Grünen Wasserstoff fehlerfrei herstellen Spannungsmessung in Elektrolyseuren und Brennstoffzellen

Herstellerabhängig werden in aktuellen Elektrolyseuren bis zu mehrere hundert Elektrolysezellen zu Stacks verschaltet, die in Fehler- oder Wartungsfällen als komplette Einheiten ausgewechselt werden. Da die einzelnen Elektrolysezellen durchschnittlich Betriebsspannungen zwischen 1 und 4 V DC benötigen, können die Stack-Spannungen mehrere 100 V_DC betragen. Zudem werden in größeren Elektrolyseuren mehrere Stacks zu einzeln ansteuerbaren Strings mit erheblich höheren Gesamtspannungen zusammengefasst – der aktuelle Trend geht zu Stringspannungen bis 1.500 V_DC. Bereits heute sind Elektrolyseure mit elektrischen Leistungsaufnahmen im zweistelligen Megawatt in Betrieb.

Brennstoffzellen hingegen dienen der effizienten und sauberen Verstromung von Wasserstoff. Sie verwenden einen zu Elektrolyseuren inversen Prozess, der durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff Strom erzeugt. Wie Elektrolyseure sind Brennstoffzellen aus Zellen und Stacks aufgebaut, die zu Hochspannungs-Strings verschaltet werden.

Spannungsüberwachung zu Diagnosezwecken

Um frühzeitig Defekte und Verschleißerscheinungen von Elektrolyse- oder Brennstoffzellen zu erkennen, ist eine kontinuierliche und hochgenaue Messung von Stack- und String-Spannungen erforderlich. Gelegentlich werden auch Spannungen an Teileinheiten von Stacks gemessen. In diesen Fällen sind zwar die Messspannungen geringer, aufgrund der Verschaltung treten allerdings hohe Potentialdifferenzen auf, so dass die Messumformer entsprechend hoch isoliert sein müssen.

Zudem ist auch eine Überwachung von Strömen und Temperaturen notwendig. Dafür müssen die eingesetzten Messumformer nicht nur hohe Ansprüche an Genauigkeit und robuste Isolation erfüllen, sondern auch an die Ausfallsicherheit und Wartungsfreiheit: Da die Elektrolyseure in Containern neben Windkraft- oder Solaranlagen untergebracht werden, die typischerweise in dezentral gelegenen Orten errichtet werden, hängt die Anlagenverfügbarkeit entscheidend von Zuverlässigkeit der Messtechnik ab.

Hochspannungs-Messumformer

Durch ihre extreme Langzeitstabilität bieten die Hochspannungs-Messumformer der Serie P40000 die passenden Lösungen für die Spannungs-, Strom- und Temperaturmessung in Elektrolyseuren. Die Messumformer gewährleisten eine Basisisolation bis 3.600 V und verstärkte Isolation bis 1.800 V. Sie erreichen aufgrund des konservativ ausgelegten und vollvergossenen Elektronikdesigns eine MTBF von 2165 Jahren (basierend auf Felddaten).

Zudem zeichnen sie sich durch ihre Übertragungseigenschaften mit einem Verstärkungsfehler von unter 0,3 Prozent des Messwerts aus und erfordern, wie alle Produkte von Knick, über die gesamte Lebensdauer keine Nachkalibrierung. Darüber hinaus vereinfachen die kompakten Gehäuse zur Hutschienenmontage die Integration auch in nachgerüsteten Anwendungen.