Weidmüller bietet individuelle Möglichkeiten der Zustandsüberwachung für Elektrolyse-Stacks (Quelle: Weidmüller)
Grüner Wasserstoff ist Hoffnungs- und Energieträger gleichermaßen, eine ideale Ergänzung zu den volatilen Stromerzeugern Photovoltaik und Windkraft. Bei einigen Elektrolyseverfahren lässt sich zusätzlich auch die Abwärme nutzen. Dementsprechend vielfältig sind die möglichen Standorte für die Elektrolyseure. Das können Zementwerke, OffshoreWindenergieanlagen oder ein Betriebsgelände sein, wo Wasserstoff beispielsweise für den Betrieb von Flurförderfahrzeugen gewonnen wird. So unterschiedlich Bauformen und Prozesse sein mögen: Im Prinzip werden immer zwei Elektroden und dazwischen eine Membran benötigt. Die Zellspannung zur Trennung der Wasserstoffmoleküle in H2 und O2 beträgt rund 2,5 V. Bei einem Stack mit 100 Bipolarplatten ergibt dies 250 V. Es können aber auch je nach Stack-Größe und verschaltung einige Hundert bis weit über 1000 V sein. Der Betrieb der Platten unterliegt Alterungsprozessen, wenn auch von einer Lebensdauer von bis zu 20 Jahren ausgegangen wird. Dabei bestimmt stets die schlechteste Zelle die Gesamtleistung des Stacks. In diesem Fall kann durch Justieren der Stack-Parameter die Effizienz hochgehalten und die Degradation der Zellen erkannt werden. Das setzt voraus, dass die Platten kontinuierlich per Condition Monitoring einzeln überwacht werden, ein sogenanntes Single Cell Monitoring. Für die technische und praktische Umsetzung hat Weidmüller im engen Austausch mit Herstellern von Elektrolyseuren spezifische Lösungen entwickelt.
Sicherer Messabgriff am Stack
Wie erwähnt, kann ein Stack mehrere Hundert Zellen umfassen, die sich in einem explosionsgefährdeten Bereich der Zonen 1 und Zone 2 befinden. Es muss somit sichergestellt sein, dass den hohen Anforderungen an den Ex-Bereich entsprochen wird. Die Anschlussleitungen zu den Bipolarplatten müssen sicher kontaktieren und auf kürzestem Weg aus dem Ex-Bereich führen. Weidmüller stellt hierfür die gesamte Kette vom Plattenkontakt über die Datenvorverarbeitung und die Busanbindung bis zur Datenkommunikation und Datenanalyse bereit.
Bei den gängigsten Verfahren, der PEM- und der alkalischen Elektrolyse, beträgt die Temperatur im Stack 60 °C bis 100 °C. Die Kontaktierung lässt sich hier mit gängigen Flachsteckhülsen und handelsüblichen Silikonleitungen der Widerstandsklasse bis 125 °C realisieren.
„Neben der Einzelkontaktierung ist auch ein Mehrfachanschluss möglich. Dabei sind die Kontakte auf Leiterplatten aufgebracht“, erklärt Matthias Kaspar, Applikationsmanager für den Fachbereich Wasserstoff bei Weidmüller, und ergänzt: „So lassen sich mehrere Platten mit einem Steckvorgang kontaktieren. Dabei ist die temperaturbedingte Ausdehnung des Stacks zu beachten für die typischen Stacks der PEM-Elektrolyse bedeutet das eine enorme Zeitersparnis.“ Weidmüller verfügt über eine eigene Elektronikfertigung und kann dadurch individuelle Stecklösungen anbieten.
Für den Spannungsabgriff und die Potentialübertragung an die Auswerteeinheit gibt es eine Reihe von Weidmüller-Komponenten, wie Steckverbinder und Signalverteilerboxen. Diese ermöglichen individuelle und Stack-spezifische Lösungen.