带有基于电解的氢燃烧的房屋能源系统的制作方法

本发明涉及利用借助燃烧氢的热能供应房屋，所述氢时间上与需求无关地通过来自光伏设备的电流借助电解产生并且得到暂存。

背景技术：

很多房屋如今已经具有光伏设备，利用所述光伏设备将太阳能转化为电流。然而这样的设备仅能够过小部分地覆盖房屋的自身需求，因为产生的电流不那么准确地产生，如果它也被需要的话。电流存储器在此仅能够完成小的辅助，因为所述电流存储器目前仅能够对于小的存储量（<10 kWh）可用。此外这样的系统在大多情况下不具有至热水准备部的连接，因为这会使得额外的热水存储器成为必要。

作为替代方案，存在太阳能集热设备，太阳光利用所述太阳能集热设备加热水，所述水随后进行存储。这样的设备需要繁琐的安装和大容积的热水存储器。

热泵展现了其它的使用再生能量的可能性，利用所述热泵借助热交换例如地热用于房屋能量供应，其中热泵利用气体或者电流运行。

另外，房屋能量设备目前在开发中，利用所述房屋能量设备实现以氢为形式的基于水电解的能量存储，所述氢之后在燃料电池中回流。这样的系统也不应用于房屋的热量供应。

相应于欧盟的法案，从2018年起应该仅再建造“盈余能量房屋”，所述“盈余能量房屋”由可再生的能源产生比其消耗更多的能量。对现有房屋来说，来自于可再生能源的能量比例应该至少得到提高。本发明研究了这个挑战。

技术实现要素：

本发明设定针对用于利用热能供应房屋的方法，所述方法将光伏地获取的能量的使用与将能量存储作为氢相结合。安排了以下的步骤：

- 借助光伏设备产生电流，

- 借助光伏地产生的电流通过电解水产生分子氢，

- 存储氢以及

- 通过燃烧所存储的氢，符合需求地产生热量。

本发明的另外的方面是利用热能供应房屋的装置，所述装置具有以下的组件：

- 电流接头，所述电流接头被构造和设计用于接收由光伏设备产生的电流；

- 电解池，所述电解池构造和设计用于利用光伏地产生的电流电解地分解水并且产生分子氢作为能量载体；

- 内部的氢存储器和/或氢接头，所述氢存储器和/或氢接头设定用于填充或者排空外部的氢存储器；

- 燃气锅炉，所述燃气锅炉构造和设计用于通过燃烧来自氢存储器的氢，符合需求地加热水，以用于房屋中的使用；

- 用于取用加热的水的接头。

发明优势

利用根据本发明的装置能够不依赖于在每天过程中光伏设备提供电流的时间和不提供电流的时间来覆盖对房屋的热水需求。

通过使用本发明，房屋的自身能量使用份额能够显著地提高。所述装置是紧凑的并且相比太阳能集热设备不需要繁琐地安装绝缘的线路和大的热水存储器。按照本发明的设备的安装费用总计较小，并且所述设备通过合适的专业人员方面的措施能够在很大程度上设计为免维护。

要求保护的方法或者说要求保护的装置的实施类型提供了其它的优点。

光伏设备、以及已经在现有建筑上既存的光伏设备能够供给电解池，如果必要的话经过DC/DC转换器。

以有利的方式，氢的存储在内部的金属氢化物存储器中进行，所述金属氢化物存储器为此需要特别小的体积。

氢的燃烧以有利的方式在燃气锅炉中进行。在使用用于燃气锅炉的冷凝水的存储器时，电解池能够如此地在闭合的回路中利用纯净水供应，从而以有利的方式对于其净化和补充仅需要小的费用。

天然气接头能够以有利的方式即使在光伏设备的过小的电流产生（例如冬季、多云）时也保证房屋的热水供应，经过所述天然气接头能够将天然气掺入待燃烧的氢。作为替代方案，就此能够设置接头用于由公共电网取得电流，由所述电网经过AC/DC转换器补充地供给电解池。当天然气接头不可用时，这是特别有利的，并且它提供了额外的优点，即氢以及由此冷凝水不能够通过天然气的组成部分被污染。

在提高的光伏电流产生（夏季、晴天）时或者在减小的房屋热需要量时，光伏地产生的电流的一部分能够输出至公共的电网中。尤其当很多这样的设备在运行时，额外有利的是，被与设备的数据连接支持的电网运行者在考虑到各自的房屋对热能的需求和用于氢的存储器的填充度的情况下，能够符合需求地调出光伏地产生电流的份额（所述电流馈送至公共的电网），从而所述电流能够以这种形式在每天过程中覆盖电网的峰值需求的一部分。电网运行者能够随后在对于电能需求小的时段返回供应这个调出的电流量，例如用于冬季对房屋的供暖，并且从而将用于电网的电流产生在每天过程中与波动的需求相匹配。

附图说明

图1是用于依据本发明的实施形式利用热能供应房屋的方法的示意性视图；并且

图2是用于依据本发明其它的实施类型利用热能供应房屋的装置的示意性视图。

具体实施方式

图1阐释了方法，所述方法是本发明的基础。利用热能供应房屋是基于借助光伏设备从太阳光线中产生电流（步骤21）。在第二步骤中，借助光伏地产生的电流通过电解水进行分子氢的产生（步骤22）。氢被存储（步骤23）并且热量产生符合需求地通过燃烧存储的氢（步骤24）进行。

额外的方法步骤能够提供额外的优点。

通过为了用于产生热量（步骤24）的燃烧过程（步骤25）而掺入天然气，能够针对以下情况特别地预备，即在特定的季节和/或经过整年观察，太阳光线不足以满足热需求。作为对此的替代方案，能够由公共的电网获取能量（步骤26），所述能量额外地使用于电解水（步骤22）。

不需要的、由光伏设备给出的能量能够以电流的形式输出到公共的电网上（步骤27）。

图2展示了本发明的以装置为形式的实施方式，所述装置实现了这些方法步骤。

所述装置经过接头2利用电流供给，例如光伏设备1所产生的电流。如果必要，这个电流经过DC/DC转换器3供给电解池9，水利用所述电解池被分解成氢和氧。作为能量载体，氢存储在内部的氢存储器10中。作为补充方案或替代方案，接头11能够设置用于外部的氢存储器12。作为特别小体积的存储器能够设置金属氢化物存储器，当然例如存储入氢瓶也是可能的。

金属氢化物技术在这种情况下是有利的，因为它使得在低压力水平（<3 Mpa=30 bar）下，氢的存入和取出成为可能，并且随后对密封性的常规检测是不必要的。

所存储的氢用于加热所需要的热的水，办法是：所述氢在燃气锅炉13中燃烧。热的水经过接头16馈给入房屋17的热水系统（厨房、淋浴部、浴室、暖气等）中。因为如下可能性，即利用燃气锅炉13符合需求地产生热的水，则这个热水系统在回路中仅在小的范围内需要存储可行方案。为此所需的安装是常见的现有技术，专门验收（Spezialabnahme）是不必要的。

经过接头16产生的热水此外也能够用于补充房屋17的供暖。

在燃气锅炉中生成的冷凝水能够被接收并且经过存储器14导入电解池9，从而能够得到闭合的、少维护的水回路。依据电解池的技术，水的非常小的导电性是必要的。这种导电性能够以理想的方式通过安装离子交换器筒装置或者电去离子单元保持在不变的低水平上，其中后者有助于减少全体系统的维护费用，因为随后筒装置的更换是不必要的。

对于以下情况而言，即光伏设备1未输出足够的能量，例如在短的冬季白天时多云的情况下或者在小的光伏设备的情况下，能够设置用于天然气的接头15，经过所述接头能够覆盖额外的能量需要。作为替代方案，也能够由公共的电网经过接头8获取电流，利用所述接头经过AC/DC转换器7额外地供给电解池9。

如果光伏设备1给出比所需更多的电流，例如在长的阳光丰富的夏季白天，能够如此地设置，即电流的该份额经过DC/AC转换器4和接头5给出至公共的电网。

对于电网运行者，在这种情况下有利的是，当所述电网运行者能够通过以下方式使用房屋内部的氢存储可行方案：即所述电网运行者在每天过程中在对电能的高峰需求的情况下调出这个超额的电流时，其中自然首先考虑的是，氢存储器始终具有充分的填充，以便覆盖房屋能够预见的需求。存储器越大，这一点更好地完成。为了交换为此必要的信息，能够在根据本发明的装置和电网运行者之间设置数据连接6。

在进一步的拆除阶段甚至能够考虑的是，电网运行者使用所述氢存储可行方案，以便消除在每天过程中异常的电流供应峰值，例如对通过风力发电设备的电流产生来说在突然强风的情况下。这能够例如以以下的方式发生，即这样的电流提供峰值用于产生氢，并且这个能量供应之后通过电流予以平衡，所述电流由于此时被填充的氢存储器因而确实不再需要，办法是：来自光伏设备电流供给至电网中。

紧接着，例如实现用于根据本发明的设备的设计的说明。假定了单户房屋，在所述单户房屋中为光伏设备提供了约55m²的屋顶面积，并且在所述单户房屋中有着3-4人的家庭。这种大小的光伏模块达到了约7.5 kWp的峰值功率。在德国的情况下，依据地理位置和设备的朝向，每年由光伏设备作为电流输出的能量约计为1200 kWh/kWp。所观察的光伏设备因此以直流电形式产生了大约9000 kWh的能量。

这种电流耦合在根据本发明的装置中。如果电解池的9000 kWh的能量含量以75%的效率转化成氢，则这相应于每年6750 kWh的能量。然而，在这种情况下产生的废热能够至少部分地用于预热热水，这总体上改善了设备的效率。氢被暂存并且在供暖需要时利用90%的效率在燃气锅炉中燃烧以用于产生热的水。每年6100 kWh的能量含量以加热的水的形式予以保留，鉴于热水和供暖的需求，所述能量足够覆盖具有3-4人家庭的、以被动房屋基础的房屋。

按照现有技术的电解池具有约10 l的体积，所述电解池能够安全地处理光伏设备的峰值功率（8 kW）。必要的H₂存储器大小在大约50 kWh相应于将近最大待考虑的每日的光伏设备的能量输出（夏天、无云的）。作为金属氢化物存储器，这样的存储器具有小于40 l的容积。在替代地使用200 bar压力瓶时，需要两个50 l的瓶，以及可能时用于氢的额外的压缩机。作为热水存储器的大小，对于4人家庭约100至200 l是常见的。总体上，这样的设备相比其它的类似功率的系统（例如太阳能集热设备）具有小的容积。