(57)【要約】【課題】太陽光起電力によって電力が供給されるエレクトロライザ・システムの熱最適化を提供すること。【解決手段】本発明の一実施形態には、ＰＶアレイによって生成される電力をエレクトロライザに引き渡すステップと、ＰＶアレイからエレクトロライザへ熱を伝達するステップとを含む方法が含まれている。この方法によれば、より安価な１ｋｇ当たりのコストで太陽エネルギーから再生可能な水素が生成される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＶアレイによって生成される電力をエレクトロライザに引き渡すステップと、
前記ＰＶアレイから前記エレクトロライザへ熱を伝達するステップであって、第１の流体を循環させるステップを含むステップと
を含む方法。
【請求項２】
絶縁された第２のリザーバから前記エレクトロライザへ第２の流体を循環させるステップを含む、前記エレクトロライザを加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
絶縁されていない第１のリザーバおよび絶縁された第２のリザーバのうちの少なくともいずれかからの流体を前記ＰＶアレイ全体にわたって循環させることによって前記ＰＶアレイを冷却するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記絶縁されていない第１のリザーバ内の前記流体を冷却するために、前記絶縁されていない第１のリザーバからの前記流体を前記ＰＶアレイ全体にわたって循環させるステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記絶縁された第２のリザーバ内の前記流体を加熱するために、前記絶縁された第２のリザーバからの前記流体を前記ＰＶアレイ全体にわたって循環させるステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の流体および前記第２の流体が同じ流体である、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
ＰＶアレイからエレクトロライザに電力を引き渡すステップと、
熱交換器および前記ＰＶアレイを介して流体を循環させるステップを含む、前記ＰＶアレイを冷却するステップと、
前記エレクトロライザから高圧貯蔵タンクへ水素ガスを送るステップと、
前記エレクトロライザを加熱するために、前記高圧貯蔵タンクからの水素ガスを水素バーナで燃焼させるステップと
を含む方法。
【請求項８】
前記熱交換器をヒートシンク内に設置するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ヒートシンクが、ほぼ地下水面の深さまたはそれより深い位置にアースを備えた、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ＰＶアレイおよびエレクトロライザであって、前記ＰＶアレイによって生成される電気が前記エレクトロライザに引き渡されるように電気接続されたＰＶアレイおよびエレクトロライザと、
絶縁されていない第１のリザーバもしくは絶縁された第２のリザーバまたは熱交換器のうちの少なくとも１つを備えた第１のコンポーネントと
を備えた製品。
【請求項１１】
前記熱交換器がヒートシンク内に設置された、請求項１０に記載の製品。
【請求項１２】
前記ヒートシンクが、ほぼ地下水面の深さまたはそれより深い位置にアースを備えた、請求項１１に記載の製品。
【請求項１３】
前記第１の絶縁されていないリザーバが、流体を前記ＰＶアレイ全体に循環させるために前記ＰＶアレイに接続された、請求項１０に記載の製品。
【請求項１４】
前記第２の絶縁されたリザーバが、流体を前記ＰＶアレイ全体に循環させ、それにより前記流体を加熱するために前記ＰＶアレイに接続された、請求項１０に記載の製品。
【請求項１５】
前記エレクトロライザに接続された、前記エレクトロライザによって生成される水素ガスを貯蔵するように構築され、かつ、配置された高圧貯蔵タンクをさらに備えた、請求項１０に記載の製品。
【請求項１６】
前記エレクトロライザを加熱するように構築され、かつ、配置された水素バーナをさらに備えた、請求項１５に記載の製品。
【請求項１７】
前記水素バーナが、前記高圧貯蔵タンクからの水素を燃焼させるために前記高圧貯蔵タンクに接続された、請求項１６に記載の製品。
【請求項１８】
前記ＰＶアレイおよびエレクトロライザが、それらの間に流体を循環させることによって前記ＰＶアレイから前記エレクトロライザへ熱を伝達するべく一体に配管工事された、請求項１０に記載の製品。
【請求項１９】
前記ＰＶアレイおよび熱交換器が、それらの間に流体を循環させることによって前記ＰＶアレイから前記ヒートシンクへ熱を伝達するべく一体に配管工事された、請求項１１に記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示が一般に関係している分野には、太陽によって電力が供給されるエレクトロライザが含まれている。
【背景技術】
【０００２】
特定の水素生成装置には、エレクトロライザ内の水の電気分解によって水素（および酸素）を生成するための電気が使用されている。生成される水素は、燃料電池、内燃機関および家庭用水素燃料システムに使用することができる燃料として使用するために貯蔵される。酸素は、大気に放出することができる。エレクトロライザは、太陽エネルギーによって電力を供給することができる。光起電力エレクトロライザ（ＰＶエレクトロライザ）による太陽水素生成は、再生可能であり、環境的に有利なエネルギー源である。米国における燃料サプライを再生可能なエネルギー源に変換することは、海外の不安定な地域から輸入される汚染性化石燃料に取って代わる、持続可能な輸送、持続可能な経済成長、温室効果ガス放出の抑制および国家エネルギー保障のために必要不可欠である。しかしながら、光起電力エレクトロライザ（ＰＶエレクトロライザ）システムによる太陽水素生成の開発は、効率が悪いこと（２〜６％）およびコストが高いこと（１ｋｇのＨ２当たり１１ドルを超える）によって遅れている。
【０００３】
ＰＶモジュールは、標準試験条件（ＳＴＣ）の下で生成される電力の形で定格化されている。ＳＴＣは、地面に対して４１．８度の大気を介した太陽角に対応する太陽スペクトル（いわゆる１．５の気団）および２５℃のモジュール温度で１０００ワット／ｍ２放射束密度である。しばしば「１太陽」と呼ばれている放射束密度は、米国大陸における晴れた夏の日のほぼ真昼の実世界のピーク日光を近似している。しかしながら、実世界の１太陽放射束密度条件の下では、ＰＶモジュールは、このような低い温度をめったに維持しない。これは、１）通常、日中の暑い期間の間に最も高い放射束密度が生じること、２）モジュールは、暗い青色（場合によっては、さらには黒）であり、暗い色は光を吸収して熱を発生すること、および３）太陽放射束密度のほとんどが熱に変換され、電気エネルギーに変換されるのは２０％未満であることの３つの理由によって生じる。したがって、ＰＶモジュールが最大電力を生成する最もよく晴れた日には、それらの温度は、それらの電力定格を決定するために使用される温度を優に超えた温度になることがしばしばである。
【非特許文献１】Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ（Ｔｈｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｕｂｂｅｒ  Ｃｏ．、Ｏｈｉｏ州、Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ在所）
【非特許文献２】「Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ」（Ｄａｎｉｅｌｓ  ａｎｄ  Ａｌｂｅｒｔｙ、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ、１９６６年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＶエレクトロライザ・システムの水素生成効率を高くすることにより、生成される水素のコストを少なくすることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態には、ＰＶアレイによって生成される電力をエレクトロライザに引き渡すステップと、ＰＶアレイからエレクトロライザへ熱を伝達するステップであって、第１の流体を循環させるステップを含むステップとを含む方法が含まれている。
【０００６】
本発明の他の例示的実施形態については、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。以下の詳細な説明および特定の実施例は、本発明の例示的実施形態を示したものであるが、その目的は、単に実例を示すことにすぎず、本発明の範囲を制限するものではないことを理解されたい。
【０００７】
本発明の例示的実施形態については、以下の詳細な説明および添付の図面から、より完全に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施形態についての以下の説明は、その性質が単に例示的なものにすぎず、本発明、本発明のアプリケーションまたは用途を何ら制限するものではない。
図１は、晴れた日にＭｉｃｈｉｇａｎ州、Ｗａｒｒｅｎで測定された、Ｓａｎｙｏ  Ｅｎｅｒｇｙ社から入手することができるＳａｎｙｏ  ＨＩＰ−１９０ＢＡ３モジュールの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線および電力−電圧曲線を示したものである。モジュールは太陽に向けられ、直流電子負荷（Ｈｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ  ６０６０Ａ）を使用して、開放電圧（ＶＯＣ）から短絡電流（ＩＳＣ）まで走査してＩ−Ｖ曲線が取得された。太陽放射束密度は、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの結晶性シリコンフォトダイオード（ＵＤＴモデル１０  ＤＰ／ＳＶ）をＦｌｕｋｅ  Ｍｏｄｅｌ  １７９マルチメータに結合し、フォトダイオードのミリアンペア電流を測定することによって測定された。１０００Ｗ／ｍ２の放射束密度におけるＵＤＴ電流出力が、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ研究所で較正された。モジュールの温度は、ダクトテープを使用してモジュールの背面に取り付けられたＶＷＲカタログ＃７７７７６−７３０（Ｉｌｌｉｎｏｉｓ州、Ｂａｔａｖｉａ在所）電子温度計を使用して測定された。図１に示すデータの場合、モジュールの温度は、４０．１℃から４１．１℃まで変化し、太陽放射束密度は、９７８Ｗ／ｍ２から９８１Ｗ／ｍ２まで変化した。これらの温度および放射束密度条件における最大電力は、５３．３Ｖの電圧および３．４１アンペアの電流で測定された１８１．７ワットであった。
【０００９】
図２は、ＰＶモジュールの電力に対する太陽効率の温度依存性を示したものである。試験されたＰＶモジュールは、Ｓａｎｙｏ  ＨＩＰ−１９０ＢＡ３モジュールであり、一連のＩ−Ｖ曲線を取得する際に、モジュールが水で冷却された。したがって、図２に示す温度範囲にわたって最大電力出力が取得された。モジュールの温度が高くなると、電力に対する太陽効率が悪くなる。温度がより高くなると、主としてＰＶモジュールおよびモジュールのアレイの電力出力がより小さくなる。
【００１０】
一方、エレクトロライザは、より高い温度でより効率的になる。図３は、２つの異なる温度で取得された陽子交換膜（ＰＥＭ）エレクトロライザのＩ−Ｖ走査を示したものである。試験したエレクトロライザは、ＨＯＧＥＮ  Ｍｏｄｅｌ  ４０発生器（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ州、Ｒｏｃｋｙ  Ｈｉｌｌ在所のＰｒｏｔｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）から取得された。ＨＯＧＥＮ  ４０からエレクトロライザが取り外され、並列に接続された２つの１０００ワットＨｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ直流電源（Ｍｏｄｅｌ  ６０１２ＢおよびＭｏｄｅｌ  ６０３２Ａ）を使用して運転された。これらの２つの電源が相俟って、７０アンペアを超える電流までスタックを動作させることができた。エレクトロライザは、２つの電気接続および４つの気体／液体接続を有していた。小型のポンプ（ＶＷＲカタログ＃２３６０９−１７０、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ州、Ｂａｔａｖｉａ在所）を使用して、スタックの水素側および酸素側を介して水が循環された。スタックの温度および循環水の温度は、電子温度計（ＶＷＲカタログ＃７７７７６−７３０、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ州、Ｂａｔａｖｉａ在所）を使用して測定された。図３に示すデータは、電源を使用し、電圧および電流を変化させて、エレクトロライザのＩ−Ｖ曲線を走査することによって取得された。エレクトロライザは、電気エネルギーを化学エネルギーに変換する（水から水素と酸素を分離する）ために有効な１００％未満であるため、エレクトロライザの温度は、走査している間、高くなった。図３は、２つの異なるスタック水温における走査からのＩ−Ｖデータのプロットを示したものである。エレクトロライザは、温度が高いほど、より低い電圧（より高い効率）でより大きい電流に到達した（したがってより多くの水素が生成された）。
【００１１】
エレクトロライザの効率（水素生成に対する電気的な効率）は、次の式、
効率＝（直列のセルの数×１．２３×１００％）／Ｖｏｐｅｒ
から計算することができる。
【００１２】
本出願人らのエレクトロライザの場合、直列のセルの数は２０であった。値１．２３は、標準条件下における理論的な水分解電圧であり、Ｖｏｐｅｒは、所与の電流に対するエレクトロライザの動作電圧である。
【００１３】
図４は、エレクトロライザのスタック水温を関数とした２つの電流設定値に対するエレクトロライザの効率を示したものである。いずれの電流設定値の場合においても、電流設定値によってエレクトロライザが「暖機」される、つまりＰＥＭエレクトロライザのスタック水温が高くなって一般的にはエレクトロライザの効率が高くなるため、エレクトロライザがより効率的になる。図４に示すデータによれば、小さい電流で、かつ、高い温度でエレクトロライザを運転することにより、最大の効率を得ることができることは明らかである。しかしながら、小さい電流では、生成される水素の量が少ない。たとえば、図４によれば、所与の温度に対して７倍の水素を得ることができ（７０Ａ対１０Ａ）、一方、電流がより大きいことによって損失する効率は１０％未満にすぎない。エレクトロライザの効率を高くするためには温度が高い方が有利であるが、それには限界がある。ＰＥＭエレクトロライザの場合、「電解質」がＮａｆｉｏｎ膜（ポリフルオロスルホン）酸であり、温度が高いほどより速く劣化するため、約８０℃未満の温度を維持しなければならない。
【００１４】
最近、Ａｖａｌｅｎｃｅ  ＬＬＣ（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ州、Ｍｉｌｆｏｒｄ在所）が、電解質としてＫＯＨの水溶液を使用した高圧エレクトロライザを紹介した。直接電気分解による高圧水素の生成は、それにより、機械式ポンプを使用した、高価で、かさ張り、雑音が多く、また、役に立たない水素圧縮が除去されるため、分散水素生成の開発における重要な進歩になり得る。ＫＯＨの導電率は温度依存性であるため、Ａｖａｌｅｎｃｅエレクトロライザは、極めて強い温度依存性を示している。ＫＯＨをベースとするエレクトロライザの場合、カリウムおよびヒドロキシルイオンによって溶液中に電流が流れ、温度と共にイオンの移動度およびコンダクタンスが大きくなる。コンダクタンスの温度係数は、水中のすべてのイオンに対して類似している。水中におけるイオンコンダクタンスの温度係数は、粘度の温度係数とほぼ同じである。図５は、Ａｖａｌｅｎｃｅエレクトロライザの重要な温度範囲にわたる水の粘度のプロットを示したものである。このプロットは、Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ（Ｔｈｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｕｂｂｅｒ  Ｃｏ．、Ｏｈｉｏ州、Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ在所）、および「Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ」（Ｄａｎｉｅｌｓ  ａｎｄ  Ａｌｂｅｒｔｙ、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ、１９６６年）のデータから取得されたものである。モデルの適合には、温度の逆数を指数項に使用した指数関数（運動速度係数のアレニウスタイプの式）が使用されている。粘度−温度データに対するこの適合は、物理化学の標準テキスト、たとえば「Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ」の中で推奨されている。図５から、２０℃における粘度は１．０９センチポイズであり、６０℃における粘度は０．４５８センチポイズである。
【００１５】
図５に示すように、水溶液コンダクタンスの温度に対する強い温度依存性のため、ＫＯＨをベースとするエレクトロライザの効率の温度に対する依存性は、ＰＥＭエレクトロライザのそれよりはるかに大きいことが期待される。図６は、水性ＰＥＭベースエレクトロライザに対する水性ＫＯＨベースエレクトロライザの効率のこのより大きい温度依存性を示したものである。エレクトロライザを加熱して、より高い温度におけるより高い効率を利用するためには、場合によっては加熱された流体をエレクトロライザセルの表面全体に循環させるか、もしくは場合によっては熱交換器を介して水性電解質を循環させる必要があり（ＫＯＨをベースとするエレクトロライザの場合）、あるいはエレクトロライザは、エレクトロライザを加熱するために流体を循環させることができる通路を備えたプレートを備えることも可能である（ＰＥＭをベースとするエレクトロライザの場合）。水性ＫＯＨベースエレクトロライザの場合、電解質粘度の場合と同じ方法で、所与の電圧に対する電解質導電率を温度によって変化させることができる。水性ＫＯＨベースエレクトロライザの効率は、温度によって、導電率の減少に比例して高くすることができる。したがって、図５に示すデータおよびそのデータに対するモデル適合のための式を使用して、温度を関数としたエレクトロライザ効率の相対的な改善を予測することができる。図６は、得られたエレクトロライザ効率測値（ＰＥＭエレクトロライザ）および予測値（水性ＫＯＨベースエレクトロライザ）を示したものである。水性ＫＯＨベースエレクトロライザの効率は、ＰＥＭをベースとするエレクトロライザの効率よりはるかに強い温度に対する依存性を有している。たとえば、図６に示す２３℃の温度範囲にわたって、ＰＥＭエレクトロライザの効率は５％高くなっているが、水性ＫＯＨベースエレクトロライザの効率は６７％高くなっている。
【００１６】
ＰＶエレクトロライザコンビネーションの水素に対する総合太陽効率を高くする方法の１つは、ＰＶ電気生成プロセスおよび水電気分解水素生成プロセスの相対する温度依存性を利用することである。
【００１７】
図７は、太陽（ＰＶ）アレイ−エレクトロライザ・システムの熱管理のためのプロセス１０のブロック図である。ＰＶアレイ１４は、絶縁されていない第１のリザーバ１８および絶縁された第２のリザーバ２０に配管工事されており、したがって流体を使用してＰＶアレイとリザーバの間で熱を伝達することができる。ＰＶアレイ１４は、エレクトロライザ１６に電気接続されている。エレクトロライザ１６も同じく絶縁された第２のリザーバ２０に配管工事されている。電力は、電線を使用してＰＶアレイ１４からエレクトロライザ１６へ引き渡される。図８は、図７に示すブロック図に対するある美術家の描写を示したものである。
【００１８】
図７に示すＰＶアレイ１４には、Ｓａｎｙｏ、Ｓｈｅｌｌ  Ｓｏｌａｒ、Ｓｈａｒｐなどの主要なＰＶモジュールメーカのモジュールを利用した適切な任意のＰＶアレイを使用することができる。たとえば、ほとんどのＰＶモジュールは、−０．２〜−０．６％電力／℃の範囲の温度係数を有している。図２に示すＰＶ電力出力に対するＰＶ温度効果の実例には、Ｓａｎｙｏ  ＨＩＰ−１９０ＢＡ３モジュール（温度係数＝−０．３％電力／℃）が利用されている。
【００１９】
エレクトロライザ１６には、適切な任意のエレクトロライザを使用することができる。エレクトロライザ１６は、アノードおよびカソードを備え、かつ、それらの間に膜を備えたＰＥＭエレクトロライザであってもよい。Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ州、Ｒｏｃｋｙ  Ｈｉｌｌ在所のＰｒｏｔｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓから入手することができるＨＯＧＥＮ  Ｍｏｄｅｌ  ４０  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒは、適切なエレクトロライザの一例である。また、エレクトロライザ１６は、高圧エレクトロライザ、たとえばＣｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ州、Ｍｉｌｆｏｒｄ在所のＡｖａｌｅｎｃｅ  ＬＣＣから入手することができる、ＫＯＨの水溶液を電解質として使用した高圧エレクトロライザであってもよい。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、太陽熱をＰＶアレイ１４に集め、かつ、場合によってはより高い温度が負の効果をもたらすＰＶアレイ１４から、場合によってはより高い温度が有利なエレクトロライザ１６へ熱を伝達することができる。熱は、流体を循環させることによってＰＶアレイ１４からエレクトロライザ１６へ伝達することができる。循環させる流体には、たとえば水などの適切な任意の流体を使用することができる。循環させる流体は、水道水であっても、さらには貯水された雨水であってもよい。循環させる流体に不凍液を混ぜることも可能である。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、様々な動作モードを使用してＰＶアレイの温度が１５〜３０℃の範囲内に維持され（ＰＶ効率は温度が低い方が高くなるため、上で説明した液体ベースの冷却システムを使用した周囲温度が許容する場合は、もっと低い温度に維持される）、また、ＫＯＨをベースとするエレクトロライザの場合であれば、エレクトロライザの温度が６０〜８０℃の範囲内に維持される。正確な定常動作温度は、エレクトロライザの特性、つまりエレクトロライザの高温に耐える能力によって様々である。エレクトロライザの加熱は、場合によっては、冷たいエレクトロライザ、つまり加熱されない場合のエレクトロライザと比較してその効率を高くする午前中にとりわけ有利である。表１は、動作モードの一例を示したものである。日の出時には、絶縁された第２のリザーバ２０が熱く、絶縁されていない第１のリザーバ１８は冷たい。日の出には、ＰＶアレイ１４およびエレクトロライザ１６の両方が冷たい。ポンプは、太陽が昇るとエレクトロライザが水素を有効に生成することができるよう、また、ＰＶアレイ１４が電気エネルギーの生成を開始することができるよう、日の出の直前に、絶縁された第２の熱いリザーバ２０からエレクトロライザへの流体の循環を開始することができる。ポンプには、Ｏｋｌａｈｏｍａ州、Ｏｋｌａｈｏｍａ  Ｃｉｔｙ在所のＬｉｔｔｌｅ  Ｇｉａｎｔ  Ｐｕｍｐ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手することができるＬｉｔｔｌｅ  Ｇｉａｎｔ  ＰＥＳ−１２０−ＰＷなどの小型のポンプを使用することができる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
ＰＶアレイ１４は、太陽が昇ってから大よそ２ないし４時間後に加熱を開始する。絶縁されていない第１のリザーバ１８からの冷たい流体がＰＶアレイ１４全体を循環してＰＶアレイ１４を冷却した後、第１のリザーバ１８へ戻る。流体は、ＰＶアレイ１４の前面全体に流体を噴霧し、あるいは流すことによってＰＶアレイ１４全体を循環させることができる。この熱伝達モードの場合、流体は、水などのように透明でなければならない。自動車の不凍液に広く使用されているアルコールも同じく透明であり、水の凍結を防止するために使用することができる（市販の不凍液に使用されている着色料は対象外である）。また、流体は、ＰＶアレイ１４の裏面と連絡している配管を通してＰＶアレイ１４の裏面全体を循環させることも可能である。ＰＶアレイ１４の裏面を循環させる場合、流体は透明である必要はない。絶縁されていない第１のリザーバ１８が熱くなると、第１のリザーバ１８からの流体は、ＰＶアレイ１４全体の循環を停止する。今度は、絶縁された第２のリザーバ２０からの流体がＰＶアレイ１４全体を循環して第２のリザーバ２０へ戻り、それにより第２のリザーバ２０が熱くなる。絶縁された第２のリザーバ２０が熱くなると、第２のリザーバ２０からの流体の循環が停止する。第２のリザーバ２０内の流体は、該第２のリザーバ２０を取り囲むことができる絶縁体によって熱い状態を維持する。
【００２４】
絶縁されていない第１のリザーバ１８からの流体は、夜中の間、第１のリザーバ１８の中の流体を冷却するために、日没頃にＰＶアレイ１４全体の循環を開始する。第１のリザーバ１８からの流体は、第１のリザーバ１８の中の流体が翌朝の日の出までに冷却されるよう、一晩中、冷たいＰＶアレイ１４全体を循環し続ける。流体循環のこのプロセスは、同じ基本サイクルで毎日繰り返される。
【００２５】
図９に示す本発明の他の実施形態では、ＰＶアレイ１４は、エレクトロライザ１６に電気接続されている。また、ＰＶアレイ１４は、流体を使用して熱を伝達することができるよう、熱交換器３０に配管工事されている。熱交換器３０には、適切な任意の熱交換器を使用することができ、たとえば自動車ラジエータまたは銅またはアルミニウムのひれを備えた類似した装置を使用することができる。熱交換器３０は、ヒートシンク３２に接続されている。ヒートシンクは、信頼性が高く、かつ、２５℃未満の温度であることが好ましい。ヒートシンク３２は、たとえば地下約３ｍ（１０フィート）の深さにおけるアースであってもよい。地下３ｍ（１０フィート）の深さでは、１年を通して約１０〜１５℃の温度を期待することができる。また、ヒートシンクは、ほぼ地下水面の深さまたはそれより深い位置におけるアースであってもよい。循環する流体、たとえば消イオン化水と不凍液の混合物は、ＰＶアレイ全体を循環し、かつ、熱交換器３０を循環する。流体は、ＰＶアレイ１４の面全体にポンプ供給することによって循環させることができ、あるいはＰＶアレイ１４の裏面と連絡している配管を通してＰＶアレイ１４の裏面全体を循環させることができる。気候が寒いときは、場合によってはＰＶアレイ全体にわたって流体を循環させる必要はない。
【００２６】
図９に示すように、エレクトロライザ１６で生成された水素は、エレクトロライザから高圧（最大６５００ｐｓｉ）貯蔵タンク３４へ送られる。貯蔵タンク３４は、エレクトロライザチャンバ内に設置することができる水素バーナ３６に接続することができる。水素バーナ３６で水素ガスが燃焼し、エレクトロライザ１６を加熱する。とりわけ電気分解セルチャンバが絶縁されている場合、たとえ天候が寒くても、エレクトロライザをたとえば６０℃に暖めるために必要な水素の流れは、場合によっては極めて少量にすぎない。エレクトロライザ１６によって生成される水素は再生可能に生成され、非汚染性である。エレクトロライザの温度は、家庭用の湯沸し器の場合と同様、サーモスタットによって制御することができる。エレクトロライザ１６の加熱を開始するために、午前中に最初にＰＶアレイ１４からの太陽熱が生成されるとスイッチを起動することができ、あるいはタイマを日の出にセットすることができる。エレクトロライザの温度が所定の設定点、たとえば６０℃に到達するか、あるいはエレクトロライザの耐久性を犠牲にすることのない最適エレクトロライザ効率に対応する温度に到達すると、サーモスタットによってエレクトロライザ１６の加熱を停止することができる。一実施形態では、エレクトロライザ１６が水素を生成しているほとんどの期間の間、電気分解反応によって生成される廃熱を使用して、電気分解セルの温度を熱定常動作温度に維持することができる。
【００２７】
本発明の実施形態についての以上の説明は、その性質が単なる例示的なものにすぎず、したがって、それらの変形形態を本発明の精神および範囲を逸脱するものと見なしてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】晴れた日の屋外で測定された太陽モジュールの電流−電圧曲線および電流−電力曲線を示すグラフである。
【図２】太陽熱を電力に変換する際のＰＶモジュールの効率の温度依存性を示すグラフである。
【図３】２つの異なる温度におけるＰＥＭエレクトロライザの電流−電圧特性を示すグラフである。
【図４】ＰＥＭエレクトロライザの効率の温度依存性を示すグラフである。
【図５】水の粘度の温度依存性を示すグラフである。
【図６】ＰＥＭエレクトロライザおよび水性ＫＯＨベースエレクトロライザの効率の温度依存性を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態による太陽（ＰＶ）アレイ−エレクトロライザ・システムの熱管理を示すブロック図である。
【図８】図７に示すブロック図に対するある美術家の描写を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による太陽（ＰＶ）アレイ−エレクトロライザ・システムの熱管理を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  太陽（ＰＶ）アレイ−エレクトロライザ・システムの熱管理のためのプロセス
１４  ＰＶアレイ
１６  エレクトロライザ
１８  絶縁されていない第１のリザーバ
２０  絶縁された第２のリザーバ
３０  熱交換器
３２  ヒートシンク
３４  高圧貯蔵タンク
３６  水素バーナ
【図１】
2008277761.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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