Verfahren zum Zwischenspeichern elektrischer Energie eines

Energieversorgungssystems und regenerative Energiespeichervorrichtung

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zwischenspeichern elektrischer Energie eines Energieversorgungssystems sowie auf eine regenerative Energiespeichervorrichtung.

Aktuell liefern Fotovoltaik-Anlagen (PV-Anlage) auf Dächern von Wohngebäuden in den Mittagsstunden viel Strom, wohingegen der Hauptstromverbrauch in den Abendstunden stattfindet. Das führt dazu, dass bei den üblichen Systemen ohne Stromspeicher der Selbstverbrauchsanteil (Selbstverbrauch bezogen auf Fotovoltaik- Ertrag) sowie der Eigendeckungsanteil (Eigendeckung bezogen auf Haushaltsverbrauch) eher gering sind. Das bedeutet, dass große Strommengen tagsüber ins Netz eingespeist werden und abends oder nachts Strom eingekauft wird.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund wird mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Zwischenspeichern elektrischer Energie eines Energieversorgungssystems sowie weiterhin eine regenerative Energiespeichervorrichtung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Über Elektrolyse kann elektrische Energie in eine chemische Reaktionsenergie gewandelt werden und die chemische Reaktionsenergie kann in einem Fluidspeicher, der in seiner Größe leicht veränderbar und anpassbar ist, gespeichert werden. Ein derartiges System kommt ohne spezielle

Speicherstrategien zum Schutz des Fluidspeichers aus. Vorteilhaft wird dabei eine Entkopplung des Speichervolumens und der Speicherleistung erzielt.

Es wird ein Verfahren zum Zwischenspeichern elektrischer Energie eines Energieversorgungssystems vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Empfangen der elektrischen Energie über eine Schnittstelle zu dem

Energieversorgungssystem;

Durchführen einer Elektrolyse, um die elektrische Energie in eine chemische Reaktionsenergie und ein Oxidationsmittel zu wandeln; und

Speichern der chemischen Reaktionsenergie in einem Fluidspeicher.

Unter einem Energieversorgungssystem kann ein System verstanden werden, welches erneuerbare Energie zur Strom- Erzeugung oder Strom- und Wärme- Erzeugung nutzt. Unter erneuerbarer Energie kann dabei beispielsweise Wasserkraft, Windkraft, Sonnenenergie oder Erdwärme verstanden werden. Unter der elektrischen Energie kann Strom verstanden werden. Im Schritt des Durchführens der Elektrolyse kann die elektrische Energie eine Redoxreaktion erzwingen. Dabei kann ein Teil der elektrischen Energie in die chemische Energie gewandelt werden. Ein Teil der elektrischen Energie kann in Wärme gewandelt werden. Im Schritt des Durchführens der Elektrolyse kann ein Hilfsstoff oder Ausgangsstoff wie beispielsweise Wasser verwendet werden, um unter Verwendung der elektrischen Energie die Redoxreaktion zu erzwingen.

Im Schritt des Empfangens kann die elektrische Energie über eine Schnittstelle zu einer Fotovoltaik-Anlage als Energieversorgungssystem empfangen werden. So kann von einer Fotovoltaik-Anlage erzeugte elektrische Energie in chemische Energie gewandelt und als solche in einem Fluidspeicher gespeichert werden. Ferner kann in einem Schritt des Erzeugens die elektrische Energie unter Verwendung der Fotovoltaik-Anlage erzeugt werden. So kann Sonnenenergie genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen.

Günstig ist es auch, wenn das Verfahren einen Schritt des Wandeins der chemischen Reaktionsenergie in zurückgewandelte elektrische Energie und einen Schritt des Bereitstellens der zurückgewandelten elektrischen Energie umfasst. Vorteilhaft können die Erzeugung von elektrischer Energie und der Verbrauch von elektrischer Energie über den Fluidspeicher zeitlich entkoppelt werden. Im Schritt des Wandeins der chemischen Reaktionsenergie in zurückgewandelte elektrische Energie kann Wärme anfallen.

Im Schritt des Wandeins kann eine Reaktion der chemischen Reaktionsenergie und des Oxidationsmittels in einer Brennstoffzelle erzeugt werden, um

zurückgewandelte elektrische Energie und ergänzend oder alternativ in der Brennstoffzelle anfallende Wärme im Schritt des Bereitstellens bereitzustellen.

Im Schritt des Bereitstellens kann die zurückgewandelte elektrische Energie an einer Schnittstelle zu einem öffentlichen Stromnetz und ergänzend oder alternativ zu einem Hausnetz bereitgestellt werden. So kann die zurückgewandelte elektrische Energie von dem Haushalt selbst verbraucht werden, oder die zurückgewandelte elektrische Energie kann in ein öffentliches Stromnetz eingespeist werden. So können Bedarfsschwankungen oder Ungleichgewichte zwischen Erzeugung und Verbrauch von elektrischer Energie ausgeglichen werden.

Im Schritt des Empfangens kann die elektrische Energie über eine Schnittstelle zu einem öffentlichen, lokalen oder sich in privater Hand befindlichen Stromnetz empfangen werden. So kann die elektrische Energie von dem öffentlichen Stromnetz zu Zeiten eines Überangebots oder zu Zeiten mit besonders niedrigen Preisen empfangen werden. So kann ein Strombedarf kosteneffektiv gedeckt werden. So kann die Netzstabilität des öffentlichen Stromnetzes verbessert werden. Ferner kann im Schritt des Durchführens der Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden und ergänzend oder alternativ bei dem

Durchführen der Elektrolyse anfallende Wärme bereitgestellt werden. Vorteilhaft können im Schritt des Speicherns die chemische Reaktionsenergie, das Oxidationsmittel und ergänzend oder alternativ die bei dem Durchführen der Elektrolyse anfallende Wärme gespeichert werden. In einer speziellen

Ausführungsform können im Schritt des Speicherns Wasserstoff und ergänzend Sauerstoff und ergänzend oder alternativ Wärme gespeichert werden. Auch kann im Schritt des Speicherns das im Schritt des Wandeins der chemischen

Reaktionsenergie in zurückgewandelte elektrische Energie anfallende Wasser gespeichert werden. Wenn Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser gespeichert werden, kann ein geschlossener Kreislauf entstehen.

Es wird eine regenerative Energiespeichervorrichtung für ein

Energieversorgungssystem vorgestellt, wobei die regenerative

Energiespeichervorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: eine Schnittstelle zum Empfangen elektrischer Energie des

Energieversorgungssystems; eine Elektrolyseeinrichtung zum Wandeln der elektrischen Energie in eine chemische Reaktionsenergie und ein Oxidationsmittel; und eine Speichereinrichtung zum Speichern der chemischen Reaktionsenergie in einem Fluidspeicher.

Unter einer Elektrolyseeinrichtung kann ein Elektrolyseur verstanden werden. Die Elektrolyseeinrichtung kann als eine regelbare Last zur Netzstabilisierung eingesetzt werden. Die chemische Reaktionsenergie kann als ein Fluid, insbesondere gasförmig, erzeugt werden. Das Oxidationsmittel kann als ein Fluid erzeugt werden. In der Speichereinrichtung, die als ein Fluidspeicher ausgebildet sein kann, kann die chemische Reaktionsenergie und das Oxidationsmittel, getrennt voneinander, gespeichert werden. Die regenerative Energiespeichervorrichtung kann eine Brennstoffzelle zum Wandeln der chemischen Reaktionsenergie in zurückgewandelte elektrische Energie und einer Schnittstelle zum Bereitstellen der zurückgewandelten elektrischen Energie aufweisen. So kann ein Pufferspeicher für die elektrische Energie geschaffen werden.

Eine Variante der regenerativen Energiespeichervorrichtung kann zum Speichern und ergänzend oder alternativ zum Puffern elektrischer Energie für ein Haus verwendet oder genutzt werden.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in

entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.

Vorteilhaft schafft ein Aspekt der hier vorgestellten erfinderischen Idee eine Erhöhung des Eigendeckungsanteils eines mit einer regenerativen

Energiespeichervorrichtung und einer Fotovoltaik-Anlage ausgestatteten

Gebäudes durch Verwendung eines großen Energiespeichers. Dies ist vor dem Hintergrund sinkender beziehungsweise auslaufender Förderung für

eingespeisten Strom finanziell interessant. Gleichzeitig kann eine Wärmenutzung ermöglicht werden, und damit wird eine Kosten red uktion beim Gesamt- Energieverbrauch (Strom-zu-Strom und Strom-zu-Wärme) möglich. Vielfältige Nutzungskonzepte der Strom- und Wärmenutzung sind denkbar, wie etwa Freigabe an Energieversorger zur Nutzung des elektrischen Speichers mit kostenloser Wärme für den Haushalt. Von Vorteil kann auch eine zeitverzögerte Einspeisung von Strom zu Zeiten hoher Einspeise-Preise ermöglicht werden. Ein Aspekt ist auch die Möglichkeit der Netzstabilisierung durch die Nutzung vieler kleiner dezentraler Energiespeicher als Alternative zu großen Zentralspeichern.

Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten

Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer regenerativen

Energiespeichervorrichtung in einem Haus mit einem Energieversorgungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer regenerativen Energiespeichervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer regenerativen Energiespeichervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren

dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche

Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer regenerativen

Energiespeichervorrichtung 100 in einem Haus 102 mit einem

Energieversorgungssystem 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Haus 102 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein regeneratives Energieversorgungssystem 104 auf, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Fotovoltaik-System 106 ausgebildet ist, bestehend aus zumindest einem Solarmodul 108 und einem Wechselrichter 110. Das Haus 102, auch als Haushalt 102 zu bezeichnen, weist elektrische Verbraucher 112 auf. Weiterhin weist das Haus 102 eine regenerative Energiespeichervorrichtung 100 auf. Die regenerative Energiespeichervorrichtung 100 kann als eine

Brennstoffzellenspeichervorrichtung oder als regenerativer Energiespeicher bezeichnet werden.

Wie in Fig. 2 und Fig. 3 näher ausgeführt, umfasst die regenerative

Energiespeichervorrichtung 100 zumindest eine Schnittstelle zum Empfangen elektrischer Energie 116, 118, eine Elektrolyseeinrichtung sowie eine Speichereinrichtung. Über eine Leitung und eine entsprechende Schnittstelle ist das Haus 102 beziehungsweise die regenerative Energiespeichervorrichtung 100 mit einem öffentlichen Stromnetz 114 verbunden. Aus dem Stromnetz 114 wird elektrische Energie 118 bezogen, welche situationsabhängig an die Schnittstelle zum Empfangen elektrischer Energie der regenerativen

Energiespeichervorrichtung 100 oder an die elektrischen Verbraucher 112 geleitet wird. Von der regenerativen Energiespeichervorrichtung 100

zurückgewandelte elektrische Energie 120 wird in das öffentliche Stromnetz 114 eingespeist oder an die elektrischen Verbraucher 112 geleitet. Hierzu weist die regenerative Energiespeichervorrichtung 100 eine entsprechende

Steuervorrichtung auf, um die Stromflüsse zu lenken.

Die Fotovoltaik-Anlage 106 ist ausgebildet, elektrische Energie 116 an der regenerativen Energiespeichervorrichtung 100 und ergänzend oder alternativ den elektrischen Verbrauchern 112 bereitzustellen. Das öffentliche Stromnetz 114 stellt dem Haus 102 beziehungsweise dem Haushalt 102 elektrische Energie bereit. Optional ist das öffentliche Stromnetz, wie in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 dargestellt, ausgebildet, dass elektrische Energie von der Fotovoltaik- Anlage 106 und von der regenerativen Energiespeichervorrichtung 100 direkt in das öffentliche Stromnetz 114 eingespeist werden kann.

Die regenerative Energiespeichervorrichtung 100 wird auch als ein regeneratives Brennstoffzellen-System 100 als Strom-Speicher in Wohngebäuden 102 bezeichnet. Bei aktueller Förderpolitik erhält der Besitzer einer Fotovoltaik- Anlage 106 für eingespeisten Strom 116, 120 einen festgelegten Preis (abhängig von Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Anlage). Der Preis sinkt allerdings mit der Anzahl an installierter Leistung in Deutschland. Zudem wurde 2012 ein

Eigenverbrauchsbonus eingeführt, nach dem aktuell nur noch maximal 90% der erzeugten Strommenge vergütet werden, um einen Anreiz zur verstärkten Eigennutzung zu schaffen. Generell läuft die Förderung über einen Zeitraum von

20 Jahren. Der nach Ablauf der Förderung erzielbare Preis für Solarstrom 120 ist nicht absehbar, vermutlich aber gering, da bei Sonnenschein ein Überschuss an Strom 120 zur Einspeisung bereitstehen wird. Deshalb ist es sinnvoll, spätestens ab diesem Zeitpunkt den produzierten Strom 116 entweder selber zu

verbrauchen oder durch eine Zwischenspeicherung den Strom 120 zu Zeiten eines hohen erzielbaren Strompreises einzuspeisen, was zusätzlich zu einer Stabilisierung des Stromnetzes 114 führen kann. Wie bereits oben beschrieben ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Fotovoltaik-Anlage 106 mit dem öffentlichen Stromnetz 114 verbunden, um produzierten Strom ergänzend oder alternativ ohne Umweg über die regenerative Energiespeichervorrichtung 100 in das öffentliche Stromnetz 114 einzuspeisen.

Aus diesem Grund werden zunehmend Speichersysteme für Fotovoltaik-Anlagen 104 angeboten. Vorteilhaft an der hier gezeigten regenerativen

Energiespeichervorrichtung 100 ist die einfache Skalierbarkeit der

Speichergröße. Die regenerative Energiespeichervorrichtung 100 bietet die Möglichkeit, eine Tag-Nacht-Ausgleichung des Strombedarfs umzusetzen und trägt zu einer Erhöhung des Eigendeckungsanteils bei. Ferner ist ein größerer und skalierbarer Speicher im Vergleich zu einer batteriebasierenden Lösung möglich. Die Parameter Speicherinhalt, maximale Ladeleistung und maximale

Entladeleistung sind frei konfigurierbar ohne Kompromisse zwischen den

Parametern. Somit ist ein hoher Eigendeckungsanteil für den Haushalt möglich, wenn große Speichergrößen (Speicherinhalt) verfügbar sind. So ist vorteilhaft über einen Tag- Nacht- Ausgleich hinaus auch eine Versorgung in sonnenarmen Wochen erreichbar.

Ein Ausführungsbeispiel der regenerativen Energiespeichervorrichtung 100 ermöglicht als regeneratives Brennstoffzellensystem durch die Entkopplung von Speichervolumen und Speicherleistung eine gezielte Anpassung an die lokalen Gegebenheiten (Stromverbrauch des Haushalts, jahreszeitenabhängige

Fotovoltaik-Leistung). Zusätzliche Speicherkapazität, beispielsweise in Form von Gasflaschen, ist vergleichsweise günstig. Die optionale Entkopplung von Lade- Leistung und Entlade- Leistung wird durch Verwendung eines Elektrolyseurs zum Laden und einer Brennstoffzelle zum Entladen des Speichers erzielt. Durch die Vermeidung komplizierter Speicherstrategien kann ein einfaches System realisiert werden. Dabei ist die Einhaltung von bestimmten Ladezuständen sowie Stromstärken nicht entscheidend für die Lebensdauer des Systems. Zudem weist das regenerative Brennstoffzellen-System 100 zum aktuellen Kenntnisstand keine zyklenabhängige Alterung auf. Dabei schafft ein Ausführungsbeispiel der regenerativen Energiespeichervorrichtung 100 eine kombinierte Strom- und Wärmenutzung. Dies ist insbesondere interessant bei geringen Einspeise- Preisen aber hohen Gaskosten.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer regenerativen Energiespeichervorrichtung 100 zum Bereitstellen eines regenerativen Energiespeichers für ein

regeneratives Energieversorgungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem regenerativen Energieversorgungssystem kann es sich um ein Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 104 versehenen regenerativen Energieversorgungssystems handeln. Die

regenerative Energiespeichervorrichtung 100 umfasst zumindest eine

Schnittstelle 222 zum Empfangen elektrischer Energie 116 des regenerativen Energieversorgungssystems und ergänzend oder alternativ elektrischer Energie 118 aus einem Stromnetz, eine Elektrolyseeinrichtung 224 zum Wandeln der elektrischen Energie 116, 118 in eine chemische Reaktionsenergie 226 und ein Oxidationsmittel 228 sowie eine Speichereinrichtung 230 zum Speichern zumindest der chemischen Reaktionsenergie 226. Bei der Speichereinrichtung 230 handelt es sich in einem Ausführungsbeispiel um einen Fluidspeicher 230. Die chemische Reaktionsenergie 226 wird als ein Fluid erzeugt.

In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die regenerative

Energiespeichervorrichtung 100 eine Brennstoffzelle 232 zum Wandeln der chemischen Reaktionsenergie 226 in zurückgewandelte elektrische Energie 120. Weiterhin weist die regenerative Energiespeichervorrichtung 100 eine

Schnittstelle 234 zum Bereitstellen der zurückgewandelten elektrischen Energie 120 auf. Dabei kann die Brennstoffzelle 232 die zurückgewandelte elektrische Energie 120 unter Verwendung der chemischen Reaktionsenergie 226 und des Oxidationsmittels 228 wandeln. Dabei handelt es sich in einer Variante des hier vorgestellten Ausführungsbeispiels bei der chemischen Reaktionsenergie 226 um Wasserstoff und bei dem Oxidationsmittel 228 um Sauerstoff. Die

zurückgewandelte elektrische Energie 120 wird je nach Ausführungsbeispiel oder Situation in ein Stromnetz eingespeist oder einem Haushalt bereitgestellt oder in ein öffentliches Stromnetz eingespeist. Nicht gezeigt ist eine Leistungselektronik. Dabei kann es erforderlich sein, eine Leistungselektronik vorzusehen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 gezeigt. Dort sind zwei Leistungselektroniken, mit den Bezugszeichen 348 und 349 versehen, dargestellt.

In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Elektrolyseur 224 eine Schnittstelle zum Empfangen von Wasser auf. Weiterhin weist in dem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel die Brennstoffzelle 232 eine Schnittstelle zum Bereitstellen von Wasser auf. Im Elektrolyseur 224 kann das Wasser unter Verwendung der elektrischen Energie 116 in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden. In der Brennstoffzelle 232 kann der umgekehrte Prozess durch eine Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zurückgewandelte elektrische Energie 120 und Wasser erzeugen. Bei beiden Prozessen, das heißt im Elektrolyseur 224 und in der Brennstoffzelle 232 fällt zusätzlich Wärme an, die an einer entsprechenden Schnittstelle bereitgestellt wird.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer regenerativen Energiespeichervorrichtung 100 zum Bereitstellen eines regenerativen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der regenerativen

Energiespeichervorrichtung 100 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in Fig. 1 oder Fig. 2 gezeigten und beschriebenen regenerativen

Energiespeichervorrichtung 100 handeln. Die regenerative

Energiespeichervorrichtung 100 umfasst eine Elektrolyseeinheit 224, eine Brennstoffzelleneinheit 232, eine Schnittstelle 222 zu dem

Energieversorgungssystem 104 beziehungsweise zu der Fotovoltaik-Anlage 106, eine Schnittstelle 234 zu einem Stromnetz 114 sowie eine Speichereinrichtung 230. Die Speichereinrichtung 230 ist aufgeteilt in einen Wasserstoffspeicher 340, einen Sauerstoffspeicher 342, einen Wassertank 344 sowie einen, extern zu der regenerativen Energiespeichervorrichtung 100 angeordneten, Wärmespeicher 346. In beiden ablaufenden Prozessen, also in dem im Elektrolyseur 224 ablaufenden Prozess und in dem in der Brennstoffzelle 232 ablaufenden

Prozess, kann entstehende Wärme ausgekoppelt werden. Die Fotovoltaik-Anlage 106 ist über eine erste Leistungselektronik 348 mit der Schnittstelle 222 zu dem regenerativen Energieversorgungssystem 104 verbunden. Das Stromnetz 114 ist über eine zweite Leistungselektronik 349 mit der Schnittstelle 234 zu dem öffentlichen Stromnetz 114 verbunden. Die Elektrolyseeinrichtung 224, auch als Elektrolyseur 224 bezeichnet, ist ausgebildet elektrische Energie und Wasser als Ausgangstoff oder Hilfsstoff in eine chemische Reaktionsenergie 226 und ein Oxidationsmittel 228 zu wandeln. Die chemische Reaktionsenergie 226 und das Oxidationsmittel 228 liegen als Fluid, beispielsweise gasförmig, vor. In dem in Fig. 3 gezeigten

Ausführungsbeispiel liegen die chemische Reaktionsenergie 226 in Form von Wasserstoff (H ₂ ) und das Oxidationsmittel 228 in Form von Sauerstoff (0 ₂ ) vor. Allgemein formuliert wird die chemische Reaktionsenergie 226 in einem Speicher 340 für eine chemische Reaktionsenergie 226 und das Oxidationsmittel 228 in einem Speicher 342 für ein Oxidationsmittel 228 gespeichert. Bei dem Ausführen des Prozesses im Elektrolyseur 224 wird zudem Wärme beziehungsweise Wärmeenergie freigesetzt.

Die in der Elektrolyseeinrichtung 224 und in der Brennstoffzelleneinheit 232 entstehende Wärme wird an den Wärmespeicher 346 geleitet und kann von dort als Heizenergie oder zum Erwärmen von Brauchwasser genutzt werden.

Mit anderen Worten ausgedrückt, besteht das hier vorgeschlagene regenerative Brennstoffzellensystem 100 als Strom-Speicher in Wohngebäuden aus den folgenden Komponenten: eine Elektrolyseeinheit 224 zur Wasserspaltung in Wasserstoff 226 und Sauerstoff 228 sowie Wärmenutzung unter Verwendung beispielsweise des Stroms der Fotovoltaik-Anlage 106, einer

Brennstoffzelleneinheit 232 zur Rückverstromung sowie Wärmeerzeugung unter Verwendung des in der Elektrolyseeinheit 224 erzeugten Wasserstoffs 226 und Sauerstoffs 228, je einem Gasspeicher 340, 342 für Wasserstoff 226 und Sauerstoff 228 und einem Wassertank 344 für deionisiertes Wasser. Optional weist ein nicht gezeigtes Ausführungsbeispiel eine zusätzliche

Kompressionseinheit zum Komprimieren der Fluide (Gase) auf. So kann der benötigte Fluidspeicher ein geringeres Volumen aufweisen.

Beispielhaft ergibt sich bei einer Systemauslegung mit einem 3-kW-Elektrolyseur 224 und zwei Mal 50- Liter- Wasserstoff- Tank 340 ä 350bar ein Speicherinhalt von 75 kWh Wasserstoff (2,3 kg). Bei Rückverstromung in der Brennstoffzelle 232 ergeben sich >40 kWh . Das System 100 umfasst in diesem Fall noch einen 50- Liter-Sauerstoff- Tank 342 (ebenfalls 350bar) und einen ca. 20 Liter Wassertank 344.

Bei Leistungsüberschuss der Fotovoltaik-Anlage 106 wird aus Strom in der Elektrolyseeinheit 224 Wasserstoff 226 und Sauerstoff 228 produziert, die in den beiden Gastanks 340, 342 beliebig lange gespeichert werden können. Dabei ist der Speicherdruck idealerweise auf das Druckniveau des Elektrolyseurs 224 abgestimmt, das erspart den Energieaufwand für zusätzliche Kompression. Zusätzlich ist die Nutzung der Abwärme des Elektrolyseurs 224 beispielsweise für eine Warmwassererzeugung möglich. Bei Strombedarf im Haushalt oder im

Netz erfolgt die Rückverstromung der Gase 226, 228 (H ₂ und 0 ₂ ) zu Wasser, das wieder im Wassertank 344 gespeichert wird. Auch in diesem Prozessschritt ist eine Wärmenutzung möglich. Die Ausführung erfolgt idealerweise als geschlossenes System, das ermöglicht den Betrieb ohne zusätzliche Wasseraufbereitung oder Gasreinigung.

Bei Verfügbarkeit von Stacks, die sowohl Elektrolyse- als auch Brennstoffzellen- Betrieb ermöglichen (reversible Brennstoffzelle), ist eine Reduzierung des Bauraumes möglich. Die Größe der Gasspeicher 340, 342 ist beliebig anpassbar

(da unabhängig von Elektrolyse- und Brennstoffzellenleistung) und ermöglicht damit eine ideale Anpassung an das Verbrauchsprofil und die verfügbare Fotovoltaik- Leistung. Mehrere Betriebskonzepte für das vorgestellte System sind denkbar. Bei einer

Eigenversorgung eines Wohnhauses ist durch den großen Speicher ein hoher Eigendeckungsanteil möglich. Insbesondere ist ein Leistungs-Ausgleich über den Tag- Nacht- Ausgleich hinaus möglich. Darüber hinaus ist eine Netzstabilisierung erzielbar. Durch das Speichersystem wird es möglich, größere Fotovoltaik- Anlagen 106 pro Wohnhaus zu installieren, die über den Selbstverbrauch hinausgehen und diesen in Zeiten schwacher Fotovoltaik- Leistung elektrische Energie aus dem Speichersystem ins Netz einspeisen können. Dies wird besonders attraktiv bei einer zeitabhängigen Vergütung. In einem weiteren Szenario erhält ein Energieversorger gegen Bezahlung Zugriff auf den Speicher und die Lade-/Entladestrategie, Abwärme kann lokal genutzt werden. Hierdurch kann die regenerative Energiespeichervorrichtung 100 gezielt zur

Netzstabilisierung des Stromnetzes 114 genutzt werden. Ein Aspekt der vorgestellten erfinderischen Idee ist ein Langzeitspeicher mit Potenzial zur Langzeitspeicherung durch dezentrale Verbreitung mehrerer kleiner Einheiten.

Als einen Aspekt zeigt das Ausführungsbeispiel in Fig. 3 ein Schema der Verknüpfung eines regenerativen Brennstoffzellensystems 100, bestehend aus Elektrolyse- 224 und Brennstoffzelleneinheit 232 sowie Speichern 340, 342, 344 für Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser, mit der Fotovoltaik-Anlage 106, der Anbindung ans Stromnetz 114 sowie einer Anbindung an den lokalen

Wärmespeicher 346 des Wohnhauses.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 450 zum Zwischenspeichern elektrischer Energie für ein regeneratives Energieversorgungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem

Energieversorgungssystem kann es sich um eine Variante des in Fig. 1 gezeigten regenerativen Energieversorgungssystems 104 handeln. Das Verfahren 450 umfasst einen Schritt 452 des Empfangens der elektrischen Energie über eine Schnittstelle zu dem regenerativen

Energieversorgungssystem, einen Schritt 454 des Durchführens einer

Elektrolyse, um die elektrische Energie in eine chemische Reaktionsenergie und ein Oxidationsmittel zu wandeln und einen Schritt 456 des Speicherns der chemischen Reaktionsenergie in einem Fluidspeicher. Die chemische

Reaktionsenergie wird als ein Fluid erzeugt.

In der hier gezeigten Variante weist das Verfahren 450 einen optionalen Schritt 458 des Erzeugens der elektrischen Energie unter Verwendung der Fotovoltaik- Anlage auf. Weiterhin weist das Verfahren 450 einen optionalen Schritt 460 des Wandeins der chemischen Reaktionsenergie in zurückgewandelte elektrische Energie und einen optionalen Schritt 462 des Bereitstellens der

zurückgewandelten elektrischen Energie auf. Dabei kann die zurückgewandelte Energie dem öffentlichen Stromnetz und ergänzend oder alternativ dem

Hausnetz beziehungsweise dem Haushalt bereitgestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 454 des Durchführens einer Elektrolyse und in dem optionalen Schritt 460 des Wandeins der chemischen Reaktionsenergie Wärme erzeugt, die im Haushalt genutzt werden kann, in einem Speicher gespeichert werden kann oder in ein Fernwärmenetz eingespeist werden kann.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.

Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"- Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.