Solarbetriebene Elektrolysevorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff und Verfahren zum Betreiben einer solchenSolar powered electrolysis device for generating hydrogen and method for operating such
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff mittels mindestens einer Solarzelle, wobei die Solarzelle räumlich mindestens einer einen Elektrolyten beinhaltenden Elektrolysezelle zugeordnet ist.The invention relates to a device for generating hydrogen by means of at least one solar cell, the solar cell being spatially assigned to at least one electrolysis cell containing an electrolyte.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Erzeugen von Wasserstoff mittels mindestens einer Solarzelle, wobei die Solarzelle räumlich mindestens einer einen Elektrolyten beinhaltenden Elektrolysezelle zugeordnet ist.The invention further relates to a method for generating hydrogen by means of at least one solar cell, the solar cell being spatially assigned to at least one electrolysis cell containing an electrolyte.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung wird von der JP 2000192275 A beschreiben. Die dort beschriebene Vorrichtung zur Elektrolyse von Wasser besitzt eine Solarzelle, deren Rückseite flächig auf einer Elektrolysezelle aufliegt. Die Elektrolysezelle besitzt zwei durch eine permeable Wand voneinander getrennte Kammern. In jede der beiden Kammern ragt eine mit der Anode bzw. Kathode der Solarzelle verbundene Elektrode. Die von der Solarzelle in elektrische umgewandelte Sonnenenergie soll durch Elektrolyse das in der Elektrolysezelle befindliche Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff dissoziieren. Wasserstoff und Sauerstoff können in einem Tank gespeichert werden.A generic device is described by JP 2000192275 A. The device described there for the electrolysis of water has a solar cell, the back of which rests flat on an electrolysis cell. The electrolysis cell has two chambers separated from each other by a permeable wall. An electrode connected to the anode or cathode of the solar cell projects into each of the two chambers. The solar energy converted from the solar cell into electrical energy is supposed to dissociate the water in the electrolysis cell into hydrogen and oxygen. Hydrogen and oxygen can be stored in a tank.
Die DE 20308393 UI beschreibt ein Solarkraftwerk, bei dem das Solarkraftwerk mit einer Elektrolysevorrichtung verbunden ist, die es ermöglicht, Sauerstoff und Wasserstoff herzustellen, um die erzeugte Energie zu speichern.DE 20308393 UI describes a solar power plant in which the solar power plant is connected to an electrolysis device which makes it possible to produce oxygen and hydrogen in order to store the generated energy.
Die DE 19528681 C2 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Speichern und Nutzbar machen, insbesondere von Solarenergie. Mittels Solarenergie sollen dort
Hydroxide erwärmt und elektrolytisch zerlegt werden, um Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen. Der gebildete Wasserstoff kann in einer Wärmekraftmaschine wieder verbrannt werden.DE 19528681 C2 describes a device and a method for storing and utilizing, in particular solar energy. By means of solar energy there Hydroxides are heated and decomposed electrolytically to produce hydrogen and oxygen. The hydrogen formed can be burned again in a heat engine.
Die DE 2851225 C2 befasst sich mit einem Verfahren zum Speichern von Sonnenenergie in Form eines elektrochemisch erzeugten und brennbaren Stoffes, wozu die Sonnenstrahlung zunächst in elektrischen Strom umgewandelt wird und dann einer Elektrode bzw. Kathode zugeführt wird, welche in einen Elektrolyten getaucht sind, um Ameisensäure herzustellen.DE 2851225 C2 deals with a method for storing solar energy in the form of an electrochemically generated and combustible substance, for which the solar radiation is first converted into electrical current and then fed to an electrode or cathode, which are immersed in an electrolyte, for formic acid manufacture.
Die DE 4332789 befasst sich mit einem Verfahren zum Speichern von Energie, wobei eine Mischung von Wasserstoff und Kohlendioxid in einem Reaktor in Methan und/oder Methanol umgesetzt wird.DE 4332789 is concerned with a method for storing energy, a mixture of hydrogen and carbon dioxide being converted in a reactor into methane and / or methanol.
Aus der DE 4302089 AI ist der Vorschlag zu entnehmen, mit Hilfe von Sonnenstrahlung Wasserdampf auf Temperaturen um 3000 Kelvin zu überhitzen, damit es teilweise dissoziiert.From DE 4302089 AI the suggestion can be found to overheat water vapor to temperatures around 3000 Kelvin with the help of solar radiation so that it partially dissociates.
Die DE 19523939 C2 und DE 10027549 A 1 beschreiben solarbeschriebene Systeme zur Gewinnung von Wasserstoff bei der Solarzellen und Elektrolysezellen verwendet werden.DE 19523939 C2 and DE 10027549 A1 describe solar-described systems for the production of hydrogen in which solar cells and electrolysis cells are used.
In der WO 2004/050961 AI wird eine Photoelektrochemische Zelle vorgestellt, bei der eine Photovoltaische Elektrode in einem Container mit transparenter Front der Strahlung ausgesetzt und betrieben wird.
In US 4841731 A wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Elektrolyse von Wasser mit Hilfe von Sonnenenergie beschrieben. Dabei soll die Wärme der separat betriebenen Solarzellen eventuell der Elektrolyse zugeführt werden und diese gegebenenfalls unterstützen. Wasserstoff und Sauerstoff werden bei Bedarf in einer zum System gehörenden Wärmekraftmaschine umgesetzt, um elektrische Energie bereit zu stellen.WO 2004/050961 AI presents a photoelectrochemical cell in which a photovoltaic electrode in a container with a transparent front is exposed to and operated by the radiation. US 4841731 A describes a method and a device for the electrolysis of water with the aid of solar energy. The heat of the separately operated solar cells should possibly be supplied to the electrolysis and possibly support it. If necessary, hydrogen and oxygen are converted in a heat engine belonging to the system in order to provide electrical energy.
Die EP 0670915 Bl beschreibt ein Verfahren zur Bereitung von Wasserdampf mittels konzentrierter Solarstrahlung, bei der der entstandene Wasserdampf anschließend mittels Elektrolyse in der Gasphase in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Die notwendige elektrische Energie soll mittels separat betriebener Solarzellen bereitgestellt werden.EP 0670915 B1 describes a process for the preparation of water vapor by means of concentrated solar radiation, in which the water vapor produced is subsequently broken down into its constituents hydrogen and oxygen by means of electrolysis in the gas phase. The necessary electrical energy is to be provided by means of separately operated solar cells.
Ausgehend von der EP 0670915 Bl als gattungsbildendem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren mit dem Ziel einer besseren wirtschaftlichen Nutzung weiter zu bilden.Starting from EP 0670915 B1 as the generic state of the art, the object of the invention is to further develop a generic device or a generic method with the aim of better economic use.
Gelöst wird die Aufgabe durch den in Patentanspruch 1 beanspruchten Gegenstand. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Solarzelle durch einen eine Elektrolysezelle durchströmenden Elektrolyten kühlbar ist.The object is achieved by the subject-matter claimed in claim 1. This is characterized in that a solar cell can be cooled by an electrolyte flowing through an electrolytic cell.
Vorteilhafterweise dient der Elektrolyt dabei nicht nur dem Abtransport der durch Elektrolyse entstandenen Gase, sondern in besonderem Maße der Kühlung, also der Abfuhr von der in der Solarzelle absorbierten Wärme, wodurch die beanspruchte Vorrichtung wirtschaftlicher betreibbar ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Solarzelle zunächst und im Wesentlichen mit stark gebündeltem Sonnenlicht betreibbar ist, also insbesondere im Brennpunkt einer Lichtbündelungseinrichtung angeordnet ist. Bei dieser Lichtbündelungseinrichtung kann es sich um einen Reflektor oder auch um ein Linsensystem handeln. Vorzugsweise wird als Lichtbündelungseinrichtung ein Parabolspiegel verwendet. Der Parabolspiegel kann einen Lichteinfangquerschnitt, also insbesondere eine Fläche aufweisen, die mindestens 200 mal bevorzugt mindestens 1000 mal so groß ist, wie die belichtete Fläche der Solarzelle. Um die elektrischen Verluste zu minimieren, ist es vorteilhaft, wenn die Elektrolysezelle so dicht wie möglich der Solarzelle benachbart ist. Die Solarzelle wird vorzugsweise von einer Elektrolysezelle getragen.Advantageously, the electrolyte not only serves to remove the gases produced by electrolysis, but also to a particular extent for cooling, that is, the removal of the heat absorbed in the solar cell, as a result of which the claimed device can be operated more economically. It is proposed that the solar cell can initially and essentially be operated with strongly focused sunlight, that is to say it is arranged in particular in the focal point of a light-focusing device. This light bundling device can be a reflector or a lens system. A parabolic mirror is preferably used as the light bundling device. The parabolic mirror can have a light trapping cross section, in particular an area that is at least 200 times preferably at least 1000 times as large as the exposed area of the solar cell. In order to minimize the electrical losses, it is advantageous if the electrolysis cell is as close to the solar cell as possible. The solar cell is preferably carried by an electrolysis cell.
Zur Abfuhr der von der Solarzelle absorbierten Wärme ist es von Vorteil, wenn die Rückseite der Solarzelle im Wesentlichen ganzflächig thermisch leitend mit einem gut thermisch leitenden Gehäuseabschnitt der Elektrolysezelle verbunden ist. Vorzugsweise besteht dieser Gehäuseabschnitt der Elektrolysezelle aus einem gut thermisch leitenden Metall. Die Leitverbindung zwischen der Rückseite der Solarzelle und der entsprechenden Oberfläche dieses thermisch gut leitenden Gehäuseabschnitts kann über ein Silberlot oder ein anderes und insbesondere auch elektrisch leitfahiges Material erzeugt werden.To dissipate the heat absorbed by the solar cell, it is advantageous if the back of the solar cell is connected to a good thermally conductive housing section of the electrolysis cell, essentially over the entire area. This housing section of the electrolytic cell preferably consists of a good thermally conductive metal. The conductive connection between the back of the solar cell and the corresponding surface of this thermally highly conductive housing section can be produced via a silver solder or another and in particular also electrically conductive material.
In einer bevorzugten Ausgestaltung besitzt die Elektrolysezelle eine oder mehrere Zuflussöfftiungen für den Elektrolyten und eine oder mehrere Abflussöfftiungen für den Elektrolyten und den im Elektrolyt gelösten Wasserstoff/Sauerstoff. Dies hat den Vorteil, dass zeitgleich Elektrolyt und im Elektrolyt gelöste Reaktionsprodukte und auf den Elektrolyten übertragene Wärme aus dieser bzw. diesen Abflussöffnungen austreten können.
Vorzugsweise besitzt die Elektrolysezelle getrennte Zulassöff ungen für getrennte Kammern. Die beiden Kammern der Elektrolysezelle sind durch eine permeable Wand voneinander getrennt. In einer der Kammern befindet sich die Anode. In der anderen Kammer befindet sich die Kathode. Hierdurch ist sichergestellt, dass Wasserstoff und Sauerstoff in voneinander verschiedenen Kammern erzeugt werden. Dies hat zur Folge, dass der Wasserstoff in Lösungen durch die eine Abflussöffhung und der Sauerstoff in Lösungen in der anderen Abflussöffnung aus der Elektrolysezelle abtransportiert wird. Die Anode und die Kathode sind aus geeignetem Material gefertigt. Es kann sich hierbei um reine Metalle oder geeignete Komposita mit Metallen handeln. Die Anode bzw. die Kathode kann zusätzlich mechanisch strukturiert und/oder mit geeigneten Katalysatoren beschichtet sein. Die beiden Kammern der Elektrolysezelle sind durch eine permeable Wand voneinander getrennt. Diese Wand kann sowohl eine rein passive und eher mechanisch wirkende Wand sein, die zwar den Austausch von Ionen nicht aber der durch Elektrolyse entstehenden Gase erlaubt. Sie kann aber auch aus einem Festkörper Elektrolyt wie bei einer PEM-Elektrolyse-Zelle bestehen und damit als Ionenquelle den Stromfluss erst ermöglichen. Innerhalb der Elektrolysezelle befindet sich dann reines Wasser. Anode und Kathode sind dann aber elektrisch leitend mit dem Festkörperelektrolyten verbunden.In a preferred embodiment, the electrolysis cell has one or more inflow openings for the electrolyte and one or more outflow openings for the electrolyte and the hydrogen / oxygen dissolved in the electrolyte. This has the advantage that electrolyte and reaction products dissolved in the electrolyte and heat transferred to the electrolyte can escape from this or these discharge openings at the same time. The electrolysis cell preferably has separate inlet openings for separate chambers. The two chambers of the electrolytic cell are separated from each other by a permeable wall. The anode is located in one of the chambers. The cathode is in the other chamber. This ensures that hydrogen and oxygen are generated in different chambers. The consequence of this is that the hydrogen in solutions is transported out of the electrolysis cell through one drain opening and the oxygen in solutions in the other drain opening. The anode and the cathode are made of a suitable material. These can be pure metals or suitable composites with metals. The anode or the cathode can additionally be mechanically structured and / or coated with suitable catalysts. The two chambers of the electrolytic cell are separated from each other by a permeable wall. This wall can be a purely passive and more mechanically acting wall, which allows the exchange of ions but not the gases generated by electrolysis. However, it can also consist of a solid electrolyte as in a PEM electrolysis cell and thus enable current flow as an ion source. Pure water is then inside the electrolysis cell. The anode and cathode are then electrically conductively connected to the solid electrolyte.
Dabei ist die Erfindung nicht auf diese beiden bekannten permeablen Wandtypen beschränkt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der gut thermisch leitende Gehäuseabschnitt die Kontaktfläche zum Elektrolyt erhöhende Strukturen ausbildet. Insbesondere ist vorgesehen, dass aus den Wänden beider Kammern der Elektrolysezelle derartige die Kontaktfläche zum Elektrolyt erhöhende Strukturen ragen. Diese Strukturen können beispielsweise Zapfen oder Stifte sein. In Folge der erhöhten Kontaktfläche wird nicht nur der chemische Massenumsatz, sondern auch die Wärmeableitung in den Elektrolyten erhöht. Bei dem Elektrolyt kann es sich um verdünnte Natronlauge oder verdünnte Kalilauge oder eine andere geeignete chemische Substanz handelt. Wesentlich ist jedoch das Vorhandensein von
Wasser, welches in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden soll. Besitzt die Elektrolysezelle mehrere Kammern, so ist vorgesehen, dass jeder Kammer ein eigener Elektrolytkreislauf zugeordnet ist. Vorzugsweise besitzt die Vorrichtung zwei Elektrolytkreisläufe, wobei jeder Elektrolytkreislauf eine Pumpe, einen Gasabscheider und einen Wärmetauscher aufweist. Mit der Pumpe wird der Elektrolyt durch den Kreislauf gefördert, wobei vorzugsweise innerhalb der Elektrolysezelle Drücke zwischen 70 und 120 bar erzeugt werden. In dem Gasabscheider wird jeweils der aus der Elektrolysezelle heraus transportierte Wasserstoff bzw. Sauerstoff der Elektrolyseflüssigkeit entnommen.The invention is not limited to these two known permeable wall types. In a further embodiment of the invention, it is provided that the thermally conductive housing section forms structures that increase the contact area with the electrolyte. In particular, it is provided that structures of this type which increase the contact area with the electrolyte protrude from the walls of both chambers of the electrolysis cell. These structures can be pins or pins, for example. As a result of the increased contact area, not only is the chemical mass conversion increased, but also the heat dissipation in the electrolytes. The electrolyte can be dilute sodium hydroxide solution or dilute potassium hydroxide solution or another suitable chemical substance. However, the presence of is essential Water, which is to be split into its components hydrogen and oxygen. If the electrolysis cell has several chambers, it is provided that each chamber is assigned its own electrolyte circuit. The device preferably has two electrolyte circuits, each electrolyte circuit having a pump, a gas separator and a heat exchanger. With the pump, the electrolyte is conveyed through the circuit, wherein pressures between 70 and 120 bar are preferably generated within the electrolysis cell. In the gas separator, the hydrogen or oxygen transported out of the electrolysis cell is removed from the electrolysis liquid.
Die Solarzelle liefert beispielsweise durch zusätzliche Verwendung des thermoelektrischen Effektes eine Spannung, die ausreicht, um Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Die dabei erzeugte Spannung liegt etwa zwischen 1,3 und 3,3 Volt. Dadurch erübrigt sich eine fertigungstechnisch aufwendigere Reihenschaltung mehrerer Solarzellen.For example, the additional use of the thermoelectric effect provides the solar cell with a voltage which is sufficient to split water into its components, hydrogen and oxygen. The voltage generated is between 1.3 and 3.3 volts. This eliminates the need for a series connection of several solar cells, which is more complex in terms of production technology.
Vorzugsweise wird auch die zufolge eines thermoelektrischen Effektes zwischen heißer und gekühlter Fläche der Solarzelle entstandene Thermospannung genutzt. Die mit dem stark gebündelten Sonnenlicht beaufschlagte aktive Oberfläche der Solarzelle kann sich auf Temperaturen von 400 bis 450 Grad aufheizen. Die gekühlte Rückseite der Solarzelle besitzt eine Temperatur, die erheblich niedriger ist. Diese Temperatur kann zwischen 100 und 200 Grad betragen. Insbesondere wenn die Anordnung bei Drücken über dem Normaldruck betrieben wird, lässt sich für den wässrigen Elektrolyten eine erhöhte Temperatur nutzen, ohne dass es zum Sieden des Elektrolyten kommt. Die Spannung zur Dissoziation von Wasser bei erhöhter Temperatur verringert sich. Die Ausbeute des Prozesses kann steigen. Zufolge dieser Temperaturdifferenz kann die Spannung zwischen Anode und Kathode um einen ergänzenden thermoelektrischen Effekt (Seebeck-Effekt) erhöht werden. Bei geeigneten Materialien kann diese zusätzliche Spannung beträchtliche Werte oberhalb von 100 mV annehmen. Die Solarzelle wird dann zu einem kombinierten
Foto-und thermoelektrischen Bauelement. Es ist ferner vorgesehen, dass mehrere Solarzellen in Reihe gestellt werden, um die Gesamtspannung zu erhöhen. Diese Solarzellen können nebeneinander derartig platziert werden, dass sie in geeigneter Weise vom stark gebündelten Sonnenlicht beaufschlagt werden. Auch bei dieser Lösung ist vorgesehen, dass die Elektrolyse in räumlich unmittelbarer Nähe der Solarzelle erfolgt. Auch hier wird die von der Solarzelle absorbierte Wärme vom Elektrolyt abgeführt. Bei dieser Vorrichtung sind vorzugsweise mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Elektrolysezellen vorgesehen. Um mit lediglich einem p - n - Übergang, die für die Dissoziation von Wasser erforderliche Spannung zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Halbleiterschichten der Solarzelle aus einem III- V- Komponentenmaterial bestehen. Die erforderliche Spannung dieser einen einzigen pn-Übergang aufweisenden Solarzelle wird durch ein entsprechendes Band-Gap- Engineering erreicht, bei dem die Zusammensetzung der Halbleiterschichten aus jeweils III-V-Komponenten (AI, Ga, In, P, As, N) in entsprechender Weise gewählt werden. Die Rückseite der Solarzelle kann elektrisch leitend mit einer metallischen Gehäusehälfte verbunden sein. Auf der Oberfläche können ein oder mehrere Kontakte angeordnet sein, die elektrisch leitend mit einer zweiten Gehäusehälfte verbunden sein. Dabei sind die beiden Gehäusehälften voneinander elektrisch isoliert und bilden jeweils die Anode bzw. Kathode aus.The thermal voltage which arises as a result of a thermoelectric effect between the hot and cooled surface of the solar cell is also preferably used. The active surface of the solar cell exposed to the highly concentrated sunlight can heat up to temperatures of 400 to 450 degrees. The cooled back of the solar cell has a temperature that is significantly lower. This temperature can be between 100 and 200 degrees. In particular if the arrangement is operated at pressures above normal pressure, an elevated temperature can be used for the aqueous electrolyte without the electrolyte boiling. The tension to dissociate water at elevated temperature decreases. The yield of the process can increase. As a result of this temperature difference, the voltage between the anode and cathode can be increased by an additional thermoelectric effect (Seebeck effect). With suitable materials, this additional voltage can assume considerable values above 100 mV. The solar cell then becomes a combined one Photo and thermoelectric device. It is also provided that several solar cells are placed in series in order to increase the total voltage. These solar cells can be placed side by side in such a way that they are suitably impacted by the highly concentrated sunlight. This solution also provides for the electrolysis to take place in the immediate vicinity of the solar cell. Here, too, the heat absorbed by the solar cell is dissipated by the electrolyte. In this device, a plurality of electrolysis cells electrically connected in series are preferably provided. In order to achieve the voltage required for the dissociation of water with only one p - n junction, it is provided that the semiconductor layers of the solar cell consist of a III-V component material. The required voltage of this single pn junction solar cell is achieved by a corresponding band gap engineering, in which the composition of the semiconductor layers from III-V components (AI, Ga, In, P, As, N) in a corresponding manner Be chosen. The back of the solar cell can be connected in an electrically conductive manner to a metallic housing half. One or more contacts can be arranged on the surface, which are connected in an electrically conductive manner to a second housing half. The two housing halves are electrically insulated from one another and each form the anode or cathode.
Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Erzeugen von Wasserstoff mittels einer Solarzelle gelöst. Die Vorteile dieses Verfahrens entsprechen den oben mit Bezug auf die beanspruchte Vorrichtung genannten Vorteilen.The above-mentioned object of the invention is further achieved by a method for generating hydrogen using a solar cell. The advantages of this method correspond to the advantages mentioned above with reference to the claimed device.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau einer Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff mittels einer Solarzelle,Embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it: 1 shows a schematic representation of the structure of a device for generating hydrogen by means of a solar cell,
Fig. 1 a in schematischer Darstellung den Aufbau einer Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff mittels einer Solarzelle in einer abgewandelten Form,1 a in a schematic representation the structure of a device for generating hydrogen by means of a solar cell in a modified form,
Fig. 2 in schematischer Darstellung den Aufbau einer erfindungsge- mässen unmittelbar mit einer Solarzelle verbundenen Elektrolysezelle,2 shows a schematic representation of the structure of an electrolysis cell according to the invention which is directly connected to a solar cell,
Fig. 3 ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer Elektrolysezelle mit integrierter Solarzelle in einer Draufsicht,3 shows a further exemplary embodiment of an electrolysis cell with an integrated solar cell in a top view,
Fig. 4 ein Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3 undFig. 4 is a section along the line IV-IV in Fig. 3 and
Fig. 5 ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines mehrerer einzelner Elektrolysezellen aufweisenden Apparates zur Erzeugung von Wasserstoff mit integrierter Solarzellenanordnung.5 shows a further exemplary embodiment of an apparatus having a plurality of individual electrolysis cells for generating hydrogen with an integrated solar cell arrangement.
Die Fig. 1 zeigt einen Parabolspiegel 4. Dieser Reflektor reflektiert das Sonnenlicht 3 und bündelt es auf einen im Brennpunkt des Reflektors 4 angeordneten Wandler. Dieser Wandler besitzt eine Solarzelle 1, die innig mit einer Elektrolysezelle 2 verbunden ist. Es handelt sich dabei um eine Kombination einer oder mehrerer Solarzellen mit einer oder mehreren Elektrolysezellen so, dass beide Komponenten mit hoher Synergie so betrieben werden können, dass Wasserstoff oder auch andere Elektrolyseprodukte direkt mittels der Energie der Sonne bereitgestellt werden können.1 shows a parabolic mirror 4. This reflector reflects the sunlight 3 and focuses it on a transducer arranged in the focal point of the reflector 4. This converter has a solar cell 1 which is intimately connected to an electrolytic cell 2. It is a combination of one or more solar cells with one or more electrolysis cells in such a way that both components can be operated with high synergy so that hydrogen or other electrolysis products can be provided directly using the energy of the sun.
Die Elektrolysezelle 1 wird, von dem Elektrolyt durchströmt. Die Fig. 1 zeigt zwei Elektrolytkreisläufe 19, 20. Jeder Elektrolytkreislauf 19, 20 beinhaltet eine Pumpe
15, einen Gasabscheider 16 und einen Wärmetauscher 17. Die Pumpe 15 pumpt den Elektrolyten in eine Zuleitung 19', 20'. Die Zuleitung 19', 20' leitet den Elektrolyten in von einer permeablen Wand 11 getrennte Kammern 12, 13 der Elektrolysezelle 2. Durch Elektrolyse entsteht innerhalb der Kammer 12 Wasserstoff und innerhalb der Kammer 13 Sauerstoff. Sauerstoff und Wasserstoff werden von dem durch die Ableitungen 19', 20' fließenden Elektrolyt abtransportiert, um ggf. weiter komprimiert und gespeichert zu werden. In Strömungsrichtung vor oder nach einem Wärmetauscher 17 kann sich in jedem der Elektrolytkreisläufe 19, 20 ein Gasabscheider 16 befinden, mittels welchem aus dem Elektrolyt der Sauerstoff bzw. der Wasserstoff getrennt wird, um komprimiert und gespeichert zu werden. Die Abnahme der Wärmetauscher 17 kann anderweitig genutzt werden.The electrolyte flows through the electrolytic cell 1. 1 shows two electrolyte circuits 19, 20. Each electrolyte circuit 19, 20 contains a pump 15, a gas separator 16 and a heat exchanger 17. The pump 15 pumps the electrolyte into a feed line 19 ', 20'. The feed line 19 ', 20' conducts the electrolyte into chambers 12, 13 of the electrolysis cell 2 which are separated from a permeable wall 11. Electrolysis produces hydrogen within the chamber 12 and oxygen within the chamber 13. Oxygen and hydrogen are carried away by the electrolyte flowing through the discharge lines 19 ', 20' in order to be further compressed and stored if necessary. In the flow direction upstream or downstream of a heat exchanger 17 there can be a gas separator 16 in each of the electrolyte circuits 19, 20, by means of which the oxygen or hydrogen is separated from the electrolyte in order to be compressed and stored. The removal of the heat exchanger 17 can be used for other purposes.
Zur Folge dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Solarzelle (1) aufgrund der sehr guten Kühlung durch den Elektrolyten mit konzentriertem Sonnenlicht bei hohen Konzentrationsfaktoren zu betreiben. Durch die direkte Produktion von Wasserstoff als Energieträger werden die bekannten tages- und jahreszeitlichen Schwankungen im "Primärenergieangebot" des Sonnenscheins überbrückt, damit Wasserstoff ein leicht zu speichernder Energieträger vorhanden ist. Aufgrund der hohen möglichen Konzentrationsfaktoren des Sonnenlichtes besteht ein enormes wirtschaftliches Potential zur preiswerten Produktion von Wasserstoff auch zur energetischen Nutzung. Die Anwendung ist nicht auf die Produktion von Wasserstoff durch Elektrolyse beschränkt. Prinzipiell ist auf ihrer Basis jede gewünschte Elektrolyse mittels Energie der Sonne möglich. Insbesondere sind Kombinationskraftwerke möglich, die es erlauben, auf der einen Seite See- oder Brackwasser zu Trinkwasser aufzuarbeiten und auf der anderen Seite Wasserstoff als Energieträger herzustellen. Der in der Fig. 1 a dargestellte Aufbau unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau im Wesentlichen dadurch, dass beide Kammern der Elektrolysezelle 2 von einer Pumpe 5 gespeist werden. Demzufolge ist auch nur eine Zuleitung 19 erforderlich, die sich nur unmittelbar vor der Elektrolysezelle 2 teilt. Dies hat den Vorteil, dass in beiden Kammern der Elektrolysezelle 2 ein gleicher
Druck herrscht und die permeable Wand zwischen den beiden Kammern minimal belastet wird.As a result of this configuration, it is possible to operate the solar cell (1) with concentrated sunlight due to the very good cooling by the electrolyte with high concentration factors. The direct production of hydrogen as an energy source bridges the known daily and seasonal fluctuations in the "primary energy supply" of the sunshine, so that hydrogen is an easily stored energy source. Due to the high possible concentration factors of sunlight, there is enormous economic potential for the inexpensive production of hydrogen also for energy use. The application is not limited to the production of hydrogen by electrolysis. In principle, any desired electrolysis using the sun's energy is possible on its basis. In particular, combination power plants are possible, which make it possible to process sea or brackish water into drinking water on one side and to produce hydrogen as an energy source on the other side. The structure shown in FIG. 1 a essentially differs from the structure shown in FIG. 1 in that both chambers of the electrolytic cell 2 are fed by a pump 5. Accordingly, only one feed line 19 is required, which divides only immediately in front of the electrolytic cell 2. This has the advantage that the same in both chambers of the electrolytic cell 2 There is pressure and the permeable wall between the two chambers is minimally loaded.
Den Aufbau einer eine Solarzelle 1 aufweisende Elektrolysezelle 2 beschreibt prinzipiell die Fig. 2. Dort besitzt die Elektrolysezelle 2 zwei Kammern, die von einer permeablen Wand 11, durch welche ein Ionenaustausch stattfinden kann, getrennt sind. Die Kammer 12 besitzt eine elektrisch leitende Kammerwand 21, die eine Kathode bildet. Im wesentlichen spiegelbildlich zur Kammer 12 aufgebaute Kammer 13 bildet ebenfalls eine elektrisch leitende Kammerwand 22 aus, die die Anode bildet. Die Kammer 21 besitzt darüber hinaus eine hohe thermische Leitfähigkeit und ist großflächig mit der Rückseite 1 "einer Solarzelle 1 verbunden. Auf der aktiven Oberfläche 1' der Solarzelle 1 befinden sich Kontakte 18, die über eine elektrische Leitverbindung 23 mit der Anode 22 verbunden sind. In die Kammer 12 mündet eine Zuleitung 7, durch welche H2O und gegebenenfalls KOH in die Kammer 2 eingeleitet wird. Auch die Kammer 13 besitzt eine Zuleitung 8, durch welche H2O und gegebenenfalls KOH in die Kammer 13 eingeleitet wird. In der Kammer 12 entsteht durch Elektrolyse Wasserstoff. Dieser Wasserstoff wird zusammen mit dem H2O bzw. dem gegebenenfalls vorhandenen KOH durch eine Ableitung 9 abgeleitet. In der Kammer 13 entsteht durch Elektrolyse Sauerstoff. Dieser wird durch die Ableitung 10 zusammen mit dem Wasser abgeleitet.The structure of an electrolysis cell 2 having a solar cell 1 is described in principle in FIG. 2. There, the electrolysis cell 2 has two chambers which are separated from a permeable wall 11 through which an ion exchange can take place. The chamber 12 has an electrically conductive chamber wall 21 which forms a cathode. Chamber 13, which is essentially a mirror image of chamber 12, also forms an electrically conductive chamber wall 22 which forms the anode. The chamber 21 also has a high thermal conductivity and is connected over a large area to the rear side 1 ″ of a solar cell 1. On the active surface 1 ′ of the solar cell 1 there are contacts 18 which are connected to the anode 22 via an electrical conductive connection 23. A feed line 7 opens into the chamber 12, through which H 2 O and possibly KOH are introduced into the chamber 2. The chamber 13 also has a feed line 8 through which H 2 O and optionally KOH is introduced into the chamber 13. In the Hydrogen is produced by electrolysis in chamber 12. This hydrogen is discharged together with the H 2 O or the KOH which may be present through a discharge line 9. Oxygen is produced in electrolytic chamber 13. This is discharged together with the water through discharge line 10.
Die Oberfläche 1' der Solarzelle 1 wird mit konzentriertem Sonnenlicht beaufschlagt. Hierdurch entsteht in der Solarzelle, die aus einer n-Schicht 24 und einer p-Schicht 25 gebildet wird, elektrischer Strom, der die Elektrolyse betreibt. Zusätzlich wird in der Solarzelle 1 Wärme absorbiert. Diese Wärme wird über die Kathode 21 in den Elektrolyten, der sich in der Kammer 12 befindet, abgegeben. Die Durchströmung der Kammer 12 bewirkt den Wärmeabtransport. Die Anordnung der Kathode und der Anode im Ausführungsbeispiel ist rein willkürlich gewählt. Sie können auch vertauscht werden.
Die Oberfläche 1' der Solarzelle 1 kann sich auf über 400 Grad aufheizen. Zur Folge der Kühlung beträgt die Temperatur an der Rückseite 1' lediglich 100 bis 200 Grad Celsius. Zur Folge des Seebeck-Effektes tritt zwischen den beiden Oberflächen 1, 1' bei geeigneten Materialien eine zusätzliche thermoelektrische Spannung auf. Diese kann deutlich über 100 mV betragen. Somit ist es je nach Wahl des Materials der Solarzelle, der gewählten Polarität des Substrates der Solarzelle und bei geeigneter Montage der Solarzelle 1 auf der Elektrolysezelle 2 möglich, dass dieser thermoelektrische Effekt in Temperaturgradienten zwischen den beiden Oberflächen der Solarzelle zum Gesamtwirkungsgrad der Anordnung erheblich beiträgt.The surface 1 'of the solar cell 1 is exposed to concentrated sunlight. As a result, electrical current is generated in the solar cell, which is formed from an n-layer 24 and a p-layer 25, and operates the electrolysis. In addition, 1 heat is absorbed in the solar cell. This heat is emitted via the cathode 21 in the electrolyte, which is located in the chamber 12. The flow through the chamber 12 causes the heat to be removed. The arrangement of the cathode and the anode in the exemplary embodiment is chosen purely arbitrarily. They can also be exchanged. The surface 1 'of the solar cell 1 can heat up to over 400 degrees. As a result of the cooling, the temperature on the rear 1 'is only 100 to 200 degrees Celsius. As a result of the Seebeck effect, an additional thermoelectric voltage occurs between the two surfaces 1, 1 'with suitable materials. This can be well over 100 mV. Depending on the choice of the material of the solar cell, the selected polarity of the substrate of the solar cell and, if the solar cell 1 is suitably mounted on the electrolytic cell 2, it is possible that this thermoelectric effect in temperature gradients between the two surfaces of the solar cell contributes significantly to the overall efficiency of the arrangement.
Erfindungsgemäß können Solarzellen jeglicher Art verwendet werden. Es ist nicht unbedingt erforderlich, III-V-Solarzellen zu verwenden. Es können auch IV- Komponenten-Solarzellen beispielsweise aus Silizium verwendet werden. Es können Techniken verwandt werden, bei denen der Halbleiter der einen Polarität, der zusammen mit einem Halbleiter der andern Polarität eine Solarzelle so formt, dass mindestens eine Seite direkt als Elektrode einer Elektrolysezelle dient. Diese Methode wird in der Literatur mit den Namen Photolyse, Photo-Splitting oder Photoelektrolyse benannt.According to the invention, solar cells of any kind can be used. It is not absolutely necessary to use III-V solar cells. IV component solar cells made of silicon, for example, can also be used. Techniques can be used in which the semiconductor of one polarity, which together with a semiconductor of the other polarity, forms a solar cell in such a way that at least one side serves directly as an electrode of an electrolysis cell. This method is referred to in the literature as photolysis, photo splitting or photoelectrolysis.
Wesentlich ist die direkte Montage der Solarzelle 1 und die direkte elektrische Verbindung der Solarzelle 1 mit einer zugehörenden Elektrolysezelle 2, so dass die elektrische Energie aus der Solarzelle 1 direkt zur Elektrolyse herangezogen wird und der thermische Kontakt zwischen der Solarzelle 1 und der Elektrolysezelle 2 zu einer effektiven Kühlung der Solarzelle 1 fuhrt. Anstelle einer Solarzelle 1 können selbstverständlich auch mehrere Solarzellen 1 nebeneinander verwendet werden.What is essential is the direct assembly of the solar cell 1 and the direct electrical connection of the solar cell 1 to an associated electrolysis cell 2, so that the electrical energy from the solar cell 1 is used directly for the electrolysis and the thermal contact between the solar cell 1 and the electrolysis cell 2 is one effective cooling of the solar cell 1 leads. Instead of one solar cell 1, it is of course also possible to use a plurality of solar cells 1 next to one another.
In der Praxis werden für die Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff Spannungen zwischen 1,3 V und 3,3 V benötigt. Es wird eine Solarzelle verwendet,
die insbesondere unter zusätzlicher Verwendung des obengenannten thermoelektrischen Effektes diese Spannung erzeugt. Es ist aber auch möglich, mehrere Solarzellen in Reihenschaltung zu schalten, um die erforderliche Spannung zu erreichen. So ist es möglich, eine Reihenschaltung von 4 bis 8 klassischen Siliziumsolarzellen auf der sonnenzugewandten Seite der Elektrolysezelle zu montieren und in entsprechender Form elektrisch miteinander zu verbinden.In practice, voltages between 1.3 V and 3.3 V are required for the electrolysis of water to hydrogen and oxygen. A solar cell is used which generates this voltage in particular using the above-mentioned thermoelectric effect. However, it is also possible to connect several solar cells in series in order to achieve the required voltage. It is thus possible to mount a series connection of 4 to 8 classic silicon solar cells on the side of the electrolysis cell facing the sun and to connect them electrically in an appropriate form.
Die aktive Kühlung der Solarzelle sorgt nicht nur für einen hohen Synergieeffekt im Betrieb der beiden Komponenten Solarzelle und Elektrolysezelle. Sie sorgt auch für die Nutzbarmachung des thermoelektrischen Effektes. Dabei wird durch die thermodynamische Ausgangssituation insbesondere in Bezug auf den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik eine hohe Ausbeute der Elektrolyse erreicht.The active cooling of the solar cell not only ensures a high synergy effect in the operation of the two components solar cell and electrolysis cell. It also ensures that the thermoelectric effect is harnessed. The thermodynamic starting situation, in particular with regard to the second law of thermodynamics, achieves a high yield of electrolysis.
Es ist auch vorgesehen, hocheffiziente "Multijunction-Solarzellen" oder Tandem- Solarzellen einzusetzen. Diese Bauelemente liefern je nach Aufbau eine Ausgangsspannung von über 3 V und werden häufig auf Germaniumsubstraten hergestellt. Auch hier kann bei geeigneter Polarität des Substrates der gewünschte thermoelektrische Effekt unter konzentriertem Sonnenlicht auftreten.It is also planned to use highly efficient "multi-junction solar cells" or tandem solar cells. Depending on the design, these components deliver an output voltage of more than 3 V and are often produced on germanium substrates. The desired thermoelectric effect can also occur here under concentrated sunlight if the substrate is of suitable polarity.
In den Fig. 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Elektrolysezelle 2 dargestellt, die aus zwei als Drehteilen gefertigten Halbschalen 5, 6 besteht. Diese beiden Gehäusehälften 5,6 bestehen aus einem elektrisch und thermisch gut leitenden Material. Insbesondere die die Solarzelle 1 tragende Gehäusehälfte 5 kann aus Platin bestehen.3 and 4, an embodiment of an electrolysis cell 2 is shown, which consists of two half-shells 5, 6 manufactured as turned parts. These two housing halves 5, 6 consist of an electrically and thermally highly conductive material. In particular, the housing half 5 supporting the solar cell 1 can consist of platinum.
Die Gehäusehälfte 5 besitzt eine Ebene, kreisrunde von einem Rand gefasste Oberfläche 29, auf welcher die Solarzelle 1 aufgebracht ist. Mittels eines geeigneten elektrisch leitenden und thermisch leitenden Mediums ist die Rückseite 1' der Solarzelle 1 ganzflächig mit der Fläche 29 verbunden.
Die Gehäusehälfte 5 besitzt in ihrer Symmetrieachse eine kreisrunde Öffnung. Die Solarzelle 1 besitzt eine formangepasste Öffnung, die sie mit dieser Öffnung fluchtet.The housing half 5 has a plane, circular surface 29 surrounded by an edge, on which the solar cell 1 is applied. The back 1 ′ of the solar cell 1 is connected to the surface 29 over the entire surface by means of a suitable electrically conductive and thermally conductive medium. The housing half 5 has a circular opening in its axis of symmetry. The solar cell 1 has a shape-adjusted opening that it is aligned with this opening.
Die mit der Gehäusehälfte 1 fest verbundene Gehäusehälfte 6 besitzt einen zentralen Kontaktstift 28, der durch die obengenannte Öffnung ragt. Die Öffnung ist von einem Keramikrohr 27 ausgekleidet, so dass die beiden Kammern 12 und 13 nach außen hin abgedichtet sind.The housing half 6, which is firmly connected to the housing half 1, has a central contact pin 28 which projects through the above-mentioned opening. The opening is lined with a ceramic tube 27, so that the two chambers 12 and 13 are sealed off from the outside.
Der Kontaktstift 28 ist mit einem entsprechend der aufzutretenden Ströme dimensionierten Leiter 23 mit einem Kontakt 18 der Solarzelle 1 verbunden, so dass die Gehäusehälfte 5 die Kathode und die Gehäusehälfte 6 die Anode (oder umgekehrt) ausbilden.The contact pin 28 is connected to a contact 18 of the solar cell 1 with a conductor 23 dimensioned according to the currents to be encountered, so that the housing half 5 forms the cathode and the housing half 6 the anode (or vice versa).
Zur Isolation der beiden insbesondere aus Metall bestehenden Gehäusehälften 5, 6 voneinander ist eine Trennebene zwischen den Gehäusehälften 5, 6 eine Isolationsschicht vorgesehen, die insbesondere von einer permeablen Wand 11 gebildet sein kann. Diese permeable Wand 11 trennt die beiden Kammern 12, 13 derart voneinander, dass das in der Kammer 12 erzeugte Wasserstoffgas nicht oder nur unwesentlich in die Kammer 13 eindringen kann. Selbiges gilt für das in der Kammer 13 erzeugte Sauerstoffgas in Bezug auf die Kammer 12.To isolate the two housing halves 5, 6, which are made in particular of metal, a separation plane is provided between the housing halves 5, 6, an insulation layer which can be formed in particular by a permeable wall 11. This permeable wall 11 separates the two chambers 12, 13 from one another in such a way that the hydrogen gas generated in the chamber 12 cannot penetrate into the chamber 13, or only insignificantly. The same applies to the oxygen gas generated in the chamber 13 with respect to the chamber 12.
Zur Erhöhung der wärme- und stromleitenden Oberfläche der Kammerwandungen 13, 14 bildet die Kammerwandung parallel zueinander verlaufende Zapfen 14 aus, die sich quer zur Erstreckungsrichtung der permeablen Wand 11 erstrecken. Die Stirnenden der Zapfen 14 können in berührender Anlage an der permeablen Wand 11 liegen, so dass die Lage der permeablen Wand 11 durch die Zapfen 14 stabilisiert ist. Insbesondere erlaubt der direkte elektrische Kontakt zwischen Membran und
Elektroden den Einsatz einer ionenliefernden PEM-Membran als Elektrolyten und die Nutzung von reinem Wasser als Wasserquelle.In order to increase the heat and current-conducting surface of the chamber walls 13, 14, the chamber wall forms pegs 14 which run parallel to one another and extend transversely to the direction of extension of the permeable wall 11. The ends of the pins 14 can be in contact with the permeable wall 11, so that the position of the permeable wall 11 is stabilized by the pins 14. In particular, the direct electrical contact between the membrane and Electrodes the use of an ion-supplying PEM membrane as electrolyte and the use of pure water as a water source.
Auch bei diesem Ausfuhrungsbeispiel besitzt jede der beiden Kammern 12, 13 eine individuelle Zuleitung 7, 8 bzw. eine individuelle Ableitung 9, 10.In this exemplary embodiment too, each of the two chambers 12, 13 has an individual feed line 7, 8 or an individual drain line 9, 10.
Wie insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist, sind auf der Oberfläche 1' der Solarzelle 1 zwei kreisförmige Kontakte 18', 18 angeordnet, die mit Leiterbahnen 26 miteinander verbunden sind.As can be seen in particular from FIG. 3, two circular contacts 18 ′, 18 are arranged on the surface 1 ′ of the solar cell 1 and are connected to one another by conductor tracks 26.
Das in der Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen Apparat, der eine aus mehreren Einzelsolarzellen 30 bestehende Solarzellenanordnung 1 aufweist. Die Einzelsolarzellen 30 sind elektrisch hintereinander in Reihe geschaltet, so dass am Kontakt 18 eine Summenspannung anliegt. Hier liegt die Solarzellenanordnung 1 in elektrisch isolierter aber thermisch leitender Anlage an der Kathode 21, die mit einem Pol der Solarzellenanordnung 1 leitverbunden ist. Der andere Pol 18 ist über einen Leiter 23 mit der Anode 22 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind mehrere, elektrisch in Reihe geschaltete Einzelelektrolysezellen über-einander angeordnet, die insgesamt eine Elektrolysezellenanordnung 2 ausbilden. Jede der Einzelelektrolysezellen besitzt eine Kammer 12 und eine Kammer 13 mit separaten Zuleitungen 7, 8, wobei die in die jeweiligen Kammern 12 und die jeweiligen Kammern 13 mündenden Zuleitungen 7, 8 untereinander verbunden sind. Selbiges gilt für die Ableitungen 9, 10 der einzelnen Kammern 12, 13, die in der oben beschriebenen Weise durch eine permeable Wand 11 voneinander getrennt sind. Die Böden 31 der jeweiligen Einzelelektrolysezellen bilden elektrische Leitverbindungen zwischen den übereinander angeordneten Elektrolysezellen aus. Sie bilden einseitig die Anode und anderseitig die Kathode aus.
Die Anzahl der Einzelsolarzellen 30 bzw. der Einzelelektrolysezellen sind so aufeinander abgestimmt, dass die Summenspannung der Solarzellenanordnung 1 optimal für die Dissoziation von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff ist.The exemplary embodiment shown in FIG. 5 shows an apparatus which has a solar cell arrangement 1 consisting of a plurality of individual solar cells 30. The individual solar cells 30 are electrically connected in series, so that a total voltage is present at the contact 18. Here, the solar cell arrangement 1 lies in an electrically insulated but thermally conductive system on the cathode 21, which is conductively connected to a pole of the solar cell arrangement 1. The other pole 18 is connected to the anode 22 via a conductor 23. In this exemplary embodiment, a plurality of individual electrolysis cells, which are electrically connected in series, are arranged one above the other, which overall form an electrolysis cell arrangement 2. Each of the individual electrolysis cells has a chamber 12 and a chamber 13 with separate feed lines 7, 8, the feed lines 7, 8 opening into the respective chambers 12 and the respective chambers 13 being connected to one another. The same applies to the leads 9, 10 of the individual chambers 12, 13, which are separated from one another in the manner described above by a permeable wall 11. The bottoms 31 of the respective individual electrolysis cells form electrical conductive connections between the electrolysis cells arranged one above the other. They form the anode on one side and the cathode on the other side. The number of individual solar cells 30 or the individual electrolysis cells are coordinated with one another such that the total voltage of the solar cell arrangement 1 is optimal for the dissociation of water into hydrogen and oxygen.
Die erfindungsgemäße Solarzelle kann bei Kleinanlagen unter Normal-druck betrieben werden. Bei mittleren Anlagen ist es vorgesehen, bei höheren Flüssigkeitsdrücken zu arbeiten, beispielsweise bei Drücken von ca. 20 bar. Bei Großanlagen ist es von Vorteil, bei Flüssigkeitsdrücken von 70 - 120 bar zu arbeiten. Bei derartig hohen Drücken kann eine nachfolgende Kompression des erzeugten Wasserstoffs bzw. des erzeugten Sauerstoffs entfallen. Zufolge der Verwendung von stark gebündeltem Sonnenlicht können Ströme im Bereich zwischen 300 und 3000 Ampere erzeugt werden. Die Solarzelle kann einen p-n-Übergang oder einen n-p- Übergang aufweisen. Es ist aber auch möglich, thermoelektrische Solarzellen zu verwenden. Insbesondere bei hohen Flüssigkeitsdrücken kann die dort erreichbare Spannung ausreichen, Wasser zu dissoziieren.
In small systems, the solar cell according to the invention can be operated under normal pressure. In medium-sized systems, it is intended to work at higher liquid pressures, for example at pressures of approximately 20 bar. In large systems, it is advantageous to work at liquid pressures of 70-120 bar. At such high pressures, subsequent compression of the hydrogen or oxygen produced can be omitted. Due to the use of highly concentrated sunlight, currents in the range between 300 and 3000 amperes can be generated. The solar cell can have a p-n junction or an n-p junction. But it is also possible to use thermoelectric solar cells. In particular at high liquid pressures, the voltage that can be achieved there can be sufficient to dissociate water.