WO2007098895A1 - Apparatus for suppling power to buildings using solar power as a power source - Google Patents

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WO2007098895A1 PCT/EP2007/001598 EP2007001598W WO2007098895A1 WO 2007098895 A1 WO2007098895 A1 WO 2007098895A1 EP 2007001598 W EP2007001598 W EP 2007001598W WO 2007098895 A1 WO2007098895 A1 WO 2007098895A1
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Definitions

  • the invention relates to a device for
  • Object of the present invention is therefore to provide a device for energy supply of buildings using solar energy as an energy source of the type mentioned, which is less expensive and can be used in a variety of ways and is used in each case adapted.
  • an essentially autonomous energy supply to one or more buildings is achieved over the entire year.
  • a standardization and thus significant cost reduction of such devices is achieved because such modular energy blocks can be prefabricated or pre-assembled in different sized energy units.
  • Figure 1 shows a schematic section of a building with a device to its self-sufficient Energy supply using solar energy as an energy source
  • Figure 2 in block diagram a corresponding, but modular device for power supply.
  • the device 10 shown in Figure 1 is provided for self-sufficient energy supply of a building 11 with the exclusive use of solar energy as an energy source.
  • the building 11 is designed, for example, as a one-family house, which is provided with an optimally inclined saddle roof 12 and which is optimally aligned with regard to the solar radiation during the day.
  • the outer walls 15 are optimally thermally insulated with an insulating material 16.
  • the inclined roof surfaces 21 and 22, which are also thermally insulated with an insulating material 16 to the roof space 17 are in the embodiment with both a first solar cell device 23 for converting solar energy into electrical energy and with a second solar cell device 24 for the conversion of solar energy Heat energy preferably fully occupied.
  • the division of the roof surfaces 21 and 22 with respect to the occupancy with the first and the second solar cell device 23, 24 is divided according to the expected demand for direct heat energy or electrical energy.
  • the areas of the first solar cell device 23, which serves the photovoltaic in a manner not shown on its back with a Provided heat conduction device, via which the first solar cell device 23 can be cooled to increase their efficiency and the waste heat can be harnessed.
  • an electrical storage device 26 is provided, which consists for example of one or more batteries and / or capacitors. Either directly to the photovoltaic device 23 and / or to the electrical storage device 26, an electrolysis device 27 is connected, which serves the splitting of water into hydrogen and oxygen. Likewise, the electrical supply system 28 of the building 11 is connected directly to the photovoltaic device 23, for example via inverters, or indirectly also to the electrical storage device 26, for example via inverters.
  • the gases supplied by the electrolyzer 27, namely hydrogen and oxygen are used differently in this embodiment.
  • the hydrogen is stored in a pressure buffer 31, while the oxygen, for example, for air conditioning or to improve the indoor climate in a manner not shown the living floor 13 and possibly the loft 17 is supplied.
  • a condenser unit 32 Connected to the print buffer 31 is a condenser unit 32 which is connected to the electrical storage device 26 and / or via a central control unit 40 is connected in a controlled manner to the photovoltaic device 23 and serves for the liquefaction of the hydrogen. From the condenser unit 32, the liquid hydrogen enters a hydrogen storage tank 33.
  • the device for self-sufficient energy supply of the building 11 further has a fuel cell block 36 which is connected to the hydrogen liquid storage 33 and additionally serves to supply the building 11 with electrical energy.
  • a hot water tank 38 for the hot water system of the building 11 is supplied for example by the second solar cell device 24 in a known manner with heat energy.
  • the waste heat resulting from the cooling of the photovoltaic device 23 can also be supplied to the hot water system 38 via a heat pump.
  • the hot water system 38 can also be supplied with heat via a heat pump or heated via the photovoltaic device 23 and / or the electrical storage device 26 and / or the fuel cell block 36 via electrical heating.
  • the heat pump or heat pumps are supplied with electrical energy via the photovoltaic device 23 and / or the electrical storage device 26 and / or the fuel cell block 36.
  • the device for self-sufficient energy supply of the building 11 also has a central control unit 40, which distributes the electrical energy and the thermal energy according to the weather conditions and according to the energy requirements of the individual consumers. For example, the electrical energy that is not immediately consumed is first used in the electrical system Storage device 26 stored. If this electrical storage device is filled or the amount of energy exceeds the charging power of the electrical storage device 26, the electrolysis device 27 starts, in which case the resulting hydrogen is fed via the intermediate stage of the condenser 32 to the liquid storage 33 and stored there.
  • the electrical storage device 26 and the fuel cell block 36 are used to supply energy to the building 11.
  • the respective energy contribution is distributed according to the required decrease on the individual consumers.
  • FIG. 2 shows a device 110 for supplying energy to a building complex 118 from a plurality of buildings 111/1, 111/2, etc. of different or the same size and shape.
  • the device 110 is connected to all or part of its devices, as will be described in more detail, at a central location 120 in the form of a building, container, open space and / or the like arranged.
  • the first solar cell device 123 for converting solar energy into electrical energy at this central location 120 may also be provided.
  • the second solar cell device 124 for converting solar energy into thermal energy is also provided either at this central location 120, or expediently at or on the respective building 111/1, 111/2, etc.
  • Storage device 126 is provided, which consists for example of one or more batteries and / or capacitors. Either directly with the
  • Photovoltaic device 123 and / or to the electrical storage device 126 is connected to an electrolysis device 127, which serves to split water into hydrogen and oxygen.
  • each electrical supply system 128 of a building 111/1, 111/2, etc. for example via inverters directly to the photovoltaic device 123 or also, for example via inverters indirectly connected to the electrical storage device 126.
  • the gases supplied by the electrolyzer 127 are treated in the same way and used at least partially in the same way.
  • Both the hydrogen and the oxygen are stored in a pressure buffer 131 or 141, to which a condenser unit 132 or 142 connected to the electrical storage device 126 and / or via a central control unit 140 with the Photovoltaic device 123 is connected and the liquefaction of hydrogen or oxygen is used.
  • From the condenser unit 132 or 142 of the liquid hydrogen or oxygen passes into a Wasserstoff gr. Oxygen-liquid storage 133 or 143.
  • the self-powered device 110 of the building complex 118 further has a fuel cell block unit 136 composed of a plurality of modular fuel cell blocks 136/1, 136/2, etc. of different power. In this case, more than one of each modular fuel cell block 136/1 and / or 136/2, etc. may be provided.
  • the individual modular fuel cell blocks are the input side to the hydrogen pressure buffer 131 and the oxygen pressure buffer 141 and / or connected to the hydrogen-liquid storage 133 and the oxygen-liquid storage 143 and output side electrical energy directly into the electrical storage device 126 and / or directly via corresponding converters in the electrical network of the individual buildings 111/1, 111/2, etc. of the building complex 118. For example, have the different sized modular fuel cell blocks 136/1, 136/2, etc.
  • the second solar cell device 124 for the direct use of the heat energy can either also centrally provided or, as in the embodiment of Figure 1 in a corresponding manner the individual buildings 111/1, etc. be assigned to the building complex 118.
  • the mentioned first control unit 140 distributes the electrical energy as well as the thermal energy according to the weather conditions and according to the energy requirements of the individual consumers, as described for the exemplary embodiment of FIG.
  • the device 110 has a second control unit 145, which uses the individual modular fuel cell blocks 136/1, etc. individually or in a specific combination depending on the electrical energy requirement. This means that the second control unit 145 detects the energy requirement over time, for example over certain time periods, and the corresponding modular
  • Fuel cell blocks 136/1 etc. individually or in combination not only depending on the respective energy requirements but also taking into account optimal efficiency, that is, corresponding combinations or sub-combinations and other shuts off. In other words, if, for example, 30 KW are required, then depending on the efficiency and economy either a 20 KW and a 10 KW block 136 or a 20 KW block and two 5 KW blocks are switched on.
  • the modular fuel cell blocks 136/1, etc. are self-contained and functional since each of these blocks is connected to the storage units of the media to be supplied, hydrogen and oxygen.
  • the oxygen stored in the device 141 and / or 143 may also be used in other ways in corresponding buildings 111/1, etc. of the building complex 118.
  • the oxygen for air conditioning one or more of the buildings 111/1, etc. of the building complex 118 as a building be used.
  • the device 110 used according to Figure 2 in a building complex 118 can also be installed in a complex of a single unitary large building, wherein the modular
  • Fuel cell blocks 136/1 etc. having

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Abstract

An apparatus (110) for supplying power to buildings (111) or building complexes (118) using solar power as a power source has a first solar cell device (123) for converting solar power into electrical power, a second solar cell device (124) for converting solar power into thermal energy, a water electrolysis device (127) for decomposing the water into hydrogen and oxygen by means of the electrical power delivered by the first solar cell device (123), a storage device (131 to 133) for the hydrogen, and an electrical storage device (126). To provide a less complicated power supply which can be used in a versatile manner, the arrangement (136) of a plurality of self-contained functional modular power blocks of different output are provided which have at least one respective fuel cell block (136/1, 136/2, etc.) of specific output and which can be used in a controlled manner individually or in combination as a function of the respective power demand and taking into account an optimum efficiency.

Description

Titel : Einrichtung zur Energieversorgung von Gebäuden unter Nutzung der Sonnenenergie als EnergiequelleTitle: Equipment for the energy supply of buildings using solar energy as an energy source
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zurThe invention relates to a device for
Energieversorgung von Gebäuden oder Gebäudekomplexen unter Nutzung der Sonnenenergie als Energiequelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.Energy supply of buildings or building complexes using solar energy as an energy source according to the preamble of claim 1.
Bekannt ist es, mit Hilfe von Solaranlagen Sonnenenergie als Energiequelle für Gebäude in Form von elektrischer Energie und/oder Wärmeenergie zu nutzen. Nachteilig hieran ist, dass im Sommer mehr Energie zur Verfügung steht als genutzt werden kann, während dies im Winter in unseren Breitengraden genau umgekehrt ist. Ein Speichern dieser Energieformen und Übertragen vom Sommer auf den Winter ist unmittelbar nicht zu erreichen.It is known to use with the help of solar energy solar energy as an energy source for buildings in the form of electrical energy and / or heat energy. The disadvantage of this is that in summer more energy is available than can be used, while in winter this is exactly the opposite in our latitudes. Saving these forms of energy and transferring them from summer to winter is not immediately achievable.
Es ist deshalb bei einer aus der DE 34 13 772 Al bekannten Einrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, die mit Hilfe der Fotovoltaik in elektrische Energie umgewandelte Sonnenenergie für die Elektrolyse von Wasser zu verwenden und den daraus abgespalteten Wasserstoff zu speichern, so dass der Wasserstoff dann zu entsprechenden Zeitpunkten einem Gasturbinengenerator zugeführt werden kann, der der Abgabe von elektrischer Energie und/oder von Wärmeenergie dient. Derartige Gasturbinengeneratoren sind jedoch einerseits aufwendig in der Herstellung und andererseits relativ voluminös, was zu einem unangemessenen Raumaufwand innerhalb eines solchen Gebäudes führt. Darüber hinaus sind solche Gasturbinengeneratoren laut. Außerdem ist von außen zusätzlicher Energiebedarf notwendig. Aus der DE 101 30 284 Al ist es darüber hinaus bekannt, bei einem Energieversorgungssystem für eine autarke Energieversorgung für Gebäude und bauliche Anlagen eine Kombination von WasserstoffSpeicher, Brennstoffzellen für Elektroenergieversorgung neben der Verwendung von Ausgangsthermoenergie in Form von Solaranlage oder Kraftwärmekopplungen vorzusehen. Dabei soll der Einsatz und die Kombination der beiden Systemkomponenten Elektroenergieversorgung und Thermoenergieversorgung bedarfsabhängig und/oder vernetzt erfolgen. Dies bedeutet für jedes Gebäude oder jede bauliche Anlage ein entsprechend aufgebautes und angepasstesIt has therefore been proposed in a known from DE 34 13 772 Al device of the type mentioned above, to use the solar energy converted by the photovoltaic into electrical energy for the electrolysis of water and store the hydrogen split off therefrom, so that the hydrogen can then be supplied to a gas turbine generator at appropriate times, which serves to deliver electrical energy and / or heat energy. However, such gas turbine generators are on the one hand consuming to manufacture and on the other hand relatively bulky, resulting in an inadequate space requirements within such a building. In addition, such gas turbine generators are noisy. In addition, additional energy is required from the outside. From DE 101 30 284 Al it is also known to provide a combination of hydrogen storage, fuel cells for electrical energy supply in addition to the use of Ausgangsthermoenergy in the form of solar system or cogeneration in an energy supply system for a self-sufficient energy supply for buildings and structures. The use and combination of the two system components electrical power supply and thermal energy supply should be demand-dependent and / or networked. This means a suitably constructed and adapted for every building or structural plant
Energieversorgungssystem zu planen und herzustellen sowie einzusetzen. Daraus resultiert ein unangemessen hoher Planungs- und Herstellungsaufwand für jede zu versorgende bauliche Einheit.Plan and produce energy supply system and use. This results in an unreasonably high planning and production costs for each structural unit to be supplied.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Einrichtung zur Energieversorgung von Gebäuden unter Nutzung der Sonnenenergie als Energiequelle der eingangs genannten Art zu schaffen, die weniger aufwändig und in vielfältigerer Weise einsetzbar ist sowie in jeweils angepasster Weise zum Einsatz kommt.Object of the present invention is therefore to provide a device for energy supply of buildings using solar energy as an energy source of the type mentioned, which is less expensive and can be used in a variety of ways and is used in each case adapted.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Einrichtung der genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen .To solve this problem, the features specified in claim 1 are provided in a device of the type mentioned.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist neben einer kleinbauenden Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie aus dem gespeicherten Wasserstoff eine im Wesentlichen autarke Energieversorgung eines oder mehrerer Gebäude über das ganze Jahr hinweg erreicht. Durch den modularen Einsatz von beispielsweise aus Kraftfahrzeugen bekannten Brennstoffzellenblocks in stationärer Form und unterschiedlicher Leistung ist ein wesentlicher Vorteil im Hinblick auf eine bedarfsorientierte wirtschaftliche Einsetzbarkeit und Durchführbarkeit einer autarken Energieversorgung erreicht. Außerdem ist eine Standardisierung und damit deutliche Kostensenkung derartiger Einrichtungen erreicht, da solche modularen Energieblöcke in unterschiedlich großen Energieeinheiten vorgefertigt bzw. vormontiert sein können.As a result of the measures according to the invention, in addition to a small-scale device for generating electrical energy from the stored hydrogen, an essentially autonomous energy supply to one or more buildings is achieved over the entire year. Through the modular use of, for example, motor vehicles known fuel cell block in a stationary form and different performance is a significant advantage in terms of demand-oriented economic feasibility and feasibility of a self-sufficient energy supply achieved. In addition, a standardization and thus significant cost reduction of such devices is achieved because such modular energy blocks can be prefabricated or pre-assembled in different sized energy units.
Mit den Merkmalen nach Anspruch 2 ist eine über die unterschiedlichen Jahreszeiten bzw. äußeren Bedingungen hinweg einfache gesteuerte Verteilung und ein entsprechender bedarfsgerechter sowie wirtschaftlicher Einsatz des oder der einzelnen Energiemodule erreicht.With the features of claim 2, over the different seasons or external conditions away simple controlled distribution and a corresponding needs-based and economical use of or the individual energy modules is achieved.
Eine weitere Verbesserung der Energiegewinnung und -nutzung ist durch die Merkmale nach Anspruch 3 erreicht.A further improvement in energy production and utilization is achieved by the features of claim 3.
Eine kleinbauendere Möglichkeit der Speicherung des in der Elektrolyse gewonnenen Wasserstoffs bzw. Sauerstoffs ergibt sich nach den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 4 bis 7.A smaller-sized possibility of storing the hydrogen or oxygen obtained in the electrolysis results according to the features of one or more of claims 4 to 7.
Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 8 bis 12.Further advantageous embodiments will become apparent from the features of one or more of claims 8 to 12th
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:Further details of the invention will be apparent from the following description in which the invention with reference to the embodiments illustrated in the drawings and described in more detail. Show it:
Figur 1 in einem schematischen Schnitt ein Gebäude mit einer Einrichtung zu deren autarken Energieversorgung unter Nutzung von Sonnenenergie als Energiequelle, undFigure 1 shows a schematic section of a building with a device to its self-sufficient Energy supply using solar energy as an energy source, and
Figur 2 in Blockdarstellung eine entsprechende, jedoch modular aufgebaute Einrichtung zur Energieversorgung .Figure 2 in block diagram a corresponding, but modular device for power supply.
Die in Figur 1 dargestellte Einrichtung 10 ist zur autarken Energieversorgung eines Gebäudes 11 unter ausschließlicher Nutzung von Sonnenergie als Energiequelle vorgesehen. Gemäß der Figur 1 ist das Gebäude 11 beispielsweise als Einfamilienhaus ausgebildet, das mit einem optimal geneigten Satteldach 12 versehen ist und das hinsichtlich der Sonneneinstrahlung über den Tag hinweg optimal ausgerichtet ist. Unterhalb des Satteldaches 12 ist beispielsweise das Wohngeschoss 13 und darunter das mit einem Teil der Energieversorgungseinrichtung versehene Kellergeschoss 14. Die Außenwände 15 sind mit einem Dämmmaterial 16 optimal thermisch isoliert.The device 10 shown in Figure 1 is provided for self-sufficient energy supply of a building 11 with the exclusive use of solar energy as an energy source. According to FIG. 1, the building 11 is designed, for example, as a one-family house, which is provided with an optimally inclined saddle roof 12 and which is optimally aligned with regard to the solar radiation during the day. Below the saddle roof 12, for example, the living floor 13 and below the provided with a part of the power supply basement 14. The outer walls 15 are optimally thermally insulated with an insulating material 16.
Die geneigten Dachflächen 21 und 22, die zum Dachraum 17 hin ebenfalls mit einem Dämmmaterial 16 thermisch isoliert sind, sind beim Ausführungsbeispiel jeweils sowohl mit einer ersten Solarzellenvorrichtung 23 zur Umwandlung von Sonnenergie in elektrische Energie als auch mit einer zweiten Solarzellenvorrichtung 24 zur Umwandlung von Sonnenergie in Wärmeenergie vorzugsweise vollflächig belegt. Dabei ist die Aufteilung der Dachflächen 21 und 22 bezüglich der Belegung mit der ersten und der zweiten Solarzellenvorrichtung 23, 24 entsprechend dem zu erwartenden Bedarf an unmittelbarer Wärmeenergie beziehungsweise an elektrischer Energie aufgeteilt. In nicht dargestellter Weise sind die Bereiche der ersten Solarzellenvorrichtung 23, die der Fotovoltaik dient, in nicht dargestellter Weise an ihrer Rückseite mit einer Wärmeleitungsvorrichtung versehen, über die die erste Solarzellenvorrichtung 23 zur Erhöhung ihres Wirkungsgrads gekühlt werden können und die Abwärme nutzbar gemacht werden kann .The inclined roof surfaces 21 and 22, which are also thermally insulated with an insulating material 16 to the roof space 17 are in the embodiment with both a first solar cell device 23 for converting solar energy into electrical energy and with a second solar cell device 24 for the conversion of solar energy Heat energy preferably fully occupied. In this case, the division of the roof surfaces 21 and 22 with respect to the occupancy with the first and the second solar cell device 23, 24 is divided according to the expected demand for direct heat energy or electrical energy. In a manner not shown, the areas of the first solar cell device 23, which serves the photovoltaic, in a manner not shown on its back with a Provided heat conduction device, via which the first solar cell device 23 can be cooled to increase their efficiency and the waste heat can be harnessed.
Zur unmittelbaren bzw. mittelbaren Nutzung der Sonnenenergie durch Energieumwandlung sind im Kellergeschoss 14 eine Vielzahl von Aggregaten untergebracht .For direct or indirect use of solar energy through energy conversion 14 a variety of units are housed in the basement.
Zur unmittelbaren Nutzung der elektrischen Energie aus der ersten Solarzellen- bzw. Fotovoltaikvorrichtung 23 ist eine elektrische Speichervorrichtung 26 vorgesehen, die beispielsweise aus einer oder mehreren Batterien und/oder Kondensatoren besteht. Entweder unmittelbar mit der Fotovoltaikvorrichtung 23 und/oder mit der elektrischen Speichervorrichtung 26 ist eine Elektrolysevorrichtung 27 verbunden, die der Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff dient. Ebenso ist das elektrische Versorgungssystem 28 des Gebäudes 11 beispielsweise über Wechselrichter unmittelbar mit der Fotovoltaikvorrichtung 23 oder ebenfalls beispielsweise über Wechselrichter mittelbar mit der elektrischen Speichervorrichtung 26 verbunden .For direct use of the electrical energy from the first solar cell or photovoltaic device 23, an electrical storage device 26 is provided, which consists for example of one or more batteries and / or capacitors. Either directly to the photovoltaic device 23 and / or to the electrical storage device 26, an electrolysis device 27 is connected, which serves the splitting of water into hydrogen and oxygen. Likewise, the electrical supply system 28 of the building 11 is connected directly to the photovoltaic device 23, for example via inverters, or indirectly also to the electrical storage device 26, for example via inverters.
Die von der Elektrolysevorrichtung 27 gelieferten Gase, nämlich Wasserstoff und Sauerstoff werden bei diesem Ausführungsbeispiel unterschiedlich verwendet. Der Wasserstoff wird in einem Druckzwischenspeicher 31 gelagert, während der Sauerstoff beispielsweise zur Klimatisierung bzw. zur Verbesserung des Raumklimas in nicht dargestellter Weise dem Wohngeschoss 13 und ggf. dem Dachraum 17 zugeführt wird. Mit dem Druckzwischenspeicher 31 ist eine Verflüssigereinheit 32 verbunden, die mit der elektrischen Speichervorrichtung 26 und/oder über eine zentrale Steuereinheit 40 geregelt mit der Fotovoltaikvorrichtung 23 verbunden ist und der Verflüssigung des Wasserstoffs dient. Von der Verflüssigereinheit 32 aus gelangt der flüssige Wasserstoff in einen Wasserstoffflüssigspeicher 33.The gases supplied by the electrolyzer 27, namely hydrogen and oxygen are used differently in this embodiment. The hydrogen is stored in a pressure buffer 31, while the oxygen, for example, for air conditioning or to improve the indoor climate in a manner not shown the living floor 13 and possibly the loft 17 is supplied. Connected to the print buffer 31 is a condenser unit 32 which is connected to the electrical storage device 26 and / or via a central control unit 40 is connected in a controlled manner to the photovoltaic device 23 and serves for the liquefaction of the hydrogen. From the condenser unit 32, the liquid hydrogen enters a hydrogen storage tank 33.
Die Einrichtung zur autarken Energieversorgung des Gebäudes 11 besitzt ferner einen Brennstoffzellenblock 36, der mit dem Wasserstoffflüssigspeicher 33 verbunden ist und zusätzlich der Versorgung des Gebäudes 11 mit elektrischer Energie dient.The device for self-sufficient energy supply of the building 11 further has a fuel cell block 36 which is connected to the hydrogen liquid storage 33 and additionally serves to supply the building 11 with electrical energy.
Ein Warmwasserspeicher 38 für das Warmwassersystem des Gebäudes 11 wird beispielsweise von der zweiten Solarzellenvorrichtung 24 in bekannter Weise mit Wärmeenergie versorgt. Außerdem kann die bei Kühlung der Fotovoltaikvorrichtung 23 sich ergebende Abwärme über eine Wärmepumpe ebenfalls dem Warmwassersystem 38 zugeführt werden. Entsprechend kann das Warmwassersystem 38 auch über eine Wärmepumpe mit Erdwärme versorgt oder über die Fotovoltaikvorrichtung 23 und/oder die elektrische Speichervorrichtung 26 und/oder den Brennstoffzellenblock 36 über elektrische Beheizung erhitzt werden. Die Wärmepumpe oder Wärmepumpen werden über die Fotovoltaikvorrichtung 23 und/oder die elektrische Speichervorrichtung 26 und/oder den Brennstoffzellenblock 36 mit elektrischer Energie versorgt.A hot water tank 38 for the hot water system of the building 11 is supplied for example by the second solar cell device 24 in a known manner with heat energy. In addition, the waste heat resulting from the cooling of the photovoltaic device 23 can also be supplied to the hot water system 38 via a heat pump. Accordingly, the hot water system 38 can also be supplied with heat via a heat pump or heated via the photovoltaic device 23 and / or the electrical storage device 26 and / or the fuel cell block 36 via electrical heating. The heat pump or heat pumps are supplied with electrical energy via the photovoltaic device 23 and / or the electrical storage device 26 and / or the fuel cell block 36.
Die Einrichtung zur autarken Energieversorgung des Gebäudes 11 besitzt außerdem eine zentrale Steuereinheit 40, die entsprechend den Witterungsbedingungen und entsprechend dem Energiebedarf der einzelnen Verbraucher die elektrische Energie sowie die thermische Energie verteilt. So wird beispielsweise die nicht unmittelbar zum Verbrauch benötigte elektrische Energie zunächst in der elektrischen Speichervorrichtung 26 gespeichert. Ist diese elektrische Speichervorrichtung gefüllt oder übersteigt die anfallende Energiemenge die Ladeleistung der elektrischen Speichervorrichtung 26, startet die Elektrolysevorrichtung 27, wobei dann der anfallende Wasserstoff über die Zwischenstufe der Verflüssigereinheit 32 dem Flüssigspeicher 33 zugeführt und dort gelagert wird.The device for self-sufficient energy supply of the building 11 also has a central control unit 40, which distributes the electrical energy and the thermal energy according to the weather conditions and according to the energy requirements of the individual consumers. For example, the electrical energy that is not immediately consumed is first used in the electrical system Storage device 26 stored. If this electrical storage device is filled or the amount of energy exceeds the charging power of the electrical storage device 26, the electrolysis device 27 starts, in which case the resulting hydrogen is fed via the intermediate stage of the condenser 32 to the liquid storage 33 and stored there.
Übersteigt der Energiebedarf die aktuell anfallende Sonnenenergie, werden die elektrische Speichervorrichtung 26 sowie der Brennstoffzellenblock 36 zur Energieversorgung des Gebäudes 11 herangezogen. Hierbei verteilt sich der jeweilige Energiebeitrag entsprechend der geforderten Abnahme auf die einzelnen Verbraucher.If the energy requirement exceeds the solar energy currently generated, the electrical storage device 26 and the fuel cell block 36 are used to supply energy to the building 11. Here, the respective energy contribution is distributed according to the required decrease on the individual consumers.
Wird ein Gebäude, das einen sehr geringen oder gar keinen Warmwasserbedarf hat, mit einer derartigen autarken Energieversorgung versehen, so kann es ggf. ausreichen, das Dach 12 ausschließlich mit Fotovoltaikvorrichtungen 23 zu belegen, also die zweite Solarzellenvorrichtung 24 wegzulassen, was bedeutet, dass dann der Wärmebedarf des Gebäudes durch elektrische Heizeinheiten zu befriedigen ist.If a building that has a very low or no hot water requirement, provided with such a self-sufficient energy supply, it may be sufficient to occupy the roof 12 exclusively with photovoltaic devices 23, so omit the second solar cell device 24, which means that then the heat requirement of the building is to be satisfied by electrical heating units.
Des weiteren ist es möglich, nicht nur die Dachflächen 21, 22 sondern auch Wandflächen der Außenwände 15 mit insbesondere Fotovoltaikvorrichtungen 23 zu belegen.Furthermore, it is possible not only the roof surfaces 21, 22 but also wall surfaces of the outer walls 15 to occupy particular with photovoltaic devices 23.
Figur 2 zeigt eine Einrichtung 110 zur Energieversorgung eines Gebäudekomplexes 118 aus einer Mehrzahl von Gebäuden 111/1, 111/2 usw. unterschiedlicher oder gleicher Größe sowie Form. Die Einrichtung 110 ist mit allen oder einem Teil ihrer Vorrichtungen, wie noch im einzelnen beschrieben werden wird, an einem zentralen Ort 120 in Form eines Gebäudes, Containers, Freifläche und/oder dergleichen angeordnet. Dabei kann die erste Solarzellenvorrichtung 123 zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie an diesem zentralen Ort 120 ebenfalls vorgesehen sein. Die zweite Solarzellenvorrichtung 124 zur Umwandlung von Sonnenenergie in Wärmeenergie ist entweder ebenfalls an diesem zentralen Ort 120 oder zweckmäßigerweise jeweils an oder auf dem betreffenden Gebäude 111/1, 111/2, usw. vorgesehen .FIG. 2 shows a device 110 for supplying energy to a building complex 118 from a plurality of buildings 111/1, 111/2, etc. of different or the same size and shape. The device 110 is connected to all or part of its devices, as will be described in more detail, at a central location 120 in the form of a building, container, open space and / or the like arranged. In this case, the first solar cell device 123 for converting solar energy into electrical energy at this central location 120 may also be provided. The second solar cell device 124 for converting solar energy into thermal energy is also provided either at this central location 120, or expediently at or on the respective building 111/1, 111/2, etc.
Entsprechend der Einrichtung 10 nach Figur 1 ist bei der Einrichtung 110 nach Figur 2 zur unmittelbaren Nutzung der elektrischen Energie aus der ersten Solarzellen- bzw. Fotovoltaikvorrichtung 123 eine elektrischeAccording to the device 10 according to FIG. 1, in the device 110 according to FIG. 2 for the direct use of the electrical energy from the first solar cell or photovoltaic device 123, an electrical
Speichervorrichtung 126 vorgesehen, die beispielsweise aus einer oder mehreren Batterien und/oder Kondensatoren besteht. Entweder unmittelbar mit derStorage device 126 is provided, which consists for example of one or more batteries and / or capacitors. Either directly with the
Fotovoltaikvorrichtung 123 und/oder mit der elektrischen Speichervorrichtung 126 ist eine Elektrolysevorrichtung 127 verbunden, die der Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff dient. Ebenso ist beispielsweise jedes elektrische Versorgungssystem 128 eines Gebäudes 111/1, 111/2, usw. beispielsweise über Wechselrichter unmittelbar mit der Fotovoltaikvorrichtung 123 oder ebenfalls beispielsweise über Wechselrichter mittelbar mit der elektrischen Speichervorrichtung 126 verbunden.Photovoltaic device 123 and / or to the electrical storage device 126 is connected to an electrolysis device 127, which serves to split water into hydrogen and oxygen. Likewise, for example, each electrical supply system 128 of a building 111/1, 111/2, etc., for example via inverters directly to the photovoltaic device 123 or also, for example via inverters indirectly connected to the electrical storage device 126.
Bei der Einrichtung 110 werden die von der Elektrolysevorrichtung 127 gelieferten Gase, nämlich Wasserstoff und Sauerstoff in gleicher Weise behandelt und zumindest teilweise in gleicher Weise verwendet . Sowohl der Wasserstoff als auch der Sauerstoff werden in einem Druckzwischenspeicher 131 bzw. 141 gelagert, mit dem eine Verflüssigereinheit 132 bzw. 142 verbunden ist, die mit der elektrischen Speichervorrichtung 126 und/oder über eine zentrale Steuereinheit 140 geregelt mit der Fotovoltaikvorrichtung 123 verbunden ist und der Verflüssigung des Wasserstoffs bzw. Sauerstoffs dient. Von der Verflüssigereinheit 132 bzw. 142 aus gelangt der flüssige Wasserstoff bzw. Sauerstoff in einen Wasserstoffbzw. Sauerstoff-Flüssigspeicher 133 bzw. 143.In the device 110, the gases supplied by the electrolyzer 127, namely hydrogen and oxygen, are treated in the same way and used at least partially in the same way. Both the hydrogen and the oxygen are stored in a pressure buffer 131 or 141, to which a condenser unit 132 or 142 connected to the electrical storage device 126 and / or via a central control unit 140 with the Photovoltaic device 123 is connected and the liquefaction of hydrogen or oxygen is used. From the condenser unit 132 or 142 of the liquid hydrogen or oxygen passes into a Wasserstoffbzw. Oxygen-liquid storage 133 or 143.
Die Einrichtung 110 zur autarken Energieversorgung des Gebäudekomplexes 118 besitzt ferner eine Brennstoffzellenblockeinheit 136, die aus mehreren modularen Brennstoffzellenblöcken 136/1, 136/2, usw. unterschiedlicher Leistung zusammengesetzt ist. Dabei können auch von jedem modularen Brennstoffzellenblock 136/1 und/oder 136/2, usw. mehr als einer vorgesehen sein. Die einzelnen modularen Brennstoffzellenblöcke sind eingangsseitig mit dem Wasserstoff-Druckzwischenspeicher 131 und dem Sauerstoff-Druckzwischenspeicher 141 und/oder mit dem Wasserstoff-Flüssigspeicher 133 und dem Sauerstoff- Flüssigspeicher 143 verbunden und speisen ausgangsseitig elektrische Energie direkt in die elektrische Speichervorrichtung 126 und/oder unmittelbar über entsprechende Umwandler in das elektrische Leitungsnetz der einzelnen Gebäude 111/1, 111/2 usw. des Gebäudekomplexes 118. Beispielsweise besitzen die verschieden großen modularen Brennstoffzellenblöcke 136/1, 136/2, usw. Ausgangsleistungen von 5 KW, 10 KW, 20 KW, 50 KW, 100 KW, 200 KW, 500 KW. Dabei ist die Anzahl und Auswahl der in ihrer Leistung unterschiedlichen modularen Brennstoffzellenblöcke 136/1 usw. abhängig von den einzelnen zu bestimmten Betriebszeiten zu erfüllenden Leistungen .The self-powered device 110 of the building complex 118 further has a fuel cell block unit 136 composed of a plurality of modular fuel cell blocks 136/1, 136/2, etc. of different power. In this case, more than one of each modular fuel cell block 136/1 and / or 136/2, etc. may be provided. The individual modular fuel cell blocks are the input side to the hydrogen pressure buffer 131 and the oxygen pressure buffer 141 and / or connected to the hydrogen-liquid storage 133 and the oxygen-liquid storage 143 and output side electrical energy directly into the electrical storage device 126 and / or directly via corresponding converters in the electrical network of the individual buildings 111/1, 111/2, etc. of the building complex 118. For example, have the different sized modular fuel cell blocks 136/1, 136/2, etc. output power of 5 KW, 10 KW, 20 KW, 50 KW, 100 KW, 200 KW, 500 KW. Here, the number and selection of different in their performance modular fuel cell blocks 136/1, etc., depending on the individual to be fulfilled at certain operating times services.
Die zweite Solarzellenvorrichtung 124 zur unmittelbaren Nutzung der Wärmeenergie kann entweder ebenfalls zentral vorgesehen oder, wie beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 in entsprechender Weise den einzelnen Gebäuden 111/1 usw. des Gebäudekomplexes 118 zugeordnet sein. Die erwähnte erste Steuereinheit 140 verteilt entsprechend den Witterungsbedingungen und entsprechend dem Energiebedarf der einzelnen Verbraucher die elektrische Energie sowie die thermische Energie, wie dies zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 beschrieben ist.The second solar cell device 124 for the direct use of the heat energy can either also centrally provided or, as in the embodiment of Figure 1 in a corresponding manner the individual buildings 111/1, etc. be assigned to the building complex 118. The mentioned first control unit 140 distributes the electrical energy as well as the thermal energy according to the weather conditions and according to the energy requirements of the individual consumers, as described for the exemplary embodiment of FIG.
Neben dieser ersten Steuereinheit 140 besitzt die Einrichtung 110 eine zweite Steuereinheit 145, die in Abhängigkeit vom elektrischen Energiebedarf die einzelnen modularen Brennstoffzellenblöcke 136/1 usw. einzeln oder in einer bestimmten Kombination einsetzt. Dies bedeutet, dass die zweite Steuereinheit 145 den Energiebedarf zeitabhängig, beispielsweise über bestimmte Zeitperioden, erfasst und die entsprechenden modularenIn addition to this first control unit 140, the device 110 has a second control unit 145, which uses the individual modular fuel cell blocks 136/1, etc. individually or in a specific combination depending on the electrical energy requirement. This means that the second control unit 145 detects the energy requirement over time, for example over certain time periods, and the corresponding modular
Brennstoffzellenblöcke 136/1 usw. einzeln oder kombiniert nicht nur in Abhängigkeit vom jeweiligen Energiebedarf sondern auch unter Berücksichtigung eines optimalen Wirkungsgrades einsetzt, das heißt entsprechende Kombinationen oder Teilkombinationen zuschaltet und andere abschaltet. Mit anderen Worten, werden beispielsweise 30 KW benötigt, so werden je nach Wirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit entweder ein 20 KW- und ein 10 KW-Block 136 oder ein 20 KW-Block und zwei 5 KW-Blöcke zugeschaltet. Die modularen Brennstoffzellenblöcke 136/1 usw. sind dabei in sich geschlossen und funktionsfähig, da jeder dieser Blöcke mit den Speichereinheiten der zuzuführenden Medien, Wasserstoff und Sauerstoff, verbunden ist.Fuel cell blocks 136/1 etc. individually or in combination not only depending on the respective energy requirements but also taking into account optimal efficiency, that is, corresponding combinations or sub-combinations and other shuts off. In other words, if, for example, 30 KW are required, then depending on the efficiency and economy either a 20 KW and a 10 KW block 136 or a 20 KW block and two 5 KW blocks are switched on. The modular fuel cell blocks 136/1, etc. are self-contained and functional since each of these blocks is connected to the storage units of the media to be supplied, hydrogen and oxygen.
Bei der Einrichtung 110 nach Figur 2 kann der Sauerstoff, der in den Vorrichtung 141 und/oder 143 gespeichert ist, bei entsprechenden Gebäuden 111/1 usw. des Gebäudekomplexes 118 auch in anderer Weise verwendet werden. Beispielsweise kann der Sauerstoff zur Klimatisierung eines oder mehrerer der Gebäude 111/1 usw. des Gebäudekomplexes 118 als Gebäude verwendet werden. Ist innerhalb des Gebäudekomplexes 118 als Gebäude ein Krankenhaus 111/5 oder dgl . vorgesehen, ist es auch möglich, den aus der Elektrolysevorrichtung 127 gewonnenen Sauerstoff unmittelbar in das Sauerstoff- Versorgungssystem des Krankenhauses einzuspeisen.In the device 110 of FIG. 2, the oxygen stored in the device 141 and / or 143 may also be used in other ways in corresponding buildings 111/1, etc. of the building complex 118. For example, the oxygen for air conditioning one or more of the buildings 111/1, etc. of the building complex 118 as a building be used. Is within the building complex 118 as a hospital building 111/5 or the like. provided, it is also possible to feed the oxygen obtained from the electrolyzer 127 directly into the oxygen supply system of the hospital.
In nicht dargestellter Weise kann die gemäß Figur 2 bei einem Gebäudekomplex 118 verwendete Einrichtung 110 auch bei einem Komplex eines einzigen einheitlichen Großgebäudes installiert werden, wobei die die modularenIn a manner not shown, the device 110 used according to Figure 2 in a building complex 118 can also be installed in a complex of a single unitary large building, wherein the modular
Brennstoffzellenblöcke 136/1 usw. aufweisendeFuel cell blocks 136/1 etc. having
Brennstoffzellenblockeinheit 136 innerhalb des betreffendenFuel cell block unit 136 within the concerned
Großgebäudes angeordnet ist. Large building is arranged.

Claims

Patentansprüche claims
1. Einrichtung (10, 110) zur Energieversorgung von Gebäuden (11) oder Gebäudekomplexen (118) unter Nutzung der Sonnenenergie als Energiequelle, mit:A device (10, 110) for supplying energy to buildings (11) or building complexes (118) using solar energy as an energy source, comprising:
einer ersten Solarzellenvorrichtung (23; 123) zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie,a first solar cell device (23, 123) for converting solar energy into electrical energy,
einer Wasser-Elektrolyse-Vorrichtung (27; 127) zum Zerlegen des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff mittels der von der ersten Solarzellenvorrichtung (23; 123) gelieferten elektrischen Energie,a water electrolysis device (27; 127) for decomposing the water into hydrogen and oxygen by means of the electrical energy supplied by the first solar cell device (23; 123),
einer ersten Speichervorrichtung (31 bis 33, 131 bis 133) für den Wasserstoff,a first storage device (31 to 33, 131 to 133) for the hydrogen,
einem mit der Wasserstoff-Speichervorrichtung (31 bis 33, 131 bis 133) verbundenen Brennstoffzellenblock (36, 136) zur Erzeugung elektrischer Energie, unda fuel cell block (36, 136) connected to the hydrogen storage device (31 to 33, 131 to 133) for generating electric power, and
einer elektrischen Speichervorrichtung (26, 126),an electrical storage device (26, 126),
gekennzeichnet durchmarked by
die Anordnung (136) mehrerer in sich geschlossener funktionsfähiger modularer Energieblöcke unterschiedlicher Leistung, die zumindest jeweils einen Brennstoffzellenblock (136/1, 136/2 usw.) bestimmter Leistung aufweisen und die einzeln oder kombiniert in Abhängigkeit vom jeweiligen Energiebedarf und unter Berücksichtigung eines optimalen Wirkungsgrades gesteuert einsetzbar sind.the arrangement (136) of a plurality of self-contained functional modular energy blocks of different power, each having at least one fuel cell block (136/1, 136/2, etc.) of particular power and individually or in combination depending on the respective energy requirements and taking into account optimal efficiency can be used controlled.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die modularen Energieblöcke mit einer Steuereinheit (145) verbunden sind, die den jeweiligen Energiebedarf erfasst und einen oder mehr Energieblöcke zu- und/oder abschaltet.2. Device according to claim 1, characterized in that the modular energy blocks are connected to a control unit (145), which the respective Energy demand detected and one or more energy blocks on and / or off.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Speichervorrichtung (141 bis 143) für den Sauerstoff vorgesehen ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that a second storage device (141 to 143) is provided for the oxygen.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenblock (136/1, 136/2, usw.) mit der zweiten Sauerstoff- Speichervorrichtung (141 bis 143) verbunden ist.4. Device according to claims 1 and 3, characterized in that the fuel cell block (136/1, 136/2, etc.) is connected to the second oxygen storage device (141 to 143).
5. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Speichervorrichtung (31 bis 33, 131 bis 133; 141 bis 143) für den Wasserstoff bzw. Sauerstoff einen Verflüssiger (32, 132; 142) und einen Flüssigspeicher5. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first and second storage device (31 to 33, 131 to 133, 141 to 143) for the hydrogen or oxygen, a condenser (32, 132, 142) and a liquid storage
(33, 133; 143) aufweisen.(33, 133, 143).
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verflüssiger (32, 132; 142) mit der ersten Solarzellenvorrichtung (23, 123) verbunden ist.6. Device according to claim 5, characterized in that the condenser (32, 132, 142) is connected to the first solar cell device (23, 123).
7. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder modulare Energieblock eine Elektrolysevorrichtung (27, 127) zum Speisen des Brennstoffzellenblocks (36, 136) aufweist.7. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that each modular energy block has an electrolysis device (27, 127) for feeding the fuel cell block (36, 136).
8. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Speichervorrichtung (141 bis 143) für den Sauerstoff mit einer Kühlvorrichtung für die erste Solarzellenvorrichtung (23, 123) verbunden ist.8. Device according to claim 3, characterized in that the second storage device (141 to 143) for the oxygen with a cooling device for the first solar cell device (23, 123) is connected.
9. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Speichervorrichtung (141 bis 143) für den Sauerstoff mit einer Gebäude-Klimaanlage verbunden ist.9. Device according to claim 3, characterized in that the second memory device (141 to 143) for the oxygen is connected to a building air conditioner.
10. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Speichervorrichtung (141 bis 143) für den Sauerstoff mit einer Sauerstoffanläge eines Klinikums verbunden ist.10. Device according to claim 3, characterized in that the second storage device (141 to 143) for the oxygen is connected to a Sauerstoffanläge a hospital.
11. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Solarzellenvorrichtung (24, 124) zur Umwandlung von Sonnenenergie in Wärmeenergie vorgesehen ist.11. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a second solar cell device (24, 124) is provided for the conversion of solar energy into heat energy.
12. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1, gekennzeichnet durch eine zweite Steuereinheit (40, 140) zur Verteilung der elektrischen und/oder Wärmeenergie an Verbraucher und/oder die Speichervorrichtungen . 12. Device according to at least one of claims 1, characterized by a second control unit (40, 140) for distributing the electrical and / or thermal energy to consumers and / or the storage devices.
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