系統然后可以具有調光控制器，例如以用于將自適應調光電力輪廓應用于負載，其中負載的輸出使用諸如例如環境光水平之類的外部輸入來適配。調光控制器可以配置成使用次級電力供應以用于自適應調光電力輪廓的可變部分。調光控制器可以與本發明的控制器分離或者集成在其中。控制器或系統可以包括用于測量環境光水平的光傳感器以及將所確定的光水平傳送給控制器的連接構件。
[0036]系統還可以包括太陽能面板。燃料電池提供后備電力，并且可以補充燃料。在一個示例中，用于為燃料電池再充電的系統可以使用由太陽能面板生成的電來提供。這使得能夠實現獨立式系統。用于為燃料電池再充電的系統可以包括:
-用于存儲由燃料電池生成的水的水箱；
-用于從水生成氫氣的電解器；
-氫氣存儲容器；以及
-用于壓縮氫氣并且將其提供到氫氣存儲容器的壓縮器。
[0037]在第二示例中，負載可以包括用于從環境空氣生成氧氣的氧氣生成器。這可以用于氧氣治療。
[0038]在本發明中，可以使用除以上提及的那些之外的其它負載而不喪失本發明的效果Ο
[0039]本發明還提供一種使用具有燃料電池和次級電力供應的系統向負載提供電力供應的方法。如針對控制器和/或系統所描述的所有特征及其優點可以用于本發明的對應變化的方法并且反之亦然。
[0040]控制器可以實現為標準組件，其被適當地編程使得其可以執行本發明的任何控制方法。相應地，本發明還提供包括代碼構件的計算機程序或計算機程序產品，該代碼構件當在計算機上運行時能夠執行根據本發明的任何方法。計算機程序產品可以包括在控制器和/或系統中，但是也可以與控制器或系統分離地提供。
[0041 ] 控制器可以具有連接點以連接到燃料電池、次級電力供應和負載中的一個或多個。這樣的連接用于經由硬連線或無線構件傳送信號以操作對應連接項目的切換。可替換地，控制器可以具有用于直接連接到燃料電池、次級電力供應的輸出電力連接的輸入連接。其然后還可以具有對應于兩個電力源的分離輸出電力連接或者具有用于連接到負載的組合式單個輸出電力連接。
【附圖說明】
[0042]現在將參照附圖描述本發明的示例，其中:
圖1示出本發明可以應用于的照明系統的第一示例；
圖2示出本發明可以應用于的照明系統的第二示例；
圖3示出本發明可以應用于的氧氣生成器； 圖4更詳細地示出圖3的氧氣生成器；
圖5示出依照本發明的照明系統；
圖6示出蓄電池充電至的水平如何影響蓄電池壽命；
圖7示出蓄電池放電至的水平如何影響蓄電池壽命；
圖8示出針對在冬季使用本發明的照明系統的電力和光輪廓圖；
圖9示出針對在夏季使用本發明的照明系統的電力和光輪廓圖；
圖10示出夏季和冬季信息的匯編；
圖11示出針對使用具有第一燃料電池容量的本發明的氧氣生成器系統的電力和氧氣使用輪廓圖；以及
圖12示出針對使用具有第二、較低燃料電池容量的本發明的氧氣生成器系統的電力和氧氣使用輪廓圖。
【具體實施方式】
[0043]本發明提供一種用于包括每一個用于向負載供應電氣電力的燃料電池和諸如蓄電池之類的次級電力供應的電力供應系統的控制器(以及電力供應系統本身)。系統被控制成使用燃料電池以用于向負載的電氣電力的第一供應，其中第一供應在第一時間段內是恒定的。蓄電池用于向負載的電氣電力的第二供應，其中第二供應變化。以此方式，由次級供應提供波動輸出，并且這意味著盡可能恒定地維持燃料電池輸出以使壽命拉長。在第二供應時間期間，向負載的電力可以提供為來自燃料電池的恒定貢獻和來自蓄電池的可變貢獻。
[0044]本發明利用燃料電池技術，并且在一些示例中是再生燃料電池技術。這已經在60年代使用在雙子座太空飛行中并且已經在90年代被集中地研究。現有技術產品公開的示例為例如Areva的“Greenergy”系統，其是非常大型的2Mffh、200kW_2麗電力系統。其使用再生燃料電池系統，其具有所存儲的H2和02、所釋放的廢水和從水利網格得到的新水。Infinity的“Xstorra”是大型的5kW電力系統，其具有所存儲的H2和所釋放的02。廢水被釋放并且從水利網格得到新水。
[0045]本發明的一個應用是用于自包含的街道照明系統。該應用要求非常小的電力和大的容量而不需要水供應。另一應用是用于氧氣生成器。
[0046]將首先描述離網型系統照明(“0SL”)系統的兩個實現，并且本發明可以應用于它。然后將描述所生成的氧氣的示例，同樣本發明可以應用于它。最后，然后將提供如何將本發明應用于照明系統的詳細示例。
[0047]圖1示出其中生成02和H2以在最高的可能能量效率下驅動燃料電池但是僅存儲H2的第一示例。02被釋放到環境空氣中。當燃料電池需要生成電力時，所要求的02在氧氣集中器的支持下從環境空氣集中。
[0048]系統包括生成電的太陽能PV陣列10。太陽能生成的電由電解器12使用以將水拆分成氫氣和氧氣。電解器可以生成非常純凈的氫氣。氫氣被壓縮器14壓縮并且存儲在(輕量)壓力容器16中，而氧氣18被釋放到空氣中。
[0049]電化學壓縮器14將在氫氣的壓縮期間使用電氣能量，但是在解壓縮期間收回大部分能量。
[0050]氧氣集中器20過濾環境空氣并且創建非常純凈的氧氣22。潔凈/純凈的氧氣和氫氣被供給到燃料電池24。燃料電池24生成電26以向負載28提供電力并且在排放裝置30處產生廢熱和水。要指出的是，電解器和燃料電池可以組合在聯合的再生燃料電池中。
[0051]在水箱32中收集和存儲水，例如使用栗34以用于在電解器12中的更新使用。廢熱在熱學系統中重新使用以保持燃料電池和其它組件處于最佳工作溫度。還示出能量緩沖器，例如蓄電池36。
[0052]現在更詳細地描述各種功能。
[0053]太陽提供用于生成電的光伏裝置10的日曬。現有技術太陽能充電器將在所有溫度和輻照度水平之下尋找最佳工作點。以蓄電池形式的后備能量源36在沒有陽光的情況下開始過程。
[0054]從本地水箱向固體聚合物電解器12(“SPE”)供給水并且從PV向其供給電，以拆分水來生成氫氣(H2)和氧氣(02)。SPE 12可以生成高達20-30巴的適度壓力并且實現自適應控制以應對太陽能電力輪廓的間歇性。控制系統實現動態控制策略以在間歇性太陽能輪廓之下最大化H2 (和02)產生。這種新功能與太陽能充電器中的最大電力點追蹤(“MPPT”)相當:系統將總是在更改的電力條件之下尋找SPE的最佳的工作點。
[0055]以避免腐蝕和非安全條件的方式將02釋放到空氣中。傳感器可以檢測風流動速度。系統可以使用該信息來確定在平靜時段期間釋放02是否“安全”。如果否，則系統可以最終決定停止卸載02:這可以例如通過停止電解器或者臨時將一些氣體存儲在小緩沖器中或者完全不同的策略來發生以防止非安全條件。
[0056]來自SPE 12的所得H2氣體直接地或者經由電解器和電化學壓縮器之間的緩沖器而定向到電化學壓縮器14。電化學壓縮器將氣體壓縮至高壓并且將這存儲在氫氣壓力容器16中。該步驟將消耗電氣能量。電化學壓縮器可以是分離的組件或者可以集成到氫氣存儲壓力容器中。控制系統尋找用于電化學壓縮器的最佳工作點以能夠應對波動的H2供應，如由于電解器由間歇式太陽能電力所驅動而可能發生的那樣。控制系統還將實現抵抗反擴散的策略，例如利用閥或螺線管。
[0057]當再生燃料電池(“RFC”)系統接通負載28時，燃料電池發電機可以直接提供電以便為負載供電和/或系統可以使用負載28和發電機24之間的能量緩沖器36 (例如蓄電池)以在負載將例如實現夜晚(的部分)期間的自適應調光或在太陽能消逝或其它間歇式照明事件期間接通時促進負載波動的緩沖。該自適應調光控制響應于環境光條件而適配照明水平，例如基于光感測或者根據日/夜時間而逐步地。
[0058]反應氣體必須提供給燃料電池發電機以能夠生成電力。基于質子交換隔膜(“PEM”)技術的燃料電池要求H2和02以用于其化學過程。
[0059]反應氣體氫氣從氫氣壓力容器16饋送。電化學(解)壓縮器14從包含在經壓縮的氫氣氣體的壓力中的能量提取電氣電力。電化學(解)壓縮器14將來自氫氣壓力容器16的高壓擴張到燃料電池發電機24的較低輸入壓力。在該步驟期間，電化學(解)壓縮器將“生成”電氣能量。控制系統尋找電化學(解)壓縮器的最佳工作點以能夠應對最終波動的H2需求，如在燃料電池發電機將必須適配于波動的負載(例如自適應調光)時可能發生的那樣。
[0060]控制系統還實現用于安全性的策略，例如利用閥或螺線管。典型地2-5巴的小過壓增加PEM燃料電池中的性能。公知的是，反應氣體的適度過壓得出更高的燃料電池性能。
[0061]驅動化學燃料電池反應所要求的氧氣通過氧氣集中器20從環境空氣產生。氧氣生成器20過濾環境空氣并且移除微量的C0，其可能在例如城市或工業場所中的污染空氣中出現。由于C0對于PEM燃料電池的隔膜是有毒的并且C0將使燃料電池發電機的壽命降級，所以氧氣集中器將增加燃料電池發電機的壽命。公知的是，純凈和潔凈的氧氣得出更高的燃料電池性能和更長的壽命。
[0062]燃料電池發電機的化學反應將導致為負載供電的電，但是還有排放裝置處的水以及(廢)熱。水累積到水箱32中，水箱32可以由水栗和/或閥34支持。廢熱可以用于存儲水箱中的熱量以防止箱在非常冷的冬季條件下凍結:熱量可以用于加熱水或者將其“傾倒”至相變材料或完全不同的構件中。
[0063]水箱的合適熱學設計將確保要求最小量的能量來保持水為液體。除絕