Die Wasserstoffherstellung durch Elektrolyse ist eine viel versprechende Methode für die Speicherung vom intermittierenden Strom aus erneuerbaren Quellen. Darüber hinaus sind solche Technologien eine Unterstützung für den zukünftigen Energiemarkt. Hier wird Strom aus umweltfreundlichen Quellen erzeugt und in Form von Wasserstoff mit höherem Druck gespeichert. Somit spielen die Elektrolyseure eine enorm wichtige Rolle bei der Energiewende, da die modernen Elektrolyseure in der Lage sind, Wasserstoff mit höherem Druck zu erzeugen. Derzeit werden zwei Technologien für den Bau von Wasserelektrolyseuren in den industriellen Anwendungen zum Einsatz verfolgt, alkalische und Polymer-Elektrolyte-Membran Elektrolyseure. Im Rahmen dieser Doktorarbeit werden die beiden Elektrolyseure untersucht und verglichen. Die Experimente wurden im Rahmen einer intermittierenden Lastbeaufschlagung definiert und durchgeführt. Polymer-Elektrolyte-Membran Elektrolyseure arbeiten im Leistungsbereich von 0 bis 150 %. Hingegen sind alkalische Elektrolyseure in einem Leistungsbereich von 10 bis 100 % zu betreiben. Diese Charakteristik führt dazu, dass man alkalische Elektrolyseure nicht bei einem stark intermittierenden Betrieb mit Strom aus erneuerbaren Quellen einsetzen könnte, da der Elektrolyseur in den Phasen ohne elektrischen Strom herunterfahren werden muss. Dies kann zu einer Verkürzung der Lebensdauer führen. Elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen hat typischerweise Unterbrechungen in ihren charakteristischen Kurven. Speichermethoden sind deshalb in elektrischen Energienetzen mit groÿem Anteil an Wind und Photovoltaik von enormer Bedeutung. Solche Speichermethoden, bestehend unter anderem aus Elektrolyseuren, können die Netzstabilität erhöhen, indem sie den überschüssigen Strom aus erneuerbaren Quellen aufnehmen. Hochdruckelektrolyseure zählen derzeit zu den effizientesten Methoden für die Wasserstoffherstellung, bei denen außerdem am wenigsten CO2 freigesetzt wird. Stand der Technik ist ein wasserstoffseitiger Arbeitsdruck von 10 bis 50 bar. Hierdurch kann die erste Verdichterstufe entfallen, und der Elektrolyseur liefert den Wasserstoff zum Speicher mit einem hohen Druck zu der nächsten Stufe. Auf Basis der Ergebnisse, die von der Simulation bzw. durch die Systemstudien erreicht wurden, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Teststand bestehend aus einem Polymer- Elektrolyte-Membran Elektrolyseur installiert und betrieben. Dabei wurde das Hardware-in-the-Loop Konzept angewendet. Um die Betriebsszenarien zu simulieren, wurde deshalb eine Datenbank bestehend aus Stromdaten von Photovoltaik- bzw. Windkraftanlagen in einem Zeitraum von zwei Jahren gesammelt. Darüber hinaus wurde eine Software zur Durchführung der Hardware-in-the-Loop Simulation programmiert, um die Elektrolyseure unter intermittierender Lastbeaufschlagung betreiben zu können. Dadurch ist man in der Lage, die verschiedenen Szenarien zu simulieren, um eine optimierte Kombination von Photovoltaik zu Windkraft oder eine bestmögliche Kombination eines alkalischen zu einem Polymer-Elektrolyte-Membran Elektrolyseures zu definieren. Ziel ist es, eine maximale Produktionsrate vom Wasserstoff zu erreichen, und gleichzeitig die Betriebszeiten zu verbessern. Diese Arbeit betrachtet ebenfalls die Anwendung von Elektrolyseuren für Raumfahrtmissionen. Voraussetzung dafür ist, dass der Elektrolyseur mit Strom aus Primärquellen betrieben wird. Die elektrische Energieversorgung ist einer der wichtigsten Bestandteile vieler Raumfahrtmissionen. Die Masse von elektrischen Energiesystemen eines Raumfahrzuges oder einer Raumstation beträgt üblicherweise bis 20% der Gesamtmasse und sie machen 20 bis 30% der gesamten Kosten aus. Elektrische Energiesysteme spielen daher bei einer Raumfahrtmission eine wichtige Rolle, und jede Optimierung in dem Bereich kann zur Einsparung in der Masse und Kosten führen. Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit kann eine Kombination von PV und WT als ein elektrisches Energiesystem für Marsmissionen in der Äquatorialebene oder in der Polarregion betrachtet werden. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit die Grundlagen für solche Kombinationen untersucht.
