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DE10154366A1 - System zur Erzeugung von einphasigem Wechselstrom - Google Patents

System zur Erzeugung von einphasigem Wechselstrom

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DE10154366A1
DE10154366A1 DE10154366A DE10154366A DE10154366A1 DE 10154366 A1 DE10154366 A1 DE 10154366A1 DE 10154366 A DE10154366 A DE 10154366A DE 10154366 A DE10154366 A DE 10154366A DE 10154366 A1 DE10154366 A1 DE 10154366A1
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Germany
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fuel cell
cell arrangement
fuel
inverter
electrolyte layer
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DE10154366A
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Bernhard Siesegger
Dirk Schekulin
Herbert Kabza
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Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
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Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung von einphasigem Wechselstrom, insbesondere zur Hausstromversorgung und/oder zur dezentralen Einspeisung in ein Stromversorgungsnetz, mit einer Brennstoffzellenanordnung, die durch elektro-chemische Umsetzung eines Brennstoffs einen elektrischen Strom liefert, und mit einem Wechselrichter, der den von der Brennstoffzellenanordnung gelieferten elektrischen Strom in einen Wechselstrom umformt und unter pulsierender Leistungsabgabe an einen Verbraucher liefert. Um den Wirkungsgrad des Systems zu verbessern, ist vorgesehen, dass der Wechselrichter so an die Brennstoffzellenanordnung angeschlossen ist, dass die Brennstoffzellenanordnung mit einer pulsierenden Leistung beansprucht wird, die aus der Leistungsabgabe durch den Wechselrichter resultiert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung von einphasigem Wechselstrom, insbesondere zur Hausstromversorgung und/oder zur dezentralen Einspeisung in ein Stromversorgungsnetz.
  • Bei herkömmlichen Brennstoffzellensystemen, wie sie beispielsweise zur Hausenergieversorgung eingesetzt werden sollen, muss eine von einer Brennstoffzellenanordnung abgegebene Gleichspannung in eine Wechselspannung gewandelt werden, um eine Einspeisung der erzeugten elektrischen Leistung in ein Stromversorgungsnetz zu ermöglichen. Auch für den Anschluss üblicher Verbraucher ist eine Wandlung der Gleichspannung in eine Wechselspannung erforderlich oder zumindest zweckmäßig. Die Umwandlung von Gleich- in Wechselspannung geschieht durch eine Wechselrichterschaltung.
  • Bis zu einer Einspeiseleistung von etwa 5 kW ist eine einphasige Einspeisung der Leistung in ein Stromversorgungsnetz zweckmäßig, da eine dreiphasige Einspeisung mit erhöhtem Aufwand und Kosten verbunden ist. Bei einer einphasigen Netzeinspeisung pulsiert jedoch die in das Stromversorgungsnetz eingespeiste Leistung mit der doppelten Netzfrequenz. Bei herkömmlichen Wechselrichterschaltungen, die zusammen mit Brennstoffzellenanordnungen zur Hausenergieversorgung eingesetzt werden, wird versucht, das Pulsieren der Leistung von der Brennstoffzellenanordnung fern zu halten, indem die Wechselrichterschaltung so ausgelegt ist, dass sie die Brennstoffzellenanordnung mit annähernd zeitlich konstantem Strom belastet.
  • Um dies zu realisieren wäre es beispielsweise denkbar, dass die Wechselrichterschaltung eingangsseitig ein passives Filternetzwerk besitzt, das als Pufferspeicher für die von der Brennstoffzellenanordnung abgegebene Energie dient, und dass eine zeitlich schwankende Leistungsentnahme ermöglicht. Praktisch haben derartige passive Filternetzwerke jedoch keine Bedeutung, da sie in folge der sehr hohen Ströme sehr groß sein müssten und damit teuer und unrentabel wären.
  • Bisher realisierte Wechselrichterschaltungen für Brennstoffzellensysteme verwenden daher ein zweistufiges Konzept, bei welchem dem eigentlichen Wechselrichter ein Hochsetzsteller vorgestaltet ist, der die Brennstoffzellenanordnung mit einem konstanten Strom belastet und die entnommene Energie auf höherem Spannungsniveau in einen Zwischenkreiskondensator einspeichert. Aus diesem entnimmt die nachfolgende Stufe, also der eigentliche Wechselrichter die pulsierende Leistung, welche ins Netz eingespeist wird. Eine derartige Wechselrichterschaltung hat jedoch den Nachteil, dass sie einen verhältnismäßig geringen Gesamtwirkungsgrad aufweist, der sich aus dem Produkt der Wirkungsgrade der einzelnen aktiven Stufen, also aus dem Produkt der Wirkungsgrade von Hochsetzsteller und eigentlichem Wechselrichter ergibt. Bei einem einstufigen Konzept mit passivem Filter entfällt zwar diese Problematik, jedoch sind aufwändige Filter erforderlich, die die Kosten der Gesamtanlage erhöhen.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein weiteres System der eingangs genannten Art bereitzustellen, das bei kostengünstigem und robustem Aufbau einen verbesserten Wirkungsgrad besitzt.
  • Diese Aufgabe wird durch das System nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Erfindungsgemäß wird also bei einem System, das eine Brennstoffzellenanordnung, die durch elektro-chemische Umsetzung eines Brennstoffs einen elektrischen Strom liefert, und einen Wechselrichter aufweist, der den von der Brennstoffzellenanordnung gelieferten elektrischen Strom in einen Wechselstrom umformt und unter pulsierender Leistungsabgabe an einen Verbraucher liefert, der Wechselrichter so an die Brennstoffzellenanordnung angeschlossen, dass die Brennstoffzellenanordnung mit einer pulsierenden Leistung beansprucht wird, die aus der Leistungsabgabe durch den Wechselrichter resultiert.
  • Hierdurch vereinfacht sich der Aufbau der Wechselrichterschaltung, die jetzt nur noch aus dem eigentlichen Wechselrichter zu bestehen braucht, erheblich. Durch die pulsförmige Belastung der Brennstoffzellenanordnung ergeben sich zwar in dieser erhöhte Verluste, wodurch die Verringerung der elektrischen Verluste im Wechselrichter zwar teilweise wieder aufgebraucht werden, jedoch können diese elektrischen Verluste in der Brennstoffzelle als Nutzwärme über den Kühlkreislauf der Brennstoffzelle abgeführt und als Heizenergie genutzt werden.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Brennstoffzellenanordnung eine Vielzahl von in Reihe geschalteter Brennstoffzellen mit zwei Brennstoffkammern umfasst, die durch eine ionenleitende, mit katalytischem Elektrodenmaterial belegte Elektrolytschicht, voneinander getrennt sind, ist vorgesehen, dass eine innere Kapazität der Brennstoffzellen, die parallel zu einer Reihenschaltung aus elektrischem Durchtrittswiderstand und elektrochemischer Spannungsquelle liegt, bei pulsierendem Betrieb als Energiespeicher genutzt wird, wobei die innere Kapazität, die von der Kapazität einer sich beim Betrieb der Brennstoffzellenanordnung im Bereich zwischen katalytischem Elektrodenmaterial und der damit belegten Elektrolytschicht ausbildenden Doppelschicht gebildet wird, durch geeignete Wahl von Elektroden- und Elektrolytschichtmaterial möglichst groß gewählt wird.
  • Die Nutzung der inneren Kapazität, also der Doppelschichtkapazität im Bereich der Grenzflächen zwischen Elektrode und Elektrolytschicht wirkt wie ein innerer Energiespeicher, der zur Folge hat, dass auch bei pulsierendem Strom der Strom durch den elektrischen Durchtrittswiderstand stark geglättet ist, so dass die Verluste am Durchtrittswiderstand verglichen mit einer konstanten Belastung nur relativ wenig vergrößert sind.
  • Um auch bei pulsierender Belastung der Brennstoffzellenanordnung eine einwandfreie Prozessführung der elektro-chemischen Umsetzung des Brennstoffs sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn die Brennstoffzellenanordnung, insbesondere im Bereich der Brennstoffkammern ein derartiges Gasspeichervermögen aufweist, das bei Belastung der Brennstoffzellen mit einem pulsierendem elektrischen Ausgangsstrom genügend Prozessgas, also Brennstoffgas und Reaktionsgas, im Bereich der mit katalytischem Elektrodenmaterial belegten Elektrolytschicht vorhanden ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Elektrolytschicht eines der folgenden Materialien bzw. eine der folgenden Substanzen: eine ionenleitende Keramik, ein geschmolzenes Salz, insbesondere aus der Gruppe der Karbonate, flüssige Säure oder Lauge, in einer porösen Matrix aufgesaugte Säure oder Lauge, ein anionen- oder kationenleitendes Kompositmaterial, eine polymere Anionenaustauschermembran oder eine polymere Kationenaustauschermembran vorgesehen ist.
  • Grundsätzlich lässt sich jeder Wechselrichter, der aus einem Gleichstrom oder einem pulsierenden Gleichstrom einen Wechselstrom, insbesondere einen sinusförmigen Wechselstrom machen kann, in dem erfindungsgemäßen System einsetzen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Wechselrichter eine aus vier Schaltern gebildete Vollbrücke aufweist, die von einer Regelung, vorzugsweise von einem Pulsweiten-Modulationskreis gesteuert wird, um einen Wechselstrom bzw. eine Wechselspannung am Ausgang, insbesondere einen sinusförmigen Ausgangsstrom bzw. eine sinusförmige Ausgangsspannung zu liefern, wobei zweckmäßiger Weise zwischen die Brennstoffzellenanordnung und den Wechselrichter ein Hochfrequenzfilter geschaltet ist.
  • Auf diese Weise lässt sich eine gute Anpassung der Wechselstromform an die gewünschte Form des Wechselstroms, insbesondere eine sehr gute Sinusfromung mit geringem Klirrfaktor erreichen, wobei das Hochfrequenzfilter dazu dient, relativ hochfrequente Anteile des Wechselrichterstroms auf der Gleichstromseite des Wechselrichters, die aus der Regelung bzw. der Pulsweitenmodulation resultieren, von der Brennstoffzellenanordnung abzublocken, um die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit zu erfüllen.
  • Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems zur Erzeugung von einphasigem Wechselstrom, dass in eine Umgebung aus Brennstoffquelle und Verbraucher eingebunden ist,
  • Fig. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Brennstoffzellenanordnung,
  • Fig. 3 ein vereinfachtes elektrisches Ersatzschaltbild für eine Brennstoffzelle,
  • Fig. 4 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild eines Wechselrichters und
  • Fig. 5 ein weiteres schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems zur Erzeugung von einphasigem Wechselstrom.
  • In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Wie Fig. 1 zeigt, weist das erfindungsgemäße System zur Erzeugung von einphasigem Wechselstrom eine Brennstoffzellenanordnung 10 auf, die durch elektro-chemische Umsetzung eines Brennstoffs einen elektrischen Strom ib an einen Wechselrichter 11 liefert, der den von der Brennstoffzellenanordnung 10 gelieferten Strom ib in einen einphasigen Wechselstrom iw umformt, der entweder direkt an Verbraucher geliefert oder in ein Stromversorgungsnetz 12 eingespeist werden kann.
  • Die Brennstoffzellenanordnung 10 wird aus einer Brennstoffquelle 13 mit gasförmigem Brennstoff, wie zum Beispiel Wasserstoff oder aufbereitetem Erdgas (Methan), sogenanntes Reformatgas sowie mit Sauerstoff, Luft oder einem anderen sauerstoffhaltigem Gas versorgt.
  • Da bei der elektro-chemischen Umsetzung des Brennstoffs nicht nur Strom sondern auch Wärme erzeugt wird, ist an einen nicht näher dargestellten Kühlkreislauf der Brennstoffzellenanordnung 10 ein Wärmeübertrager 14 angeschlossen, der die in der Brennstoffzellenanordnung 10 entstehende Wärme an ein Heizungssystem 15 zur Raumheizung, Warmwasserbereitung, Wärmespeicherung und dergleichen liefert.
  • Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, weist die Brennstoffzellenanordnung 10 eine Vielzahl von in Reihe geschaltenen Brennstoffzellen 13 auf, von denen jede eine erste und eine zweite Brennstoffkammer 17 bzw. 18 umfasst, die durch eine ionenleitende Elektrolytschicht 19 voneinander getrennt sind, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Membran ausgebildet ist und daher im folgenden einfach als Membran 19 bezeichnet wird.
  • Die Elektrolytschicht (19) kann aber auch aus folgenden Materialien oder Substanzen Ionenleitender Keramik, geschmolzenem Salz, insbesondere aus der Gruppe der Karbonate, flüssiger Säure oder Lauge, in einer porösen Matrix aufgesaugten Säure oder Lauge, anionen- oder kationenleitendem Kompositmaterial, einer polymere Anionenaustauschermembran oder aus einer polymere Kationenaustauschermembran aufgebaut sein. Ein Kompositmaterial besteht dabei aus mehreren Phasen, beispielsweise aus einem Polybinder (z. B. PE) und aus Steinchen oder Körnern aus protonenleitendem Material.
  • Bei realen Brennstoffzellenanordnungen 10 sind die Brennstoffkammern üblicherweise keine Hohlräume, wie in Fig. 2 rein schematisch dargestellt, sondern umfassen ein System von über die Fläche der Membran verteilten Brennstoffkanälen durch die gasförmiger Brennstoff zu einer Gasverteilerschicht geführt wird, die auf der katalytischen Elektrodenmaterialschicht 20 der Membran 19 aufliegt.
  • Jede Membran 19 ist auf beiden Seiten mit einem katalytischen Elektrodenmaterial belegt, das eine gute Elektronenleitfähigkeit besitzt, um den durch die elektro-chemische Umsetzung des Brennstoffs entstehenden Strom an einen Verbraucher 12' liefern zu können. Bei einer mit Wasserstoff und Sauerstoff betriebenen Brennstoffzellenanordnung mit saurem Elektrolyten, die im folgenden beispielsweise erläutert wird, wird Wasserstoff an der Anode in Elektronen und Protonen zerlegt. Die Elektronen werden über einen äußeren Stromkreis, der in Fig. 2 durch den Verbraucher 12' angedeutet ist, zur Kathode der ersten Brennstoffzelle 13 oder direkt zur Kathode einer benachbarten Brennstoffzelle 13 transportiert, während die Protonen durch die ionenleitende Membran 19 zur Kathode derselben Brennstoffzelle 13 wandern. Dort reagieren die Protonen mit Sauerstoffionen, die durch Aufnahme der Elektronen im Bereich der Kathode gebildet wurden. Das Reaktionsprodukt ist somit Wasser. Je nach Aufbau der ionenleitenden Membran kann auch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser an der Anode erfolgen, wenn die Membran Anionen, insbesondere sauerstoffhaltige Ionen leitet.
  • Wie in dem Ersatzschaltbild in Fig. 3 dargestellt ist, kann eine Brennstoffzellenanordnung, an deren Ausgängen eine Spannung ub abgegriffen werden kann, im Hinblick auf ihre elektrischen Eigenschaften als Zweipol beschrieben werden, der eine Spannungsquelle Uq, einen ersten und einen zweiten dazu in Reihe geschalteten Widerstand Rct, Rl sowie eine innere Kapazität C umfasst, die parallel zur Reihenschaltung aus Spannungsquelle Uq und erstem Widerstand Rct sowie in Reihe mit dem zweiten Widerstand Rl geschaltet ist.
  • Der erste Widerstand Rct beschreibt dabei den Durchtrittswiderstand an den Grenzflächen zwischen den aus dem katalytischen Elektrodenmaterial gebildeten Elektroden 20 und den Membranen 19, während der Widerstand Rl die ohmschen Widerstände der Membranen und der Elektroden beschreibt. Die Kapazität, die parallel zur Reihenschaltung aus Durchtrittswiderstand Rct und Spannungsquelle Uq geschaltet ist, wird von den sich an den Grenzflächen zwischen Elektroden 20 und Membranen 19, die als Elektrolyt wirken, ausbildenden Doppelschicht bewirkt. Die Kapazität ist dabei spannungsabhängig und wird von dem Elektrodenmaterial, dem Membranmaterial sowie vom Feuchtigskeitsgehalt der zugeführten Gase beeinflusst. Der Feuchtigskeitgehalt, der auch auf andere Betriebsparameter einer Brennstoffzellenanordnung einwirkt, wird üblicherweise beim Betrieb einer Brennstoffzellenanordnung in gewünschter Weise gesteuert bzw. geregelt.
  • Im folgenden wird anhand von Fig. 4 ein Wechselrichter beschrieben, wie er in dem erfindungsgemäßen System verwendet werden kann. Es ist jedoch auch möglich, anstelle des in Fig. 4 dargestellten bevorzugten Wechselrichters andere Wechselrichter einzusetzen, wie sie beispielsweise aus der Photovoltaik bekannt sind.
  • Fig. 4 zeigt als Beispiel für den Wechselrichter 11 einen Wechselrichter mit Vollbrücke, an den die Spannung ub der Brennstoffzellenanordnung 10 angelegt ist, so dass der von der Brennstoffzellenanordnung 10 gelieferte Strom ib in den Wechselrichter 11 fließt. Die Vollbrücke umfasst vier Schalter 21, 22, 23 und 24, die von einem Pulsweiten-Modulationskreis 25 so gesteuert werden, dass an den Ausgängen 26 des Wechselrichters 11 ein sinusförmiger Strom bzw. eine sinusförmige Spannung abgegriffen werden kann. Zusätzlich zu der Anordnung der Schalter 21 bis 24 ist eine Drossel L vorgesehen. Ein Stromversorgungsnetz 12 ist in Fig. 4 als Netzwiderstand Rn, Netzinduktivität Ln und Netzspannungsquelle Un dargestellt. Wird der Wechselrichter 11 zur Einspeisung des Stromes in ein Stromversorgungsnetz 12 genutzt, so kann davon ausgegangen werden, dass die Spannung an den Ausgängen 26 durch die Netzspannung Un fest vorgegeben wird, da bei einem realen Stromversorgungsnetz üblicherweise die Widerstände und Induktivitäten in erster Näherung vernachlässigbar sind. Das System aus Brennstoffzellenanordnung 10 und Wechselrichter 11 arbeitet somit als Stromquelle.
  • Wird andererseits ein Verbraucher 12", wie in Fig. 5 angedeutet, an die Ausgänge 26 eines Wechselrichters 11 angeschlossen, so arbeitet der Wechselrichter 11, der in diesem Fall anstelle einer Ausgangsinduktivität eine Ausgangskapazität aufweisen kann, als Spannungsquelle, während der Ausgangsstrom durch den Lastwiderstand bzw. die Lastimpedanz festgelegt ist.
  • Während für die Einspeisung von Wechselstrom in ein Stromversorgungsnetz 12 im Allgemeinen ein sinusförmiger Wechselstrom erforderlich ist, können bei anderen Anwendungen auch anders geformte Wechselströme, zum Beispiel rechteck-, dreieck- oder trapezförmige Wechselströme erforderlich sein. Die Stromformung erfolgt dabei üblicherweise im Wechselrichter, der dazu eine entsprechende Modulations- oder Steuer- bzw. Regelungsschaltung aufweist.
  • Wird in dem System von Brennstoffzellenanordnung 10 und Wechselrichter 11 ein Wechselrichter mit Pulsweitenmodulation oder ein anderer mit hohen Schaltfrequenzen arbeitender Wechselrichter eingesetzt, so ist es erforderlich, wie in Fig. 5 veranschaulicht, ein Hochfrequenzfilter 27 als EMV-Filter zwischen Brennstoffzellenanordnung 10 und Wechselrichter 11 zu schalten, um die durch die Pulsweitenmodulation, die beispielsweise mit einer Frequenz von 20 kHz arbeitet, im Wechselrichter 11 erzeugten hochfrequenten Signalanteile abzublocken. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Brennstoffzellenanordnung 10 mit einem sich periodisch zu- und wieder abschaltenden Verbraucher belastet wird, als der der Wechselrichter 11 angesehen werden kann. Die Bestimmungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit können auf diese Weise eingehalten werden.
  • Durch den direkten Anschluss des Wechselrichters 11 an die Brennstoffzellenanordnung 10 ergibt sich einerseits ein deutlich erhöhter Wirkungsgrad, der erfindungsgemäß eingesetzten Wechselrichterschaltung, im Gegensatz zu herkömmlichen Wechselrichterschaltungen, die passive oder aktive Eingangsfilterschaltungen aufweisen, um eine pulsierende Belastung der Brennstoffzellenanordnung zu verhindern.
  • Erfindungsgemäß wird jedoch diese pulsierende Belastung der Brennstoffzellenanordnung hingenommen, obwohl dadurch eine Verschiebung von Verlusten aus dem Bereich der Wechselrichterschaltung in die Brennstoffzellenanordnung erfolgt. Diese Verluste, die in der Brennstoffzellenanordnung 10an den Widerständen Rl und Rct auftreten, sind zum einen geringer als die Verluste in aktiven Eingangskreisen herkömmlicher Wechselrichterschaltungen und führen zum anderen in den Brennstoffzellen 13 zu einer Umwandlung der elektrischen Energie in Wärme, so dass in der Brennstoffzellenanordnung 10 zusätzlich zu der bei der elektro-chemischen Umsetzung des Brennstoffs gebildeten Wärme entsteht. Diese zusätzliche Wärme kann zusammen mit der Prozesswärme durch den Kühlkreislauf über den Wärmeübertrager 14 zum Heizungssystem 15 geliefert werden. Die Verlagerung der elektrischen Verluste von der Wechselrichterseite in die Brennstoffzellenanordnung 10 hat somit zur Folge, dass die damit gebildete Wärme genutzt werden kann und damit nicht verloren geht.
  • Betrachtet man die Energiebilanz des erfindungsgemäßen Systems zur Erzeugung von einphasigem Wechselstrom, so zeigt es sich, dass die vom Brennstoff gelieferte Energie effektiver genutzt werden kann, da die in der Brennstoffzellenanordnung erzeugte zusätzliche Wärme ohne Zusatzaufwand als Nutzwärme abgeführt werden kann. Bei einer herkömmlichen Wechselrichterschaltung ließe sich dies nur durch eine aufwändige Ankopplung der Wechselrichterschaltung an den Kühlwasserkreislauf der Brennstoffzellenanordnung 10 ermöglichen.

Claims (7)

1. System zur Erzeugung von einphasigem Wechselstrom, insbesondere zur Hausstromversorgung und/oder zur dezentralen Einspeisung in ein Stromversorgungsnetz, mit
einer Brennstoffzellenanordnung (10), die durch elektro-chemische Umsetzung eines Brennstoffs einen elektrischen Strom (ib) liefert, und
einem Wechselrichter (11), der den von der Brennstoffzellenanordnung (10) gelieferten elektrischen Strom (ib) in einen Wechselstrom (iw) umformt und unter pulsierender Leistungsabgabe an einen Verbraucher (12, 12") liefert,
wobei der Wechselrichter (11) so an die Brennstoffzellenanordnung (10) angeschlossen ist, dass die Brennstoffzellenanordnung (10) mit einer pulsierenden Leistung beansprucht wird, die aus der Leistungsabgabe durch den Wechselrichter (11) resultiert.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenanordnung (10) eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Brennstoffzellen (13) mit jeweils zwei Brennstoffkammern (17, 18) umfasst, die durch eine ionenleitende, mit katalytischem Elektrodenmaterial (20) belegte Elektrolytschicht (19) von einander getrennt sind, wobei eine innere Kapazität (C) der Brennstoffzellen, die parallel zu einer Reihenschaltung aus elektrischem Durchtrittswiderstand (Rct) und elektrochemischer Spannungsquelle (Uq) liegt, bei pulsierendem Betrieb als Energiespeicher genutzt wird.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kapazität (C), die von der Kapazität einer sich beim Betrieb der Brennstoffzellenanordnung (10) im Bereich zwischen katalytischem Elektrodenmaterial (20) und der damit belegten Elektrolytschicht (19) ausbildenden Doppelschicht gebildet wird, durch geeignete Wahl von Elektroden- und Elektrolytschichtmaterial möglichst groß gewählt wird.
4. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenanordnung (10), insbesondere im Bereich der Brennstoffkammern (17, 18) ein derartiges Gasspeichervermögen aufweist, dass bei Belastung der Brennstoffzellenanordnung (10) mit einem pulsierenden elektrischen Ausgangsstrom (ib) genügend Prozessgas, also Brennstoffgas und Reaktionsgas, im Bereich der mit katalytischem Elektrodenmaterial (20) belegte Elektrolytschicht (19) vorhanden ist.
5. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolytschicht (19) eines der folgenden Materialien bzw. eine der folgenden Substanzen:
- eine Ionenleitende Keramik,
- eine geschmolzenes Salz, insbesondere aus der Gruppe der Karbonate,
- flüssige Säure oder Lauge,
- in einer porösen Matrix aufgesaugte Säure oder Lauge,
- ein anionen- oder kationenleitendes Kompositmaterial,
- eine polymere Anionenaustauschermembran oder
- eine polymere Kationenaustauschermembran
vorgesehen ist.
6. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (11) eine aus vier Schaltern (21, 22, 23, 24) gebildete Vollbrücke aufweist, die von einem Pulsweiten-Modulationskreis (25) gesteuert wird, um einen sinusförmigen Ausgangsstrom bzw. eine sinusförmige Ausgangsspannung zu liefern.
7. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Brennstoffzellenanordnung (10) und den Wechselrichter (11) ein Hochfrequenzfilter (27) geschaltet ist.
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