WO2020007491A1 - Power supply system - Google Patents

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WO2020007491A1 PCT/EP2018/068412 EP2018068412W WO2020007491A1 WO 2020007491 A1 WO2020007491 A1 WO 2020007491A1 EP 2018068412 W EP2018068412 W EP 2018068412W WO 2020007491 A1 WO2020007491 A1 WO 2020007491A1
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control
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Maximilian Bindl
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BINDL, Marianne
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Abstract

Disclosed is a power supply system comprising - a photovoltaic system, - a hydrogen system, - a hot water system, - a rechargeable battery, and - an engine, wherein - the photovoltaic system comprises a photovoltaic unit (PV), an inverter (WR) that is coupled to the photovoltaic unit, and a protective mechanism (SM) that is coupled to the inverter (WR) and/or the photovoltaic unit (PV), - the hydrogen system comprises a hydrogen production device (WE) for producing hydrogen, a hydrogen tank (WT) for storing the produced hydrogen, and a hydrogen preparation device (WA) for preparing the hydrogen stored in the hydrogen tank, and - the hot water system comprises at least one water tank (T) with a heating system (HS).

Description

Energieversorgungssystem  Power system
Gebiet der Erfindung Field of the Invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem zur Versorgung von Gebäuden mit elektrischer und mit thermischer Energie. The present invention relates to an energy supply system for supplying buildings with electrical and thermal energy.
Hintergrund der Erfindung Background of the Invention
Es ist bekannt, Gebäudedächer mit Photovoltaikanlagen auszustatten, um das Ge- bäude mit elektrischer Energie zu versorgen. Ein solches aus dem Stand der Tech nik bekanntes System zur Versorgung eines Gebäudes mit elektrischer Energie mit Hilfe einer Photovoltaikanlage ist in Fig. 1 gezeigt. Ein solches System besteht im Wesentlichen aus einer Photovoltaikanlage PV, die beispielsweise auf dem Dach des Gebäudes angeordnet werden kann. Die Photovoltaikanlage ist mit einem Wechselrichter WR gekoppelt, der den von der Photovoltaikanlage PV bereitge- stellten Gleichstrom in Wechselstrom umrichtet. It is known to equip building roofs with photovoltaic systems in order to supply the building with electrical energy. Such a system known from the prior art for supplying a building with electrical energy using a photovoltaic system is shown in FIG. 1. Such a system essentially consists of a photovoltaic system PV, which can be arranged on the roof of the building, for example. The photovoltaic system is coupled to an inverter WR, which converts the direct current provided by the photovoltaic system PV into alternating current.
Der durch den Wechselrichter WR bereitgestellte Wechselstrom kann bei entspre- chender Aufbereitung in das öffentliche Stromnetz ÖN eingespeist werden. Alter- nativ oder zusätzlich kann der von dem Wechselrichter WR bereitgestellte Strom den Verbrauchern in dem Gebäude zugeführt werden, etwa über den Hausvertei- ler HV. Darüber hinaus kann der von der Photovoltaikanlage PV bereitgestellte Strom in einem Akkumulator gespeichert werden. Der Akkumulator kann dem Ge- bäude elektrische Energie zur Verfügung stellen, wenn beispielsweise die von der Photovoltaikanlage PV bereitgestellte, elektrische Energie für die Stromversorgung des Gebäudes nicht ausreicht. Der Bezug von elektrischer Energie aus dem öffent lichen Stromnetz ÖN kann dadurch zumindest solange vermieden werden, solange der Akkumulator ausreichend elektrische Energie zur Verfügung stellt. Zur Versorgung des Gebäudes mit Wärmeenergie, etwa für die Warmwasseraufbe- reitung oder die Gebäudeheizung, ist es bekannt, das Gebäude beispielsweise an ein Femwärmenetz anzuschließen oder mittels einer Gasheizung die Warmwasserauf- bereitung vorzunehmen. Im Falle einer Gasheizung muss das Gebäude in der Regel an das öffentliche Gasnetz angeschlossen werden. Alternativ hierzu kann die Warmwasseraufbereitung auch mit Hilfe einer Ölheizung erfolgen, wobei für die Bevorratung des Heizöls ein entsprechend dimensionierter Öltank in oder an dem Gebäude bereitgestellt werden muss. The AC power provided by the inverter WR can be fed into the public power grid ÖN if it is processed appropriately. As an alternative or in addition, the current provided by the inverter WR can be supplied to the consumers in the building, for example via the HV home distributor. In addition, the current provided by the photovoltaic system PV can be stored in an accumulator. The accumulator can make electrical energy available to the building, for example if the electrical energy provided by the photovoltaic system PV for the power supply of the building is not sufficient. The purchase of electrical energy from the public electricity grid ÖN can be avoided at least as long as the battery provides sufficient electrical energy. To supply the building with thermal energy, for example for hot water preparation or building heating, it is known to connect the building to a remote heating network, for example, or to heat water by means of gas heating. In the case of gas heating, the building usually has to be connected to the public gas network. As an alternative to this, the hot water treatment can also be carried out with the aid of an oil heater, an appropriately dimensioned oil tank having to be provided in or on the building for the storage of the heating oil.
Beide Systeme, d.h. das Photovoltaiksystem und das System zum Bereitstellen der Wärmeenergie, arbeiten unabhängig voneinander und werden auch unabhängig voneinander betrieben. Das bedeutet, dass der Einsatz dieser genannten Systeme einerseits nicht aufeinander abgestimmt ist und andererseits mögliche Synergien nicht genutzt werden. Ein weiterer Nachteil der vorstehend genannten Systeme liegt darin, dass das Ge- bäude an die öffentliche Infrastruktur (öffentliches Stromnetz, Femwärmenetz, Gasnetz) angeschlossen sein muss, sodass der Inhaber bzw. Eigentümer des Gebäu- des von dem jeweiligen Versorger abhängig ist. Eine autarke Versorgung des Ge- bäudes mit elektrischer und thermischer Energie ist damit nahezu nicht möglich. Both systems, i.e. the photovoltaic system and the system for providing the thermal energy work independently of one another and are also operated independently of one another. This means that on the one hand the use of these systems is not coordinated and on the other hand possible synergies are not used. Another disadvantage of the systems mentioned above is that the building must be connected to the public infrastructure (public power network, remote heating network, gas network), so that the owner or owner of the building depends on the respective provider. A self-sufficient supply of the building with electrical and thermal energy is almost impossible.
Aufgabe der Erfindung Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Lösungen bereitzustellen, die eine autarke Versorgung von Gebäuden mit elektrischer und thermischer Energie er möglichen, ohne dass die Gebäude an die öffentliche Versorgungsinfrastruktur an geschlossen sein müssen. Object of the invention The object of the present invention is therefore to provide solutions which enable a self-sufficient supply of buildings with electrical and thermal energy, without the buildings having to be connected to the public supply infrastructure.
Erfindungsgemäße Lösung Solution according to the invention
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem System und einem Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den je- weiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. According to the invention, this object is achieved with a system and a method according to the independent claims. Advantageous configurations are specified in the respective dependent claims.
Bereitgestellt wird demnach ein Energieversorgungssystem umfassend Accordingly, an energy supply system is comprehensively provided
ein Photovoltaiksystem,  a photovoltaic system,
- ein Wasserstoffsystem, - a hydrogen system,
ein Warmwassersystem, und  a hot water system, and
einen Motor  an engine
wobei in which
das Photovoltaiksystem eine Photovoltaikanlage, einen mit der Photovoltaik- anlage gekoppelten Wechselrichter und einen mit dem Wechselrichter und/o- der mit der Photovoltaikanlage gekoppelten Schutzmechanismus umfasst, das Wasserstoffsystem eine Wasserstofferzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff, einen Wasserstofftank zum Speichems des erzeugten Was- serstoffes und eine Wasserstoffaufbereitungseinrichtung zum Aufbereiten des in dem Wasserstofftank gespeicherten Wasserstoffes umfasst, und  the photovoltaic system comprises a photovoltaic system, an inverter coupled to the photovoltaic system and a protective mechanism coupled to the inverter and / or the photovoltaic system, the hydrogen system comprises a hydrogen generating device for generating hydrogen, a hydrogen tank for storing the generated hydrogen and one Hydrogen treatment device for treating the hydrogen stored in the hydrogen tank comprises, and
das Warmwassersy stem zumindest einen Wassertank mit einem Heizsystem umfasst,  the hot water system comprises at least one water tank with a heating system,
wobei in which
der Motor mit der Wasserstoffaufbereitungseinrichtung gekoppelt ist und so ausgebildet ist, dass er mit dem aufbereiteten Wasserstoff betreibbar ist, das Photovoltaiksystem über einen ersten Schaltschrank oder über eine erste Steuerung mit dem Wasserstoffsystem gekoppelt ist, wobei über den ersten Schaltschrank oder über die erste Steuerung der von dem Photovoltaiksystem erzeugte elektrische Strom der Wasserstofferzeugungseinrichtung zuführbar ist, und the engine is coupled to the hydrogen treatment device and is designed such that it can be operated with the treated hydrogen, the photovoltaic system is coupled to the hydrogen system via a first control cabinet or via a first controller, the electrical current generated by the photovoltaic system being able to be fed to the hydrogen generation device via the first control cabinet or via the first controller, and
das Photovoltaiksystem über den ersten Schaltschrank oder über die erste Steu- erung mit dem Warmwassersystem gekoppelt ist, wobei über den ersten Schalt- schrank oder über die erste Steuerung der von dem Photovoltaiksystem er zeugte elektrische Strom dem Heizsystem zuführbar ist.  the photovoltaic system is coupled to the hot water system via the first control cabinet or via the first control, the electrical current generated by the photovoltaic system being able to be supplied to the heating system via the first control cabinet or via the first control.
Vorteilhaft ist es, wenn der erste Schaltschrank oder die erste Steuerung It is advantageous if the first control cabinet or the first control
die Zuführung des elektrischen Stromes zu der Wasserstofferzeugungseinrich- tung, und/oder  the supply of the electric current to the hydrogen generating device, and / or
die Zuführung des elektrischen Stromes zu dem Heizsystem  the supply of electrical current to the heating system
steuert. controls.
Vorteilhaft ist es, wenn ein zweiter Schaltschrank oder eine zweite Steuerung vor gesehen ist, die mit der Wasserstofferzeugungseinrichtung, mit dem Motor, mit dem Wasserstofftank und mit der Wasserstoffaufbereitungseinrichtung gekoppelt ist und angepasst ist, die Wasserstofferzeugung, die Wasserstoffaufbereitung und die Zufuhr des aufbereiteten Wasserstoffes zu dem Motor zu steuern. It is advantageous if a second control cabinet or a second control is provided, which is coupled and adapted to the hydrogen generation device, to the engine, to the hydrogen tank and to the hydrogen treatment device, for the hydrogen generation, the hydrogen treatment and the supply of the treated hydrogen to control the engine.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn der zweite Schaltschrank oder die zweite Steuerung über eine Kommunikationsverbindung mit dem ersten Schaltschrank oder der ers- ten Steuerung gekoppelt ist, wobei der erste Schaltschrank oder die erste Steuerung dem zweiten Schaltschrank oder der zweiten Steuerung über die Kommunikations verbindung It is also advantageous if the second control cabinet or the second controller is coupled to the first control cabinet or the first controller via a communication link, the first control cabinet or the first controller connecting the second control cabinet or the second controller via the communication link
Informationen über die Stromproduktion durch das Photovoltaiksystem bereit stellt, und/oder  Provides information about the electricity production by the photovoltaic system, and / or
- Informationen über den Stromverbrauch durch dritte Verbraucher bereitstellt, wobei der zweite Schaltschrank oder die zweite Steuerung angepasst ist die Wasserstofferzeugung zu starten, wenn der erste Schaltschrank oder die erste Steuerung dem zweiten Schaltschrank oder der zweiten Steuerung eine Überproduktion von elektrischen Strom signalisiert, und/oder - Provides information about the power consumption by third consumers, the second control cabinet or the second controller being adapted start hydrogen generation when the first control cabinet or the first control signals the second control cabinet or the second control an overproduction of electrical current, and / or
den Motor zu starten, wenn der erste Schaltschrank oder die erste Steuerung dem zweiten Schaltschrank oder der zweiten Steuerung signalisiert, dass das das Photo voltaiksystem nicht genügend elektrischen Strom für dritte Verbrau- cher bereitstellt.  to start the engine when the first control cabinet or the first control signals the second control cabinet or the second control that the photovoltaic system is not providing sufficient electrical current for third consumers.
Vorteilhaft ist es, wenn der zweite Schaltschrank oder die zweite Steuerung ange- passt ist, den Motor zu starten, wenn thermische Energie, insbesondere für eine Warmwasseraufbereitung, benötigt wird. It is advantageous if the second control cabinet or the second control is adapted to start the engine when thermal energy, in particular for hot water preparation, is required.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn der erste Schaltschrank oder die erste Steuerung dem zweiten Schaltschrank oder der zweiten Steuerung über die Kommunikationsver- bindung mitteilt, dass thermische Energie benötigt wird. It is also advantageous if the first switchgear cabinet or the first controller informs the second switchgear cabinet or the second controller via the communication link that thermal energy is required.
Vorteilhaft ist es, wenn in dem Wassertank ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur des Wassers in dem Wassertank angeordnet ist, der über eine Steuer leitung mit dem ersten Schaltschrank oder der ersten Steuerung gekoppelt ist, wobei der erste Schaltschrank oder die erste Steuerung die Zuführung des elektrischen Stromes zu dem Heizsystem in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur steu- ert. It is advantageous if a temperature sensor for measuring the temperature of the water in the water tank is arranged in the water tank, which is coupled via a control line to the first control cabinet or the first controller, the first control cabinet or the first controller supplying the electrical Current to the heating system depending on the measured temperature.
Vorteilhaft ist es, wenn der Wassertank einen Warmwasservorlauf und einen Kalt- wasserrücklauf aufweist, wobei der Wassertank eine Messeinrichtung zum Messen der entnommenen Warmwassermenge aufweist, wobei dem ersten Schaltschrank oder der ersten Steuerung die gemessene entnommene Warmwassermenge über eine Steuerleitung mitgeteilt wird, und wobei der erste Schaltschrank oder die erste Steuerung die Zuführung des elektrischen Stromes zu dem Heizsystem in Abhän- gigkeit von der gemessenen entnommenen Warmwassermenge steuert. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1 , wobei dieses einen Akkumulator zum Speichern des von dem Photovoltaiksystem erzeugten elektrischen Stromes auf- weist. Vorteilhaft ist es, wenn der Akkumulator mit dem ersten Schaltschrank oder mit der ersten Steuerung gekoppelt ist, wobei der erste Schaltschrank oder die erste Steuerung angepasst ist, den in dem Akkumulator gespeicherten elektrischen Strom dem Heizsystem zuzuführen. Vorteilhaft ist es, wenn der erste Schaltschrank oder die erste Steuerung angepasst ist, die Zuführung des elektrischen Stromes zu dem Heizsystem derart zu steuern, dass zunächst der von dem Photovoltaiksystem erzeugten elektrische Strom direkt dem Heizsystem zugeführt wird und der in dem Akkumulator gespeicherte elektri sche Strom nur dann dem Heizsystem zugeführt wird, wenn das Photovoltaiksys- tem nicht genügend elektrischen Strom zum Aufwärmen des Wassers in dem Was- sertank bereitstellt. It is advantageous if the water tank has a hot water flow and a cold water return, the water tank having a measuring device for measuring the amount of hot water withdrawn, the measured amount of hot water withdrawn being communicated to the first control cabinet or the first control via a control line, and the first Control cabinet or the first controller controls the supply of electrical current to the heating system depending on the measured amount of hot water withdrawn. Energy supply system according to claim 1, wherein it has an accumulator for storing the electrical current generated by the photovoltaic system. It is advantageous if the accumulator is coupled to the first switchgear cabinet or to the first controller, the first switchgear cabinet or the first controller being adapted to supply the electrical current stored in the accumulator to the heating system. It is advantageous if the first control cabinet or the first controller is adapted to control the supply of the electrical current to the heating system in such a way that the electrical current generated by the photovoltaic system is first supplied directly to the heating system and the electrical current stored in the accumulator is only supplied to the heating system if the photovoltaic system does not provide sufficient electrical current to heat the water in the water tank.
Vorteilhaft ist es, wenn der Motor einen Generator aufweist, der mit dem Akkumu- lator gekoppelt ist, wobei der erste Schaltschrank oder die erste Steuerung und der zweite Schaltschrank oder die zweite Steuerung angepasst sind, den Motor zu star ten und mit dem vom Generator erzeugten elektrischen Strom den Akkumulator zu laden, insbesondere dann, wenn das Photovoltaiksystem nicht genügend elektri schen Strom zum Laden des Akkumulators bereitstellt. Vorteilhaft ist es, wenn der Motor einen Generator aufweist, der mit dem Heizsys tem des Wassertanks gekoppelt ist, wobei der erste Schaltschrank oder die erste Steuerung und der zweite Schaltschrank oder die zweite Steuerung angepasst sind, den Motor zu starten und den vom Generator erzeugten elektrischen Strom dem Heizsystem zuzuführen, insbesondere dann, wenn das Photovoltaiksystem und/o- der der Akkumulator nicht genügend elektrischen Strom zum Aufwärmen des Was sers in dem Wassertank bereitstellt. Vorteilhaft ist es, wenn der Motor einen Kühler aufweist, der über einen Wärme- tauscher mit dem Wassertank gekoppelt ist, um die von dem Kühler abgegebene Wärmenergie dem Wasser in dem Wassertank zuzuführen. It is advantageous if the motor has a generator which is coupled to the accumulator, the first control cabinet or the first control and the second control cabinet or the second control being adapted to start the engine and with the one generated by the generator Electric current to charge the battery, especially when the photovoltaic system does not provide enough electrical power to charge the battery. It is advantageous if the engine has a generator which is coupled to the heating system of the water tank, the first control cabinet or the first control and the second control cabinet or the second control being adapted to start the engine and the electrical generated by the generator To supply electricity to the heating system, especially when the photovoltaic system and / or the accumulator does not provide sufficient electrical current to heat the water in the water tank. It is advantageous if the engine has a cooler which is coupled to the water tank via a heat exchanger in order to supply the heat energy emitted by the cooler to the water in the water tank.
Vorteilhaft ist es, wenn ein Auspuff des Motors mit einem Brennwertgerät gekop- pelt ist, um die Wärmenergie der Abgase des Motors dem Wasser in dem Wasser tank zuzuführen. Vorteilhaft ist es, wenn der Motor eine Starterbatterie aufweist, die mit dem ersten Schaltschrank oder der ersten Steuerung gekoppelt ist, um sie mit dem von dem Photovoltaiksystem erzeugten elektrischen Strom zu laden. It is advantageous if an exhaust of the engine is coupled to a condensing boiler in order to supply the thermal energy of the exhaust gases of the engine to the water in the water tank. It is advantageous if the motor has a starter battery which is coupled to the first control cabinet or the first controller in order to charge it with the electrical current generated by the photovoltaic system.
Vorteilhaft ist es, wenn die Energieversorgungssystem eine Wasserstoffzapfsäule aufweist, die mit dem Wasserstofftank und/oder mit der Wasserstoffaufbereitungs- einrichtung gekoppelt ist, zum Betanken eines mit Wasserstoff betriebenen Fahr zeuges. It is advantageous if the energy supply system has a hydrogen fuel dispenser, which is coupled to the hydrogen tank and / or to the hydrogen processing device, for refueling a vehicle operated with hydrogen.
Vorteilhaft ist es, wenn die Wasserstoffzapfsäule eine Abrechnungseinrichtung auf- weist, mit der die entnommene Wasserstoffmenge abgerechnet werden kann. It is advantageous if the hydrogen dispenser has a billing device with which the amount of hydrogen withdrawn can be billed.
Vorteilhaft ist es, wenn die Energieversorgungssystem eine Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eine elektrisch betriebenen Fahrzeuges aufweist. Vorteilhaft ist es, wenn die Ladestation mit dem Akkumulator und/oder mit dem ersten Schaltschrank oder mit der ersten Steuerung gekoppelt ist, wobei der La destation der von dem Photovoltaiksystem erzeugte elektrische Strom direkt zu- führbar ist und/oder der in dem Akkumulator gespeicherte elektrische Strom zu- führbar ist, wobei der erste Schaltschrank oder die erste Steuerung angepasst ist, zunächst den von dem Photovoltaiksystem erzeugten elektrischen Strom direkt der Ladestation zuzuführen und den in dem Akkumulator gespeicherten elektrischen Strom nur dann der Ladestation zuzuführen, wenn das Photovoltaiksystem nicht genügend elektrischen Strom zum Aufladen des Energiespeichers des Fahrzeuges bereitstellt. Vorteilhaft ist es, wenn die Ladestation eine Abrechnungseinrichtung aufweist, mit der die entnommene Menge an elektrischer Energie abgerechnet werden kann. It is advantageous if the energy supply system has a charging station for charging an energy store in an electrically operated vehicle. It is advantageous if the charging station is coupled to the rechargeable battery and / or to the first control cabinet or to the first controller, the electric current generated by the photovoltaic system being able to be fed directly to the charging station and / or the electric stored in the rechargeable battery Current can be supplied, the first control cabinet or the first controller being adapted to first supply the electrical current generated by the photovoltaic system directly to the charging station and the electrical stored in the accumulator Only supply electricity to the charging station if the photovoltaic system does not provide sufficient electrical current to charge the vehicle's energy storage. It is advantageous if the charging station has a billing device with which the amount of electrical energy withdrawn can be billed.
Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sowie konkrete Ausführungs beispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Ver bindung mit der Zeichnung. Es zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Photovoltaiksystems nach dem Stand der Tech nik; Further details and features of the invention as well as specific embodiments of the invention result from the following description in conjunction with the drawing. 1 shows a block diagram of a photovoltaic system according to the prior art;
Fig. 2 die wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Systems als Block schaltbild;  Figure 2 shows the essential elements of the system according to the invention as a block diagram.
Fig. 3 ein detailliertes Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems;  3 shows a detailed block diagram of the system according to the invention;
Fig. 4 ein erstes Teilsystem des erfindungsgemäßen Systems umfassend das Fig. 4 shows a first subsystem of the system according to the invention comprising the
Photo voltaiksystem, das Wasserstoffsystem und den Gasmotor; und Photovoltaic system, the hydrogen system and the gas engine; and
Fig. 5 ein zweites Teilsystem des erfindungsgemäßen Systems umfassend das 5 shows a second subsystem of the system according to the invention comprising the
Photovoltaiksystem und die Warmwasseraufbereitung.  Photovoltaic system and water heating.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Fig. 2 zeigt als Blockschaltbild die wesentlichen Komponenten des erfindungsge mäßen Energieversorgungssystems, mit dem eine autarke Versorgung von Gebäu den mit elektrischer und thermischer Energie ermöglicht wird. Im Wesentlichen umfasst das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem ein Photovoltaiksystem, einen mit dem Photovoltaiksystem gekoppelten Akkumulator zum Speichern des von dem Photovoltaiksystem bereitgestellten elektrischen Stroms, ein Wasserstoffsystem zum Erzeugen von Wasserstoff und zur Aufberei- tung des erzeugten Wasserstoffes für den Gasmotor, einen Gasmotor, dem der von dem Wasserstoffsystem erzeugte und aufbereitete Wasserstoff zugeführt wird, und eine Warmwasseraufbereitung, mit der Warmwasser für das Gebäude bereitgesteht wird. Der von dem Photovoltaiksystem erzeugte Strom wird in dem Akkumulator gespei- chert, von wo aus er dem Hausverteiler HV zugeführt werden kann. Vom Hausver teiler HV aus wird der elektrische Strom in an sich bekannter Weise bis zu den elektrischen Verbrauchern im Gebäude geführt. Alternativ oder zusätzlich kann der von dem Photovoltaiksystem erzeugte Strom auch direkt dem Hausverteiler HV zugeführt werden, d.h. er wird nicht in dem Akkumulator gespeichert. Fig. 2 shows a block diagram of the essential components of the power supply system according to the invention, with which a self-sufficient supply of buildings with electrical and thermal energy is made possible. Essentially, the energy supply system according to the invention comprises a photovoltaic system, an accumulator coupled to the photovoltaic system for storing the electrical current provided by the photovoltaic system, a hydrogen system for generating hydrogen and for treating the generated hydrogen for the gas engine, a gas engine that the Hydrogen system generated and treated hydrogen is supplied, and a hot water preparation, with which hot water is available for the building. The electricity generated by the photovoltaic system is stored in the accumulator, from where it can be supplied to the HV house distributor. From the HV house distributor, the electrical current is conducted in a manner known per se to the electrical consumers in the building. Alternatively or additionally, the electricity generated by the photovoltaic system can also be fed directly to the house distributor HV, ie it is not stored in the accumulator.
Der Akkumulator kann auch elektrischen Strom zum "Betanken" eines E- Autos zur Verfügung stehen. Hierbei kann der Akkumulator mit einer Ladestation LS gekop- pelt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der von dem Photovoltaiksystem erzeugte Strom auch direkt der Ladestation LS zugeführt werden, d.h. er wird nicht in dem Akkumulator gespeichert. The battery can also be used to "refuel" an electric car. Here, the accumulator can be coupled to a charging station LS. Alternatively or additionally, the current generated by the photovoltaic system can also be fed directly to the charging station LS, i.e. it is not stored in the accumulator.
Wird der elektrische Strom des Akkumulators sowohl dem Hausverteiler als auch der Ladestation LS zugeführt, dann sollte der Akkumulator entsprechend größer dimensioniert werden. Vorteilhaft ist es hierbei wenn der Akkumulator beispiels- weise 10 kWh für den Hausverteiler und 10 kWh für die Ladestation zur Verfügung steht. Der Akkumulator kann hierbei modular so aufgebaut sein, dass er n (z.B. vier) Speichermodule mit einer bestimmten Nennkapazität aufweist, wobei jedes Speichermodul austauschbar sein kann. Zudem kann der Akkumulator um weitere Speichermodule erweitert werden, etwa wenn zusätzliche Verbraucher im Haus vorgesehen werden oder mehr als ein E-Auto gleichzeitig geladen werden sollen. Die Steuerung des erfindungsgemäßen Systems ist hierbei so vorgesehen, dass zu erst die Speichermodule für den Hausverteiler HV vollständig geladen werden, be- vor die Speichermodule für das Laden der E-Autos geladen werden. Damit wird der Hausverteiler priorisiert behandelt. If the electric current of the accumulator is supplied to both the house distributor and the charging station LS, then the accumulator should be dimensioned correspondingly larger. It is advantageous here if the accumulator is available, for example, 10 kWh for the house distributor and 10 kWh for the charging station. The accumulator can be constructed in a modular manner in such a way that it has n (for example four) memory modules with a certain nominal capacity, it being possible for each memory module to be interchangeable. In addition, the battery can be expanded to include additional memory modules, for example if additional consumers are provided in the house or more than one electric car is to be charged at the same time. The control of the system according to the invention is provided in such a way that the memory modules for the house distributor HV are first fully charged before the memory modules for charging the electric cars are loaded. This gives priority to the house distributor.
Es kann auch ein Akkumulator mit lediglich einem Speichermodul vorgesehen sein. In diesem Fall ist die Steuerung des erfindungsgemäßen Systems so ausgestaltet, dass ein E-Auto nur so lange mit dem Akkumulator geladen werden kann, solange ein bestimmter Ladewert des Akkumulators nicht unterschritten wird. Dadurch wird ebenfalls gewährleistet, dass für den Hausverteiler immer genügend elektri sche Energie von dem Akkumulator zur Verfügung gestellt werden kann. An accumulator with only one memory module can also be provided. In this case, the control of the system according to the invention is designed in such a way that an electric car can only be charged with the accumulator as long as it does not fall below a specific charge value of the accumulator. This also ensures that sufficient electrical energy can always be provided by the accumulator for the house distributor.
Eine Steuereinheit, die mit Bezug auf Fig. 3 näher beschrieben wird, kann so aus- gelegt sein, dass sie selbständig entscheidet, ob der von dem Photo voltaiksystem bereitgestellte elektrische Strom dem Akkumulator zugeführt und dort gespeichert wird, oder ob der Strom direkt dem Hausverteiler HV / Ladestation LS zugeführt wird. Beispielsweise kann diese Steuereinheit so ausgelegt sein, dass sie die elektri schen Verbraucher in dem Gebäude priorisiert behandelt, d.h. beispielsweise bei einem erhöhten Bedarf an elektrischer Energie den von dem Photovoltaiksystem erzeugten Strom nicht in dem Akkumulator speichert, sondern direkt dem Hausver teiler HV zuführt. Überschüssiger Strom kann hingegen im Akkumulator gespei chert werden. Ferner ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der von dem Photovoltaiksys tem erzeugte Strom (oder ein Teil des von dem Photovoltaiksystem erzeugten Stroms) dem Wasserstoffsystem zugeführt wird. Mit dem Wasserstoffsystem wird Wasserstoff erzeugt, beispielsweise mittels Wasserelektrolyse, wofür elektrischer Strom benötigt ist. Der von dem Wasserstoffsystem erzeugte Wasserstoff wird mit- tels einer Wasserstoffaufbereitung so aufbereitet, dass er im Gasmotor des erfin dungsgemäßen Systems als Kraftstoff verwendet werden kann. Beispielsweise kann bei der Wasserstoffaufbereitung dem erzeugten Wasserstoff Sauerstoff zuge- geben werden, um ein für den Gasmotor optimales und homogenes Kraftstoff-Ge- misch zu erhalten. Zusätzlich oder alternativ kann der erzeugte Wasserstoff auch in Wasserstofftanks gelagert bzw. gespeichert werden. A control unit, which is described in more detail with reference to FIG. 3, can be designed such that it independently decides whether the electrical current provided by the photovoltaic system is supplied to the accumulator and stored there, or whether the current is sent directly to the house distributor HV / charging station LS is supplied. For example, this control unit can be designed in such a way that it treats the electrical loads in the building with priority, that is to say, for example, in the event of an increased demand for electrical energy, it does not store the electricity generated by the photovoltaic system in the accumulator, but rather feeds it directly to the house distributor HV. Excess current, however, can be stored in the accumulator. Furthermore, it is provided according to the invention that the electricity generated by the photovoltaic system (or a part of the electricity generated by the photovoltaic system) is supplied to the hydrogen system. The hydrogen system produces hydrogen, for example by means of water electrolysis, for which electrical current is required. The hydrogen generated by the hydrogen system is processed by means of a hydrogen treatment in such a way that it can be used as fuel in the gas engine of the system according to the invention. For example can be added to the generated hydrogen in the hydrogen treatment in order to obtain an optimal and homogeneous fuel mixture for the gas engine. Additionally or alternatively, the hydrogen generated can also be stored in hydrogen tanks.
Das Wasserstoffsystem kann mit einer Wasserstoffzapfsäule WZ gekoppelt sein, um mit Wasserstoff betriebene Automobile zu betanken. The hydrogen system can be coupled to a hydrogen dispenser WZ in order to refuel automobiles powered by hydrogen.
Mit dem Gasmotor, der mit dem von dem Wasserstoffsystem erzeugten Wasserstoff betrieben wird, wird die Warmwasseraufbereitung für das Gebäude durchgeführt. Beispielsweise kann der Wasserkreislauf des Kühlers des Gasmotors genutzt wer den, um über einen Wärmetauscher thermische Energie dem Wasserkreislauf des Gebäudes zuführen. Alternativ oder zusätzlich kann mit einem Generator, der von dem Gasmotors betrieben wird, auch ein Heizstab betrieben werden, mit dem in einem Wassertank befindliches Wasser erwärmt wird. With the gas engine, which is powered by the hydrogen generated by the hydrogen system, the water is heated for the building. For example, the water circuit of the cooler of the gas engine can be used to supply thermal energy to the water circuit of the building via a heat exchanger. As an alternative or in addition, a heating rod can also be operated with a generator which is operated by the gas engine, by means of which the water in a water tank is heated.
Zusätzlich oder alternativ kann der Generator des Gasmotors auch mit dem Akku- mulator gekoppelt sein, um den Akkumulator aufzuladen, etwa dann, wenn das Photovoltaiksystem aufgrund schlechter Witterungsbedingungen oder nachts kei- nen elektrischen Strom erzeugt. Der von dem Akkumulator erzeugte elektrische Strom kann auch direkt dem Hausverteiler zugeführt werden. Additionally or alternatively, the generator of the gas engine can also be coupled to the rechargeable battery in order to charge the rechargeable battery, for example when the photovoltaic system does not generate any electrical current due to bad weather conditions or at night. The electric current generated by the accumulator can also be fed directly to the house distributor.
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Strom des Photovol- taiksystems (oder ein Teil des von dem Photovoltaiksystem erzeugten Stroms) für die Warmwasseraufbereitung verwendet wird. Hierzu kann das Photovoltaiksystem direkt mit der Warmwasseraufbereitung gekoppelt sein, beispielsweise mit einem oder mehreren Heizstäben eines Wassertanks, zum Aufheizen des sich im Wasser tank befindlichen Wassers. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird mit den dort gezeigten Komponenten und dem er findungsgemäßen Zusammenwirken der einzelnen Komponenten (inklusive der da für erforderlichen Steuerung) eine autarke Versorgung eines Gebäudes mit elektri scher und thermischer Energie ermöglicht. Weder für die elektrische noch für die thermische Energie sind Anschlüsse an die öffentliche Versorgungsinfrastruktur notwendig. Diese autarke Versorgung eines Gebäudes mit elektrischer und thermi scher Energie wird aufgrund des nachfolgend beschriebenen Ablaufs möglich: In addition, it is provided according to the invention that the electricity of the photovoltaic system (or a part of the electricity generated by the photovoltaic system) is used for the hot water preparation. For this purpose, the photovoltaic system can be coupled directly to the hot water preparation, for example with one or more heating elements of a water tank, for heating the water in the water tank. As can be seen from FIG. 2, the components shown there and the interaction of the individual components according to the invention (including the control required for this) enables a self-sufficient supply of a building with electrical and thermal energy. Neither the electrical nor the thermal energy require connections to the public supply infrastructure. This self-sufficient supply of a building with electrical and thermal energy is possible due to the procedure described below:
- Das Photovoltaiksystem erzeugt elektrischen Strom, der im Akkumulator ge- speichert wird, oder alternativ dem Hausverteiler HV zum Verbrauch zugeführt wird. - The photovoltaic system generates electrical current, which is stored in the accumulator or, alternatively, is supplied to the house distributor HV for consumption.
- Erzeugt das Photovoltaiksystem überschüssige elektrische Energie, wird diese verwendet, um mit Hilfe des Wasserstoffsystems Wasserstoff zu erzeugen, der in einem Wasserstofftank gespeichert werden kann und bei Bedarf aus dem Was- serstofftank dem Gasmotor zugeführt werden kann. Darüber hinaus kann der von dem Photovoltaiksystem erzeugte überschüssige Strom für die Warmwasserauf bereitung verwendet werden. Wofür der überschüssige Strom des Photo voltaiksystems verwendet wird, wird mit Hilfe einer intelligenten Steuereinrichtung entschieden. Wenn beispiels weise das Wasser in dem Wassertank bereits die Höchsttemperatur erreicht hat, kann die Steuerung veranlassen, dass mit dem überschüssigen Strom Wasser stoff erzeugt wird. Die Steuerung kann hier so eingestellt sein, dass zunächst das Wasser in dem Wassertank auf eine Maximaltemperatur gebracht wird, bevor mit dem überschüssigen Strom des Photo voltaiksystems Wasserstoff erzeugt wird. Ferner kann die Steuerung so eingestellt sein, dass für den Fall, dass das Wasser in dem Tank bereits die Höchsttemperatur erreicht hat und die Wasser- stofftanks voll sind, die maximal zulässige Höchsttemperatur des Wassers im Wassertank kurzzeitig erhöht werden kann, um mit dem überschüssigen Strom des Photovoltaiksystems das Wasser noch weiter zu erhitzen. - Liefert das Photovoltaiksystem keinen elektrischen Strom, wird der im Gebäude benötigte Strom vom Akkumulator bereitgestellt. Zusätzlich oder alternativ kann der benötigte Strom auch vom Generator des Gasmotors bereitgestellt werden. - If the photovoltaic system generates excess electrical energy, this is used to generate hydrogen with the help of the hydrogen system, which can be stored in a hydrogen tank and can be fed from the hydrogen tank to the gas engine if required. In addition, the excess electricity generated by the photovoltaic system can be used for the hot water preparation. What the excess electricity from the photovoltaic system is used for is decided with the help of an intelligent control device. If, for example, the water in the water tank has already reached the maximum temperature, the control system can cause the excess electricity to produce hydrogen. The control can be set here so that the water in the water tank is first brought to a maximum temperature before hydrogen is generated with the excess current of the photovoltaic system. Furthermore, the control can be set so that in the event that the water in the tank has already reached the maximum temperature and the hydrogen tanks are full, the maximum permissible maximum temperature of the water in the water tank can be increased briefly in order to use the excess electricity of the photovoltaic system to heat the water even further. - If the photovoltaic system does not supply electrical power, the electricity required in the building is provided by the battery. Additionally or alternatively, the electricity required can also be provided by the generator of the gas engine.
- Liefert das Photovoltaiksystem keinen elektrischen Strom und unterschreitet die Temperatur des Wassers im Wasserstofftank eine vorbestimmte Minimaltempe- ratur, veranlasst die intelligente Steuerung das Starten des Gasmotors, mit dessen Hilfe das Wasser in dem Wassertank erwärmt wird. Die von einem Generator des Gasmotors bereitgestellte, elektrische Energie kann neben dem Erwärmen des Wassers auch zum Aufladen des Akkumulators verwendet werden. - If the photovoltaic system does not supply any electrical current and the temperature of the water in the hydrogen tank falls below a predetermined minimum temperature, the intelligent control system starts the gas engine, which is used to heat the water in the water tank. The electrical energy provided by a generator of the gas engine can be used in addition to heating the water to charge the accumulator.
Gemäß einer in Fig. 2 nicht gezeigten Ausgestaltung der Erfindung kann es zudem vorgesehen sein, dass die in dem Akkumulator gespeicherte elektrische Energie zum Aufwärmen des Wassers in dem Wassertank verwendet wird. Dies kann bei- spielsweise dann vorteilhaft sein, wenn der Gasmotor ausfällt und das Photovolta iksystem keinen elektrischen Strom liefert und die Minimaltemperatur des Wassers in dem Wassertank unterschritten wird. Die Wahrscheinlichkeit dafür, dass sämtli che Bedingungen eintreten, die ein Erwärmen des Wassers mit dem Akkumulator notwendig machen, ist allerdings äußerst gering, sodass dies lediglich als Notfall lösung angesehen wird. According to an embodiment of the invention, not shown in FIG. 2, it can also be provided that the electrical energy stored in the accumulator is used to heat the water in the water tank. This can be advantageous, for example, if the gas engine fails and the photovoltaic system does not supply any electrical current and the water in the water tank falls below the minimum temperature. However, the likelihood that all conditions will occur that make it necessary to heat the water with the accumulator is extremely low, so that this is only regarded as an emergency solution.
Die genannte Ladestation LS und/oder die genannte Wasserstoffzapfsäule WZ kön nen ein Abrechnungssystem aufweisen oder mit einem Abrechnungssystem gekop- pelt sein, um den entnommenen elektrischen Strom bzw. den entnommen Wasser stoff direkt bezahlen zu können, beispielsweise mittels einer Kreditkarte oder der gleichen. Said charging station LS and / or said hydrogen dispenser WZ can have a billing system or can be coupled to a billing system in order to be able to pay for the electrical current or the hydrogen removed directly, for example by means of a credit card or the like.
Fig. 3 zeigt eine detaillierte Darstellung des in Fig. 2 gezeigten Blockschaltbildes. Das Photo voltaiksystem umfasst eine Photovoltaikanlage PV, die im Wesentlichen aus einem Verbund von Solarmodulen besteht und beispielsweise auf einem Dach eines Gebäudes montiert werden kann. Der von der Photovoltaikanlage erzeugte Gleichstrom wird einem Wechselrichter WR zugeführt, der in an sich bekannter Weise den Gleichstrom in Wechselstrom umrichtet. FIG. 3 shows a detailed illustration of the block diagram shown in FIG. 2. The photovoltaic system comprises a photovoltaic system PV, which essentially consists of a combination of solar modules and can, for example, be mounted on a roof of a building. The direct current generated by the photovoltaic system is fed to an inverter WR, which converts the direct current into alternating current in a manner known per se.
Über eine Schutzeinrichtung SM, die optional vorgesehen sein kann und mit der beispielsweise die Photovoltaikanlage vom restlichen Stromnetz getrennt werden kann, wird der Wechselstrom einem ersten Schaltschrank SS1 zugeführt. Der erste Schaltschrank SS1 weist eine erste Steuerung auf, mit der die Verwendung des elektrischen Stroms in dem erfindungsgemäßen Energieversorgungssystem gesteu- ert bzw. geregelt wird. Die Funktionsweise der ersten Steuerung und der in einem zweiten Schaltschrank SS2 untergebrachten zweiten Steuerung wird weiter unten näher beschrieben. The alternating current is supplied to a first control cabinet SS1 via a protective device SM, which can optionally be provided and with which, for example, the photovoltaic system can be separated from the rest of the power grid. The first control cabinet SS1 has a first control with which the use of the electric current in the energy supply system according to the invention is controlled or regulated. The mode of operation of the first controller and the second controller housed in a second control cabinet SS2 is described in more detail below.
Der dem ersten Schaltschrank SS1 zugeführte Strom der Photovoltaikanlage kann dem Akkumulator zugeführt werden, wo er gespeichert wird. Der Akkumulator kann dann den für die im Gebäude vorhandenen elektrischen Verbraucher benötig ten Strom über den Hausverteiler HV zur Verfügung stellen. Gegebenenfalls wird hierfür der aus dem Akkumulator entnommen Gleichstrom in Wechselstrom umge richtet. The current of the photovoltaic system supplied to the first control cabinet SS1 can be fed to the accumulator, where it is stored. The accumulator can then provide the electricity required for the existing electrical consumers in the building via the HV house distributor. If necessary, the direct current drawn from the accumulator is converted into alternating current for this purpose.
Alternativ kann der von dem Schaltschrank SS1 abfließende Strom auch direkt dem Hausverteiler HV zugeführt werden. Alternatively, the current flowing out of the control cabinet SS1 can also be fed directly to the HV home distributor.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems kann in diesem eine Ladestation LS zum Aufladen von Elektrofahrzeugen vorgesehen sein. In diesem Fall kann der Strom direkt von dem Schaltschrank SS1 der Ladestation LS zugeführt werden. Alternativ kann der Strom für die Ladestation LS auch von dem Akkumulator bereitgestellt werden. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Ladestation LS so ausgestaltet sein, dass diese im Bedarfsfall elektrische Energie an das Energieversorgungssystem ab- geben kann, sofern ein Elektrofahrzeug mit der Ladestation LS gekoppelt ist. Der Akkumulator des Elektrofahrzeuges kann so als zusätzlicher Stromspeicher für das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem verwendet werden. In one embodiment of the energy supply system according to the invention, a charging station LS for charging electric vehicles can be provided in the latter. In this case, the current can be fed directly from the control cabinet SS1 to the charging station LS. Alternatively, the current for the charging station LS can also be provided by the accumulator. In one embodiment of the invention, the charging station LS can be designed in such a way that it can deliver electrical energy to the energy supply system if required, provided an electric vehicle is coupled to the charging station LS. The battery of the electric vehicle can thus be used as an additional power store for the energy supply system according to the invention.
Ausgangsseitig ist der Schaltschrank SS1 zudem mit einem Wasserstoffsystem ge koppelt, um dem Wasserstoffsystem die für das Erzeugen von Wasserstoff notwen dige Energie zuzuführen. Das Wasserstoffsystem besteht hier im Wesentlichen aus einer Einrichtung WE zum Erzeugen von Wasserstoff, etwa mittels Wasserelektro- lyse, einem Wasserstofftank WT, in dem der erzeugte Wasserstoff gespeichert wird, und einer Wasserstoffaufbereitung WA, mit der der in dem Wasserstofftank WT gespeicherte Wasserstoff für die Verwendung als Kraftstoff in dem Gasmotor GM aufbereitet wird. In der Regel ist die erste Steuerung des ersten Schaltschranks SS1 so eingestellt, dass der von der Photovoltaikanlage erzeugte Strom dann zur Her stellung von Wasserstoff verwendet wird, wenn dieser Strom nicht anderweitig ver wendet werden muss. On the output side, the control cabinet SS1 is also coupled to a hydrogen system in order to supply the hydrogen system with the energy required for the production of hydrogen. The hydrogen system here essentially consists of a device WE for generating hydrogen, for example by means of water electrolysis, a hydrogen tank WT in which the generated hydrogen is stored, and a hydrogen preparation WA with which the hydrogen stored in the hydrogen tank WT is used is processed as fuel in the gas engine GM. In general, the first control of the first control cabinet SS1 is set so that the electricity generated by the photovoltaic system is then used to produce hydrogen if this electricity does not have to be used for other purposes.
Der Wasserstoffaufbereitung WA ist ein Gasmotor GM nachgeschaltet, dem der aufbereitete Wasserstoff als Treibstoff zugeführt wird. Der Gasmotor GM ist in ers ter Linie dazu vorgesehen, mittels eines Generators G elektrischen Strom zu erzeu gen, mit dem das Wasser in einem Wassertank T erwärmt werden kann, beispiels weise über Heizstäbe HS. Die Steuerung des erfindungsgemäßen Energieversor gungssystems kann so ausgelegt sein, dass das Wasser in dem Tank T jedenfalls dann mittels des Generators G des Gasmotors GM erwärmt wird, wenn der von der Photovoltaikanlage PV bereitgestellte elektrische Strom für das Erwärmen des Wassers nicht ausreicht, oder die Photovoltaikanlage PV keinen Strom erzeugt. The hydrogen treatment WA is followed by a gas engine GM, to which the treated hydrogen is supplied as fuel. The gas engine GM is provided in the first line to generate electricity by means of a generator G with which the water can be heated in a water tank T, for example via heating rods HS. The control of the energy supply system according to the invention can be designed such that the water in the tank T is in any case heated by means of the generator G of the gas motor GM when the electrical current provided by the photovoltaic system PV is not sufficient for heating the water, or the photovoltaic system PV does not generate electricity.
Um den Wirkungsgrad des Gasmotors GM zu erhöhen, ist es zudem vorgesehen, den Kühler K des Gasmotors GM über einen Wärmetauscher W mit dem Wasser- tank T zu koppeln. Über einen Vorlauf VL und einen Rücklauf RL wird die Kühl- flüssigkeit des Kühlers K dem Wärmetauscher W zugeführt, sodass die thermische Energie des Kühlers bzw. der Kühlerflüssigkeit an das Wasser des Wassertanks T abgegeben werden kann, wobei auch der Wassertank T über einen entsprechenden Vorlauf VL und einen Rücklauf RL mit dem Wärmetauscher W gekoppelt ist. In order to increase the efficiency of the gas engine GM, it is also provided that the cooler K of the gas engine GM is connected to the water via a heat exchanger W. To couple tank T. The cooling liquid of the cooler K is supplied to the heat exchanger W via a flow VL and a return RL, so that the thermal energy of the cooler or the coolant liquid can be released to the water of the water tank T, the water tank T also being supplied via a corresponding flow VL and a return RL is coupled to the heat exchanger W.
Zudem kann es vorteilhafter Weise vorgesehen sein, die Abgase des Gasmotors GM ebenfalls zum Erwärmen des Wassers in dem Wassertank T zu verwenden, wodurch der gesamte Wirkungsgrad des Gasmotors GM nochmals verbessert wird. Hierzu werden die aus dem Auspuff A des Gasmotors GM austretenden Abgase einem Brennwertgerät BW zugeführt. Typischerweise liegen die Temperaturen der Abgase bei Erreichen des Brennwertgerätes BW bei etwa zwischen 230°C und 270°C. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Brennwertgerätes BW weist dieses ein Ge- häuse mit einer darin angeordneten Rohrschlange auf. Das Rohr kann in dem Ge- häuse spiralförmig verlaufen, sodass eine möglichst große Rohroberfläche in dem Gehäuse des Brennwertgerätes BW gebildet wird. Dem Rohr werden die Abgase des Gasmotors GM zugeführt. Die zugeführten Abgase werden im Gehäuse abge- kühlt und verlassen das Gehäuse am anderen Ende des Rohres mit einer Temperatur von etwa zwischen 40°C und 70°C. Idealerweise werden die das Brennwertge- rät BW verlassenden Abgase einem Kamin zugeführt. Ferner ist das Brennwertge- rät BW über einen Vorlauf VL und einen Rücklauf RL mit dem Wassertank T ge koppelt, sodass die thermische Energie der Abgase des Gasmotors an das Wasser im Wassertank T abgegeben werden kann. In addition, it can advantageously be provided that the exhaust gases of the gas engine GM are also used to heat the water in the water tank T, as a result of which the overall efficiency of the gas engine GM is further improved. For this purpose, the exhaust gases emerging from the exhaust A of the gas engine GM are fed to a condensing boiler BW. When the condensing boiler BW is reached, the temperatures of the exhaust gases are typically between 230 ° C and 270 ° C. In an advantageous embodiment of the condensing boiler BW, it has a housing with a pipe coil arranged therein. The pipe can run in a spiral in the housing, so that the largest possible pipe surface is formed in the housing of the condensing boiler BW. The exhaust gases from the gas engine GM are fed to the pipe. The exhaust gases supplied are cooled in the housing and leave the housing at the other end of the tube at a temperature of between 40 ° C and 70 ° C. Ideally, the exhaust gases leaving the BW condensing boiler are fed into a chimney. Furthermore, the condensing boiler BW is coupled to the water tank T via a flow VL and a return RL, so that the thermal energy of the exhaust gases of the gas engine can be released to the water in the water tank T.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gasmotors GM wird also nicht nur über den Generator G das Wasser im Wassertank T erwärmt, sondern auch mit Hilfe des Kühlers K und der Abgase des Gasmotors, sodass eine besonders effiziente Er wärmung des Wassers erreicht wird. Wie vorstehend erläutert, ist der Gasmotor GM zum Erwärmen des Wassers im Wassertank T dann vorgesehen, wenn der von der Photovoltaikanlage PV bereitge- stellte elektrische Strom zum Aufheizen des Wassers nicht ausreicht. Es kann aller dings vorteilhaft sein, wenn das Wasser in dem Wassertank T sowohl mit Hilfe des Gasmotors GM als auch mit Hilfe des Stroms der Photovoltaikanlage PV erhitzt wird, etwa dann, wenn der Warmwasserverbrauch besonders hoch ist und die Was- sertemperatur im Wassertank T bereits nahe der minimalen Wassertemperatur ist bzw. die minimale Wassertemperatur zu unterschreiten droht. Wann welches Sys- tem (Photovoltaikanlage PV oder Gasmotor GM oder beide) zum Aufheizen des Wassers in dem Wassertank T verwendet wird, wird durch die erste Steuerung SS1 und die zweite Steuerung SS2 des Energieversorgungssystems gesteuert. By designing the gas engine GM according to the invention, the water in the water tank T is not only heated via the generator G, but also with the help of the cooler K and the exhaust gases of the gas engine, so that a particularly efficient heating of the water is achieved. As explained above, the gas motor GM is provided for heating the water in the water tank T when the electrical current provided by the photovoltaic system PV is not sufficient to heat the water. However, it can be advantageous if the water in the water tank T is heated both with the help of the gas motor GM and with the help of the electricity from the photovoltaic system PV, for example when the hot water consumption is particularly high and the water temperature in the water tank T is already high is close to the minimum water temperature or is likely to fall below the minimum water temperature. When which system (photovoltaic system PV or gas engine GM or both) is used to heat the water in the water tank T is controlled by the first controller SS1 and the second controller SS2 of the energy supply system.
Der von dem Generator G erzeugte, elektrische Strom kann nach einer entsprechen den Gleichrichtung auch dem Akkumulator zugeführt und dort gespeichert werden. The electrical current generated by the generator G can also be fed to the accumulator after a corresponding rectification and stored there.
Ferner kann die Starterbatterie SB des Gasmotors GM auch mit dem ersten Schalt- schrank SS1 gekoppelt sein, um mit dem Strom der Photovoltaikanlage PV die Starterbatterie bei Bedarf aufzuladen. Sollte die Photovoltaikanlage PV keinen Strom liefern, kann es auch vorgesehen sein, die Starterbatterie SB des Gasmo- tors GM mit dem Strom aus dem Akkumulator aufzuladen (in Fig. 3 nicht gezeigt). Furthermore, the starter battery SB of the gas engine GM can also be coupled to the first control cabinet SS1 in order to charge the starter battery with the current of the photovoltaic system PV if required. If the photovoltaic system PV does not deliver any current, it can also be provided to charge the starter battery SB of the gas engine GM with the current from the accumulator (not shown in FIG. 3).
Der von dem Generator G des Gasmotors GM erzeugte Strom kann auch der La destation LS zugeführt werden. In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems kann in diesem eine Wasserstoffzapfsäule WZ zum Betanken von mit Wasserstoff betrie benen Elektrofahrzeugen vorgesehen sein. Die Wasserstoffzapfsäule WZ kann hier bei direkt mit dem Wasserstofftank gekoppelt sein, dem der benötigte Wasserstoff entnommen wird. Alternativ kann die Wasserstoffzapfsäule WZ auch mit der Was- serstoffaufbereitungseinrichtung WA gekoppelt sein, die den Wasser für das Be tanken des Fahrzeuges aufbereitet. Die Wasserstoffaufbereitungseinrichtung WA ist hierbei so ausgestaltet, dass sie den Wasserstoff sowohl für den Gasmotor GM als auch für die Wasserstoffzapfsäule WZ aufbereiten kann. Die Abrechnung des mittels der Wasserstoffzapfsäule WZ entnommenen Wasserstoffes kann mit Hilfe einer Abrechnungseinheit realisiert werden, die Bestandteil der Wasserstoffzapf- säule WZ ist oder die mit der Wasserstoffzapfsäule WZ gekoppelt ist. Das Bezahlen selbst kann beispielsweise mit ein Kreditkarte oder dergleichen durchgeführten werden. The current generated by the generator G of the gas engine GM can also be fed to the charging station LS. In one embodiment of the energy supply system according to the invention, a hydrogen fuel dispenser WZ can be provided in this for refueling electric vehicles operated with hydrogen. The hydrogen dispenser WZ can be directly coupled to the hydrogen tank from which the required hydrogen is taken. Alternatively, the hydrogen dispenser WZ can also be coupled to the hydrogen treatment device WA, which processes the water for refueling the vehicle. The hydrogen processing device WA is designed so that it can process the hydrogen both for the gas engine GM and for the hydrogen fuel dispenser WZ. The billing of the hydrogen withdrawn by means of the hydrogen dispenser WZ can be implemented with the aid of a billing unit which is part of the hydrogen dispenser WZ or which is coupled to the hydrogen dispenser WZ. The payment itself can be carried out, for example, with a credit card or the like.
Steuerung des Energieversorgungssystems Control of the energy supply system
Nachfolgend wird die Funktionsweise des ersten Schaltschranks SS1 bzw. der ers- ten Steuerung und des zweiten Schaltschranks SS2 bzw. der zweiten Steuerung nä her beschrieben, mit denen das gesamte, erfindungsgemäße Energieversorgungs- system gesteuert bzw. geregelt wird. The functioning of the first control cabinet SS1 or the first control and the second control cabinet SS2 or the second control, with which the entire energy supply system according to the invention is controlled or regulated, is described in more detail below.
Der erste Schaltschrank SS1 und der zweite Schaltschrank SS2 sind über eine Kom munikationsverbindung KV miteinander verbunden. Die (nicht alle) Steuer- bzw. Signalleitungen sind in Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 als gestrichelte Pfeile dargestellt. Mit dem ersten Schaltschrank SS 1 bzw. der ersten Steuerung wird im Wesentlichen das in Fig. 5 gezeigte Subsystem (Warmwasseraufbereitung mit Hilfe der Photo voltaikanlage) gesteuert und geregelt. Mit dem zweiten Schaltschrank SS2 bzw. der zweiten Steuerung wird im Wesentlichen das in Fig. 4 gezeigte Subsystem (Erzeu gen von Wasserstoff mit Hilfe der Photovoltaikanlage und Betreiben eines Gasmo- tors mit dem erzeugten Wasserstoff) gesteuert bzw. geregelt. The first control cabinet SS1 and the second control cabinet SS2 are connected to one another via a communication link KV. The (not all) control or signal lines are shown in FIG. 3, FIG. 4 and FIG. 5 as dashed arrows. The first control cabinet SS 1 or the first controller essentially controls and regulates the subsystem shown in FIG. 5 (hot water preparation with the aid of the photovoltaic system). The second control cabinet SS2 or the second controller essentially controls or regulates the subsystem shown in FIG. 4 (generation of hydrogen with the aid of the photovoltaic system and operation of a gas engine with the generated hydrogen).
Anzumerken ist hierbei, dass die in Fig. 4 und in Fig. 5 gezeigten Subsysteme ge trennt voneinander betrieben werden können und nicht notwendigerweise in dem in Fig. 3 gezeigten Gesamtsystem implementiert werden müssen. Für eine vollkom men autarke Versorgung eines Gebäudes mit elektrischer und thermischer Energie ist es allerdings vorteilhaft, wenn beide Subsysteme in einem Energieversorgungs- system implementiert und in entsprechender Weise aufeinander abgestimmt sind, was durch die erfindungsgemäße Steuerung bewerkstelligt wird. Dem ersten Schaltschrank SS1 wird der von der Photovoltaikanlage PV erzeugte Strom zugeführt. Der erste Schaltschrank SS1 stellt diesen elektrischen Strom den einzelnen Komponenten des gesamten Energieversorgungssystems zur Verfügung, wobei die erste Steuerung in dem ersten Schaltschrank SS1 steuert bzw. regelt, wel- cher Komponente wann und wieviel Strom zur Verfügung gestellt wird. It should be noted here that the subsystems shown in FIG. 4 and in FIG. 5 can be operated separately from one another and do not necessarily have to be implemented in the overall system shown in FIG. 3. For a completely self-sufficient supply of a building with electrical and thermal energy However, it is advantageous if the two subsystems are implemented in an energy supply system and are coordinated with one another in a corresponding manner, which is accomplished by the control according to the invention. The current generated by the photovoltaic system PV is fed to the first control cabinet SS1. The first control cabinet SS1 makes this electrical current available to the individual components of the entire energy supply system, the first controller in the first control cabinet SS1 controlling or regulating which component is made available when and how much current.
Die einzelnen Komponenten in dem Gesamtsystem können Sensoren aufweisen, die der ersten Steuerung entsprechende Sensordaten bereitstellen. Mit Hilfe dieser Sensordaten kann die erste Steuerung die einzelnen Komponenten des Gesamtsys- tems bzw. das Gesamtsystem als Ganzes steuern bzw. regeln. So kann beispiels- weise der Wassertank T über entsprechende Temperaturfühler verfügen, die der ersten Steuerung die Wassertemperatur mitteilen. Der Wasserstofftank WT kann etwa einen Füllstandsensor aufweisen, der der ersten Steuerung den aktuellen Füll- stand mitteilt. Die Steuerung bzw. die Regelung der Wasserstofferzeugung wird in der Regel al lerdings von der zweiten Steuerung in den zweiten Schaltschrank SS2 übernom men. Die zweite Steuerung kann der ersten Steuerung über die Kommunikations verbindung KV den aktuellen Füllstand in den Wasserstofftanks WT mitteilen. An dererseits kann die erste Steuerung der zweiten Steuerung mitteilen, dass die Pho- tovoltaikanlage PV überschüssigen Strom bereitstellt, der für die Erzeugung von Wasserstoff verwendet werden könnte. Ferner kann die erste Steuerung den aktuel len Fadestand der Akkumulatoren abfragen. The individual components in the overall system can have sensors that provide corresponding sensor data to the first controller. With the aid of this sensor data, the first controller can control or regulate the individual components of the overall system or the overall system as a whole. For example, the water tank T can have appropriate temperature sensors that report the water temperature to the first controller. The hydrogen tank WT can have a fill level sensor, for example, which informs the first controller of the current fill level. However, the control or regulation of the hydrogen generation is generally taken over by the second control in the second control cabinet SS2. The second controller can communicate the current level in the hydrogen tanks WT to the first controller via the communication link KV. On the other hand, the first controller can inform the second controller that the photovoltaic system PV provides excess electricity that could be used for the production of hydrogen. Furthermore, the first controller can query the current thread level of the batteries.
Die wesentlichen Parameter des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems, mit denen die erste Steuerung in dem ersten Schaltschrank SS1 das System steuert bzw. regelt, sind: - der aktuelle von der Photovoltaikanlage PV erzeugte Strom bzw. Strommenge,The essential parameters of the power supply system according to the invention, with which the first controller in the first control cabinet SS1 controls or regulates the system, are: - the current current or quantity of electricity generated by the photovoltaic system PV,
- der aktuelle Ladestand der Akkumulatoren, - the current charge level of the batteries,
- der aktuelle Füllstand der Wasserstofftanks, und  - the current level of the hydrogen tanks, and
- die aktuelle Wassertemperatur des Wassers in den Wassertanks.  - the current water temperature of the water in the water tanks.
Anhand dieser vier Parameter kann die erste Steuerung in dem ersten Schalt- schrank SS1 entscheiden, wann welchem Modul wieviel Strom zur Verfügung ge stellt wird. Zudem kann die erste Steuerung anhand dieser vier Parameter entschei- den, welche Komponente (Photovoltaikanlage PV oder Akkumulator) den Strom zur Verfügung stellen soll. Using these four parameters, the first controller in the first control cabinet SS1 can decide when and how much power is made available to which module. In addition, the first controller can use these four parameters to decide which component (photovoltaic system PV or accumulator) should provide the electricity.
Ein weiterer wichtiger Parameter für die Steuerung bzw. Regelung durch die erste Steuerung ist der aktuelle Energiebedarf der elektrischen Verbraucher in dem Ge- bäude. Another important parameter for the control or regulation by the first control is the current energy requirement of the electrical consumers in the building.
Die erste Steuerung und die zweite Steuerung sind so aufeinander abgestimmt, dass zu jedem Zeitpunkt ausreichend elektrische Energie für die elektrischen Verbrau- cher in dem Gebäude und ausreichend Warmwasser (z.B. für Heizungen in dem Gebäude) zur Verfügung steht. Diese beiden Anforderungen werden demnach mit höchster Priorität erfüllt, d.h. beispielsweise, dass Strom der Photovoltaikanlage PV erst dann etwa zum Herstellen von Wasserstoff verwendet wird, wenn die Versor gung der elektrischen Verbraucher in dem Gebäude ausreichend sichergestellt ist. The first control and the second control are coordinated so that sufficient electrical energy is available for the electrical consumers in the building and sufficient hot water (e.g. for heating in the building) at all times. These two requirements are therefore met with the highest priority, i.e. for example, that electricity from the photovoltaic system PV is only used to produce hydrogen, for example, when the supply of the electrical consumers in the building is adequately ensured.
Zur Versorgung der elektrischen Verbraucher in dem Gebäude mit elektrischem Strom kann die erste Steuerung gemäß dem nachfolgend beschrieben Verfahren ar beiten: To supply the electrical consumers in the building with electrical current, the first controller can work according to the method described below:
- Die erste Steuerung veranlasst den ersten Schaltschrank SS1 (d.h. die in dem Schaltschrank untergebrachte Elektronik) dazu, den von der Photovoltaikanlage bereitgestellten elektrischen Strom direkt dem Hausverteiler HV zuzuführen. - Sofern dann noch überschüssige elektrische Energie von der Photovoltaikan lage PV bereitgestellt wird, veranlasst die erste Steuerung ein Laden des Akku mulators mit dieser überschüssigen elektrischen Energie. Die überschüssige elektrische Energie der Photovoltaikanlage wird zunächst immer zum Aufladen der Akkumulatoren verwendet, sodass mit Hilfe der Akkumulatoren die Versor gung des Gebäudes mit elektrischem Strom über einen vorbestimmten Zeitraum (beispielsweise nachts) in jedem Fall gewährleistet werden kann. Die Akkumu latoren sind hierfür entsprechend dimensioniert. - Reicht der von der Photovoltaikanlage PV erzeugte Strom für die elektrischen- The first controller causes the first control cabinet SS1 (ie the electronics housed in the control cabinet) to supply the electrical current provided by the photovoltaic system directly to the HV home distributor. - If excess electrical energy is then provided by the photovoltaic system PV, the first controller causes the accumulator to be charged with this excess electrical energy. The excess electrical energy of the photovoltaic system is initially always used to charge the batteries, so that with the help of the batteries, the supply of the building with electrical current can be guaranteed for a predetermined period (for example at night) in any case. The accumulators are dimensioned accordingly. - Is the electricity generated by the photovoltaic system PV sufficient for the electrical
Verbraucher in dem Gebäude nicht aus, wird die Stromversorgung des Gebäudes vom Akkumulator übernommen. Die von der Photovoltaikanlage bereitgestellte Energie wird dann zum Laden des Akkumulators verwendet. - Steht für die elektrischen Verbraucher in dem Gebäude genügend elektrischeIf the consumer in the building does not run out, the building's power supply is taken over by the accumulator. The energy provided by the photovoltaic system is then used to charge the battery. - Is there enough electrical for the electrical consumers in the building
Energie zur Verfügung und ist der Akkumulator vollständig bzw. ausreichend geladen, wird der überschüssige Strom der Photovoltaikanlage entweder zum Aufheizen des Wassers in dem Wassertank T oder zum Herstellen von Wasser stoff verwendet. Energy is available and the accumulator is fully or sufficiently charged, the excess current of the photovoltaic system is used either for heating the water in the water tank T or for producing hydrogen.
Ob dieser überschüssige Strom zum Erwärmen des Wassers oder zum Erzeugen von Wasserstoff bereitgestellt wird, kann die erste Steuerung von der aktuellen Wassertemperatur und von dem aktuellen Füllstand der Wasserstofftanks abhän gig machen. Weist beispielsweise das Wasser in dem Wassertank eine Tempe- ratur nahe der zulässigen Minimaltemperatur auf und sind die Wasser- stofftanks WT ausreichend gefüllt, kann der überschüssige elektrische Strom der Photovoltaikanlage zum Erwärmen des Wassers verwendet werden. Umgekehrt kann der überschüssige Strom zum Erzeugen von Wasserstoff verwendet wer den, wenn die Wasserstofftanks ein niedriges Füllniveau aufweisen und die Wassertemperatur in dem Wassertank T ausreichend hoch ist. Ist sowohl das Füllniveau in dem Wasserstofftank niedrig und befindet sich die Wassertemperatur in den Wassertanks T nahe der zulässigen Minimaltempera tur, kann die erste Steuerung so ausgestaltet sein, dass ein Teil des überschüssi gen Stroms für die Wasserstofferzeugung und der andere Teil des überschüssi- gen Stroms für die Erwärmung des Wassers verwendet wird. Die erste Steuerung kann in diesem Fall aber auch den aktuellen Warmwasserverbrauch berücksich tigen und den überschüssigen Strom vollständig für die Erzeugung von Wasser stoffbereitstellen, wenn aktuell kein Warmwasser verbraucht wird. - Hat hingegen die Wassertemperatur in den Wassertanks T die Maximaltempera tur erreicht und sind die Wasserstofftanks WT vollständig gefüllt, kann die erste Steuerung so angepasst sein, dass sie ein kurzfristiges Erwärmen des Wassers in dem Wassertank T über die eigentlich zulässige Höchsttemperatur hinaus bis zu einer zweiten Höchsttemperatur erlaubt. Ist auch diese zweite Höchsttemperatur erreicht, kann die erste Steuerung die Ladestation LS aktivieren, um - sofern ein Elektrofahrzeug an der Ladestation LS angeschlossen ist - den Akkumulator des Elektrofahrzeugs zu laden. Whether this excess electricity is used to heat the water or to generate hydrogen can make the first controller dependent on the current water temperature and the current level of the hydrogen tanks. If, for example, the water in the water tank has a temperature close to the permissible minimum temperature and the hydrogen tanks WT are sufficiently filled, the excess electrical current of the photovoltaic system can be used to heat the water. Conversely, the excess electricity can be used to generate hydrogen if the hydrogen tanks have a low filling level and the water temperature in the water tank T is sufficiently high. If both the filling level in the hydrogen tank is low and the water temperature in the water tanks T is close to the permissible minimum temperature, the first control can be designed so that part of the excess electricity for hydrogen generation and the other part of the excess electricity is used for heating the water. In this case, however, the first controller can also take into account the current hot water consumption and provide all of the excess electricity for the production of hydrogen if no hot water is currently being used. - On the other hand, if the water temperature in the water tanks T has reached the maximum temperature and the hydrogen tanks WT are completely filled, the first controller can be adapted so that it briefly heats the water in the water tank T above the actually permissible maximum temperature up to a second Maximum temperature allowed. If this second maximum temperature is also reached, the first controller can activate the charging station LS in order to charge the battery of the electric vehicle if an electric vehicle is connected to the charging station LS.
- Sollte dann, nach einem vollständigen Laden des Akkumulators des Elektro fahr- zeugs weiterhin überschüssiger Strom von der Photovoltaikanlage PV bereitge stellt werden, kann die erste Steuerung so ausgebildet sein, die Photovoltaikan lage von dem restlichen System zu trennen, die überschüssige Energie - falls möglich - in das öffentliche Netz einzuspeisen, oder beispielsweise die Starter batterie SB des Gasmotors GM zu laden. - If, after the battery of the electric vehicle has been fully charged, excess electricity is still provided by the photovoltaic system PV, the first controller can be designed to separate the photovoltaic system from the rest of the system, the excess energy - if possible - Feed into the public grid, or for example to charge the starter battery SB of the gas engine GM.
- Für den Fall, dass die Photovoltaikanlage PV nicht genug elektrischen Strom liefert, um neben der Versorgung der elektrischen Verbraucher auch ein Erwär men des Wassers in dem Wassertank T sicherzustellen, ist die Steuerung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems so angepasst, dass die erste Steuerung diese Information der zweiten Steuerung in dem zweiten Schalt- schrank SS2 mitteilt. Die zweite Steuerung in dem zweiten Schaltschrank SS2 übernimmt dann die Steuerung bzw. die Regelung für das Erwärmen des Was- sers in dem Wassertank T. - In the event that the photovoltaic system PV does not supply enough electrical current to ensure heating of the water in the water tank T in addition to the supply of the electrical consumers, the control of the energy supply system according to the invention is adapted so that the first control this information second controller in the second control cabinet SS2. The second controller in the second control cabinet SS2 then takes over the control or regulation for heating the water in the water tank T.
Ist in dem Wasserstofftank WT genügend Wasserstoff für den Betrieb des Gas- motors GM vorhanden, was die zweite Steuerung mit Hilfe entsprechender Füll stands ensor en abffagen kann, sendet die zweite Steuerung dem Gasmotor GM ein Startsignal, mit dem ein Starten des Gasmotors GM veranlasst wird. Gleich zeitig veranlasst die zweite Steuerung die Wasserstoffaufbereitung WA, den für den Gasmotor GM benötigten Wasserstoff entsprechend aufzubereiten und dem Gasmotor GM zuzuführen. Beispielsweise kann die Wasserstoffaufberei- tung WA dem Wasserstoff Sauerstoff zuführen, um ein optimales Treibstoff- Gemisch für den Gasmotor zu erhalten. If there is sufficient hydrogen in the hydrogen tank WT for the operation of the gas engine GM, which the second controller can sense with the aid of appropriate fill level sensors, the second controller sends a start signal to the gas engine GM with which the gas engine GM is started , At the same time, the second controller causes the hydrogen treatment WA to process the hydrogen required for the gas engine GM accordingly and to supply it to the gas engine GM. For example, the hydrogen treatment WA can supply oxygen to the hydrogen in order to obtain an optimal fuel mixture for the gas engine.
Mit dem Gasmotor GM wird ein Generator G betrieben, dessen elektrischer Strom den Heizstäben HS in dem Wassertank T zugeführt wird, um das Wasser zu erwärmen. Sollte ein schnelles Aufwärmen des Wassers notwendig sein, weil etwa die Wassertemperatur bereits nahe der Minimaltemperatur liegt, kann die zweite Steuerung einen Wärmetauscher W zuschalten, mit dem die Wärmeener gie der Kühlerflüssigkeit des Kühlers K des Gasmotors GM dem Wasser in dem Wasserstofftank zugeführt wird. Bei dem Wärmetauscher W kann es sich um einen Plattenwärmetauscher handeln, der, wie oben bereits ausgeführt, über ent sprechende Vorläufe VL und Rückläufe RL mit dem Kühler K und dem Was sertank T gekoppelt ist. Zusätzlich kann die zweite Steuerung ein Brennwertgerät zuschalten, mit dem die Wärmeenergie der Abgase des Gasmotors dem Wasser in dem Wassertank zugeführt wird. Hierzu ist das Brennwertgerät BW einerseits mit dem Auspuff A des Gasmotors und andererseits über einen entsprechenden Vorlauf und einen Rücklauf mit dem Wassertank verbunden. Über ein in dem Brennwertgerät BW spiralförmig verlaufendes Rohr, durch das die Abgase hindurchgeführt werden, wird die Wärmeenergie der Abgase an das Wasser abgegeben. Die zweite Steuerung kann so ausgelegt sein, dass sie laufend die Wassertempe- ratur des Wassers in dem Wassertank T überprüft und bei Erreichen einer vor bestimmten Wassertemperatur den Gasmotor GM abschaltet. The gas engine GM is used to operate a generator G, the electrical current of which is supplied to the heating elements HS in the water tank T in order to heat the water. Should a quick warm-up of the water be necessary, because the water temperature is already close to the minimum temperature, the second controller can switch on a heat exchanger W with which the heat energy of the coolant of the cooler K of the gas engine GM is supplied to the water in the hydrogen tank. The heat exchanger W can be a plate heat exchanger which, as already explained above, is coupled to the cooler K and the water tank T via corresponding feed lines VL and return lines RL. In addition, the second controller can switch on a condensing boiler with which the thermal energy of the exhaust gases of the gas engine is supplied to the water in the water tank. For this purpose, the condensing boiler BW is connected on the one hand to the exhaust A of the gas engine and on the other hand to the water tank via a corresponding flow and return. The heat energy of the exhaust gases is released into the water via a pipe which runs in a spiral in the condensing boiler BW and through which the exhaust gases are passed. The second controller can be designed in such a way that it continuously checks the water temperature of the water in the water tank T and switches off the gas engine GM when a certain water temperature is reached.
- Darüber hinaus können die beiden Steuerungen so angepasst sein, dass mit Hilfe des Gasmotors GM bzw. mit Hilfe des dem Gasmotor zugeordneten Genera tors G auch der Akkumulator geladen wird. Dies kann etwa dann notwendig werden, wenn die Photovoltaikanlage PV über einen längeren Zeitraum keinen oder nicht ausreichend elektrischen Strom erzeugt, um den Akkumulator zu la den. Die erste Steuerung kann der zweiten Steuerung dann über die Kommuni kationsverbindung KV eine Information darüber zur Verfügung stellen, dass der Gasmotor GM zum Laden des Akkumulators benötigt wird. Die zweite Steue rung kann dann mit einem Startsignal das Starten des Gasmotors GM veranlas- sen. - In addition, the two controls can be adapted so that the battery is also charged with the help of the gas engine GM or with the help of the generator G assigned to the gas engine. This may be necessary, for example, if the photovoltaic system PV generates no or insufficient electrical current over a longer period of time in order to charge the battery. The first controller can then provide the second controller with information about the communication link KV that the gas engine GM is required to charge the battery. The second control can then start the gas engine GM with a start signal.
Ferner kann auch der Generator G selbst über entsprechende Steuerleitungen mit der zweiten Steuerung verbunden sein, sodass die zweite Steuerung den Gene rator G veranlassen kann, den erzeugten Strom dem Akkumulator oder den Heiz- Stäben, oder sowohl dem Akkumulator als auch den Heizstäben zuzuführen. Furthermore, the generator G itself can also be connected to the second controller via corresponding control lines, so that the second controller can cause the generator G to supply the generated current to the accumulator or the heating elements, or to both the accumulator and the heating elements.
Zudem können auch der Wärmetauscher W und das Brennwertgerät BW mit der zweiten Steuerung gesteuert bzw. geregelt werden. Wird der Gasmotor GM bei spielsweise nur für die Erzeugung von elektrischem Strom benötigt, um den Ak- kumulator zu laden, kann die zweite Steuerung den Wärmetauscher W veranlas sen, sich vom Wasserkreislauf des Wassertanks T oder vom Kühlmittelkreislauf des Kühlers K zu trennen. Zudem kann die zweite Steuerung das Brennwertgerät veranlassen, die Abgase des Auspuffs A direkt dem Kamin zuzuführen. - Die zweite Steuerung kann zudem ermitteln, ob beim Betrieb des Gasmotors dasIn addition, the heat exchanger W and the condensing boiler BW can also be controlled or regulated with the second controller. If, for example, the gas engine GM is only required for the generation of electrical current in order to charge the accumulator, the second controller can cause the heat exchanger W to separate from the water circuit of the water tank T or from the coolant circuit of the cooler K. In addition, the second control can cause the condensing boiler to feed the exhaust gases from exhaust A directly to the chimney. - The second controller can also determine whether the
Wasser in dem Wassertank T auch ausschließlich mit dem Wärmetauscher W und dem Brennwertgerät BW erwärmt werden kann. Ist dies der Fall, kann die zweite Steuerung den Generator G veranlassen, den von ihm erzeugten elektri schen Strom entweder dem Akkumulator zuzuführen, oder alternativ dem Was- serstoffsystem zuzuführen, um Wasserstoff zu erzeugen. Water in the water tank T also exclusively with the heat exchanger W and the condensing boiler BW can be heated. If this is the case, the second controller can cause the generator G to either supply the electrical current generated by it to the accumulator or alternatively to the hydrogen system to generate hydrogen.
Die gesamte Steuerung kann damit so ausgelegt sein, dass die erste Steuerung der zweiten Steuerung lediglich mitteilt, dass die von der Photovoltaikanlage PV bereitgestellte elektrische Energie für ein Aufheizen des Wassers in dem Was- sertank nicht ausreichend ist. Wie das Wasser in dem Wassertank erwärmt wird, kann hingegen einzig und allein von der zweiten Steuerung übernommen wer den. Die zweite Steuerung kann also selbständig entscheiden, ob das Wasser in dem Wassertank mit Strom des Generators, mit dem Wärmetauscher und /oder mit dem Brennwertgerät erwärmt wird. Durch diese Steuerung wird gewährleistet, dass über einen vorbestimmten Zeit raum, etwa eine Woche oder 10 Tage, das Gebäude sowohl mit ausreichend elektri scher Energie als auch mit ausreichend Warmwasser versorgt werden kann. Je nach Größe des Gebäudes müssen die Akkumulatoren und die Wasserstofftanks entspre chend dieses vorbestimmten Zeitraums dimensioniert sein. Eine typische Dimensi- onierung für einen Vierpersonen-Haushalt ist mit Bezug auf Fig. 2 angegeben. The entire control system can thus be designed such that the first control system only informs the second control system that the electrical energy provided by the photovoltaic system PV is not sufficient for heating the water in the water tank. How the water in the water tank is heated, however, can only be taken over by the second controller. The second controller can therefore independently decide whether the water in the water tank is heated with electricity from the generator, with the heat exchanger and / or with the condensing boiler. This control ensures that the building can be supplied with sufficient electrical energy as well as sufficient hot water over a predetermined period of time, such as a week or 10 days. Depending on the size of the building, the batteries and the hydrogen tanks must be dimensioned accordingly to this predetermined period. A typical dimensioning for a four-person household is given with reference to FIG. 2.
Fig. 4 zeigt ein erstes Teilsystem bzw. Subsystem des erfindungsgemäßen Energie versorgungssystems . Wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 3 erläutert, kann dieses erste Subsystem auch unabhängig von den anderen Komponenten des Energieversorgungssystems bzw. unabhängig von dem zweiten, in Fig. 5 gezeigten Subsystem betrieben werden. Fig. 4 shows a first subsystem or subsystem of the energy supply system according to the invention. As explained above with reference to FIG. 3, this first subsystem can also be operated independently of the other components of the energy supply system or independently of the second subsystem shown in FIG. 5.
Das erste Teilsystem bzw. Subsystem umfasst das Photo voltaiksystem, das Was- serstoffsystem und den Gasmotor. Das Photo voltaiksystem besteht im Wesentli- chen aus der Photovoltaikanlage PV, dem Wechselrichter WR und dem Schutzme- chanismus SM. Das Wasserstoffsystem besteht im Wesentlichen aus der Einrich tung WE zum Erzeugen von Wasserstoff, einem oder mehreren Wasser- stofftanks WT und einer Wasserstoffaufbereitung WA. Mit dem Wasserstoffsystem wird Wasserstoff erzeugt und so aufbereitet, dass es als Treibstoff für den Gasmo- tor GM verwendet werden kann. Zudem umfasst das erste Teilsystem zumindest den zweiten Schaltschrank SS2 bzw. die zweite Steuerung. The first subsystem or subsystem comprises the photovoltaic system, the hydrogen system and the gas engine. The photovoltaic system essentially consists of from the PV photovoltaic system, the WR inverter and the SM protection mechanism. The hydrogen system essentially consists of the device WE for generating hydrogen, one or more hydrogen tanks WT and a hydrogen treatment plant WA. The hydrogen system generates and processes hydrogen so that it can be used as a fuel for the GM gas engine. In addition, the first subsystem comprises at least the second control cabinet SS2 or the second controller.
Die zweite Steuerung in dem zweiten Schaltschrank SS2 ist so angepasst, dass sie die vollständige Regelung und Steuerung der Wasserstofferzeugung und Wasser stoffaufbereitung mit Hilfe des von der Photovoltaikanlage PV bereitgestellten elektrischen Stroms bewerkstelligen kann. Diesbezüglich kann der in Fig. 4 ge zeigte erste Schaltschrank SS1 bzw. die erste Steuerung auch lediglich als optionale Komponente vorgesehen werden. The second control in the second control cabinet SS2 is adapted such that it can accomplish the complete regulation and control of the hydrogen generation and hydrogen treatment with the help of the electrical current provided by the photovoltaic system PV. In this regard, the first switch cabinet SS1 shown in FIG. 4 or the first controller can also be provided only as an optional component.
Liefert die Photovoltaikanlage PV genügend Strom, was von der zweiten Steuerung ermittelt werden kann, kann die zweite Steuerung die Einrichtung WE zum Erzeu gen von Wasserstoff starten, um Wasserstoff zu erzeugen, der dann in den Wasser- stofftanks WT gespeichert wird. Über an bzw. in den Wasserstofftanks WT ange- ordneten Füllstandsensoren kann die zweite Steuerung den aktuellen Füllstand er mitteln. Wird ein bestimmter Füllstand bzw. ein bestimmter Druck in den Wasser- stofftanks WT erreicht, veranlasst die zweite Steuerung die Einrichtung WE, das Erzeugen von Wasserstoff zu beenden. Die zweite Steuerung ist zudem angepasst, den Gasmotor GM zu starten und gleich zeitig die Wasserstoffaufbereitung WA in Gang zu setzen. Mit der Wasserstoffauf bereitung WA wird beispielsweise dem aus dem Wassertank WT entnommenen Wasserstoff Sauerstoff zugeführt, um ein optimales Treibstoffgemisch für den Gas motor GM zu erzeugen. Zudem ist die Wasserstoffaufbereitung WA angepasst, den Druck des in den Wasserstofftanks gespeicherten Wasserstoffs gegebenenfalls zu reduzieren. Die zweite Steuerung weist vorteilhafterweise einen Anschluss auf, über den der zweiten Steuerung Informationen zugeführt werden, die angeben, ob der Gasmotor GM benötigt wird, d.h. gestartet werden muss. Diese Information kann die zweite Steuerung beispielsweise von der ersten Steuerung in dem ersten Schaltschrank SS 1 erhalten, die, wie mit Bezug auf Fig. 3 erläutert, entscheidet, ob der von der Photo- voltaikanlage PV bereitgestellte Strom für das Aufheizen des Wassers in dem Was- sertank T ausreicht, oder ob zusätzlich der Gasmotor GM benötigt wird, um das Wasser zu erwärmen. Wird der Gasmotor GM hierfür benötigt, kann die erste Steu- erung über die Kommunikationsverbindung KV der zweiten Steuerung die entspre- chende Information übermitteln. If the photovoltaic system PV supplies sufficient electricity, which can be determined by the second controller, the second controller can start the device WE for generating hydrogen in order to generate hydrogen, which is then stored in the hydrogen tanks WT. The second controller can determine the current level via level sensors located on or in the hydrogen tanks WT. If a certain fill level or a certain pressure is reached in the hydrogen tanks WT, the second controller causes the device WE to stop generating hydrogen. The second control is also adapted to start the gas engine GM and at the same time to start the hydrogen treatment WA. With the hydrogen preparation WA, for example, the hydrogen removed from the water tank WT is supplied with oxygen in order to generate an optimal fuel mixture for the gas engine GM. In addition, the hydrogen treatment WA is adapted to possibly reduce the pressure of the hydrogen stored in the hydrogen tanks. The second controller advantageously has a connection via which information is supplied to the second controller that indicates whether the gas engine GM is required, ie must be started. This information can be received by the second controller, for example from the first controller in the first control cabinet SS 1, which, as explained with reference to FIG. 3, decides whether the current provided by the photovoltaic system PV for heating the water in the water - sertank T is sufficient, or whether the gas engine GM is also required to heat the water. If the gas engine GM is required for this, the first controller can transmit the corresponding information to the second controller via the communication link KV.
Wie mit Bezug auf Fig. 3 bereits erläutert, kann die zweite Steuerung auch ange- passt sein, den mit dem Gasmotor GM gekoppelten Generator G und/oder einen mit dem Gasmotor gekoppelten Wärmetauscher W und/oder ein mit dem Gasmotor ge koppeltes Brennwertgerät BW zu steuern. As already explained with reference to FIG. 3, the second control can also be adapted to the generator G coupled to the gas engine GM and / or a heat exchanger W coupled to the gas engine and / or a condensing boiler BW coupled to the gas engine Taxes.
Der Gasmotor GM bzw. der Generator G des Gasmotors GM kann zudem mit ei- nem Akkumulator gekoppelt sein, um diesen zu laden. Der Akkumulator ist aller- dings nur eine optionale Einheit des mit Bezug auf Fig. 4 beschriebenen Subsys- tems. The gas engine GM or the generator G of the gas engine GM can also be coupled to an accumulator in order to charge it. However, the accumulator is only an optional unit of the subsystem described with reference to FIG. 4.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des in Fig. 4 gezeigten Subsystems kann dieses auch ohne Wasserstoffaufbereitung WA und ohne Gasmotor GM verwendet bzw. betrieben werden. In diesem Fall ist dieses Subsystem ausschließlich zur Erzeugung von Wasserstoff mit Hilfe des elektrischen Stroms einer Photovoltaikanlage PV vorgesehen. Die zweite Steuerung kann vorteilhafterweise so angepasst sein, dass sie immer dann die Wasserstofferzeugung in Gang setzt, wenn sie feststellt, dass die Photovoltaikanlage PV elektrischen Strom erzeugt, oder von der Photovoltaik- anlage PV überschüssiger elektrischer Strom zur Verfügung steht. Optional kann der erzeugte Wasserstoff auch zur Betankung eines mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeuges bereitgestellt werden. Hierzu kann eine Wasserstoffzapf säule WZ vorgesehen sein, die entweder mit dem Wasserstofftank WT oder mit der Wasserstoffaufbereitung WA gekoppelt ist bzw. koppelbar ist, je nachdem ob der Wasserstoff aufbereitet oder nicht aufbereitet dem Tank des Fahrzeuges zugeführt werden soll. In an advantageous embodiment of the subsystem shown in FIG. 4, it can also be used or operated without hydrogen treatment WA and without gas engine GM. In this case, this subsystem is intended exclusively for the production of hydrogen using the electrical current of a photovoltaic system PV. The second controller can advantageously be adapted in such a way that it always starts the hydrogen generation when it determines that the photovoltaic system PV is generating electrical current, or excess electrical current is available from the photovoltaic system PV. Optionally, the generated hydrogen can also be provided for refueling a vehicle powered by hydrogen. For this purpose, a hydrogen dispenser WZ can be provided, which is coupled or can be coupled either to the hydrogen tank WT or to the hydrogen treatment WA, depending on whether the hydrogen is to be supplied to the vehicle's tank or not.
Die Wasserstoffzapfsäule WZ kann ein Abrechnungssystem aufweisen, mit dem der entnommene Wasserstoff abgerechnet bzw. bezahlt werden kann. Beispiels- weise kann eine Einrichtung vorgesehen sein, mit der eine Bezahlung mittels Bank karte, Kreditkarte oder dergleichen ermöglicht wird. Der erzeugte Wasserstoff kann so der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden, um Wasserstoff betriebene Fahrzeuge zu betanken. Bei optimalen Bedingungen lässt sich darüber das erfin dungsgemäße System in 2 bis 3 Jahren amortisieren. The hydrogen dispenser WZ can have a billing system with which the hydrogen removed can be billed or paid for. For example, a device can be provided which enables payment by bank card, credit card or the like. The hydrogen generated can thus be made available to the public in order to refuel hydrogen-powered vehicles. Under optimal conditions, the system according to the invention can be amortized in 2 to 3 years.
Ein Wesentlicher Vorteil, eine Wasserstoffzapfsäule WZ vorzusehen, liegt auch da rin, dass der Wasserstoff für die Betankung von mit Wasserstoff betriebenen Fahr zeugen nicht transportiert werden muss, etwa zu einer Tankstelle, was die Geste hungskosten des Wasserstoffes erheblich reduzieren kann. A major advantage of providing a hydrogen dispenser WZ is that the hydrogen does not have to be transported to refuel vehicles that are powered by hydrogen, for example to a gas station, which can significantly reduce the cost of hydrogen.
Fig. 5 zeigt ein zweites Teilsystem bzw. Subsystem des erfindungsgemäßen Ener gieversorgungssystems. Fig. 5 shows a second subsystem or subsystem of the energy supply system according to the invention.
Dieses zweite Subsystem kann unabhängig von dem ersten Subsystem bzw. von den übrigen Komponenten des Energieversorgungssystems betrieben werden. This second subsystem can be operated independently of the first subsystem or from the other components of the energy supply system.
Dieses zweite Subsystem umfasst im Wesentlichen die Photovoltaikanlage PV, den Wechselrichter WR, den Schutzmechanismus SM, einen ersten Schaltschrank bzw. eine erste Steuerung, einen Akkumulator und einen Wassertank T, dessen Inhalt mit zumindest einem Heizstab HS erwärmt werden kann. Die erste Steuerung in dem ersten Schaltschrank SS1 ist so angepasst, dass der von der Photovoltaikanlage PV erzeugte elektrische Strom über den Schaltschrank SS1 direkt dem Heizstab HS zugeführt werden kann. Die erste Steuerung ist hierfür mit einem Temperaturfühler des Wassertanks T gekoppelt, um in Abhängigkeit der Temperatur in dem Wassertank die Stromzufuhr zu dem Heizstab HS zu steuern bzw. zu regeln. Wird eine bestimmte Temperatur des Wassers in dem Wasserstoff- tank T erreicht, kann die erste Steuerung die Stromzuführ zu dem Heizstab HS und damit ein weiteres Aufwärmen unterbrechen. In diesem Fall kann die erste Steue- rung den ersten Schaltschrank SS1 veranlassen, die von der Photovoltaikanlage er- zeugte, elektrische Energie in einem Akkumulator zu speichern. Auch hierzu ist der Akkumulator über eine Steuerleitung mit der ersten Steuerung gekoppelt, damit die erste Steuerung den Ladezustand des Akkumulators überwachen kann. This second subsystem essentially comprises the photovoltaic system PV, the inverter WR, the protective mechanism SM, a first control cabinet or a first control, an accumulator and a water tank T, the contents of which can be heated with at least one heating element HS. The first control in the first control cabinet SS1 is adapted such that the electrical current generated by the photovoltaic system PV can be fed directly to the heating element HS via the control cabinet SS1. For this purpose, the first controller is coupled to a temperature sensor of the water tank T in order to control or regulate the current supply to the heating element HS as a function of the temperature in the water tank. If a certain temperature of the water in the hydrogen tank T is reached, the first controller can interrupt the power supply to the heating element HS and thus further warming up. In this case, the first control can cause the first control cabinet SS1 to store the electrical energy generated by the photovoltaic system in an accumulator. For this purpose too, the accumulator is coupled to the first controller via a control line, so that the first controller can monitor the charge status of the accumulator.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Teilsystems kann die erste Steue- rung zudem angepasst sein, den Heizstab HS mit elektrischem Strom aus dem Ak kumulator aufzuheizen, oder, falls der von der Photovoltaikanlage PV bereitge- stellte, elektrische Strom nicht ausreicht, um den Heizstab HS auf eine bestimmte Temperatur aufzuwärmen, zusätzlich elektrischen Strom aus dem Akkumulator dem Heizstab HS zuzuführen. In an advantageous embodiment of the second subsystem, the first control can also be adapted to heat the heating element HS with electrical current from the accumulator or, if the electrical power provided by the photovoltaic system PV is insufficient, around the heating element HS warm up to a certain temperature, additionally supply electrical current from the accumulator to the heating element HS.
Darüber hinaus können in dem Wassertank oder in den Vor- und/oder Rückläufen des Wassertanks Sensoren angeordnet sein, mit denen der Warmwasserverbrauch gemessen werden kann. Die Daten dieser Sensoren können ebenfalls der ersten Steuerung zugeführt werden, sodass die erste Steuerung bei einem erhöhten Warm- Wasserverbrauch die Heizstäbe HS gezielt mit mehr Strom beaufschlagen kann und bei Bedarf den Akkumulator für die Erwärmung des Heizstabs dazu schalten kann. In addition, sensors can be arranged in the water tank or in the feed and / or return lines of the water tank, with which sensors the hot water consumption can be measured. The data from these sensors can also be fed to the first controller, so that the first controller can selectively apply more current to the heating rods HS when there is an increased consumption of hot water and, if necessary, can switch on the accumulator for heating the heating rod.
Optional kann auch die Ladestation LS vorgesehen sein, um den Energiespeicher von Elektrofahrzeugen zu laden. Die Ladestation kann hierzu mit dem Akkumula- tor oder mit dem ersten Schaltschrank SS1 gekoppelt sein. Die Ladestation LS kann ein Abrechnungssystem aufweisen, mit dem der entnom mene Strom abgerechnet bzw. bezahlt werden kann. Beispielsweise kann eine Ein richtung vorgesehen sein, mit der eine Bezahlung mittels Bankkarte, Kreditkarte oder dergleichen ermöglicht wird. Der erzeugte elektrische Strom kann so der Öf- fentlichkeit zur Verfügung gestellt werden, um Strom betriebene Fahrzeuge zu la den. Bei optimalen Bedingungen lässt sich darüber das erfindungsgemäße System in 2 bis 3 Jahren amortisieren. Optionally, the charging station LS can also be provided in order to charge the energy store of electric vehicles. For this purpose, the charging station can be coupled to the accumulator or to the first control cabinet SS1. The charging station LS can have a billing system with which the electricity drawn can be billed or paid. For example, a device can be provided with which payment by bank card, credit card or the like is made possible. The electric power generated can thus be made available to the public in order to charge electric vehicles. Under optimal conditions, the system according to the invention can be amortized in 2 to 3 years.
Bezugszeichen: Reference numerals:
A Auspuff des Gasmotors GM A Exhaust of the gas engine GM
Akku Akkumulator/ en  Accumulator / s
BW Brennwertgerät BW condensing boiler
G Stromgenerator des Gasmotors GM G GM gas engine power generator
GM Gasmotor mit Stromgenerator  GM gas engine with power generator
HS Heizsystem (z.B. Heizstab) des Wassertanks T HS heating system (e.g. heating element) of the water tank T
HV Hausverteiler HV house distributor
K Kühler K cooler
KV Kommunikationsverbindung KV communication link
LS Ladestation LS charging station
ÖN öffentliches Stromnetz Public electricity grid
PV Photovoltaikanlage PV photovoltaic system
RL Rücklauf RL return
SB Starterbatterie des Gasmotors GM SB starter battery of the gas engine GM
SM S chutzmechanismus SM protection mechanism
SS1 erster Schaltschrank / erste Steuerung SS1 first control cabinet / first control
SS2 zweiter Schaltschrank / zweite Steuerung SS2 second control cabinet / second control
T Wassertank für Heizkreislauf T water tank for heating circuit
VL Vor lauf  VL before run
W Plattenwärmetauscher  W plate heat exchanger
WA Wasserstoffaufbereitungseinrichtung zur Wasserstoffaufbereitung für den Gasmotor GM  WA Hydrogen treatment device for hydrogen treatment for the gas engine GM
WE Wasserstofferzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff  WE hydrogen generating device for generating hydrogen
(z.B. mittels Wasserelektrolyse)  (e.g. using water electrolysis)
WR Wechselrichter  WR inverter
WT W asserstofftank  WT water tank
WZ Wasserstoffzapfsäule  WZ hydrogen dispenser

Claims

Ansprüche  Expectations
1. Energieversorgungssystem umfassend 1. Comprehensive energy supply system
- ein Photovoltaiksystem,  - a photovoltaic system,
- ein Wasserstoffsystem,  - a hydrogen system,
- ein Warmwassersystem, und  - a hot water system, and
- einen Motor  - an engine
wobei  in which
- das Photovoltaiksystem eine Photovoltaikanlage (PV), einen mit der Pho- tovoltaikanlage gekoppelten Wechselrichter (WR) und einen mit dem Wechselrichter und/oder mit der Photovoltaikanlage gekoppelten Schutz- mechanismus (SM) umfasst,  the photovoltaic system comprises a photovoltaic system (PV), an inverter (WR) coupled to the photovoltaic system and a protective mechanism (SM) coupled to the inverter and / or to the photovoltaic system,
- das Wasserstoffsystem eine Wasserstofferzeugungseinrichtung (WE) zum Erzeugen von Wasserstoff, einen Wasserstofftank (WT) zum Speichems des erzeugten Wasserstoffes und eine Wasserstoffaufbereitungseinrich tung (WA) zum Aufbereiten des in dem Wasserstofftank gespeicherten Wasserstoffes umfasst, und  - The hydrogen system comprises a hydrogen generating device (WE) for generating hydrogen, a hydrogen tank (WT) for storing the generated hydrogen and a hydrogen processing device (WA) for treating the hydrogen stored in the hydrogen tank, and
- das Warmwassersy stem zumindest einen Wassertank (T) mit einem Heizsystem (HS) umfasst,  - The Warmwassersy stem comprises at least one water tank (T) with a heating system (HS),
wobei  in which
- der Motor (GM) mit der Wasserstoffaufbereitungseinrichtung (WA) ge- koppelt ist und so ausgebildet ist, dass er mit dem aufbereiteten Wasser stoffbetreibbar ist,  - The engine (GM) is coupled to the hydrogen treatment device (WA) and is designed such that it can be operated with the treated water,
- das Photovoltaiksystem über einen ersten Schaltschrank (SS1) oder über eine erste Steuerung mit dem Wasserstoffsystem gekoppelt ist, wobei über den ersten Schaltschrank (SS1) oder über die erste Steuerung der von dem Photo voltaiksystem erzeugte elektrische Strom der Wasserstofferzeu- gungseinrichtung (WE) zuführbar ist, und - The photovoltaic system is coupled to the hydrogen system via a first control cabinet (SS1) or via a first control, with the control via the first control cabinet (SS1) or via the first control Photo voltaic system generated electrical current of the hydrogen generating device (WE) can be supplied, and
- das Photovoltaiksystem über den ersten Schaltschrank (SS 1) oder über die erste Steuerung mit dem Warmwassersystem gekoppelt ist, wobei über den ersten Schaltschrank (SS 1) oder über die erste Steuerung der von dem Pho- tovoltaiksystem erzeugte elektrische Strom dem Heizsystem (HS) zuführ bar ist.  - The photovoltaic system is coupled to the hot water system via the first control cabinet (SS 1) or via the first control, the electrical current generated by the photovoltaic system being sent to the heating system (HS) via the first control cabinet (SS 1) or via the first control. is feedable.
Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Schalt- schrank (SS1) oder die erste Steuerung Power supply system according to claim 1, wherein the first control cabinet (SS1) or the first controller
- die Zuführung des elektrischen Stromes zu der Wasserstofferzeugungsein- richtung (WE), und/oder  - The supply of the electrical current to the hydrogen generating device (WE), and / or
- die Zuführung des elektrischen Stromes zu dem Heizsystem (HS) steuert.  - Controls the supply of electrical current to the heating system (HS).
Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei ein zweiter Schalt- schrank (SS2) oder eine zweite Steuerung vorgesehen ist, die mit der Was- serstofferzeugungseinrichtung (WE), mit dem Motor (GM), mit dem Wasser- stofftank (WT) und mit der Wasserstoffaufbereitungseinrichtung (WA) ge koppelt ist und angepasst ist, die Wasserstofferzeugung, die Wasserstoffauf- bereitung und die Zufuhr des aufbereiteten Wasserstoffes zu dem Motor zu steuern. Energy supply system according to claim 1, wherein a second control cabinet (SS2) or a second controller is provided, which is connected to the hydrogen generation device (WE), to the engine (GM), to the hydrogen tank (WT) and to the hydrogen treatment device (WA) is coupled and is adapted to control the hydrogen production, the hydrogen treatment and the supply of the treated hydrogen to the engine.
Energieversorgungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der zweite Schaltschrank (SS2) oder die zweite Steuerung über eine Kommuni kationsverbindung (KV) mit dem ersten Schaltschrank (SS1) oder der ersten Steuerung gekoppelt ist, wobei der erste Schaltschrank (SS1) oder die erste Steuerung dem zweiten Schaltschrank (SS2) oder der zweiten Steuerung über die Kommunikationsverbindung (KV) Power supply system according to the preceding claim, wherein the second control cabinet (SS2) or the second controller via a communication link (KV) is coupled to the first control cabinet (SS1) or the first controller, wherein the first control cabinet (SS1) or the first controller second control cabinet (SS2) or the second controller via the communication link (KV)
- Informationen über die Stromproduktion durch das Photovoltaiksystem bereitstellt, und/oder - Informationen über den Stromverbrauch durch dritte Verbraucher bereit stellt, - Provides information about the electricity production by the photovoltaic system, and / or - provides information about the electricity consumption by third consumers,
wobei der zweite Schaltschrank (SS2) oder die zweite Steuerung angepasst ist the second control cabinet (SS2) or the second controller being adapted
- die Wasserstofferzeugung zu starten, wenn der erste Schaltschrank (SS1) oder die erste Steuerung dem zweiten Schaltschrank (SS2) oder der zwei- ten Steuerung eine Überproduktion von elektrischen Strom signalisiert, und/oder  - to start the generation of hydrogen when the first control cabinet (SS1) or the first control signals the over-production of electrical current to the second control cabinet (SS2) or the second control, and / or
- den Motor (GM) zu starten, wenn der erste Schaltschrank (SS1) oder die erste Steuerung dem zweiten Schaltschrank (SS2) oder der zweiten Steue- rung signalisiert, dass das das Photovoltaiksystem nicht genügend elektri schen Strom für dritte Verbraucher bereitstellt.  - to start the engine (GM) when the first control cabinet (SS1) or the first controller signals the second control cabinet (SS2) or the second control system that the photovoltaic system is not providing sufficient electrical current for third consumers.
Energieversorgungssystem nach einem der beiden vorhergehenden Ansprü che, wobei der zweite Schaltschrank (SS2) oder die zweite Steuerung ange passt ist, den Motor (GM) zu starten, wenn thermische Energie, insbesondere für eine Warmwasseraufbereitung, benötigt wird. Energy supply system according to one of the two preceding claims, the second control cabinet (SS2) or the second controller being adapted to start the engine (GM) when thermal energy, in particular for hot water preparation, is required.
Energieversorgungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Schaltschrank (SS1) oder die erste Steuerung dem zweiten Schalt- schrank (SS2) oder der zweiten Steuerung über die Kommunikationsverbin dung (KV) mitteilt, dass thermische Energie benötigt wird. Energy supply system according to the preceding claim, wherein the first control cabinet (SS1) or the first controller informs the second control cabinet (SS2) or the second controller via the communication link (KV) that thermal energy is required.
Energieversorgungssystem nach Anspruch 2, wobei in dem Wassertank (T) ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur des Wassers in dem Was sertank angeordnet ist, der über eine Steuerleitung mit dem ersten Schalt- schrank (SS1) oder der ersten Steuerung gekoppelt ist, wobei der erste Schalt- schrank (SS1) oder die erste Steuerung die Zuführung des elektrischen Stro mes zu dem Heizsystem (HS) in Abhängigkeit von der gemessenen Tempe ratur steuert. Power supply system according to claim 2, wherein in the water tank (T), a temperature sensor for measuring the temperature of the water in the water tank is arranged, which is coupled via a control line to the first control cabinet (SS1) or the first controller, the first Switch cabinet (SS1) or the first controller controls the supply of the electrical current to the heating system (HS) depending on the measured temperature.
8. Energieversorgungssystem nach Anspruch 2, wobei der Wassertank (T) einen Warmwasservorlauf und einen Kaltwasserrücklauf aufweist, wobei der Was- sertank eine Messeinrichtung zum Messen der entnommenen Warmwasser menge aufweist, wobei dem ersten Schaltschrank (SS1) oder der ersten Steu- erung die gemessene entnommene Warmwassermenge über eine Steuerlei tung mitgeteilt wird, und wobei der erste Schaltschrank (SS1) oder die erste Steuerung die Zuführung des elektrischen Stromes zu dem Heizsystem (HS) in Abhängigkeit von der gemessenen entnommenen Warmwassermenge steu ert. 8. Energy supply system according to claim 2, wherein the water tank (T) has a hot water flow and a cold water return, wherein the water tank has a measuring device for measuring the amount of hot water withdrawn, the first control cabinet (SS1) or the first control having the measured withdrawn amount of hot water is communicated via a control line, and wherein the first control cabinet (SS1) or the first controller controls the supply of the electric current to the heating system (HS) as a function of the measured amount of removed hot water.
9. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei dieses einen Akkumula tor zum Speichern des von dem Photovoltaiksystem erzeugten elektrischen Stromes aufweist. 10. Energieversorgungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der9. Power supply system according to claim 1, wherein it has an accumulator for storing the electrical current generated by the photovoltaic system. 10. Power supply system according to the preceding claim, wherein the
Akkumulator mit dem ersten Schaltschrank (SS1) oder mit der ersten Steue- rung gekoppelt ist, wobei der erste Schaltschrank (SS1) oder die erste Steue- rung angepasst ist, den in dem Akkumulator gespeicherten elektrischen Strom dem Heizsystem (HS) zuzuführen. Accumulator is coupled to the first control cabinet (SS1) or to the first control, the first control cabinet (SS1) or the first control being adapted to supply the electrical current stored in the battery to the heating system (HS).
11. Energieversorgungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Schaltschrank (SS1) oder die erste Steuerung angepasst ist, die Zufüh rung des elektrischen Stromes zu dem Heizsystem (HS) derart zu steuern, dass zunächst der von dem Photovoltaiksystem erzeugten elektrische Strom direkt dem Heizsystem (HS) zugeführt wird und der in dem Akkumulator ge speicherte elektrische Strom nur dann dem Heizsystem (HS) zugeführt wird, wenn das Photovoltaiksystem nicht genügend elektrischen Strom zum Auf- wärmen des Wassers in dem Wassertank (T) bereitstellt. 12. Energieversorgungssystem nach Anspruch 9, wobei der Motor (GM) einen11. Power supply system according to the preceding claim, wherein the first control cabinet (SS1) or the first controller is adapted to control the supply of the electrical current to the heating system (HS) in such a way that first the electrical current generated by the photovoltaic system directly to the heating system (HS) is supplied and the electrical current stored in the accumulator is only supplied to the heating system (HS) if the photovoltaic system does not provide sufficient electrical current to heat the water in the water tank (T). 12. Power supply system according to claim 9, wherein the motor (GM)
Generator (G) aufweist, der mit dem Akkumulator gekoppelt ist, wobei der erste Schaltschrank (SS1) oder die erste Steuerung und der zweite Schalt- schrank (SS2) oder die zweite Steuerung angepasst sind, den Motor zu starten und mit dem vom Generator erzeugten elektrischen Strom den Akkumulator zu laden, insbesondere dann, wenn das Photovoltaiksystem nicht genügend elektrischen Strom zum Laden des Akkumulators bereitstellt. Has generator (G) which is coupled to the accumulator, the the first control cabinet (SS1) or the first control and the second control cabinet (SS2) or the second control are adapted to start the engine and to charge the accumulator with the electric current generated by the generator, especially when the photovoltaic system is not sufficient provides electrical current for charging the battery.
13. Energieversorgungssystem nach Anspruch 9, wobei der Motor (GM) einen Generator (G) aufweist, der mit dem Heizsystem (HS) des Wassertanks (T) gekoppelt ist, wobei der erste Schaltschrank (SS1) oder die erste Steuerung und der zweite Schaltschrank (SS2) oder die zweite Steuerung angepasst sind, den Motor zu starten und den vom Generator erzeugten elektrischen Strom dem Heizsystem (HS) zuzuführen, insbesondere dann, wenn das Photovolta iksystem und/oder der Akkumulator nicht genügend elektrischen Strom zum Aufwärmen des Wassers in dem Wassertank (T) bereitstellt. 13. Power supply system according to claim 9, wherein the motor (GM) has a generator (G) which is coupled to the heating system (HS) of the water tank (T), wherein the first control cabinet (SS1) or the first controller and the second control cabinet (SS2) or the second controller are adapted to start the engine and supply the electrical current generated by the generator to the heating system (HS), in particular when the photovoltaic system and / or the accumulator does not have sufficient electrical current to heat the water in the Provides water tank (T).
14. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei der Motor (GM) einen Kühler (K) aufweist, der über einen Wärmetauscher (W) mit dem Wasser tank (T) gekoppelt ist, um die von dem Kühler (K) abgegebene Wärmenergie dem Wasser in dem Wassertank zuzuführen. 14. Power supply system according to claim 1, wherein the engine (GM) has a cooler (K), which is coupled via a heat exchanger (W) to the water tank (T) to the heat energy emitted by the cooler (K) into the water to the water tank.
15. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1 , wobei ein Auspuff (A) des Mo tors (GM) mit einem Brennwertgerät (BW) gekoppelt ist, um die Wärmener gie der Abgase des Motors dem Wasser in dem Wassertank zuzuführen. 16. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei der Motor (GM) eine Starterbatterie (SB) aufweist, die mit dem ersten Schaltschrank (SS1) oder der ersten Steuerung gekoppelt ist, um sie mit dem von dem Photovoltaiksys tem erzeugten elektrischen Strom zu laden. 17. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei dieses eine Wasserstoff zapfsäule (WZ) aufweist, die mit dem Wasserstofftank (WT) und/oder mit der Wasserstoffaufbereitungseinrichtung (WA) gekoppelt ist, zum Betanken eines mit Wasserstoff betriebenen Lahrzeuges. 15. Power supply system according to claim 1, wherein an exhaust (A) of the engine (GM) is coupled to a condensing boiler (BW) in order to supply the heat energy of the exhaust gases of the engine to the water in the water tank. 16. Power supply system according to claim 1, wherein the motor (GM) has a starter battery (SB) which is coupled to the first control cabinet (SS1) or the first controller in order to charge them with the electrical current generated by the photovoltaic system. 17. Energy supply system according to claim 1, wherein this has a hydrogen fuel dispenser (WZ) with the hydrogen tank (WT) and / or with the hydrogen processing device (WA) is coupled, for refueling a hydrogen-powered vehicle.
18. Energieversorgungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Wasserstoffzapfsäule (WZ) eine Abrechnungseinrichtung aufweist, mit der die entnommene Wasserstoffmenge abgerechnet werden kann. 18. Energy supply system according to the preceding claim, wherein the hydrogen dispenser (WZ) has a billing device with which the amount of hydrogen removed can be billed.
19. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei diese eine Ladesta tion (LS) zum Laden eines Energiespeichers eine elektrisch betriebenen Lahr zeuges aufweist. 19. Energy supply system according to claim 1, wherein this has a charging station (LS) for charging an energy storage device an electrically operated vehicle.
20. Energieversorgungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ladestation (LS) mit dem Akkumulator und/oder mit dem ersten Schalt schrank (SS 1) oder mit der ersten Steuerung gekoppelt ist, wobei der Ladesta- tion der von dem Photo voltaiksystem erzeugte elektrische Strom direkt zu- führbar ist und/oder der in dem Akkumulator gespeicherte elektrische Strom zuführbar ist, wobei der erste Schaltschrank (SS1) oder die erste Steuerung angepasst ist, zunächst den von dem Photovoltaiksystem erzeugten elektri schen Strom direkt der Ladestation (LS) zuzuführen und den in dem Akku- mulator gespeicherten elektrischen Strom nur dann der Ladestation (LS) zu zuführen, wenn das Photovoltaiksystem nicht genügend elektrischen Strom zum Aufladen des Energiespeichers des Lahrzeuges bereitstellt. 20. Energy supply system according to the preceding claim, wherein the charging station (LS) with the accumulator and / or with the first switching cabinet (SS 1) or with the first controller is coupled, the charging station being the electrical current generated by the photovoltaic system can be supplied directly and / or the electrical current stored in the accumulator can be supplied, the first control cabinet (SS1) or the first controller being adapted to first supply the electrical current generated by the photovoltaic system directly to the charging station (LS) and the to supply electrical current stored in the accumulator to the charging station (LS) only if the photovoltaic system does not provide sufficient electrical current for charging the energy storage device of the vehicle.
21. Energieversorgungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ladestation (LS) eine Abrechnungseinrichtung aufweist, mit der die entnom mene Menge an elektrischer Energie abgerechnet werden kann. 21. Energy supply system according to the preceding claim, wherein the charging station (LS) has a billing device with which the amount of electrical energy removed can be billed.
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