DE102012213907A1

DE102012213907A1 - Photovoltaikspeichersystem

Info

Publication number: DE102012213907A1
Application number: DE102012213907.9A
Authority: DE
Inventors: Armin U. Schmiegel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2014-02-06
Also published as: WO2014023724A3; WO2014023724A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (20) zur Verwendung in einer Erzeuger-/Verbraucher-Anordnung (1) zum Erzeugen und Verbrauchen elektrischer Energie, und die Anordnung umfasst mehrere elektrische Verbraucher (8), von denen wenigstens einer ein steuerbarer Verbraucher ist, einen regenerativen Energieerzeuger (2), insbesondere eine Solaranlage (2), zum Erzeugen elektrischer Energie, einen elektrischen Zwischenspeicher (6), zum Speichern elektrischer Energie und eine Einspeisemesseinheit (22), die den Lastfluss vom Haus()in ein elektrisches Versorgungsnetz (16) oder die aktuellen Verbrauch (8) misst, wobei die Steuervorrichtung (20) dazu vorbereitet ist, den steuerbaren Verbraucher abzuschalten oder in seinem Verbrauch zu reduzieren, wenn der regenerative Energieerzeuger (2) mehr elektrische Leistung erzeugt, als die Verbraucher (8) der Anordnung (1) aktuell zusammen verbrauchen, und/oder wobei die Steuervorrichtung (20) dazu vorbereitet ist, den steuerbaren Verbraucher zuzuschalten oder in seinem Verbrauch zu erhöhen, wenn der regenerative Energieerzeuger (2) weniger elektrische Leistung erzeugt, als die Verbraucher (8) der Anordnung (1) aktuell zusammen verbrauchen und/oder ein Leistungshub ΔP den Betrag der Differenz zwischen der aktuell erzeugten Leistung des regenerativen Energieerzeugers (2) und der verbrauchten Leistung der Verbraucher (8) der Anordnung (1) bezeichnet, und die Steuervorrichtung (20) dazu vorbereitet ist, die Anordnung (1) so zu steuern, insbesondere den wenigstens einen steuerbaren Verbraucher so zu- oder abzuschalten oder in seinem Verbrauch so zu erhöhen oder zu verringern, dass der Leistungshub ΔP vergrößert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Verwendung in einem Photovoltaikspeichersystem, sowie ein Photovoltaikspeichersystem als solches.
Photovoltaikspeichersysteme sind allgemein bekannt. Hierbei handelt es sich um ein System mit Photovoltaikmodulen, die aus Sonnenlicht Strom erzeugen und auch als Solargeneratoren bezeichnet werden. Weiterhin sind Verbraucher vorhanden, die den elektrischen Strom verbrauchen. Hierbei kann es sich insbesondere um Haushaltsverbraucher handeln und das Photovoltaikspeichersystem kann ein Einfamilienhaus oder ein Mehrfamilienhaus sein oder bspw. auch mehrere Haushalte, die zusammen den Solargenerator betreiben bzw. zusammen die elektrische Energie des Solargenerators nutzen. Grundsätzlich liegt hier der Selbstversorgungsgedanke zugrunde, demnach sich diese Haushalte durch den Solarstrom ihrer eigenen Solaranlage selbst versorgen. Dabei ist es unerheblich, ob diese Selbstversorgung bilanziell, d. h. über einen Austausch mit einem angeschlossenen elektrischen Netz, oder physikalisch, dass heißt über die Bildung eines Inselnetzes erfolgt. Um Schwankungen der erzeugten Leistung seitens der Solargeneratoren als auch des Strombedarfs seitens der Verbraucher auszugleichen, können elektrische Zwischenspeicher vorgesehen sein. Wird mehr elektrische Leistung erzeugt als verbraucht, kann diese zwischengespeichert werden. Wird weniger elektrische Leistung erzeugt als von den Verbrauchern benötigt wird, kann entsprechende zusätzliche Leistung aus dem Zwischenspeicher zum Ausgleichen verwendet werden.
PV-Speichersysteme sind bspw. bekannt aus M. Castillo-Cagigal, A Gutiérrez, F. Monasterio-Huelin, E. Caamano-Martin, D. Masa, and J. Jimenez-Leube, "A semi-distributed electric demand-side management system with PV generation for self-consumption enhancement", Energy Conversion and Management, vo.. 52, no. 7, pp. 2659–2666, Jul. 2011; M. Castillo-Cagigal et al., "Self-consumption of PV electricity with active demand side management: The Gedelos-PV System", in Proceedings of the 25th European photovoltaic and solar energy conference, 2010, no. September, pp. 6–10; E. Caamano-Martin et al., "Optimizing PV use through active demand side management", in 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 21–25 September 2009, Hamburg, Germany, 2009, no 1; DE 20 2008 015 537 , DE 696 03 155 T2 und DE 60 2004 010 559 T2 .
Wenn dauerhaft, also insbesondere bedingt durch die Dimensionierung der Solaranlage, zu viel Leistung vorhanden ist, kann diese insbesondere mittels einer Einspeiseeinheit in ein angeschlossenes elektrisches Versorgungsnetz eingespeist werden und ist vom Betreiber des elektrischen Versorgungsnetzes zu vergüten. Ebenso kann bei einem dauerhaften Energieunterangebot in dem PV-Speichersystem, insbesondere wenn die Solaranlage für die angeschlossenen Verbraucher zu klein dimensioniert ist, Strom aus dem angeschlossenen elektrischen Versorgungsnetz entnommen werden und muss entsprechend bezahlt werden.
Weiterhin ist es bekannt, in einem solchen Photovoltaikspeichersystem, das auch als PV-Speichersystem abgekürzt werden kann, steuerbare Verbraucher vorzusehen. Solche steuerbaren Verbraucher sind tolerant hinsichtlich ihrer zeitlichen Verwendung. D. h. sie können in gewissen Grenzen zu einem beliebigen Zeitpunkt ein- oder ausgeschaltet werden oder ggf. auch in ihrem Verbrauch quantitativ eingestellt werden. Bspw. ist ein Kühlschrank oder Kühlhaus ein verhältnismäßig träges Systems, bei dem das Kühlaggregat häufig problemlos bspw. eine halbe Stunde eher oder eine halbe Stunde später eingeschaltet werden kann. Liegt also bspw. kurzfristig ein Leistungsunterangebot vor, weil sich bspw. eine Wolke vor die Solaranlage geschoben hat, kann der steuerbare Verbraucher ausgeschaltet werden oder zunächst nicht eingeschaltet werden, bis sich die Situation wieder verändert hat. Ebenso kann der Verbraucher zugeschaltet werden, wenn gerade ein Energieüberangebot vorliegt, das auch durch einen geringen Leistungsbedarf begründet sein kann.
Das beschriebene Konzept weist jedoch in der praktischen Umsetzung einige Nachteile auf. Insbesondere kann es sich in bestimmten Situationen als sehr ineffizient herausstellen. Wird nämlich elektrische Leistung in den Zwischenspeicher eingespeichert oder aus dem Zwischenspeicher entnommen, so wird für diesen Vorgang auch Energie benötigt. Besonders dann, wenn wenig Leistung in den Zwischenspeicher eingespeist oder wenig Leistung aus dem Zwischenspeicher entnommen wird, wird im Verhältnis dazu viel Leistung für den Speichervorgang bzw. den Entnahmevorgang benötigt. Die Verluste sind hierbei also sehr groß und können im Ergebnis für das gesamte System zu einer gewissen Ineffizienz führen.
Ähnliches gilt für das Einspeisen elektrischer Energie in das elektrische Versorgungsnetz. Wird nur wenig Leistung eingespeist, ist der Anteil der Verlustleistung der Einspeiseeinheit, also insbesondere eines entsprechenden Wechselrichters, vergleichsweise groß und wirkt sich in der Gesamtenergiebilanz nachteilig aus.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, wenigstens eines der o. g. Probleme zu adressieren und Verbesserungen vorzuschlagen. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, bei der ein PV-Speichersystem effizienter genutzt werden kann. Zumindest soll eine Alternative vorgeschlagen werden.
Erfindungsgemäß wird eine Steuervorrichtung nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Diese Steuervorrichtung ist für die Verwendung in einem PV-Speichersystem vorbereitet, nämlich einer Anordnung zum Erzeugen und Verbrauchen elektrischer Energie. Diese Anordnung, also das PV-Speichersystem, umfasst mehrere elektrische Verbraucher, von denen wenigstens einer ein steuerbarer Verbraucher ist. Weiterhin umfasst die Anordnung einen regenerativen Energieerzeuger, insbesondere eine Solaranlage, zum Erzeugen elektrischer Energie, nämlich im Ergebnis elektrischen Stroms. Weiterhin umfasst die Anordnung einen elektrischen Zwischenspeicher zum Speichern elektrischer Energie. Schließlich umfasst diese Anordnung auch eine Einspeisemesseinheit zum Messen in das elektrische Versorgungsnetz eingespeisten Stroms und/oder daraus entnommenen Stroms. Eine Einspeiseeinheit kann vorgesehen, und insbesondere als Frequenzumrichter oder Frequenzwechselrichter ausgebildet sein.
Die hierfür vorbereitete Steuervorrichtung ist nun so vorbereitet, dass der steuerbare Verbraucher abgeschaltet oder in seinem Verbrauch reduziert wird, wenn der regenerative Energieerzeuger mehr elektrische Leistung erzeugt, als die Verbraucher der Anordnung aktuell zusammen verbrauchen. Die Steuervorrichtung ist also entsprechend mit dem Verbraucher direkt oder indirekt gekoppelt oder für eine solche Kopplung vorbereitet und kann ihn in der beschriebenen Weise steuern, nämlich abschalten oder in seinem Verbrauch reduzieren. Dabei wird vorgeschlagen, dass der steuerbare Verbraucher bei einem Energieüberangebot abgeschaltet oder in seiner Leistung reduziert wird. Es wird als im Grunde genau das Gegenteil von dem gemacht, was bisherige Systeme vorschlagen. Nämlich statt den steuerbaren Verbraucher zum Verbrauchen zumindest eines Teils der überschüssigen Leistung zu verwenden, wird vorgeschlagen, ihn abzuschalten oder zu reduzieren. Im Ergebnis wird das vorhandene Leistungsüberangebot in dem PV-Speichersystem noch erhöht. Genau dieser Effekt ist erfindungsgemäß auch gewünscht, nämlich dieses Leistungsüberangebot, das dem Betrage nach als Leistungshub bezeichnet wird, zu erhöhen. Ist dieser Leistungshub groß, arbeiten die anderen Systeme, nämlich der elektrische Zwischenspeicher und/oder die Einspeiseeinheit effizient.
Entsprechend wird außerdem oder alternativ vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung dazu vorbereitet ist, den steuerbaren Verbraucher zuzuschalten oder in seinem Verbrauch zu erhöhen, wenn der regenerative Energieerzeuger weniger elektrische Leistung erzeugt, als die Verbraucher der Anordnung in dem Moment zusammen verbrauchen. Demnach wird also vorgeschlagen, den steuerbaren Verbraucher zuzuschalten oder in seinem Verbrauch zu erhöhen, wenn ein Leistungsunterangebot besteht. Es wird also vorgeschlagen, dieses Leistungsunterangebot noch zu verstärken. Somit wird auch hier die Differenz zwischen Leistungsangebot und Leistungsbedarf dem Betrage nach erhöht. Es wird also auch hier vorgeschlagen, den Leistungshub zu erhöhen. Entsprechend arbeitet nun auch der Zwischenspeicher bei der Abgabe elektrischer Leistung effizienter, so dass die Gesamteffizienz des Systems erhöht werden kann.
Zum Erfassen des aktuellen Lasthubs, insbesondere um diesen hinreichend genau zu messen, ist eine Einspeisemesseinheit vorgesehen. Diese misst den in das elektrische Versorgungsnetz eingespeisten Strom bzw. den daraus entnommenen Strom, um dadurch den aktuellen Lasthub zu erfassen. Gemäß einer Variante ist eine solche Lastmesseinheit 3-phasig an einem Einspeisepunkt vorgesehen, nämlich an einem Punkt an dem die Erzeuger-/Verbraucheranordnung, die generell auch als Erzeuger-/Verbrauchersystem bezeichnet werden kann, elektrisch mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden ist. Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine solche Messeinheit auch an anderen Stellen vorgesehen sein, wie bspw. an einer Verbindung zu angeschlossenen Verbrauchern, oder anderswo in dem Wechselspannungsnetz der Erzeuger-/Verbraucheranordnung. Die Messeinheit kann bspw. auch im Wechselrichter angeordnet sein. Ebenfalls kommt ergänzend oder alternativ in Betracht, dass die Messeinheit nur 1-phaisg oder 2-phasig misst und/oder ausgebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu vorbereitet, die Anordnung insgesamt so zu steuern, insbesondere nämlich den wenigstens einen steuerbaren Verbraucher so zu- oder abzuschalten oder in seinem Verbrauch zu erhöhen oder zu verringern, dass der Leistungshub vergrößert wird.
Erfindungsgemäß wurde nämlich erkannt, dass es für den erfolgreichen Betrieb eines Photovoltaikspeichersystems sinnvoll ist, eine Effizienzbetrachtung vorzunehmen, anhand derer entschieden wird, in wieweit das Laden oder Speichern einer bestimmten Leistung sinnvoll ist. Maßgeblich oder zumindest wichtig ist dabei der Leistungshub ΔP, der sich aus der Differenz der momentan PV-Leistung, also der momentanen erzeugten Leistung, und der momentanen verbrauchten Leistung, insbesondere der momentanen Haushaltsleistung ergibt. Weiterhin ist der Einspeisetarif C_i, der Eigenverbrauchstarif c_EV und der Strompreis c_S wichtig.
Für PV-Speichersysteme, die eine Gleichspannungstopologie verwenden, entscheidet der sog. Ertragsfaktor k über die Be- und Entladung eines elektrischen Speichers, insbesondere einer entsprechenden Batterie. Eine Gleichspannungstopologie, die auch als DC-Topologie bezeichnet wird, ist eine bei der der elektrische Zwischenspeicher, also die Batterie in dem System direkt an einen Gleichspannungskreis, insbesondere an einer Gleichspannungsseite eines Wechselrichters, die mit dem Solargenerator verbunden ist, angeschlossen ist. Der Ertragsfaktor k bestimmt sich bei dieser Speichersystemart vereinfacht nach der folgenden Formel: k = (c_Ev + c_S)η 2 / B,DC(ΔP) – c_i.
Hierbei ist η_B,DC, (ΔP) der Wirkungsgrad des Ladens bzw. Entladens der Batterie, der von dem Leistungshub ΔP abhängt, der Leistungshub ist dabei die Differenz aus PV-Leistung und den Haushaltslasten. Ist ΔP und k positiv, lohnt sich das Laden der Batterie. Ist ΔP negativ und k positiv lohnt sich die Entladung der Batterie. Ist k negativ sollte die Batterie nicht Be- oder Entladen werden. In diesem Fall erfolgt entweder eine erhöhte Einspeisung oder der Verbrauch bleibt ungedeckt.

Dabei ist

– Einspeisetarif c_i:	Der Strompreis für eingespeisten Strom
– Eigenverbrauchstarif c_EV:	Vergütung, die der Betreiber eines Photovoltaikspeichersystems für Strom erhält, der dort in den PV-Modulen erzeugt und dort in Verbrauchern verbraucht wird, so genannte Eigenverbrauchsvergütung
– Strompreis c_S:	Der Strompreis der für Strom zu bezahlen ist, der aus dem Netz bezogen wird.

Für Speichersysteme, die eine Wechselspannungstopologie verwenden, also eine Topologie bei der der elektrische Speicher, insbesondere eine elektrische Batterie, eigenständig mit einem Wechselspannungsnetz verbunden ist, an den die Verbraucher angeschlossen sind, berechnen sich der Ertragsfaktor k wie folgt: k = c_Ev + c_Sη 2 / B,DC(ΔP)η 2 / AC(ΔP) – c_i.
Hierbei ist η_AC der Wirkungsgrad des Wechselrichters, der benötigt wird, um aus der Batterie entnommene Gleichspannung in Wechselspannung umzuwandeln.
Es ist zu beachten, dass der Ertragsfaktor bei einer Wechselspannungstopologie, die auch als AC-Topologie bezeichnet wird, nur für den Fall einer Entladung gilt, weil das Laden des Speichers, nämlich insbesondere der Batterie, jedenfalls in Deutschland nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) als Eigenverbrauch gewertet wird, unabhängig von auftretenden Verlusten.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung dazu vorbereitet, so gesteuert zu werden, dass dann, wenn der Leistungshub einen vorbestimmten Untergrenzwert unterschreitet, der Verbraucher so zu- bzw. abgeschaltet wird oder in seinem Verbrauch so erhöht bzw. verringert wird, dass der Leistungshub einen vorbestimmten Obergrenzwert überschreitet, wobei der Obergrenzwert größer ist, als der Untergrenzwert, insbesondere wenigstens doppelt so groß, vorzugsweise wenigstens dreimal so groß, wie der Untergrenzwert. Es wird somit vorgeschlagen, dass das Abschalten oder im Verbrauch Reduzieren des steuerbaren Verbrauchers erst erfolgt, wenn die erzeugte elektrische Leistung des regenerativen Erzeugers nur wenig über der in dem Moment verbrauchten Leistung aller Verbraucher liegt, nämlich um weniger als diesen Untergrenzwert darüber liegt, bzw. es wird vorgeschlagen, dass der steuerbare Verbraucher erst dann zugeschaltet bzw. in seinem Verbrauch erhöht wird, wenn der regenerative Energieerzeuger nur etwas weniger Leistung erzeugt, als die Verbraucher der Anordnung in dem Moment zusammen verbrauchen, nämlich um weniger als den Untergrenzwert darunter liegt. Hierdurch wird erreicht, dass der Leistungshub dann erhöht wird, wenn er vergleichsweise gering ist und somit eine schlechte Effizienz vorliegt. Vorzugsweise wird der Leistungshub dann signifikant erhöht, um somit eine Effizienzsteigerung zu erreichen.
Vorzugsweise ist der Untergrenzwert des Leistungshubs variabel und wird abhängig von einem Gütekriterium bestimmt. Dieses Gütekriterium wird dabei abhängig von einem Wirkungsgrad des elektrischen Zwischenspeichers, nämlich abhängig von einem Wirkungsgrad des Ladens oder Entladens des elektrischen Zwischenspeichers, bestimmt. Außerdem oder alternativ hängt das Gütekriterium vom aktuellen Strompreis ab, nämlich dem Strompreis der für die Entnahme elektrischen Stroms aus dem angeschlossenen Versorgungsnetz zu bezahlen ist, und/oder ist abhängig von einem aktuellen Einspeisetarif, nämlich der aktuellen Vergütung für elektrischen Strom, der beim Einspeisen in das angeschlossene elektrische Versorgungsnetz in dem Moment vergütet würde. Außerdem oder alternativ wird das Gütekriterium abhängig von dem oben beschriebenen Ertragsfaktor k bestimmt, oder der beschriebene Ertragsfaktor k ist das Gütekriterium und der Verbraucher wird so zu- bzw. abgeschaltet oder in seinem Verbrauch so erhöht bzw. verringert, dass sich der Leistungshub erhöht, wenn der Ertragsfaktor k negativ ist.
Vorzugsweise wird der elektrische Zwischenspeicher und/oder der steuerbare Verbraucher abhängig von einem Effizienzkriterium gesteuert. Ein solches Effizienzkriterium sagt aus, wie effizient derzeit ein Speichern elektrischer Leistung in dem elektrischen Zwischenspeicher oder ein Entnehmen elektrischer Leistung aus dem elektrischen Zwischenspeicher wäre. Dabei wird die Gesamteffizienz der Erzeuger-/Verbraucher-Anordnung berücksichtigt. Dieses Effizienzkriterium, das aus auch als Gütekriterium bezeichnet werden kann, gibt einen Zahlenwert an, wobei die Effizienz umso höher ist, je größer dieser Zahlenwert ist. Auf eine solche Definition, nämlich dass ein höherer Effizienzwert eine Effizienz angibt, beziehen sich die Anmeldung und die entsprechenden vorgeschlagenen Ausführungsformen. Grundsätzlich kann natürlich auch der Wert genau umgekehrt definiert werden, wenn die entsprechenden Handlungskonsequenzen auch entsprechend angepasst werden.
Somit wird nun vorgeschlagen, dass der elektrischen Zwischenspeicher nur verwendet wird, wenn eine hohe Effizienz vorliegt. Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, den steuerbaren Verbraucher bei geringer Effizienz so anzusteuern, dass sich der Leistungshub erhöht und damit die Effizienz erhöht, wobei als Konsequenz dann der elektrische Zwischenspeicher verwendet werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass zum Ansteuern des steuerbaren Verbrauchers ein Leistungshub zugrundegelegt wird, der, wie oben beschrieben, die Differenz zwischen elektrischer Leistung des regenerativen Energieerzeugers und der verbrauchten Leistung der Verbraucher der Anordnung zugrundelegt. Der elektrische Zwischenspeicher wird hierbei nicht als Verbraucher betrachtet, und im Übrigen auch nicht als elektrischer Energieerzeuger betrachtet.
Als Effizienzkriterium kann bspw. der oben beschriebene Ertragsfaktor k zugrundegelegt werden. Dabei kann die Effizienzgrenze den Wert 0 annehmen. Der elektrische Zwischenspeicher würde also dann verwendet werden, wenn der Ertragsfaktor k und damit das Effizienzkriterium positiv ist. Ist k 0 oder negativ, überschreitet also den als Grenze festgesetzten Wert 0 nicht, wird vorgeschlagen, den elektrischen Zwischenspeicher nicht anzusteuern.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung zum Steuern des Wechselrichters und/oder zum Steuern des elektrischen Zwischenspeichers und/oder zum Steuern des regenerativen Erzeugers vorbereitet. Insbesondere kann diese Steuervorrichtung mit wenigstens einer dieser drei Einheiten, nämlich dem Wechselrichter oder einer anderen Einspeiseeinheit, dem elektrischen Zwischenspeicher und dem regenerativen Erzeuger, verbunden sein. Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung in einem dieser Geräte eingebaut. Bspw. kann die Steuervorrichtung Teil des Wechselrichters sein und kann diesen damit auch steuern und außerdem über Steuerverbindungen mit dem elektrischen Zwischenspeicher und/oder dem regenerativen Erzeuger verbunden sein. Dabei übernimmt die Steuervorrichtung insbesondere Teile der Steueraufgaben, nämlich insbesondere das Vorgeben bestimmten Steuerziele. Die einzelnen Elemente, also bspw. der elektrische Zwischenspeicher oder regenerative Erzeuger, können dann eigene Steuereinrichtungen aufweisen und verwenden, bspw. einen Laderegler des elektrischen Zwischenspeichers oder einen sog. MPP-Tracker des regenerativen Energieerzeugers.
Vorzugsweise wird elektrische Leistung, die durch das Abschalten oder Reduzieren des gesteuerten Verbrauchers zusätzlich verfügbar geworden ist, it in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist und/oder sie wird in dem elektrischen Zwischenspeicher zwischengespeichert. Für elektrische Leistung, die durch das Zuschalten oder in der Leistung Erhöhen des gesteuerten Verbrauchers zusätzlich benötigt wird, wird vorgeschlagen, diese aus dem elektrischen Versorgungsnetz zu beziehen und/oder sie aus dem elektrischen Zwischenspeicher zu beziehen. Durch diesen Vorschlag wird ein Speichern elektrischer Leistung in den Zwischenspeicher, ein Einspeisen elektrischer Leistung in das angeschlossene Versorgungsnetz, ein Entnehmen elektrischer Leistung aus dem Zwischenspeicher und/oder Entnehmen elektrischer Leistung aus dem Versorgungsnetz in effizienterer Weise vorgeschlagen. Insbesondere das vorgeschlagene leistungshubabhängige Steuern des elektrischen Verbrauchers verschiebt dabei die Speicher-, Einspeise- oder Entnahmevorgänge und beeinflusst dadurch die Gesamteffizienz des gesamten Systems, also der gesamten Erzeuger-Kerbraucher-Anordnung. Somit wird nicht alleine auf die jeweils absolut vorhandene von dem regenerativen Energieerzeuger verfügbare Leistung geschaut und versucht hiervon soviel wie möglich in dem PV-Speichersystem zu verwerten bzw. es wird auch nicht nur versucht, so wenig wie möglich Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz zu entnehmen, sondern es wird die Gesamteffizienz der involvierten Elemente mit berücksichtigt, insbesondere der Effizienz zum Einspeichern elektrischer Leistung in dem Zwischenspeicher zum Entnehmen elektrischer Leistung aus dem Zwischenspeicher, als auch die Effizienz zum Einspeisen elektrischer Leistung in das Versorgungsnetz.
Vorzugsweise ist ein elektrischer Zwischenspeicher insbesondere über einen Batterieladeregler mit dem Gleichspannungszwischenkreis des Wechselrichters gekoppelt. Ein Laden oder Entladen bzw. ein Beladen oder Entladen des elektrischen Zwischenspeichers erfolgt dann direkt so, dass diese Energie dem elektrischen Zwischenkreis des Wechselrichters entnommen wird bzw. dort eingespeist wird. Dabei wird auch die vom Solargenerator bzw. von den Solarmodulen erzeugte Energie auf den Zwischenkreisspeicher direkt oder indirekt gegeben. Eine Steuerung kann nun so erfolgen, dass insbesondere ein elektronisches Managementsystem den Batterieladeregler Vorgaben zum Be- und Entladen und damit zum Be- und Entladen des Zwischenkreises gibt. Dieses Be- und Entladen wirkt sich somit unmittelbar auf diesen Gleichspannungszwischenkreis des Wechselrichters aus. Der Wechselrichter kann dann, insbesondere ohne weitere Informationen hierzu zu erhalten, aufgrund der vorhandenen Energie im Gleichspannungszwischenkreis seine Einspeisung anpassen. Er speist entsprechend nur die verfügbare Energie, insbesondere abhängig von einer Spannung im Gleichspannungszwischenkreis, in das angeschlossene Netz ein, nämlich in das angeschlossene Wechselspannungsnetz, was wiederum auch zu einer Einspeisung im Ergebnis in ein angeschlossenes Versorgungsnetz führen kann, je nach Bedarf der Verbraucher im Wechselspannungsnetz. Somit erfolgt also über dieses elektronische Managementsystem eine Steuerung des Wechselrichters in indirekter Weise, nämlich dadurch, dass der Batterieladeregler entsprechend mit Informationen, nämlich mit Vorgabewerten zum Be- und Entladen versorgt wird.
Ebenfalls wird ein Gebäudekomplex, insbesondere ein Wohngebäude mit einer oder mehreren Wohneinheiten, vorgeschlagen, wobei der Gebäudekomplex mit einer Steuervorrichtung gemäß wenigstens einer der vorstehend erläuterten Ausführungsformen ausgebildet ist. Ein solcher Gebäudekomplex umfasst mehrere elektrische Verbraucher, von denen wenigstens einer ein steuerbarer Verbraucher ist. Außerdem umfasst der Gebäudekomplex einen regenerativen Energieerzeuger, insbesondere eine Solaranlage, zum Erzeugen elektrischer Energie bzw. elektrischer Leistung. Der regenerative Energieerzeuger kann dabei bspw. auf einem Dach des Gebäudekomplexes angeordnet sein, wobei der Gebäudekomplex auch nur ein Haus umfassen könnte, oder der regenerative Energieerzeuger ist ganz oder teilweise separat aufgestellt. Weiterhin umfasst der Gebäudekomplex einen elektrischen Zwischenspeicher zum Speichern elektrischer Energie, um auch elektrische Leistung verfügbar zu haben, wenn der regenerative Energieerzeuger gerade nicht oder nicht genug Leistung erzeugen kann und eine Stromentnahme aus einem elektrischen Versorgungsnetz ungewünscht ist. Weiterhin oder alternativ umfasst der Gebäudekomplex einen Wechselrichter zum Einspeisen elektrischen Stroms in ein angeschlossenes elektrisches Wechselspannungsnetz. Ein solcher Wechselrichter oder andere Einspeiseeinheit erzeugt zum Einspeisen einen entsprechenden einphasigen oder dreiphasigen Wechselstrom mit jeweils benötigter Amplitude, Frequenz und Phase.
Vorzugsweise ist der steuerbare Verbraucher als eine variable Grundlast ausgebildet, oder der steuerbare Verbraucher umfasst eine variable Grundlast, oder der steuerbare Verbraucher ist Teil einer variablen Grundlast. Insbesondere fällt unter eine solche variable Grundlast ein Warmwasserspeicher, eine Kühlanlage oder eine Wärmepumpe. Solche variablen Grundlasten sind Verbraucher, die regelmäßig elektrische Leistung benötigen, aber in gewissen Grenzen, insbesondere in gewissen zeitlichen Grenzen, variabel zu- oder abgeschaltet werde können. Vorzugsweise können sie auch variabel in ihrer Leistung gedrosselt bzw. erhöht werden, wenn die Leistung zuvor gedrosselt, und/oder auf 0 gedrosselt war.
Vorzugsweise wird ein Wechselrichter zum Wandeln eines elektrischen Gleichstroms in einen elektrischen Wechselstrom vorgeschlagen, der zur Verwendung in einem Gebäudekomplex gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen ist und/oder der eine Steuervorrichtung gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen umfasst. Mit anderen Worten ist es gemäß einer Ausführungsform vorteilhaft, einen Wechselrichter mit einer beschriebenen Steuervorrichtung zu kombinieren. Beides kann bereits bei der Fertigung aufeinander abgestimmt werden und vorteilhafter Weise auch in einem Gehäuse untergebracht sein.
Im Übrigen wird erfindungsgemäß auch ein Verfahren vorgeschlagen, das genauso funktioniert bzw. arbeitet, wie im Zusammenhang mit wenigstens einer der Ausführungsformen der Steuervorrichtung vorstehend beschrieben wurde bzw. nachfolgend noch beschrieben werden wird.
Nachfolgend wird die Erfindung nun anhand von Ausführungsformen beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben.
1 zeigt ein PV-Speichersystem in einer DC-Topologie.
2 zeigt ein PV-Speichersystem in einer AC-Topologie.
3 zeigt ein Diagramm, das die Häufigkeit unterschiedlicher Leistungshübe sowie zugehörige Ertragsfaktoren darstellt, wobei ein PV-Speichersystem in DC-Topologie zugrundliegt.
4 zeigt ein Diagramm, das die Häufigkeit unterschiedlicher Leistungshübe sowie gehörige Ertragsfaktoren darstellt, wobei ein PV-Speichersystem in AC-Topologie zugrundeliegt.
5 zeigt zwei Leistungsverläufe über einen Tagesablauf bei Verwendung unterschiedlicher Steuerung.
Nachfolgend können ähnliche, aber nicht identische Elemente mit gleichen Bezugszeichen zur Verdeutlichung ihrer grundsätzlichen Übereinstimmung verwendet werden. Insbesondere Schaltblöcke stehen hierbei üblicherweise für Elementeklassen oder Geräteklassen.
Das PV-Speichersystem 1 umfasst im Wesentlichen ein PV-Modul 2 zum Erzeugen eines elektrischen Gleichstroms, einen Wechselrichter 4 zum Wandeln eines elektrischen Gleichstroms in einen elektrischen Wechselstrom, einen Batteriespeicher 6 zum Zwischenspeichern elektrischer Energie und eine Verbraucheranordnung 8, die mehrere Verbraucher, einschließlich eines steuerbaren Verbrauchers umfasst.
Ein PV-Speichersystem kann auch als Erzeuger-/Verbraucher-Anordnung bezeichnet werden. Das PV-Modul 2 des PV-Speichersystems 1 steht repräsentativ für einen regenerativen Energieerzeuger, insbesondere einen Solargenerator. Auf die interne Topologie dieses repräsentativ genannten PV-Moduls 2 kommt es nicht an. Zum Einstellen eines vorteilhaften Arbeitspunktes des PV-Moduls, also zum Einstellen möglichst optimaler Werte für Ausgangsspannung und Ausgangsstrom des PV-Moduls 2 im Hinblick auf die gerade vorhandene Sonneneinstrahlung des PV-Moduls 2, ist ein sogenannter MPP-Tracker 10 vorgesehen. Der MPP-Tracker 10, der hier auch repräsentativ für mehrere MPP-Tracker steht, stellt dann einen entsprechenden Gleichstrom bzw. eine entsprechende Gleichspannung an einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis 12 bereit, der hier der Einfachheit halber als ein Kondensator dargestellt ist. Ausgehend von der Gleichspannung an diesem Gleichspannungszwischenkreis 12 erzeugt der Wechselrichter 4 dann eine Wechselspannung, die in ein internes Netz 14 gegeben wird, nämlich ein für das PV-Speichersystem 1 internes elektrisches Wechselspannungsnetz 14, das auch ein dreiphasiges elektrisches internes Netz 14 sein kann.
Dieses elektrische interne Netz 14 ist mit der Verbraucheranordnung 8 gekoppelt und versorgt dort die Verbraucher. Diese Verbraucher können insbesondere Haushaltsverbraucher sein, so dass die Verbraucheranordnung 8 auch mit der Bezeichnung ”Haushalt” versehen ist.
Aus dem elektrischen internen Netz 14 kann auch in ein elektrisches Versorgungsnetz 16 eingespeist werden und es kann auch elektrische Energie aus dem elektrischen Versorgungsnetz 16 entnommen werden und dann direkt in dem internen Netz 14 bereitstehen.
Gemäß der DC-Topologie, die in 1 gezeigt ist, ist die Batterie 6 bzw. der Batteriespeicher 6 über einen Batterieladeregler 18 direkt an dem Gleichspannungszwischenkreis 12 angeschlossen. Von hier kann der Batteriespeicher 6 über den Batterieladeregler 18 elektrische Leistung aufnehmen oder über dem Batterieladeregler 18 an den Gleichspannungszwischenkreis 12 abgeben.
Für eine zentrale Steuerung ist die Steuervorrichtung 20 vorgesehen, die insbesondere mit dem Wechselrichter 4 und der Verbraucheranordnung 8 gekoppelt ist. Eine solche Steuervorrichtung 20 kann auch als elektronisches Managementsystem EMS bezeichnet werden. Diese Steuervorrichtung 20, die gemäß dieser Ausführungsform, aber auch ganz allgemein, als zentrale Steuervorrichtung bezeichnet werden kann, steuert im gezeigten Beispiel die Verbraucheranordnung 8 und dort wenigstens einen steuerbaren Verbraucher, der durch diese zentrale Steuervorrichtung gezielt zu- oder abgeschaltet werden kann und vorteilhafterweise auch gezielt in seiner Leistungsaufnahme erhöht oder verringert werden kann.
Außerdem kann die zentrale Steuervorrichtung entsprechend den Wechselrichter 4 ansteuern, zumindest hinsichtlich Vorgabewerten. Über die Kopplung der zentralen Steuervorrichtung 20 mit der Verbraucheranordnung 8 und dem Wechselrichter 4 werden zudem Informationen, die hier vorliegen, ausgewertet und übertragen. Je nach Leistungsabnahme der Verbraucheranordnung 8 und entsprechend auch je nach Einspeisung elektrischer Leistung durch den Wechselrichter 4 in das interne Netz 14 kann sich die verfügbare Leistung am Gleichspannungszwischenkreis 12, je nach Leistungsangebot durch das PV-Modul 2, erhöhen oder verringern und entsprechend kann der Batteriespeicher 6 zu einem Ausgleich führen. Entsprechend kann das Laden oder Entladen der Batterieladeregler 18 steuern, der hierfür entweder je nach Leistung, insbesondere messbarer Spannung am Gleichspannungszwischenkreis 12, ein Laden oder Entladen steuert oder der entsprechende Steuersignale erhält. Hierfür kann eine Kopplung mit der Steuervorrichtung 20 vorgesehen sein, die in 1 nicht dargestellt ist.
Weiterhin ist eine Einspeisemesseinheit 22 vorgesehen, die bedarfsabhängig elektrische Leistung von dem internen Netz 14 in das elektrische Versorgungsnetz 16 erfasst. Sie kennt den aktuellen Leistungsbedarf des Gesamthaushaltes und liefert diese Daten an das EMS.
2 zeigt eine andere Ausführungsform eines PV-Speichersystems 1', nämlich das eine AC-Topologie zeigt. Es weist ebenfalls ein PV-Modul 2, einen Wechselrichter 4, einen Batteriespeicher 6, eine Verbraucheranordnung 8 sowie einen MPP-Tracker 10, der auch repräsentativ für mehrere MPP-Tracker stehen kann, einen Gleichspannungszwischenkreis 12 und ein internes Netz 14 auf. Das interne Netz 14 ist ebenfalls über eine Einspeisemesseinheit 22 mit einem elektrischen Versorgungsnetz 16 verbunden.
Die AC-Topologie der 2 weist jedoch eine Struktur auf, bei der der Batteriespeicher 6 über den Batterieladeregler 18 an einen Batteriezwischenspeicher 24 gekoppelt ist. Der Batteriezwischenspeicher 24, der im Grunde wie der Gleichspannungszwischenkreis 12 aufgebaut ist, ist über einen Batteriewechselrichter 26 mit dem internen Wechselspannungsnetz 14 gekoppelt. Der Batteriewechselrichter 26 kann zum Laden des Batteriespeichers 6 elektrische Energie aus dem internen Wechselspannungsnetz 14 an dem Batteriezwischenspeicher 24 mittels Gleichrichtung bereitstellen. Von diesem Batteriezwischenspeicher 24 kann der Batterieladeregler die entsprechende Energie bzw. Leistung verwenden und die Batterie damit aufladen. Umgekehrt wird zum Entladen der Batterie der Batterieladeregler 18 verwendet, um entsprechende Leistung bzw. Energie an den Batteriezwischenspeicher 24 als Gleichspannung bereitzustellen. Diese als Gleichspannung bereitgestellte Leistung wird dann von dem Batteriewechselrichter 26 wechselgerichtet und in das interne Netz 14 zur weiteren Verwendung eingespeist.
Zum zentralen Steuern ist auch hier eine Steuervorrichtung 20' vorgesehen, die gemäß der gezeigten Ausführungsform aber zwischen der Verbraucheranordnung 8 und dem Batteriewechselrichter 26 gekoppelt ist. Insbesondere die Steuerung wenigstens eines steuerbaren Verbrauchers der Verbraucheranordnung 8 im Zusammenspiel mit der Verwendung des Batteriespeichers 6, die letztlich durch den Batteriewechselrichter 26 mit gesteuert wird, ist wichtig. Auch hier kann schließlich der Batterieladeregler 18, abhängig von der am Batteriezwischenspeicher 24 verfügbaren Leistung, den Batteriespeicher 6 laden oder entladen. Auch hier sind vorzugsweise weitere Verbindungen der Steuervorrichtung 20' mit weiteren Elementen vorhanden, wie dem Wechselrichter 4 und/oder dem PV-Modul 2 und/oder dem MPP-Tracker und/oder der Einspeisemesseinheit 22, um diese anzusteuern und/oder um Messwerte dieser Elemente zu berücksichtigen.
3 und 4 zeigen jeweils eine Häufigkeit unterschiedlicher Leistungshübe als Balkendiagramm und dazu in Abhängigkeit des jeweiligen Leistungshubs einen Ertragsfaktor, nämlich den Ertragsfaktor k wie er oben beschrieben bzw. auch als Gleichung angegeben ist. Die 3 betrifft dabei eine DC-Topologie, nämlich wie in 1 gezeigt, und 4 betrifft eine AC-Topologie, wie nämlich in 2 gezeigt. Entsprechend ist auch die Gleichung von dem Ertragsfaktor k für 3 für die DC-Topologie und für 4 für die AC-Topologie zugrundegelegt. Beide 3 und 4 zeigen dabei mit dem Balkendiagramm 50 die Auswertung von Daten, die über ein gesamtes Jahr aufgenommen wurden. Demnach ist der 3 zu entnehmen, dass ein sehr kleiner Leistungshub, nämlich von etwa 200 W, über das Jahr verteilt über 11.000-mal aufgetreten ist. Der nächst häufigste Wert war ein Leistungshub von etwa 400 W, der etwa nur 2.000-mal in demselben Jahr aufgetreten ist.
Die Ertragsfaktorkennlinie 52 ist in Abhängigkeit des Leistungshubs, der in obiger Formal als ΔP bezeichnet ist, aufgetragen. Hier wurden konkrete Werte eingetragen, die jeweils über das Jahr verteilt zugrundelagen, wobei ggf. Mittelwerte verwendet wurden, soweit Werte schwankten. Bei diesem Ertragsfaktor, der als Ertragsfaktorkennlinie 52 abgetragen ist, ist das Speichern elektrischer Energie in dem Batteriespeicher, also dem elektrischen Zwischenspeicher, erst effizient, wenn der Wert größer als 0 ist. Die 3 zeigt dabei, dass für die meisten aufgetretenen Leistungshübe, die in 3 durch einen ersten senkrechten Balken dargestellt werden, der zugehörige Ertragsfaktor unter 0 liegt und damit ein Speichern elektrischer Leistung und Entnehmen elektrischer Leistung aus dem Speicher nicht anzuraten, also ineffizient wäre. Schon eine Einspeicherung oder Leistungsentnahme aus dem Speicher bei einem Leistungshub von etwa 400 W würde zu einem positiven Ertragsfaktor führen und daher wird vorgeschlagen, die Erzeuger-/Verbraucher-Anordnung so anzusteuern bzw. eine entsprechende Steuervorrichtung zu verwenden, dass sich der Leistungshub zu einem höheren Wert, wenigstens von 400 W, hin verschiebt. Wenn es geling, den Leistungshub noch weiter zu verschieben, so dass er bspw. 600 W beträgt, was dem dritten Balken der 3 entspricht, ergäbe sich eine noch höhere Effizienzsteigerung, was entsprechend vorgeschlagen wird.
Ein ähnliches Ergebnis zeigt auch 4 für die AC-Topologie, wobei sich ein positiver Wert für den Ertragsfaktor erst bei einem Leistungshub von 800 W ergibt. Die Verteilung der Leistungshübe ist bei der DC-Topologie gemäß 3 und der AC-Topologie gemäß 4 ganz ähnlich.
Beide Figuren zeigen somit den Ertragsfaktor in Abhängigkeit des Leistungshubs und ein Histogramm der tatsächlich beobachteten Leistungshübe, wie sie in einem zugrundegelegten Haushalt vorgekommen sind. Ein Großteil der Leistungshübe findet somit in einem Bereich statt, in dem sich die Batterienutzung nicht rechnet, weil der Ertragsfaktor negativ ist, d. h. die Einspeisevergütung ist höher als die durch spätere Nutzung zu erwartenden Erträge.
Zum Beheben oder Verringern dieses Problems werden zwei Möglichkeiten vorgeschlagen, die auch kombiniert werden können. Zum Einen besteht die Möglichkeit eine Be- und Entladestrategie zu entwickeln, die den Ertragsfaktor berücksichtigt, zum Anderen kann aber auch durch Modifikation des Leistungshubs ein effizienteres Verhalten erreicht werden.
Es wird hier insbesondere vorgeschlagen, die Nutzung eines sog. Lastmanagements, das auch im Englischen mit dem Begriff ”Demand Side Management” bezeichnet und deshalb allgemein gebräuchlich mit DSM abgekürzt wird, auch hinsichtlich einer Speicherung und entsprechend Entnahme aus einem Speicher zu verbessern. Üblicherweise hat man bisher DSM-Verfahren verwendet, um den Verbrauch im Haushalt in Zeiten hoher Photovoltaikproduktion oder billiger Strompreise zu erhöhen und in Zeiten niedriger PV-Produktion oder teurer Strompreise zu verringern. Ein solches System war auf eine höhere Anzahl von Verbrauchern im Haushalt orientiert. Die vorgeschlagene Lösung schlägt zudem vor, nur wenige, insbesondere nur eine oder nur zwei Haushaltslasten und deren Regelpotenzial zu verwenden, um eine optimierte Nutzung des PV-Speichersystems und damit eine wirtschaftliche Optimierung zu ermöglichen.
Der vorliegende Vorschlag bezieht sich darauf, Leistungshübe signifikant zu verändern, nicht jedoch möglichst viele Verbraucher einzuschalten, wenn entsprechend Leistung verfügbar ist oder möglichst viele Verbraucher abzuschalten oder zu reduzieren, wenn nur wenig Leistung vorhanden ist. Dadurch schafft die vorgeschlagene Lösung auch die Möglichkeit, nur wenige steuerbare Verbraucher, insbesondere nur einen oder nur zwei, anzusteuern und wie vorgeschlagen zu- oder abzuschalten oder in ihrem Verbrauch zu erhöhen oder zu verringern.
Ein Grundgedanke der vorgeschlagenen Lösung besteht somit darin, dann, wenn ein Leistungshub so gering ist, dass eine Speicherung oder Entladung sich nicht lohnt, eine Last zu- oder abzuschalten, so dass sich der Leistungshub erhöht und der Ertragsfaktor positiv wird.
In 5 wird für ein PV-Speichersystem mit einer 5 kWp-Anlage, also mit einer Solaranlage, die 5 kW liefern kann, und realen Haushaltsdaten, also üblichen Verbrauchswerten eines Haushalts, ein Verlauf für einen Sommertag von zwei Regelungskonzepten, also zwei unterschiedlich eingestellten Steuervorrichtungen gezeigt. Die Kennlinie 70 zeigt einen herkömmlichen Lastverlauf, nämlich den Verbrauch in W wohin gegen die Kennlinie 72 den Verbrauchsverlauf zeigt, wenn eine vorgeschlagene Verbesserung eingesetzt wurde. Es wurde zugrundegelegt, dass die Steuervorrichtung bzw. das eingesetzte Steuerungsverfahren einen Verbraucher von 500 W beliebig drosseln und anfahren kann, wobei die Gesamttageslast beibehalten bleibt.
Es ist in der 5 zu erkennen, dass der Verlauf 72 der vorgeschlagenen Effizienzverbesserung häufig um den Wert der Vergleichskurve gemäß Kennlinie 70 schwankt. Bspw. im Bereich zwischen 15:15 Uhr und 18:15 Uhr nimmt die Vergleichskennlinie 70 etwa durchschnittlich einen Wert von 250 W an. Der Verlauf der vorgeschlagenen Verbesserung ändert sich hingegen zwischen den Werten 0 und 500 W. Insgesamt ist bereits für diesen beispielhaften Abschnitt zu erkennen, dass etwa die gleiche Leistung im Mittel verbraucht wird. Es wird jedoch Einfluss auf den Leistungshub genommen.
Für dieses beispielhaft durchgerechnete System hat sich ein Ertrag an dem Tag von 4,96 Euro ohne vorgeschlagene Verbesserung ergeben, der auf 5,32 Euro durch die vorgeschlagenen Verbesserungen gesteigert werden konnte. Das entspricht einer Steigerung von 7,2 Prozent. Somit ist erkennbar, dass eine solche Verbesserung allein durch gezieltes Zu- und Abschalten einer Last erzielen und sich damit allein durch diese Maßnahme ein Mehrwert erzielen lässt.
Die vorgeschlagene Lösung verbessert somit solchen Stand der Technik, der darauf angewiesen ist, ein gewisses Volumen von Lasten zu verschieben, d. h. es müssen sehr viele, auch kleinere Lasten verschoben werden, damit der Eigenverbrauch von Solarstrom signifikant erhöht wird. Dies kann bei der Nutzung eines PV-Speichersystems sogar dazu führen, dass der Betrieb als ganzes sogar ineffizienter wird, weil Lasthübe reduziert und nicht verstärkt werden.
Vorteile der vorgeschlagenen Lösung sind unter anderem, dass sich das Lastmanagement auf ein bis zwei variable Lasten beschränken kann. Dies verringert die Komplexität der Installation und der Regelung deutlich. Außerdem ist die Art der Verwendung eine andere. Vorliegend wird nämlich auf den Lasthub, d. h. Differenz zwischen PV-Leistung und Haushaltslast, optimiert. Dieser Wert kann bspw. auch dann noch optimiert werden, wenn die PV-Leistung gleich 0 ist, wie das teilweise auch bei der 5 der Fall ist, nämlich in der Nacht zwischen etwa 21:15 Uhr abends bis morgens 4:30 Uhr.
Statt ein Lastmanagement vorzuschlagen, das Erzeuger und Produktion in Einklang bring, d. h. viele Lasten kombiniert, wird erfindungsgemäß ein anderer Weg, zumindest ein anderer Aspekt vorgeschlagen. Es wird nämlich vorgeschlagen, nicht die Lasten so zu schalten, dass die Differenz aus PV-Produktion und Last möglichst klein gehalten wird, sondern solche Differenz nach Möglichkeit teilweise zu vergrößern, um den Speichern möglichst effektiv zu nutzen.
Gemäß einer Ausgestaltung wird zudem vorgeschlagen, neben einer Erhöhung, insbesondere Maximierung des Lasthubes, auch die Belastung die Anschlusspunktes, nämlich des Anschlusspunktes an dem das PV-Speichersystem an das elektrische Versorgungsnetz angeschlossen ist, mit einzubeziehen. Sofern eine Vergütung für die Bereitstellung von Netzentlastungen entstehen, so ist auch diese in die Regelung mit einzubeziehen, vorzugsweise kann sie in ein Gütekriterium, insbesondere den Ertragsfaktoren, einfließen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008015537 [0003]
DE 69603155 T2 [0003]
DE 602004010559 T2 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

M. Castillo-Cagigal, A Gutiérrez, F. Monasterio-Huelin, E. Caamano-Martin, D. Masa, and J. Jimenez-Leube, ”A semi-distributed electric demand-side management system with PV generation for self-consumption enhancement”, Energy Conversion and Management, vo.. 52, no. 7, pp. 2659–2666, Jul. 2011 [0003]
M. Castillo-Cagigal et al., ”Self-consumption of PV electricity with active demand side management: The Gedelos-PV System”, in Proceedings of the 25th European photovoltaic and solar energy conference, 2010, no. September, pp. 6–10 [0003]
E. Caamano-Martin et al., ”Optimizing PV use through active demand side management”, in 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 21–25 September 2009, Hamburg, Germany, 2009, no 1 [0003]

Claims

Steuervorrichtung (20) zur Verwendung in einer Erzeuger-Kerbraucher-Anordnung (1) zum Erzeugen und Verbrauchen elektrischer Energie, und die Anordnung umfasst – mehrere elektrische Verbraucher (8), von denen wenigstens einer ein steuerbarer Verbraucher ist, – einen regenerativen Energieerzeuger (2), insbesondere eine Solaranlage (2), zum Erzeugen elektrischer Energie, – einen elektrischen Zwischenspeicher (6), zum Speichern elektrischer Energie und – eine Einspeisemesseinheit (22) zum Messen in das elektrische Versorgungsnetz eingespeisten Stroms und/oder daraus entnommenen Stroms, wobei die Steuervorrichtung (20) dazu vorbereitet ist, den steuerbaren Verbraucher abzuschalten oder in seinem Verbrauch zu reduzieren, wenn der regenerative Energieerzeuger (2) mehr elektrische Leistung erzeugt, als die Verbraucher (8) der Anordnung (1) aktuell zusammen verbrauchen, und/oder wobei die Steuervorrichtung (20) dazu vorbereitet ist, den steuerbaren Verbraucher zuzuschalten oder in seinem Verbrauch zu erhöhen, wenn der regenerative Energieerzeuger (2) weniger elektrische Leistung erzeugt, als die Verbraucher (8) der Anordnung (1) aktuell zusammen verbrauchen und/oder ein Leistungshub ΔP den Betrag der Differenz zwischen der aktuell erzeugten Leistung des regenerativen Energieerzeugers (2) und der verbrauchten Leistung der Verbraucher (8) der Anordnung (1) bezeichnet, und die Steuervorrichtung (20) dazu vorbereitet ist, die Anordnung (1) so zu steuern, insbesondere den wenigstens einen steuerbaren Verbraucher so zu- oder abzuschalten oder in seinem Verbrauch so zu erhöhen oder zu verringern, dass der Leistungshub ΔP vergrößert wird.
Steuervorrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (20) dazu vorbereitet ist, die Anordnung (1) so zu steuern, dass dann, wenn der Leistungshub ΔP einen vorbestimmten Untergrenzwert unterschreitet, der Verbraucher so zu- bzw. abgeschaltet wird oder in seinem Verbrauch so erhöht bzw. verringert wird, dass sich der Leistungshub ΔP erhöht.
Steuervorrichtung (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshub ΔP so erhöht wird, dass er einen vorbestimmten Obergrenzwert überschreitet, wobei der Obergrenzwert größer ist, als der Untergrenzwert, wobei der Obergrenzwert insbesondere wenigstens doppelt so groß, vorzugsweise wenigstens dreimal so groß ist, wie der Untergrenzwert.
Steuervorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (20) dazu vorbereitet ist, die Anordnung (1) so zu steuern, dass elektrische Energie in den elektrischen Zwischenspeicher eingespeist oder aus ihm entnommen wird, wenn ein großer Leistungshub ΔP vorliegt, insbesondere ein Leistungshub ΔP, der einen vorbestimmten Speichergrenzwert überschreitet.
Steuervorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (20) dazu vorbereitet, die Anordnung (1) so zu steuern, dass abhängig von einem Effizienzkriterium k elektrische Leistung in den elektrischen Zwischenspeicher (6) eingespeichert oder aus diesem entnommen wird, wobei ein Einspeichern oder Entnehmen elektrischer Leistung dann erfolgt, wenn eine hohe Effizienz k vorliegt, insbesondere das Effizienzkriterium k eine vorbestimmte Effizienzgrenze überschreitet und anderenfalls elektrische Leistung nicht in den elektrischen Zwischenspeicher (6) eingespeichert bzw. aus diesem entnommen wird.
Steuervorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (20) dazu vorbereitet ist, die Anordnung (1) so zu steuern, dass abhängig von einen oder dem Effizienzkriterium k der steuerbare Verbraucher so gesteuert wird, dass sich der Leistungshub ΔP erhöht, insbesondere so dass der steuerbare Verbraucher so gesteuert wird, dass sich der Leistungshub erhöht, wenn das Effizienzkriterium k eine vorbestimmte Effizienzgrenze nicht überschreitet.
Steuervorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (20) zum Steuern eines Wechselrichters und/oder zum Steuern des elektrischen Zwischenspeichers (6) und/oder zum Steuern des regenerativen Erzeugers (2) vorbereitet ist.
Steuervorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Abschalten oder in der Leistung Reduzieren des gesteuerten Verbrauchers zusätzlich verfügbar gewordene elektrische Leistung in das elektrische Versorgungsnetz (16) eingespeist wird, und/oder in dem elektrischen Zwischenspeicher (6) gespeichert wird und/oder dass durch das Zuschalten oder in der Leistung Erhöhen des gesteuerten Verbrauchers zusätzlich benötigte elektrische Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz (16) und/oder aus dem elektrischen Zwischenspeicher (6) entnommen wird.
Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Zwischenspeicher mit einem Gleichspannungszwischenkreis des Wechselrichters der Erzeuger-/Verbraucheranordnung gekoppelt ist, und dass die Steuervorrichtung dazu vorbereitet ist, dem elektrischen Zwischenspeicher, insbesondere einem Batterieladeregler des elektrischen Zwischenspeichers, Vorgaben zum Be- und Entladen des Gleichspannungszwischenkreises des Wechselrichters vorzugeben, insbesondere so, dass der Wechselrichter dadurch nur noch die in seinem Gleichspannungszwischenkreis verbleibende Energie in ein Wechselspannungsnetz bzw. ein elektrisches Versorgungsnetz einspeist.
Erzeuger-/Verbraucher-Anordnung, insbesondere ein elektrisches Wechselspannungsnetz (14), insbesondere Gebäudekomplex, und/oder Wohngebäude, mit einer Steuervorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, und der Gebäudekomplex umfasst – mehrere elektrische Verbraucher (8), von denen wenigstens einer ein steuerbarer Verbraucher ist, – ein elektrisches Wechselspannungsnetz (14),- einen regenerativen Energieerzeuger (2), insbesondere eine Solaranlage (2), zum Erzeugen elektrischer Energie und – einen elektrischen Zwischenspeicher (6), zum Speichern elektrischer Energie und/oder – einen Wechselrichter (4) zum Einspeisen elektrischen Stroms in das elektrische Wechselspannungsnetz (14).
Erzeuger-/Verbraucher-Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine steuerbare Verbraucher eine variable Grundlast ist, umfasst oder ein Teil davon ist, insbesondere – ein Warmwasserspeicher, – eine Kühlanlage oder – eine Wärmepumpe.
Wechselrichter (4, 26) zum Wandeln eines elektrischen Gleichstroms in einen elektrischen Wechselstrom, vorbereitet zur Verwendung in einem Gebäudekomplex nach Anspruch 9 oder 10, und/oder umfassend eine Steuervorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.