base at concentrations close to 40%, which present the maximum conductivity at the working temperature which is normally of the order of 80ºC.

Las celdas se construyen en acero al carbono, estando refrigeradas por agua que disipa el calor generado. Los electrodos están situados en dos compartimentos separados por un diafragma fabricado en material cerámico. El material del ánodo es níquel, mientras que el cátodo suele ser de acero inoxidable. En las celdas bipolares se conectan dos de ellas en serie a través de un separador de níquel, el cual hace en una celda de ánodo y en la contigua de cátodo, con lo que se consigue una importante reducción en el volumen del aparato. Este proceso se puede llevar a cabo a presión atmosférica o a presión elevada, del orden de 30 bares con el fin de eliminar la etapa de compresión de los gases formados para su almacenamiento.The cells are built in carbon steel, being cooled by water that dissipates the heat generated. The electrodes are located in two compartments separated by a diaphragm made of ceramic material. The anode material is nickel, while the cathode is usually made of stainless steel. In bipolar cells connect two of them in series through a nickel separator, which makes in an anode cell and in the contiguous cathode, which achieves a significant reduction  in the volume of the device. This process can be carried out at atmospheric pressure or high pressure, of the order of 30 bar with in order to eliminate the compression stage of the gases formed for storage

Los electrolizadores tipo PEM pueden operar a temperaturas y presiones bajas. El funcionamiento de este tipo de electrolizadores es inverso al de las pilas de combustible tipo PEM. Las ventajas de los electrolizadores tipo PEM sobre los alcalinos se centran fundamentalmente en utilizar mayores densidades de corriente (referida a la superficie de los electrodos) que, junto al reducido espesor de la membrana (0,25 mm) permite una sustancial disminución en el volumen del equipo.PEM type electrolysers can operate at low temperatures and pressures. The operation of this type of Electrolysers is inverse to the fuel cell type PEM The advantages of PEM type electrolysers over alkalis focus primarily on using older current densities (referred to the surface of the electrodes) which, together with the reduced membrane thickness (0.25 mm) allows a substantial decrease in the volume of the equipment.

Con respecto a los electrolizadores de óxido sólido, operan a temperaturas muy elevadas, del orden de 1000ºC, por lo que la electrólisis se lleva a cabo sobre vapor de agua.With respect to oxide electrolysers solid, they operate at very high temperatures, of the order of 1000ºC, So electrolysis is carried out on water vapor.

Los electrolizadores de baja temperatura, los alcalinos y los tipo PEM son los más adecuados para la presente invención, utilizándose en un diseño preferente los electrolizadores alcalinos.Low temperature electrolysers, alkaline and PEM type are the most suitable for the present invention, using in a preferred design the alkaline electrolysers

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Respecto a las pilas de combustible (fuel cells, FC) son dispositivos electro-químicos que permiten transformar la energía química contenida en los reactivos en energía eléctrica, agua y cierta cantidad de calor. Estos generadores eléctricos presentan las siguientes ventajas:Regarding fuel cells (fuel cells, FC) are electrochemical devices that allow transform the chemical energy contained in the reagents into electrical energy, water and a certain amount of heat. These Electric generators have the following advantages:

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Constituyen fuentes de energía seguras y carentes de ruidos. Las FC carecen de partes móviles y por tanto su funcionamiento es silencioso. Estos sistemas no utilizan sustancias corrosivas como las baterías de plomo ácido lo que disminuye los riesgos de manipulación.They constitute safe sources of energy and devoid of noise FCs lack moving parts and therefore their Operation is silent. These systems do not use substances corrosive like lead acid batteries which decreases handling risks

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No contaminan el medio ambiente. El producto de la reacción de las FC que utilizan hidrógeno como combustible es el agua, por lo que éstas constituyen sistemas con cero emisiones de contaminantes.Do not They pollute the environment. The product of the FC reaction that use hydrogen as fuel is water, so these constitute systems with zero emissions of pollutants

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Elevada eficiencia (\geq 50%). La eficiencia de las FC en la producción de energía eléctrica es superior a la de los motores de combustión interna de gasolina y diesel. En las pilas que funcionan a temperaturas altas (> 600ºC) la eficiencia total, generación de energía eléctrica más calor supera el 70%.High efficiency (≥ 50%). The efficiency of the FC in the production of electrical energy is higher than that of petrol internal combustion engines and diesel. In batteries that operate at high temperatures (> 600ºC) total efficiency, more electric power generation Heat exceeds 70%.

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Modularidad. En dependencia de la aplicación pueden ser diseñados dispositivos de diferentes tamaños.Modularity. Depending on the application different devices can be designed sizes.

Son conocidos distintos tipos de pilas de combustible, tales como las pilas de combustible de membrana polimérica de intercambio protónico (PEMFC), pilas de combustible alcalinas (AFC), pilas de combustible de ácido fosfórico (PAFC), pilas de combustible de carbonatos fundidos (MCFC), pilas de combustible poliméricas de metanol directo (DMFC) y pilas de combustible de óxidos sólidos (SOFC). Entre estos tipos de pilas de combustible, y según un estudio de sus características, las pilas de combustible de baja temperatura (PEMFC, AFC, PAFC) son las más indicadas para la presente invención, utilizándose en un diseño preferente las de tipo PEMFC.Different types of batteries are known fuel, such as membrane fuel cells polymeric proton exchange (PEMFC), fuel cells alkaline (AFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), molten carbonate fuel cells (MCFC), batteries Polymeric direct methanol fuel (DMFC) and batteries solid oxides fuel (SOFC). Among these types of batteries fuel, and according to a study of its characteristics, batteries Low temperature fuel (PEMFC, AFC, PAFC) are the most indicated for the present invention, being used in a design preferably those of the PEMFC type.

Los dispositivos de pila de combustible precisan de una fuente de hidrógeno. El espectacular auge en eficiencia experimentado por las pilas de combustible en la última década ha impulsado de forma notable la investigación en acumulación de H_{2}. Este es un problema que lejos de ser trivial ha sido calificado por parte del Grupo de Alto Nivel para el Hidrógeno y las Pilas de Combustible de la Unión Europea como el actual cuello de botella hacia una economía basada en el hidrógeno. La solución del problema de cómo acumular H_{2} de forma eficiente es, por tanto, de gran importancia.Fuel cell devices require from a source of hydrogen. The spectacular efficiency boom experienced by fuel cells in the last decade has remarkably driven the accumulation research of H2. This is a problem that far from being trivial has been qualified by the High Level Group for Hydrogen and the Fuel Cells of the European Union as the current neck from bottle to a hydrogen based economy. The solution of the problem of how to accumulate H_ {2} efficiently is, by Therefore, of great importance.

Seis métodos distintos de acumulación de H_{2} se investigan en la actualidad:Six different methods of accumulation of H2 are currently investigated:

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Gas comprimido.Gas compressed.

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H_{2} líquido.H2 liquid.

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Adsorción en compuestos de alta superficie efectiva (carbón activado, zeolitas, etc).Adsorption in high compounds effective surface (activated carbon, zeolites, etc).

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Hidruros metálicos convencionales (LaNi_{5}, Mg)Conventional metal hydrides (LaNi5, Mg)

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Hidruros complejos (AlNaH_{4}, NaBH_{4}, etc)Complex hydrides (AlNaH4, NaBH_ {4}, etc)

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Reacciones químicas de hidrólisis (por ejemplo, MgH_{2} + 2H_{2}O => Mg (OH)_{2} + 2H_{2}).Chemical hydrolysis reactions (for example, MgH 2 + 2H 2 O => Mg (OH) 2 + 2H2).

Por otra parte, los sistemas de energía solar fotovoltaica convierten la energía que procede del sol directamente en energía eléctrica. El modo más simple y extendido de aprovechamiento de la energía radiante del sol para generar electricidad se basa en el efecto fotovoltaico que tiene lugar cuando la luz incide sobre un dispositivo diseñado especialmente para favorecer dicha conversión y denominado célula solar. Así, una célula solar es el elemento que convierte los fotones que proceden del sol en una corriente eléctrica que circula por otro elemento que se denomina carga; siendo las células solares más eficientes en la actualidad los dispositivos de estado sólido fabricados con materiales semiconductores.Moreover, solar energy systems photovoltaic convert the energy that comes from the sun directly in electrical energy The simplest and most extended way of harnessing the sun's radiant energy to generate electricity is based on the photovoltaic effect that takes place when the light hits a specially designed device to favor said conversion and called solar cell. So, one solar cell is the element that converts the photons that come of the sun in an electric current that circulates through another element which is called load; being the most efficient solar cells currently solid state devices manufactured with semiconductor materials.

Además, se conocen diversos tipos de seguidores solares que mejoran el rendimiento de las células solares, que pueden aplicarse a la presente invención, aunque en la actualidad la gran mayoría de instalaciones fotovoltaicas tienen una orientación fija a lo largo de todo el año debido principalmente a que la ganancia energética que supondría el uso de sistemas automáticos de seguimiento solar (máxime en latitudes y condiciones solares óptimas - como podría ser gran parte del territorio de España -), no compensa el coste y complejidad que se da en los sistemas actuales de seguimiento.In addition, various types of followers are known solar that improve the performance of solar cells, which they can be applied to the present invention, although at present the vast majority of photovoltaic installations have a fixed orientation throughout the year mainly due to that the energy gain that would involve the use of systems Automatic solar tracking (maximum latitudes and conditions Optimal plots - how much of the territory of Spain -), does not compensate for the cost and complexity that occurs in the Current tracking systems.

Son conocidas invenciones relacionadas con la producción de hidrógeno a partir de energías renovables, tal como la energía fotovoltaica; pero la mayoría de dichas invenciones difieren de la presente invención en que se centran en lograr un aumento en el rendimiento de la energía generada en las placas solares para optimizar la producción de hidrógeno del electrolizador (véanse las Patentes US 20030006136 y ES 2137349). También conocemos invenciones relacionadas con sistemas portátiles fotovoltaicos (ES 1027970) así como sistemas integrados portátiles generadores de hidrógeno a partir de energía solar o a través de una turbina (US 20060066105).Inventions related to the hydrogen production from renewable energies, such as photovoltaic energy; but most of those inventions differ from the present invention in that they focus on achieving a increase in the yield of the energy generated in the plates solar to optimize the hydrogen production of the electrolyzer (see US Patents 20030006136 and ES 2137349). Too we know inventions related to portable systems photovoltaic (ES 1027970) as well as portable integrated systems hydrogen generators from solar energy or through a turbine (US 20060066105).

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No conocemos en el estado actual de la técnica ningún sistema de producción de energía basado en un módulo de células fotovoltaicas que alimente a un electrolizador para producir hidrógeno y almacenarlo con un stack de pilas de combustible para generación de energía a partir del hidrógeno almacenado, y enfocado a la mejora en el rendimiento energético de la correspondiente instalación, según lo hace el sistema de la presente invención.We do not know in the current state of the art no energy production system based on a module photovoltaic cells that feed an electrolyzer to produce hydrogen and store it with a stack of batteries fuel for power generation from hydrogen stored, and focused on improving the energy efficiency of the corresponding installation, as the system of the present invention

Descripción la invenciónDescription of the invention

Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en un sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica, donde la energía fotovoltaica se obtiene con al menos un módulo de células fotovoltaicas a partir de la radiación solar.To achieve the objectives and avoid drawbacks indicated in previous sections, the invention It consists of a hydrogen and energy production system electrical from photovoltaic energy where energy photovoltaic is obtained with at least one cell module Photovoltaic from solar radiation.

Novedosamente, según la invención, el referido módulo alimenta a un electrolizador que genera hidrógeno a partir de electrólisis de agua y que cuenta con medios de almacenamiento de hidrógeno producido; incluyéndose al menos una pila de combustible que permite la generación de energía eléctrica a partir del hidrógeno almacenado; de manera que se facilita la mejora en el rendimiento de producción de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica y su disponibilidad, al emplearse el hidrógeno como vector energético de almacenamiento intermedio.Novelly, according to the invention, said module feeds an electrolyzer that generates hydrogen from of water electrolysis and that has storage facilities of hydrogen produced; including at least one stack of fuel that allows the generation of electrical energy from of stored hydrogen; so that the improvement in the electric energy production performance from energy photovoltaic and its availability, when hydrogen is used as intermediate storage energy vector.

Según una realización preferente de la invención, el referido módulo de células fotovoltaicas cuenta con un dispositivo de seguimiento solar.According to a preferred embodiment of the invention, said photovoltaic cell module has A solar tracking device.

Según una realización preferente de la invención, el electrolizador es preferentemente de baja temperatura (alcalino o PEM).According to a preferred embodiment of the invention, the electrolyzer is preferably low temperature (alkaline or PEM).

Las referidas pilas de combustible son preferentemente de baja temperatura (PEMFC, AFC, PAFC).The referred fuel cells are preferably low temperature (PEMFC, AFC, PAFC).

Por otra parte, en la realización preferente de la invención, el sistema de almacenamiento de H_{2} se dimensiona para una autonomía de tres días como mínimo.On the other hand, in the preferred embodiment of the invention, the H 2 storage system is sized  for an autonomy of at least three days.

Según la realización preferente de la invención, el sistema cuenta con una reserva adicional de hidrógeno almacenado en forma de gas a presión.According to the preferred embodiment of the invention, the system has an additional reserve of hydrogen stored in the form of gas under pressure.

El sistema de la invención puede realizarse con componentes de fácil portabilidad, así como disponer de un subsistema de control para monitorización y control remoto mediante una conexión a Internet o mediante una red local; pudiendo incluirse envío de alarmas sobre el estado del sistema y/o fallos en el mismo a través de mensajes de texto GSM o similares.The system of the invention can be realized with Easy portability components, as well as having a control subsystem for monitoring and remote control by an Internet connection or through a local network; being able including sending alarms about system status and / or faults in it through GSM or similar text messages.

Según una realización preferente de la invención, el sistema de la misma puede estructurarse en una planta de producción de energía cuyos bloques funcionales consistan en que el módulo de células fotovoltaicas conecte con un inversor DC/AC para producción de energía eléctrica de manera convencional o con el electrolizador, generando hidrógeno que se almacenará y consumirá en la pila de combustible, generando energía eléctrica; alimentando ese inversor a bombas de agua y compresores de aire de la planta, en tanto que electroválvulas y caudalímetros de la misma son alimentados por el propio módulo fotovoltaico a través de convertidores DC/DC. El electrolizador se alimenta mediante el módulo fotovoltaico directamente o mediante convertidores DC/DC o mediante un rectificador que conecta con la red eléctrica convencional o con el módulo fotovoltaico a través de un inversor DC/AC. La conexión con los módulos fotovoltaicos o con la red comercial se realiza a través de un interruptor fotoeléctrico.According to a preferred embodiment of the invention, the system thereof can be structured in a plant of energy production whose functional blocks consist of that the photovoltaic cell module connect to an inverter DC / AC for conventional energy production or with the electrolyser, generating hydrogen that will be stored and will consume in the fuel cell, generating electricity; feeding that inverter to water pumps and air compressors of the plant, as solenoid valves and flow meters of the they are powered by the photovoltaic module itself through DC / DC converters. The electrolyser is fed by the PV module directly or through DC / DC converters or through a rectifier that connects to the mains conventional or with the photovoltaic module through an inverter DC / AC The connection with the photovoltaic modules or with the network Commercial is done through a photoelectric switch.

Con la estructura que se ha descrito, el sistema de la invención presenta la principal ventaja de que permite obtener una mejora en el rendimiento energético de la correspondiente instalación fotovoltaica garantizando la disponibilidad continua de energía.With the structure described, the system of the invention has the main advantage that it allows obtain an improvement in the energy efficiency of the corresponding photovoltaic installation guaranteeing the continuous availability of energy.

La invención facilita la integración y optimización de un sistema autónomo-portátil de generación de hidrógeno y electricidad a partir de una energía renovable como la solar fotovoltaica, optimizando la producción de hidrógeno por electrólisis, e integrando este sistema con una pila de combustible que permite la generación estacionaria de electricidad, controlando y optimizando el consumo. La invención proporciona un sistema novedoso que permite solucionar la actual problemática que posee la energía fotovoltaica en su vertido a la red eléctrica, la cual se desestabiliza considerablemente, solucionando además problemas de adecuación entre las horas de máxima producción y las horas de consumo, ya que generalmente esas horas de máxima producción coinciden con las horas de consumo valle.The invention facilitates integration and optimization of an autonomous-portable system of generation of hydrogen and electricity from an energy renewable as the photovoltaic solar, optimizing the production of hydrogen by electrolysis, and integrating this system with a battery of fuel that allows the stationary generation of electricity, controlling and optimizing consumption. The invention provides a new system that allows solving the current problematic that photovoltaic energy possesses in its discharge to the electricity network, which is considerably destabilized, solving problems of adaptation between the hours of maximum production and hours of consumption, since generally those hours of maximum production coincide with the hours of consumption Valley.

A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.Then, to facilitate a better understanding of this descriptive report and being an integral part of the same, some figures are accompanied in which with character illustrative and not limiting the object of the invention.

Breve descripción de las figurasBrief description of the figures

Figura 1.- Representa un diagrama de bloques funcionales de un sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica realizado según la presente invención.Figure 1.- Represents a block diagram functionalities of a hydrogen and energy production system electrical from photovoltaic energy made according to the present invention

Figura 2.- Representa un esquema de componentes que se emplean en el sistema de la anterior figura 1.Figure 2.- Represents a component scheme which are used in the system of the previous figure 1.

Figura 3.- Representa un diagrama de flujo del sistema de las anteriores figuras en lo que se refiere a la generación del hidrógeno.Figure 3.- Represents a flow chart of the system of the previous figures in regard to the hydrogen generation

Figura 4.- Representa un diagrama de flujo del sistema de las figuras 1 y 2 en lo que se refiere a la generación de electricidad.Figure 4.- Represents a flow chart of the system of figures 1 and 2 as regards the generation Of electricity.

Descripción de un ejemplo de realización de la invenciónDescription of an embodiment of the invention

Seguidamente se realiza una descripción de un ejemplo de la invención haciendo referencia a las anteriores figuras.Following is a description of a example of the invention referring to the above figures.

Así, el sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica del presente ejemplo cuenta con un módulo de células fotovoltaicas 1 que alimenta un electrolizador 3 capaz de generar hidrógeno a partir de electrólisis de agua y que cuenta con medios de almacenamiento del hidrógeno producido, por ejemplo en forma de hidruros metálicos, incluyéndose además una pila de combustible 2 que permite generar energía eléctrica a partir del hidrógeno almacenado.Thus, the hydrogen production system and of electrical energy from photovoltaic energy of the present example has a module of photovoltaic cells 1 that feeds an electrolyzer 3 capable of generating hydrogen from water electrolysis and it has storage media hydrogen produced, for example in the form of metal hydrides, also including a fuel cell 2 that allows generating Electric power from stored hydrogen.

El sistema del presente ejemplo se estructura en una planta de producción de energía cuyos bloques funcionales pueden apreciarse en la figura 1 y que se interconectan según se ve en dicha figura y según se describe a continuación. Así, el módulo de células fotovoltaicas 1 conecta con un inversor DC/AC 4 para producción de energía eléctrica de manera convencional y también para alimentar el electrolizador para la producción de H_{2} que será empleado por la pila de combustible para generar electricidad.The system of the present example is structured in an energy production plant whose functional blocks can be seen in figure 1 and that interconnect as seen in said figure and as described below. So, the module of photovoltaic cells 1 connects to a DC / AC inverter 4 to conventional energy production and also to feed the electrolyser for the production of H2 that will be used by the fuel cell to generate electricity.

El referido inversor 4 alimenta a bombas de agua 6 y compresores de aire 7 de la planta, en tanto que electroválvulas 8 y caudalímetros 9 de la misma son alimentados por el propio módulo fotovoltaico 1 a través de convertidores DC/DC 5.The referred inverter 4 feeds water pumps 6 and air compressors 7 of the plant, while solenoid valves 8 and flow meters 9 thereof are powered by the photovoltaic module 1 itself through DC / DC converters 5.

Por otra parte, el electrolizador 3 se alimenta a través de otros convertidores DC/DC 5, mediante el módulo fotovoltaico 1 y mediante un rectificador 11 que conecta con la red eléctrica convencional 12 y con el referido módulo 1 a través de un interruptor fotoeléctrico 10.On the other hand, the electrolyzer 3 is fed through other DC / DC 5 converters, through the module photovoltaic 1 and through a rectifier 11 that connects to the network conventional electric 12 and with the aforementioned module 1 through a photoelectric switch 10.

En la figura 2 se muestran todos los componentes de la planta de producción de energía de este ejemplo, haciéndose referencia a ellos en una descripción más detallada que se expone a continuación.Figure 2 shows all the components of the energy production plant of this example, becoming reference to them in a more detailed description that is exposed to continuation.

La planta es autónoma desde el punto de vista de su funcionamiento, ya que durante el día los paneles solares proporcionan la energía suficiente para el abastecimiento de las necesidades para las que se haya diseñado la planta, para la obtención de hidrógeno mediante un electrolizador y para el funcionamiento de todos los componentes de la planta. En los momentos en los que no hay radiación solar, la energía es suministrada por la pila de combustible que funciona con el hidrógeno generado a partir de la electrólisis del agua y que es almacenado, por ejemplo, en forma de hidruros metálicos, teniendo el sistema (pila de combustible-hidruros metálicos) una autonomía de tres días. Para garantizar el abastecimiento de energía en épocas de ausencia de radiación solar o cuando se produzca algún fallo en el sistema de paneles solares fotovoltaicos, se dispone de una reserva de hidrógeno almacenado en forma de gas a presión, cuya autonomía puede ser variable y dependerá de las características concretas del lugar en el que se va a implementar la planta.The plant is autonomous from the point of view of its operation, since during the day the solar panels they provide enough energy to supply the needs for which the plant has been designed, for the obtaining hydrogen through an electrolyzer and for operation of all plant components. In the moments when there is no solar radiation, energy is supplied by the fuel cell that runs on the hydrogen generated from water electrolysis and that is stored, for example, in the form of metal hydrides, having the system (fuel cell-metal hydrides) an autonomy of three days. To guarantee the supply of energy in times of absence of solar radiation or when produce some failure in the solar panel system photovoltaic, there is a reserve of hydrogen stored in form of gas under pressure, whose autonomy can be variable and it will depend on the specific characteristics of the place where it It will implement the plant.

La planta objeto de la patente es completamente portable, lo que hace que sea especialmente aplicable para suministrar energía eléctrica en lugares remotos y sin acceso a las redes de distribución comercial, aunque puede utilizarse en combinación con ellas.The plant object of the patent is completely portable, which makes it especially applicable for supply electrical power in remote places without access to commercial distribution networks, although it can be used in combination with them.

La planta dispone de un sistema de control que permite su monitorización y control remoto mediante una conexión a Internet o una red local basada en tecnología wimax o similar, dependiendo de la disponibilidad o no, de conexión a Internet. El envío de alarmas sobre el estado de la planta o fallos en la misma, se haría mediante el uso de mensajes de texto vía GSM o similares.The plant has a control system that allows its monitoring and remote control through a connection to Internet or a local network based on wimax or similar technology, Depending on availability or not, Internet connection. He sending alarms about the state of the plant or faults in it, it would be done by using text messages via GSM or Similar.

La fuente de energía principal es la energía solar fotovoltaica que se utiliza durante el día para generar la electricidad necesaria para la aplicación de que se trata y para alimentar un electrolizador que se utiliza para producir hidrógeno a partir de la electrólisis del agua. El hidrógeno producido durante el día se almacena y se consume en una pila de combustible en los momentos en los que no hay luz solar, o se producen picos excesivos, en la demanda de energía.The main source of energy is energy photovoltaic solar that is used during the day to generate the electricity required for the application in question and for feed an electrolyzer that is used to produce hydrogen from the electrolysis of water. Hydrogen produced during the day it is stored and consumed in a fuel cell at times when there is no sunlight, or peaks occur excessive, in energy demand.

El sistema incluye los siguientes componentes:The system includes the following components:

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Un conjunto de paneles solares fotovoltaicos (MF) que transforman la energía solar en energía eléctrica en forma de corriente continua (DC). Los paneles solares se pueden dimensionar para operar de dos formas. Una posibilidad es utilizar una parte del conjunto de paneles fotovoltaicos para generar la energía eléctrica necesaria para el consumo de la aplicación mediante la conversión de AC utilizando un inversor, y otra parte del conjunto se utilizaría para alimentar directamente el electrolizador, en corriente continua (DC) sin pasar por el inversor. Otra posibilidad, sino existe demanda de energía, es utilizar todo el conjunto de paneles fotovoltaicos para generar energía eléctrica que alimente al electrolizador para la producción de hidrógeno que se almacena y posteriormente se consume en una pila de combustible, generando energía eléctrica en forma de corriente continua (DC) que pase a través de un inversor para convertirse en corriente alterna (AC) que suministra la energía demandada por la aplicación particular.A set of photovoltaic solar panels (MF) that transform the solar energy in electrical energy in the form of direct current (DC) Solar panels can be sized to operate in two shapes. One possibility is to use a part of the set of photovoltaic panels to generate the necessary electrical energy for application consumption through AC conversion using an inverter, and another part of the set would be used to directly feed the electrolyzer, in current Continuous (DC) without going through the inverter. Another possibility, but there is a demand for energy, it is to use the whole set of panels photovoltaic to generate electrical energy that feeds the electrolyzer for the production of hydrogen that is stored and subsequently consumed in a fuel cell, generating electrical energy in the form of direct current (DC) that passes to through an inverter to become alternating current (AC) which supplies the energy demanded by the application particular.

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El campo fotovoltaico (MF) está formado por un conjunto de paneles fotovoltaicos conectados en combinaciones serie/paralelo. El campo fotovoltaico produce energía eléctrica en forma de corriente continua, a partir de la radiación solar que incide sobre el mismo.He photovoltaic field (MF) is formed by a set of panels Photovoltaic connected in series / parallel combinations. Field photovoltaic produces electrical energy in the form of current continuous, from the solar radiation that affects the same.

Cada panel fotovoltaico genera una tensión y corriente, en el punto de máxima potencia que depende del modelo de panel utilizado. Esta invención admite el uso de cualquier tipo de panel fotovoltaico de Silicio cristalino, Silicio amorfo, orgánico u otro, siempre que permita su interconexión con otros en serie o en paralelo, de modo que se puedan ajustar la tensión y corriente finales.Each photovoltaic panel generates a voltage and current, at the point of maximum power that depends on the model of panel used. This invention supports the use of any type of crystalline silicon photovoltaic panel, amorphous silicon, organic or other, as long as it allows its interconnection with others in series or in parallel, so that the voltage and current can be adjusted late.

La conexión de paneles fotovoltaicos en serie o en paralelo permite incrementar la tensión o la corriente total del campo fotovoltaico. De este modo, al conectar distintos paneles fotovoltaicos en serie se genera un voltaje que es la suma de los voltajes individuales de cada panel, mientras que la corriente resultante corresponde a la de un solo panel del campo fotovoltaico. Cuando se conectan paneles fotovoltaicos en paralelo la corriente resultante del campo, es la suma de las corrientes individuales producidas por cada panel, mientras que la tensión final es la correspondiente a un único panel. Mediante la combinación de conexiones serie/paralelo, se puede conseguir el voltaje o la corriente que precise la aplicación concreta.The connection of photovoltaic panels in series or in parallel it allows to increase the voltage or the total current of the photovoltaic field. Thus, when connecting different panels Photovoltaic series generates a voltage that is the sum of the individual voltages of each panel while the current resulting corresponds to that of a single panel of the field photovoltaic When photovoltaic panels are connected in parallel the current resulting from the field, is the sum of the currents individual produced by each panel while the tension Final is the one corresponding to a single panel. By means of the combination of serial / parallel connections, you can get the voltage or current required by the specific application.

El campo fotovoltaico de la planta objeto de la presente invención, se dimensiona y calcula en función del modo de operar, de las necesidades energéticas de la aplicación, y de las especificaciones que impone el electrolizador generador de hidrógeno en cuanto a tensión y corriente de trabajo.The photovoltaic field of the plant object of the This invention is sized and calculated according to the mode of operate, of the energy needs of the application, and of the specifications imposed by the generator electrolyzer hydrogen in terms of voltage and working current.

Para satisfacer las necesidades del electrolizador, se optimiza la conexión serie/paralelo del campo fotovoltaico aunque en caso de ser necesario, se puede utilizar un convertidor DC/DC también entre el campo fotovoltaico y el electrolizador.To meet the needs of the electrolyzer, the serial / parallel field connection is optimized photovoltaic although if necessary, you can use a DC / DC converter also between the photovoltaic field and the electrolyzer

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Un inversor que permite la transformación de la energía producida por el campo fotovoltaico o por la pila de combustible, en ambos casos en forma de corriente continua (DC) en corriente alterna (AC) para alimentar las necesidades de la aplicación concreta, así como los motores de los compresores, bombas y el sistema informático de monitorización y control. La potencia del inversor se dimensiona en función de las demandas energéticas de la aplicación concreta. Al inversor se le incorporará un PFC (Corrector del Factor de Potencia) para poder disminuir el consumo de potencia reactiva consumida por las bombas y motores. Con esta mejora en el consumo, aseguramos un aumento en el rendimiento de los componentes anteriores.A inverter that allows the transformation of the energy produced by the photovoltaic field or the fuel cell, in both cases in the form of direct current (DC) in alternating current (AC) to feed the needs of the specific application, as well as the compressor motors, pumps and the computer system of monitoring and control The power of the inverter is dimensioned in  function of the energy demands of the specific application. To the investor will be incorporated a PFC (Factor Corrector Power) to reduce reactive power consumption consumed by pumps and motors. With this improvement in consumption, we ensure an increase in component performance previous.

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El sistema de generación de hidrógeno está formado por un electrolizador (EL) y un compresor (CP).He hydrogen generation system is formed by a electrolyzer (EL) and a compressor (CP).

En el electrolizador (EL) se utiliza la energía eléctrica para llevar a cabo la electrólisis del agua de tal forma que se obtiene hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo. El electrolizador puede ser de tipo alcalino o de membrana de intercambio protónico (tipo PEM). Para esta aplicación se han descartado los electrolizadores de alta temperatura por motivos de seguridad y por la mayor facilidad de operación de los electrolizadores que operan a baja temperatura. La fuente de agua para llevar a cabo la electrólisis proviene de un tanque de almacenamiento (H_{2}O). Si se utiliza un electrolizador alcalino, el electrolito puede ser una disolución de hidróxido sódico NaOH) o hidróxido potásico (KOH) que se puede almacenar en el tanque de almacenamiento (H_{2}O) o dentro del propio electrolizador, en cuyo caso en el tanque de almacenamiento (H_{2}O) se almacenará agua pura o agua corriente. En el caso de utilizar un electrolizador tipo PEM se utilizará agua desionizada que se almacena en el tanque de almacenamiento (H_{2}O). El agua se hace llegar al electrolizador mediante una bomba (B-1).In the electrolyser (EL) energy is used electric to carry out water electrolysis in such a way that hydrogen is obtained at the cathode and oxygen at the anode. He Electrolyzer can be alkaline or membrane type of proton exchange (PEM type). For this application they have discarded high temperature electrolysers for reasons of safety and for the easiest operation of the electrolysers operating at low temperature. Water fountain to carry out electrolysis comes from a tank of storage (H2O). If an electrolyzer is used alkaline, the electrolyte can be a hydroxide solution sodium NaOH) or potassium hydroxide (KOH) that can be stored in the storage tank (H2O) or within the own electrolyzer, in which case in the storage tank (H2O) pure water or tap water will be stored. In the case of using a PEM type electrolyzer, deionized water will be used which is stored in the storage tank (H2O). Water The electrolyser is delivered by a pump (B-1).

El electrolizador (EL) puede funcionar con la energía eléctrica suministrada directamente de los paneles solares fotovoltaicos (MF) o mediante la energía eléctrica procedente de la red comercial. Si se alimenta a partir de los paneles solares es necesario que éstos tengan la configuración adecuada serie/paralelo para proporcionar el voltaje DC que necesita el electrolizador, o utilizar un convertidor DC/DC para adecuar el voltaje de salida de los paneles solares fotovoltaicos (MF) con el voltaje de trabajo del electrolizador (EL). En el caso de que el electrolizador (EL) se alimente con energía eléctrica de la red comercial será necesario utilizar un rectificador de corriente.The electrolyzer (EL) can work with the electric power supplied directly from the solar panels photovoltaic (MF) or by means of the electrical energy coming from the commercial network. If it is fed from solar panels it is it is necessary that these have the appropriate serial / parallel configuration to provide the DC voltage that the electrolyser needs, or use a DC / DC converter to match the output voltage of photovoltaic solar panels (MF) with working voltage of the electrolyzer (EL). In the event that the electrolyser (EL) be powered by electric power from the commercial network will be It is necessary to use a current rectifier.

La salida de los paneles fotovoltaicos se conecta a la entrada de un interruptor fotoeléctrico. Este interruptor se conecta a otra entrada que está acoplada al rectificador de corriente que a su vez está conectado a la red de distribución comercial. Este interruptor permite que el electrolizador funcione a partir de la energía suministrada por los paneles fotovoltaicos (MF) o a partir de la red comercial, en caso de estar disponible, cuando no hay sol. La corriente continua que sale del interruptor fotoeléctrico se alimenta al electrolizador para llevar a cabo la electrólisis del agua. La posición del interruptor depende de la energía que llega de los paneles fotovoltaicos (MF). Si la energía eléctrica que llega de los paneles fotovoltaicos (MF) es suficiente para que funcione el electrolizador (EL), el interruptor está en la posición "Apagado" mientras que si la energía eléctrica que llega de los paneles fotovoltaicos (MF) no es suficiente para el correcto funcionamiento del electrolizador (MF) el interruptor fotoeléctrico pasa a la posición "Encendido", funcionando el electrolizador con la energía proporcionada por la red, en caso de que haya conexión a dicha red.The output of the photovoltaic panels is Connects to the input of a photoelectric switch. This switch connects to another input that is coupled to the current rectifier which in turn is connected to the network of commercial distribution This switch allows the electrolyzer works from the energy supplied by the photovoltaic panels (MF) or from the commercial network, in case if available, when there is no sun. The direct current that out of the photoelectric switch is fed to the electrolyser to carry out the electrolysis of water. The position of switch depends on the energy that comes from the panels photovoltaic (MF). If the electrical energy that comes from the photovoltaic panels (MF) is enough for the electrolyzer (EL), the switch is in position "Off" while the electric power that comes from Photovoltaic panels (MF) is not enough for the correct Electrolyzer (MF) operation photoelectric switch goes to the "On" position, running the electrolyser with the energy provided by the network, in case there is connection to said network.

Cuando el voltaje que se alimenta al electrolizador (EL) es el adecuado, se produce la electrólisis del agua y se obtiene hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo. El oxígeno puede aprovecharse o no. En el primer caso se almacena a presión en recipientes adecuados, en el segundo caso se vierte al exterior, mientras que el hidrógeno pasa a un sistema de purificación (SP) y un compresor (CP-H) para su posterior almacenamiento en depósitos a presión.When the voltage is fed to Electrolyser (EL) is adequate, electrolysis of the water and hydrogen is obtained at the cathode and oxygen at the anode. He Oxygen can be used or not. In the first case it is stored at pressure in suitable containers, in the second case it is poured into outside, while hydrogen passes into a system of purification (SP) and a compressor (CP-H) for your subsequent storage in pressure tanks.

En el sistema de purificación (SP) se elimina el agua del hidrógeno y éste pasa al compresor (CP-H).In the purification system (SP) the hydrogen water and this passes to the compressor (CP-H).

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El compresor (CP-H) se pone en funcionamiento cuando la presión del hidrógeno a la salida del sistema de purificación (SP) alcanza el valor adecuado y comprime el gas hasta la presión a la que se cargan los depósitos a presión. Para controlar el funcionamiento del compresor se utiliza un sensor de presión (S-1) y un controlador de flujo másico (CF-1). El controlador de flujo másico (CF-l) permitirá evaluar el rendimiento del electrolizador (EL).He compressor (CP-H) is put into operation when the hydrogen pressure at the outlet of the purification system (SP) reaches the appropriate value and compresses the gas to the pressure at that pressure tanks are loaded. To control the compressor operation a pressure sensor is used (S-1) and a mass flow controller (CF-1). The mass flow controller (CF-l) will allow to evaluate the performance of the electrolyzer (EL).

En el caso de que el electrolizador (EL) opere a una presión lo suficientemente elevada como para poder cargar directamente los tanques de los hidruros metálicos (HIDRUROS) no se utilizará el compresor (CP-H). En este caso el hidrógeno generado en el electrolizador pasa al sistema de purificación (SP) y de éste a los depósitos de almacenamiento.In the event that the electrolyzer (EL) operates at a high enough pressure to load directly the tanks of the metal hydrides (HYDRAUR) are not will use the compressor (CP-H). In this case the hydrogen generated in the electrolyzer passes to the system of purification (SP) and from this to storage tanks.

Como sistema de almacenamiento de hidrógeno, para este ejemplo concreto, se ha optado por un conjunto de tanques de hidruros metálicos (HIDRUROS). Para este tipo de aplicación, se ha optado por un tipo de hidruro metálico que permita el almacenamiento de hidrógeno a baja presión de recarga hasta 10 Bares. Aunque puede emplearse cualquier tipo de hidruro metálico que necesite una presión de recarga mayor, el hecho de trabajar con hidruros que se pueden recargar a baja presión permite en algunos casos el almacenamiento directo del hidrógeno producido por el electrolizador (en función de la presión alcanzada por el electrolizador), sin necesidad de una etapa de compresión, a la vez que garantiza la seguridad en la operación de la planta.As a hydrogen storage system, For this specific example, a set of tanks has been chosen  of metal hydrides (hydrides). For this type of application, it has opted for a type of metal hydride that allows hydrogen storage at low recharge pressure up to 10 Pubs. Although any type of metal hydride can be used that needs a higher recharge pressure, the fact of working with hydrides that can be recharged at low pressure allows in some cases the direct storage of hydrogen produced by the electrolyzer (depending on the pressure reached by the electrolyzer), without the need for a compression stage, at the same time which guarantees the safety in the operation of the plant.

El hidrógeno almacenado en los tanques de hidruros metálicos (HIDRUROS) puede ser consumido en una pila de combustible (PILA COMBUSTIBLE) cuando los paneles solares fotovoltaicos (MF) no generan la energía requerida.The hydrogen stored in the tanks of Metallic hydrides (HYDRIDES) can be consumed in a stack of fuel (FUEL BATTERY) when solar panels Photovoltaic (MF) do not generate the required energy.

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El hidrógeno entra a los tanques de almacenamiento de hidruros metálicos (HIDRUROS) procedente del compresor a través de la válvula (EV-1) y abandona los tanques de almacenamiento hacia la pila de combustible a través de la válvula (EV-4). La capacidad de almacenamiento de los tanques de hidruros metálicos (HIDRUROS) se mide mediante el sensor de presión (S-1). En horas de luz solar, si la presión de los tanques de hidruros metálicos es menor de un valor predeterminado se ponen en marcha el electrolizador (EL) y el compresor (CP-H) y se abre la válvula (EV-1) con lo que se cargan los tanques de hidruros metálicos (HIDRUROS). Cuando los tanques de hidruros metálicos (HIDRUROS) han alcanzado la máxima presión de carga, o cuando se pone en funcionamiento la pila de combustible (PILA COMBUSTIBLE) se cierra la válvula (EV-1) se paran el compresor (CP-H) y el electrolizador (EL) y se abre la válvula (EV-4) que permite la salida del hidrógeno desde los tanques de hidruros metálicos (HIDRUROS) hasta la pila de combustible (PILA COMBUSTIBLE).He hydrogen enters the hydride storage tanks Metallic (HYDROID) coming from the compressor through the valve (EV-1) and leaves the tanks storage to the fuel cell through the valve (EV-4). The storage capacity of Metallic hydride tanks (HYDRIDES) are measured by the pressure sensor (S-1). In hours of sunlight, yes the pressure of metal hydride tanks is less than one default value the electrolyser (EL) and the compressor (CP-H) and the valve opens (EV-1) with which the hydride tanks are loaded Metallic (HYDROIDES). When metal hydride tanks (HYDRIDES) have reached the maximum load pressure, or when starts the fuel cell (FUEL BATTERY) close the valve (EV-1) the compressor stops (CP-H) and the electrolyzer (EL) and the valve (EV-4) that allows hydrogen to escape from the metal hydride tanks (HYDRATIONS) to the battery fuel (FUEL BATTERY).

La pila de combustible (PILA COMBUSTIBLE) produce energía eléctrica a partir de la energía química almacenada en un combustible como el H_{2}. Para ello se llevan a cabo dos semirreaciones electroquímicas. En el ánodo se alimenta el H_{2} combustible, donde se oxida produciendo electrones y H^{+}. Los H^{+} pasan al cátodo a través de un electrolito (típicamente membrana polimérica) donde se combinan con los iones O^{2-} resultantes de la reducción del oxígeno (típicamente el contenido en el aire) para formar H_{2}O. Los electrones que se generan en el ánodo se hacen circular hacia el cátodo a través de un circuito exterior, en el que se coloca una carga, para cerrar el sistema.The fuel cell (FUEL BATTERY) produces electrical energy from stored chemical energy in a fuel such as H2. For this two are carried out electrochemical semi-reactions. The H2 is fed into the anode fuel, where it oxidizes producing electrons and H +. The H + pass to the cathode through an electrolyte (typically polymeric membrane) where they combine with the O 2- ions resulting from oxygen reduction (typically the content in the air) to form H2O. The electrons that are generated in the anode is circulated towards the cathode through a circuit exterior, in which a load is placed, to close the system.

El tipo de pila de combustible empleado en esta invención, es una pila de combustible de baja temperatura, pudiendo ser del tipo PEMFC, AFC, PAFC y otro, siempre que utilice H_{2} como combustible.The type of fuel cell used in this invention is a low temperature fuel cell, being able to be of the type PEMFC, AFC, PAFC and other, provided that you use H_ {2} As fuel.

El hidrógeno que se aporta a la pila de combustible, proviene del que se encuentra almacenado en los hidruros metálicos (HIDRUROS) o en caso de fallo o períodos prolongados con ausencia de sol del que se encuentra almacenado en forma de gas comprimido en el sistema de reserva (HIDROGENO). El caudal de hidrógeno que se alimenta a la pila de combustible, es función de la potencia demandada y se controla con el controlador másico (F-1) de igual modo, la presión del H_{2} que se alimenta a la pila se controla mediante una electroválvula proporcional (P-2) y un sensor de presión (S-2). El sistema se calcula y dimensiona para que se alimente el hidrógeno necesario en todo momento, en función de la potencia demandada por la pila de combustible. Si es necesario, se puede purgar el hidrógeno mediante la apertura de la electroválvula (EV-7).The hydrogen that is added to the pile of fuel, comes from the one stored in the metal hydrides (HYDRATIONS) or in case of failure or periods prolonged with absence of sun from which it is stored in form of compressed gas in the reserve system (HYDROGEN). He hydrogen flow that is fed to the fuel cell, is function of the power demanded and controlled with the controller mass (F-1) in the same way, the pressure of H2 that is fed to the battery is controlled by an electrovalve proportional (P-2) and a pressure sensor (S-2). The system is calculated and sized so that the necessary hydrogen is fed at all times, depending on the power demanded by the fuel cell. If necessary, it can purge hydrogen by opening the solenoid valve (EV-7).

El oxígeno necesario para completar la reacción electroquímica que se produce en la pila de combustible (PILA COMBUSTIBLE) se aporta a la misma en forma de aire. El aire se genera en un compresor (CP-A), pasa a través de un filtro (F) y se alimenta a la pila de combustible a través de un tubo y la electroválvula (EV-8). La cantidad de aire que se ha de alimentar a la pila de combustible (PILA COMBUSTIBLE) es variable y función de la potencia que se le demanda a la misma. El caudal de aire se controla con el controlador másico (F-2) y la presión a la que se alimenta el aire, se controla con el régimen de trabajo del compresor (CP-A).The oxygen needed to complete the reaction electrochemistry that occurs in the fuel cell (PILA FUEL) is contributed to it in the form of air. The air is generated in a compressor (CP-A), passes through a filter (F) and the fuel cell is fed through a tube and solenoid valve (EV-8). The amount of air to be fed to the fuel cell (FUEL BATTERY) It is variable and depends on the power demanded of it. The air flow is controlled with the mass controller (F-2) and the pressure at which the air is fed, is controls with the working regime of the compressor (CP-A).

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La temperatura de trabajo óptima de la pila de combustible, en nuestro caso, al tratarse de pilas de combustible de baja temperatura, está en torno a los 60ºC. Para conseguir dicha temperatura de funcionamiento, se utiliza un circuito de refrigeración compuesto por un depósito de agua (DS), una bomba impulsora (B-2), un intercambiador de calor (I-1), y dos sensores de temperatura (a la entrada y a la salida de la pila). El agua es impulsada desde el depósito (DS) a través del circuito de refrigeración, por la bomba (B-2), pasando después al intercambiador de calor (I-1) en el que se adecua su temperatura a la óptima de entrada a la pila de combustible (PILA COMBUSTIBLE). Posteriormente entra a la pila de combustible en la que disipa la potencia térmica necesaria en función de la potencia eléctrica demandada y retorna al depósito (DS).The optimum working temperature of the battery fuel, in our case, being fuel cells of low temperature, it is around 60ºC. To get bliss operating temperature, a circuit of cooling consisting of a water tank (DS), a pump drive (B-2), a heat exchanger (I-1), and two temperature sensors (at the entrance and at the exit of the battery). Water is driven from the tank (DS) through the cooling circuit, through the pump (B-2), then going to the heat exchanger (I-1) in which its temperature is adapted to the Optimum input to the fuel cell (FUEL BATTERY). Then it enters the fuel cell in which it dissipates the thermal power required depending on the electrical power demanded and returns to the deposit (DS).

La planta dispone de un sistema de seguridad para detener el funcionamiento de la misma en el caso de que existan fugas de hidrógeno. Tras detener el sistema, todas las conducciones por las que circula hidrógeno, así como la pila de combustible (PILA COMBUSTIBLE) se llenan de nitrógeno.The plant has a security system to stop its operation in the event that there are hydrogen leaks. After stopping the system, all conduits through which hydrogen circulates, as well as the stack of Fuel (FUEL BATTERY) is filled with nitrogen.

En caso de que se produzcan fugas de hidrógeno, el sistema de control cierra las electroválvulas (EV-1) o (EV-4) correspondientes al hidrógeno almacenado en los hidruros metálicos o en el sistema de almacenamiento de seguridad, en función de donde se esté alimentando de H_{2} a la pila de combustible, y abre la electroválvula (EV-2) correspondiente a la línea de nitrógeno (NITROGENO).In case of hydrogen leaks, the control system closes the solenoid valves (EV-1) or (EV-4) corresponding to the hydrogen stored in metal hydrides or in the system of security storage, depending on where you are feeding H_ {2} to the fuel cell, and open the solenoid valve (EV-2) corresponding to the line of nitrogen (NITROGEN).

De igual modo, el electrolizador (EL) se para en caso de que esté produciendo hidrógeno y el compresor de hidrógeno (CP-H) dejaría de funcionar, en caso de que estuviera funcionando.Similarly, the electrolyzer (EL) stops at If you are producing hydrogen and the hydrogen compressor (CP-H) would stop working, in case It was working.

La planta posee un sistema de detección de H_{2} para la identificación de fugas.The plant has a detection system for H_ {2} for the identification of leaks.

Una vez descritos los componentes de la planta, su operación se puede explicar siguiendo los esquemas de flujo de las Figuras 3 y 4.Once the plant components have been described, its operation can be explained by following the flow patterns of Figures 3 and 4.

En la Figura 4 se representa el modo de operación de la planta desde el punto de vista de las necesidades energéticas, mientras que en el esquema de la Figura 3 se representa su modo de funcionamiento desde el punto de vista de la obtención de hidrógeno.Figure 4 shows the mode of operation of the plant from the point of view of needs energy sources, while in the scheme of Figure 3 represents its mode of operation from the point of view of the Obtaining hydrogen.

Desde el punto de vista de la demanda de energía del sistema, la planta funciona de la siguiente forma:From the point of view of energy demand of the system, the plant works as follows:

En el caso de que se tenga acceso a una red comercial la planta objeto de la patente funcionaría como apoyo y/o sustitución de la red comercial cuando se produce un fallo en ésta, mientras que cuando la red comercial funciona correctamente la energía suministrada por los paneles fotovoltaicos durante las horas de luz solar o por la pila de combustible, se puede introducir en la red comercial una vez convertida en corriente alterna mediante el inversor DC/AC. Mediante este modo de trabajo, si existe una red comercial disponible, se utilizará la energía eléctrica procedente de la red comercial para el consumo de las necesidades de la aplicación de que se trate y para generar hidrógeno mediante el electrolizador en el caso de que los tanques de hidruros no estén llenos. Para generar hidrógeno en este caso será necesario transformar la corriente eléctrica AC suministrada por la red comercial en DC y adaptarla a las características del electrolizador mediante el rectificador de corriente.In case you have access to a network commercial the plant object of the patent would work as support and / or  replacement of the commercial network when a failure occurs in this one, while when the commercial network works correctly the energy supplied by the photovoltaic panels during the hours of sunlight or by the fuel cell, you can enter the commercial network once it has become current Alternate using the DC / AC inverter. Through this work mode, if there is a commercial network available, the energy will be used electricity from the commercial network for the consumption of needs of the application in question and to generate hydrogen through the electrolyser in the event that the tanks of hydrides are not full. To generate hydrogen in this case it will be necessary to transform the supplied AC electric current through the commercial network in DC and adapt it to the characteristics of the electrolyser by means of the current rectifier.

En el caso de que no se tenga acceso a una red comercial o en el caso de que se quiera generar energía de forma independiente de una red comercial, las necesidades energéticas de la aplicación se cubrirán desde los paneles fotovoltaicos o desde la pila de combustible, y solo cuando se produzca un fallo en los paneles fotovoltaicos y en la pila de combustible de haría uso de la red comercial si está disponible. Para operar de esta forma es necesario comprobar si la energía generada por los paneles fotovoltaicos es suficiente para satisfacer la demanda de la aplicación, o si no lo es. En horas de luz solar en las que la energía generada por los paneles fotovoltaicos (MF) sea suficiente para cubrir las necesidades de la aplicación, la energía DC se utilizará para el consumo siguiendo la etapa previa de conversión en AC mediante el inversor DC/AC y para generar hidrógeno en el electrolizador (EL) en el caso de que los tanques de hidruros (HIDRUROS) no estén llenos siguiendo el diagrama que se muestra en la Figura 3.In case you do not have access to a network commercial or in case you want to generate energy in a way independent of a commercial network, the energy needs of the application will be covered from the photovoltaic panels or from the fuel cell, and only when there is a failure in the photovoltaic panels and in the fuel cell would make use of the commercial network if available. To operate in this way is it is necessary to check if the energy generated by the panels photovoltaic is enough to meet the demand of the application, or if it is not. In hours of sunlight in which the energy generated by photovoltaic panels (MF) is sufficient to meet the needs of the application, the DC power is will use for consumption following the previous stage of conversion in AC through the DC / AC inverter and to generate hydrogen in the Electrolyser (EL) in the event that hydride tanks (HYDRIDES) are not full following the diagram shown in Figure 3.

Finalmente cuando no se disponga de una red comercial y no haya luz solar suficiente para generar energía mediante los paneles fotovoltaicos (MF) las necesidades energéticas serían cubiertas mediante la pila de combustible. La pila de combustible genera electricidad DC a partir de la reacción entre un combustible, que en el caso de la presente aplicación es hidrógeno y un oxidante que en este caso es el oxígeno del aire. Para que la pila funcione correctamente y genere la energía deseada debe de alimentarse con los caudales de hidrógeno y de aire necesarios a la presión adecuada. Por tanto para que la pila de combustible se ponga en funcionamiento, en primer lugar se comprueba si la presión de hidrógeno en el sistema de almacenamiento bien sean tanques de hidruros, o balas a presión, es la correcta. Si la presión de hidrógeno no es la adecuada se comprueba el sistema de producción y almacenamiento de hidrógeno, mientras que si la presión de hidrógeno es la correcta se comprueba el caudal y la presión del aire que viene del compresor de aire (CP-A); alimentándose el compresor con un sistema intermedio de arranque (supercondensadores, etc). El caudal de aire se determina a partir de la potencia demandada a la pila de combustible (PILA COMBUSTIBLE) desde la aplicación y se regula mediante el controlador de flujo másico (F-2) mientras que la presión del aire se regula a partir de la velocidad del compresor (CP-A) mediante un controlador PID diseñado para esta aplicación. La corriente eléctrica DC generada por la pila de combustible se envía al inversor DC/AC donde es convertida en corriente eléctrica AC que se utiliza en la aplicación de que se trate.Finally when a network is not available commercial and not enough sunlight to generate power by means of photovoltaic panels (MF) energy needs they would be covered by the fuel cell. The pile of fuel generates DC electricity from the reaction between a fuel, which in the case of the present application is hydrogen and an oxidant that in this case is the oxygen in the air. So that the battery function properly and generate the desired energy must feed with the necessary hydrogen and air flow rates to the adequate pressure Therefore so that the fuel cell is put into operation, first check if the pressure of hydrogen in the storage system either tanks hydrides, or pressure bullets, is correct. If the pressure of hydrogen is not adequate the production system is checked and  hydrogen storage while if the pressure of hydrogen is correct the flow rate and pressure of the air coming from the air compressor (CP-A); feeding the compressor with an intermediate starting system (supercapacitors, etc). The air flow is determined from of the power demanded from the fuel cell (PILA FUEL) from the application and is regulated by the mass flow controller (F-2) while the Air pressure is regulated from the speed of the compressor (CP-A) using a PID controller designed to This application. The DC electric current generated by the battery fuel is sent to the DC / AC inverter where it is converted into AC electric current that is used in the application that try.

Debido a la reacción que se produce dentro de la pila de combustible y al efecto Joule, la pila de combustible tiende a calentarse cuando está funcionando. Para evitar un excesivo calentamiento y para conseguir el máximo rendimiento de la pila de combustible es necesario controlar la temperatura de operación de la misma, mediante un sistema de refrigeración.Due to the reaction that occurs within the fuel cell and the Joule effect, the fuel cell It tends to get hot when it's working. To avoid a excessive heating and to achieve maximum performance of the fuel cell it is necessary to control the temperature of operation of the same, through a cooling system.

La refrigeración de la pila de combustible (PILA COMBUSTIBLE) se lleva a cabo mediante un circuito que utilice agua y que consta de un tanque de almacenamiento de agua (DS), una bomba de recirculación (B-2) y un intercambiador de calor (I-1).Refrigeration of the fuel cell (PILA  FUEL) is carried out by means of a circuit that uses water and consisting of a water storage tank (DS), a pump of recirculation (B-2) and a heat exchanger (I-1).

El control de la temperatura de la pila de combustible se realiza mediante la regulación del caudal de agua a través de la bomba (B-2) en función de la temperatura de operación de la pila de combustible (PILA COMBUSTIBLE).The temperature control of the battery fuel is made by regulating the flow of water to through the pump (B-2) depending on the operating temperature of the fuel cell (PILA FUEL).

La producción de hidrógeno se puede seguir mediante el esquema que se presenta en la Figura 3.Hydrogen production can be followed through the scheme presented in Figure 3.

El hidrógeno se obtiene a partir de la electrólisis del agua en el electrolizador (EL). Las necesidades de producción de hidrógeno se determinan a partir de la presión de los tanques de hidruros (HIDRUROS) que se mide mediante el sensor de presión de la disponibilidad de energía para alimentar el electrolizador (EL) y del funcionamiento de la pila de combustible (PILA COMBUSTIBLE). Cuando la presión de almacenamiento de los tanques de hidruros (HIDRUROS) es menor de la máxima establecida y la pila de combustible no está funcionando sería necesario producir hidrógeno en el electrolizador (EL). Si la pila de combustible está funcionando para aportar energía a la aplicación considerada, entonces se está consumiendo hidrógeno desde los tanques de hidruros (HIDRUROS) y no se producirá hidrógeno en el electrolizador (EL). No se contempla la posibilidad de producir hidrógeno a la vez que se consume, ya que la aplicación principal de la planta es producir hidrógeno a partir de la energía solar fotovoltaica en horas de luz solar y consumirla en la pila de combustible cuando no hay energía solar disponible.Hydrogen is obtained from the Water electrolysis in the electrolyser (EL). The needs of  hydrogen production are determined from the pressure of the hydride tanks (HYDRAUR) that is measured by the sensor pressure of energy availability to power the electrolyzer (EL) and fuel cell operation (FUEL BATTERY). When the storage pressure of the hydride tanks (HYDRAUR) is less than the maximum established and the fuel cell is not working it would be necessary to produce hydrogen in the electrolyzer (EL). If the fuel cell is running to provide power to the application considered, then hydrogen is being consumed from the tanks of hydrides (hydrides) and hydrogen will not be produced in the electrolyzer (EL). The possibility of producing is not contemplated hydrogen at the same time it is consumed, since the main application of the plant is to produce hydrogen from solar energy photovoltaic in hours of sunlight and consume it in the stack of fuel when there is no solar energy available.

Para controlar la carga de los tanques de almacenamiento de hidruros (HIDRUROS) con el hidrógeno generado en electrolizador (EL) y su descarga para aportar hidrógeno a la pila de combustible, además del sensor de presión se dispone de dos válvulas (EV-1) y (EV-4). Cuando se están cargando los tanques de hidruros (HIDRUROS) con el hidrógeno generado en el electrolizador (EL) la válvula (EV-1) permanecería abierta y la válvula (EV-4) permanecería cerrada, mientras que cuando los tanques de hidruros (HIDRUROS) se están descargando para aportar hidrógeno a la pila de combustible (PILA COMBUSTIBLE) la válvula (EV-1) permanecería cerrada y se abriría la válvula
(EV-4).
To control the loading of the hydride storage tanks (HYDRAUR) with the hydrogen generated in electrolyzer (EL) and its discharge to provide hydrogen to the fuel cell, in addition to the pressure sensor there are two valves (EV-1) and (EV-4). When the hydride tanks (HYDRID) are being charged with the hydrogen generated in the electrolyser (EL) the valve (EV-1) would remain open and the valve (EV-4) would remain closed, while when the hydride tanks (HYDRID) ) are being discharged to provide hydrogen to the fuel cell (FUEL BATTERY) the valve (EV-1) would remain closed and the valve would open
(EV-4).

Una vez realizadas las comprobaciones relativas a las necesidades de producción de hidrógeno, si los tanques de hidruros (HIDRUROS) no están llenos y la pila de combustible no está funcionando se comprueba el tipo de energía disponible. Si hay energía solar disponible se utilizará ésta para producir hidrógeno, mientras que cuando no hay luz solar el hidrógeno se obtendrá utilizando la energía proveniente de una red comercial si hay disponibilidad de la misma. En el caso de que haya energía solar disponible, el electrolizador (EL) se pondrá en funcionamiento cuando el voltaje DC generado por los paneles fotovoltaicos (MF) sea el adecuado, mientras que si se utiliza la energía procedente de una red comercial la corriente eléctrica AC se transformará en DC y se adaptará el voltaje del electrolizador (EL) mediante el rectificador.Once the relative checks have been made to the needs of hydrogen production, if the tanks of hydrides (hydrides) are not full and the fuel cell is not The type of energy available is checked. Yes there are available solar energy will be used to produce hydrogen, while when there is no sunlight the hydrogen will be obtained using energy from a commercial network if there is availability of it. In case there is solar energy available, the electrolyzer (EL) will be put into operation when the DC voltage generated by the photovoltaic panels (MF) is appropriate, while if the energy is used of a commercial network the AC electric current will be transformed into DC and the electrolyzer voltage (EL) will be adapted by rectifier.

En función de las características de los paneles fotovoltaicos (MF) y del electrolizador (EL) puede que sea necesario utilizar un convertidor DC/DC para transformar el voltaje DC generado a través de los paneles fotovoltaicos (MF) en el voltaje DC necesario para el funcionamiento del electrolizador (EL).Depending on the characteristics of the panels  Photovoltaic (MF) and electrolyzer (EL) may be it is necessary to use a DC / DC converter to transform the voltage DC generated through photovoltaic panels (MF) in the DC voltage required for electrolyzer operation (HE).

El electrolizador (EL) funciona produciendo hidrógeno a partir de la electrólisis del agua siempre que no se alcance la presión máxima de almacenamiento de los tanques de hidruros (HIDRUROS). La presión de almacenamiento del hidrógeno en los tanques de hidruros (HIDRUROS) se registra de forma continua mediante el sensor de presión (S-1). Si la presión a la que se produce el hidrógeno dentro del electrolizador (EL) es suficiente para recargar los tanques de hidruros (HIDRUROS) no sería necesario el uso de un sistema de compresión de hidrógeno y la recarga de los tanques de hidruros se realizaría directamente. Si la presión de trabajo del electrolizador (EL) no es suficiente para recargar los tanques de hidruros (HIDRUROS) se necesitaría un compresor para comprimir el hidrógeno que sale del electrolizador (HIDRUROS) hasta la presión de recarga de los tanques de hidruros (HIDRUROS). En este último caso el compresor de hidrógeno (CP-H) se pondría en funcionamiento cuando la presión del electrolizador (EL) es la necesaria para su correcto funcionamiento. Para regular esta forma de operación, la presión a la que el electrolizador (EL) suministre el hidrógeno se registra de forma continua mediante el sensor de presión integrado en el propio electrolizador. Cuando la presión del electrolizador (EL) sea la adecuada se abriría la válvula (EV-1) y se pondría en funcionamiento el compresor (CP-H). Finalmente cuando los tanques de hidruros (HIDRUROS) estén llenos, lo que se detecta mediante el sensor de presión (S-1), se detendrían el compresor (CP-H) y el electrolizador (EL) y se cerraría la válvula
(EV-1).
The electrolyser (EL) works by producing hydrogen from the electrolysis of water as long as the maximum storage pressure of the hydride tanks (HYDRAUR) is not reached. The hydrogen storage pressure in the hydride tanks (HYDRATIONS) is recorded continuously by the pressure sensor (S-1). If the pressure at which the hydrogen is produced inside the electrolyzer (EL) is sufficient to recharge the hydride tanks (HYDRAUR) it would not be necessary to use a hydrogen compression system and the recharge of the hydride tanks would be carried out directly . If the working pressure of the electrolyser (EL) is not sufficient to recharge the hydride tanks (HYDRAUR), a compressor would be needed to compress the hydrogen that exits the electrolyzer (HYDRAUR) to the refill pressure of the hydride tanks (HYDRAUR) . In the latter case, the hydrogen compressor (CP-H) would be put into operation when the pressure of the electrolyzer (EL) is necessary for its correct operation. To regulate this form of operation, the pressure at which the electrolyzer (EL) supplies the hydrogen is continuously recorded by the pressure sensor integrated in the electrolyzer itself. When the pressure of the electrolyzer (EL) is adequate, the valve (EV-1) would be opened and the compressor (CP-H) would be put into operation. Finally, when the hydride tanks (HYDRID) are full, which is detected by the pressure sensor (S-1), the compressor (CP-H) and the electrolyzer (EL) would stop and the valve would close
(EV-1).

Para que la planta funcione de acuerdo con las especificaciones que se han comentado previamente se ha desa-
rrollado un sistema de monitorización y control de la planta que permite el seguimiento de los valores de todas las variables que definen el comportamiento de la planta y el control de la misma. La monitorización y control de la planta se puede llevar a cabo in situ o vía remota mediante un programa informático que ha sido desarrollado específicamente para la aplicación objeto de la patente.
In order for the plant to operate in accordance with the specifications that have been previously mentioned,
A plant monitoring and control system that allows the monitoring of the values of all the variables that define the behavior of the plant and its control is developed. The monitoring and control of the plant can be carried out in situ or remotely by means of a computer program that has been developed specifically for the patent application.

El programa consta de 3 etapas principales: una etapa de inicialización; una etapa de monitorización y control que se ejecuta de forma continua mientras que la planta está funcionando, y una etapa de finalización. En la etapa de inicialización se indican las condiciones de trabajo desde el punto de vista de la obtención de hidrógeno y desde el punto de vista de la generación de energía para la aplicación de que se trate. Además, en esta etapa se abren y comprueban todos los puertos a los que están conectados los distintos instrumentos, se inicializan variables y se inicializa el sistema de transmisión de datos para la monitorización de la planta vía remota. En la etapa de finalización se cierran todos los puertos de control de los diferentes instrumentos y de transmisión de datos vía remota. Finalmente en la etapa de monitorización y control se ejecutan todas las secuencias necesarias para el correcto funcionamiento de la planta de la forma que se ha descrito anteriormente. Desde esta etapa del programa se controla toda la instrumentación necesaria para la monitorización y el control de la planta, que consta fundamentalmente de los siguientes componentes:The program consists of 3 main stages: one initialization stage; a monitoring and control stage that runs continuously while the plant is running, and a completion stage. In the stage of initialization the working conditions are indicated from the point from the point of view of obtaining hydrogen and from the point of view of the generation of energy for the application in question. In addition, at this stage all ports are opened and checked at that the different instruments are connected, they are initialized variables and the data transmission system is initialized to Remote plant monitoring. In the stage of completion all control ports of the Different instruments and remote data transmission. Finally, in the monitoring and control stage they are executed all the necessary sequences for the correct functioning of the plant in the manner described above. From this program stage controls all necessary instrumentation for the monitoring and control of the plant, which consists fundamentally of the following components:

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Un sistema de adquisición de datos y control con varios módulos analógicos de entrada y salida a cuyos canales se conectan los dispositivos de medida y los actuadores respectivamente.A data acquisition and control system with several modules analog input and output whose channels connect the measuring devices and actuators respectively.

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Un conjunto de sensores de temperatura, presión, controladores de flujo másico, sensores de radiación solar y de hidrógeno que permitan monitorizar el comportamiento de la planta.A set of temperature sensors, pressure controllers mass flow, solar radiation and hydrogen sensors that allow to monitor the behavior of the plant.

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Un conjunto de actuadores como son válvulas y bombas, que permiten controlar el funcionamiento de la planta desde el punto de vista de la obtención de hidrógeno y de las necesidades energéticas de la aplicación.A set of actuators such as valves and pumps, which allow control the operation of the plant from the point of view of obtaining hydrogen and the energy needs of the application.

Claims (10)

1. Sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica, donde la energía fotovoltaica se obtiene con al menos un módulo de células fotovoltaicas (1) a partir de la radiación solar; caracterizado porque dicho módulo (1) alimenta a un electrolizador (3) que genera hidrógeno a partir de electrólisis de agua y que cuenta con medios de almacenamiento del hidrógeno producido en sistemas de almacenamiento; incluyéndose al menos una pila de combustible (2) que permite la generación de energía eléctrica a partir del hidrógeno almacenado; de manera que se facilita la mejora en el rendimiento de producción de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica y su disponibilidad, al emplearse el hidrógeno como vector energético de almacenamiento intermedio.1. System for the production of hydrogen and electrical energy from photovoltaic energy, where photovoltaic energy is obtained with at least one module of photovoltaic cells (1) from solar radiation; characterized in that said module (1) feeds an electrolyser (3) that generates hydrogen from water electrolysis and that has storage means for the hydrogen produced in storage systems; including at least one fuel cell (2) that allows the generation of electric energy from the stored hydrogen; so that the improvement in the production performance of electric energy from photovoltaic energy and its availability is facilitated, when hydrogen is used as an energy storage intermediate vector. 2. Sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica, según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho módulo de células fotovoltaicas (1) cuenta con un dispositivo de seguimiento solar.2. System for producing hydrogen and electrical energy from photovoltaic energy, according to claim 1, characterized in that said photovoltaic cell module (1) has a solar tracking device. 3. Sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica, según la reivindicación 1, caracterizado porque las pilas de combustible (2) son de baja temperatura (PEMFC, PAFC, AFC).3. Hydrogen and electrical energy production system from photovoltaic energy, according to claim 1, characterized in that the fuel cells (2) are low temperature (PEMFC, PAFC, AFC). 4. Sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica, según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de almacenamiento de H_{2} se dimensiona para una autonomía de al menos tres días.4. System for the production of hydrogen and electrical energy from photovoltaic energy, according to claim 1, characterized in that the H 2 storage system is sized for an autonomy of at least three days. 5. Sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica, según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema cuenta con una reserva adicional de hidrógeno almacenado en forma de gas a presión.5. System for the production of hydrogen and electrical energy from photovoltaic energy, according to claim 1, characterized in that the system has an additional reserve of hydrogen stored in the form of pressurized gas. 6. Sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica, según la reivindicación 1, caracterizado porque se realiza con componentes de fácil portabilidad.6. System for the production of hydrogen and electrical energy from photovoltaic energy, according to claim 1, characterized in that it is made with components of easy portability. 7. Sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica, según la reivindicación 1, caracterizado porque cuenta con un subsistema de control para monitorización y control remoto mediante una conexión a Internet o mediante una red local.7. System for the production of hydrogen and electrical energy from photovoltaic energy, according to claim 1, characterized in that it has a control subsystem for monitoring and remote control via an Internet connection or through a local network. 8. Sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica, según la reivindicación 7, caracterizado porque dicho subsistema incluye envío de alarmas sobre el estado del sistema y/o fallos en el mismo, mediante mensajes de texto GSM o similares.8. System for the production of hydrogen and electrical energy from photovoltaic energy, according to claim 7, characterized in that said subsystem includes sending alarms about the state of the system and / or failures thereof, by means of GSM text messages or the like . 9. Sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica, según la reivindicación 1, caracterizado porque se estructura en una planta de producción de energía cuyos bloques funcionales consisten en que el módulo de células fotovoltaicas (1) conecta con un inversor DC/AC (4) para producción de energía eléctrica de manera convencional o con el electrolizador (3), generando hidrógeno que se almacenará y consumirá en la pila de combustible (2), generando energía eléctrica; alimentando este inversor (4) a bombas de agua (6) y compresores de aire (7) de la planta, en tanto que electroválvulas (8) y caudalímetros (9) de la misma son alimentados por el propio módulo fotovoltaico (1) a través de convertidores DC/DC (5); alimentándose el correspondiente electrolizador (3), a través de otros convertidores DC/DC (5), mediante el módulo fotovoltaico (1) o mediante un rectificador (11) que conecta con la red eléctrica convencional (12) y con el referido módulo (1) a través de un interruptor fotoeléctrico (10).9. System for the production of hydrogen and electrical energy from photovoltaic energy, according to claim 1, characterized in that it is structured in an energy production plant whose functional blocks consist of the photovoltaic cell module (1) connecting with a DC / AC inverter (4) for conventional energy production or with the electrolyzer (3), generating hydrogen that will be stored and consumed in the fuel cell (2), generating electric power; feeding this inverter (4) to water pumps (6) and air compressors (7) of the plant, while solenoid valves (8) and flow meters (9) of the same are fed by the photovoltaic module itself (1) to through DC / DC converters (5); the corresponding electrolyzer (3) being fed, through other DC / DC converters (5), by means of the photovoltaic module (1) or by means of a rectifier (11) that connects with the conventional electricity grid (12) and with the referred module ( 1) through a photoelectric switch (10). 10. Sistema de producción de hidrógeno y de energía eléctrica a partir de energía fotovoltaica, según la reivindicación 1, caracterizado porque el hidrógeno se produce por electrólisis del agua, en un electrolizador de baja temperatura, del tipo alcalino o tipo PEM.10. System for the production of hydrogen and electrical energy from photovoltaic energy, according to claim 1, characterized in that the hydrogen is produced by electrolysis of water, in a low temperature electrolyser, of the alkaline type or PEM type.
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