AT508103B1 - Speiseeinrichtung für ein wechselstromnetz - Google Patents

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Abstract

Speiseeinrichtung (1) für ein, ein Batteriesystem (8) aufweisendes Wechselstromnetz (2), mit einem Wechselstromgenerator (4), zu dessen Antrieb ein im Bedarfsfall einschaltbarer Verbrennungsmotor (11) vorgesehen ist, um die Abgabe von Wechselstrom an das Netz (2) zu veranlassen, wobei in der Antriebskette (3) zum Wechselstromgenerator (4) weiters eine Elektromaschine (7,7') angeordnet ist, die direkt oder über einen Wechselrichter (14) mit dem Batteriesystem (8) und/oder einer Photovoltaikanlage (9) verbunden ist.

Description

österreichisches Patentamt AT508103 B1 2013-07-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Speiseeinrichtung für ein, ein Batteriesystem aufweisendes Wechselstromnetz, mit einem Wechselstromgenerator, zu dessen Antrieb ein im Bedarfsfall einschaltbarer Verbrennungsmotor vorgesehen ist, um die Abgabe von Wechselstrom an das Netz zu veranlassen.
[0002] Aus dem Stand der Technik ist die Speisung von Wechselstromnetzen bekannt, wobei bei der Speisung darauf zu achten ist, dass die eingespeiste Spannung hinsichtlich Betrag, Frequenz und Phase mit dem Netz vereinheitlicht wird. Die DE 42 32 516 C2 schlägt daher vor, einen Generator durch entsprechende Steuerung seines Antriebs mit den vorgegebenen Werten des Netzes zu synchronisieren. Dies ist die Voraussetzung dafür, dass zusätzliche Generatoren an in Betrieb befindliche überörtliche Netze angeschlossen werden können.
[0003] Nachteilig bei den bekannten Wechselstromnetzen ist, dass eine große Anzahl von Wechselrichtern in diesen Wechselstromnetzen vorgesehen werden muss, wodurch sich die Gesamtkosten für die Erstellung eines solchen Wechselstromnetzes deutlich erhöhen. Darüber hinaus bedeutet jeder Wechselrichter auch eine Erhöhung des Wartungsaufwands und der Wartungskosten.
[0004] In der AT 501 736 B1 ist ein Wechselstromnetz beschrieben, das über zumindest eine Gleichstromquelle und einen daran angeschlossenen Wechselrichter mit Spannung versorgt wird, wobei aber auch ein wahlweise zuschaltbarer, direkt mit dem Netz verbundener Wechselstromgenerator vorgesehen und die Gleichstrombatterie über den selben Wechselrichter ladbar ist, über den auch Strom aus der Gleichstrombatterie in das Wechselstromnetz eingespeist wird. Mit dieser Ausbildung wird erreicht, dass sich die Anzahl der benötigten Wechselrichter reduziert, aber da jede Gleichstromquelle eine Wechselrichter benötigt, sind die Gesamtkosten für die Erstellung und auch die Wartungskosten sowie der Wartungsaufwand für die Wechselrichter immer noch relativ hoch.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil des Stands der Technik zu beseitigen und eine Speiseeinrichtung vorzuschlagen, bei der eine weitere Reduktion der Wechselrichter ermöglicht wird.
[0006] Dies wird bei einer Speiseeinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass in der Antriebskette zum Wechselstromgenerator ein Elektromotor oder Elektromotor/-generator angeordnet ist, der mit dem Batteriesystem verbunden ist.
[0007] Durch die Verwendung einer elektrischen Maschine, welche insbesondere von einem Gleichstrommotor bzw. einem Gleichstrommotor/-generator gebildet wird, und welche direkt an ein Gleichstrom-Batteriesystem oder eine andere Gleichstromquelle, insbesondere eine photo-voltaische Anlage, angeschlossen werden kann, um den Wechselstromgenerator sowie vorzugsweise eine Schwungmasse, welche sich an der Antriebswelle des Generators befindet, anzutreiben, entfällt die Notwendigkeit für den Betrieb eines Wechselrichters. Dadurch können die Gesamtkosten zur Erstellung eines solchen Wechselstromnetzes gegenüber dem Stand der Technik reduziert bzw. der Wartungsaufwand und die Wartungskosten, die durch die Wechselrichter angefallen sind, wesentlich reduziert werden.
[0008] Durch die an der Welle des Gleich- oder Wechselstromgenerators, welcher nachfolgend als Generator bezeichnet wird, platzierte Schwungmasse, mit z.B. 3 Tonnen, kann ein Leistungsabfall an der Gleichstrombatterie oder der photovoltaischen Anlage direkt ausgeglichen werden, was dazu führt, dass der Generator eine im Wesentlichen konstante Leistung liefert.
[0009] Es kann aber auch ein - einziger - Wechselrichter für die Gleichstrombatterie und die Photovoltaikanlage verwendet werden, wenn anstelle der Gleichstrommaschine, die in die Antriebskette zwischen dem Generator und einem im Bedarfsfall einschaltbaren Verbrennungsmotor angeordnet ist, eine Wechselstrommaschine verwendet wird. Dabei erhöhen sich die Kosten für die Erstellung einer solchen Speiseeinrichtung nur unwesentlich, und auch die Wartungskosten sowie der Wartungsaufwand sind vergleichsweise vernachlässigbar. 1 /6 österreichisches Patentamt AT508103B1 2013-07-15 [0010] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Es zeigen: [0011] Fig. 1 in einem Blockschaltbild eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Speiseeinrichtung für ein Wechselstromnetz mit einer in der Antriebskette angeordneten Gleichstrommaschine; und [0012] Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spei seeinrichtung für ein Wechselstromnetz mit einer in der Antriebskette angeordneten Wechselstrommaschine.
[0013] In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Speiseeinrichtung 1 für ein Wechselstromnetz 2 dargestellt, die eine Antriebskette 3 enthält, die einen Wechselstromgenerator 4, an dessen Antriebswelle 5 sich eine Schwungmasse 6, mit z.B. 3 Tonnen, befindet, eine Gleichstrommaschine 7, welche durch einen Gleichstrommotor bzw. Gleichstrommotor/-generator realisiert ist, der direkt mit einem Gleichstrom-Batteriesystem 8 und einer photovoltaischen Anlage 9 verbunden ist, eine Freilaufeinrichtung 10 und einen Verbrennungsmotor 11 aufweist. Dabei wird allgemein der Generator 4 von der Gleichstrommaschine 7 angetrieben, wobei die benötigte elektrische Leistung, um die Gleichstrommaschine 7 zu betreiben, von der Gleichstrombatterie 8 und/oder der Photovoltaikanlage 9 bereitgestellt wird. Ein von der Gleichstrommaschine 7 erzeugter Überschuss an elektrischer Energie wird dem Batteriesystem 8 zugeführt, um diese zu laden.
[0014] Ein möglicherweise an dem Batteriesystem 8 oder photovoltaischen Anlage 9 auftreten-der Leistungsabfall kann direkt durch die an der Antriebswelle 5 angeordneten Schwungmasse 6 ausgeglichen werden. Der Ausgleich kommt aufgrund der Trägheit der Schwungmasse 6, die um die Achse der Antriebswelle 5 rotiert, zustande. Gleichzeitig wird überschüssige elektrische Energie zum Laden des Batteriesystems 8 verwendet.
[0015] Im Bedarfsfall, d.h. wenn Leistungsspitzen erforderlich sind oder keine bzw. nicht genug elektrische Energie aus dem Batteriesystem 8 und der Photovoltaikanlage 9 zur Verfügung steht, kann auch ein Verbrennungsmotor 11 über die Freilaufeinrichtung 10 zur Antriebskette 3 zugeschaltet werden. Dann wird die Gleichstrommaschine 7 einerseits von dem Batteriesystem 8 und/oder der Photovoltaikanlage 9 mit elektrischer Leistung und andererseits vom zugeschalteten Verbrennungsmotor 11 mit mechanischer Leistung versorgt. Dadurch ist ein Erreichen einer hohen Ausgangsleistung möglich. Beispielsweise kann die Leistung des Verbrennungsmotors 11 50 kW betragen und die Leistung der Gleichstrommaschine 7 ebenfalls 50kW, wodurch eine Ausgangsleistung für den Generator von 100kW erhalten wird.
[0016] Der Verbrennungsmotor 11 kann z.B. als Pflanzenöl-, ein Biogas-, ein Gas- oder ein Wasserstoffmotor ausgeführt sein.
[0017] Die mittels der vorliegenden Speiseeinrichtung 1 für das Wechselstromnetz 2 erzeugte Energie wird zuerst an Verbraucher 16 geliefert; wie bereits erwähnt, wird ein etwaiger Überschuss über einen Gleichrichter 15 an das Batteriesystem 8 zurückgeführt.
[0018] In Fig. 1 sind weiters als mögliche Energielieferanten für das Netz noch Windkraftmaschinen 12 und eine Wasserkraftanlage 13 schematisch veranschaulicht.
[0019] In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Speiseeinrichtung 1 gezeigt, wobei diese im grundsätzlichen Aufbau ähnlich der ersten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist. Aufgrund dessen sind einander entsprechende Komponenten der Speiseeinrichtung 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
[0020] Wieder befinden sich in der Antriebskette 3 ein Generator 4, eine an dessen Antriebswelle 5 befestigte Schwungmasse 6, eine Freilaufeinrichtung 10 und ein Verbrennungsmotor 11. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform wird hier anstelle der Gleichstrommaschine eine Wechselstrommaschine 7' verwendet, welche durch einen Elektromotor oder einen Elekt-romotor/-generator gebildet wird.
[0021] Aufgrund des Einsatzes der Wechselstrommaschine 7' ist ein Wechselrichter 14 sowohl 2/6 österreichisches Patentamt AT508103 B1 2013-07-15 für das Gleichstrom-Batteriesystem 8 als auch für die Photovoltaikanlage 9 vorgesehen. Über diesen einen Wechselrichter 14 wird der Wechselstrommaschine 7' elektrische Energie aus dem Batteriesystem 8 und/oder der Photovoltaikanlage 9 zugeführt; andererseits kann über diesen Wechselrichter 14 überschüssige elektrische Energie in das Batteriesystem 8 zurückgeliefert werden. Auch hier kann im Bedarfsfall, z.B. wenn Leistungsspitzen erforderlich sind oder keine bzw. nicht genug elektrische Energie aus dem Batteriesystem 8 und der Photovoltaikanlage 9 zur Verfügung steht, der Verbrennungsmotor 11 über die Freilaufeinrichtung 10 zugeschaltet werden. Dadurch kann eine hohe Ausgangsleistung erreicht werden, z.B. wiederum 100 kW, wenn die Leistung des Verbrennungsmotors 11 50kW beträgt und die Leistung der Wechselstrommaschine 7' ebenfalls 50 kW beträgt.
[0022] Wie in der ersten Ausführungsform wird ein möglicher Leistungseinbruch des Batteriesystems 8 und/oder der Photovoltaikanlage 9 über die sich an der Antriebswelle 5 befindende Schwungmasse 6 ausgeglichen. Ebenfalls der ersten Ausführungsform entsprechend kann der Verbrennungsmotor 11 als Pflanzenöl-, Biogas-, Gas- oder Wasserstoffmotor ausgeführt sein. Auch wird die mittels der vorliegenden Speiseeinrichtung 1 für das Wechselstromnetz 2 erzeugte Energie zuerst an die Verbraucher 16 geliefert; ein etwaiger Überschuss wird über einen Gleichrichter 15 an das Batteriesystem 8 zurückgeführt. 3/6

Claims (6)

  1. österreichisches Patentamt AT508103B1 2013-07-15 Patentansprüche 1. Speiseeinrichtung (1) für ein, ein Batteriesystem (8) aufweisendes Wechselstromnetz (2), mit einem Wechselstromgenerator (4), zu dessen Antrieb ein im Bedarfsfall einschaltbarer Verbrennungsmotor (11) vorgesehen ist, um die Abgabe von Wechselstrom an das Netz (2) zu veranlassen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Antriebskette (3) zum Wechselstromgenerator (4) weiters ein Elektromotor oder Elektromotor/-generator (7, 7') angeordnet ist, der mit dem Batteriesystem (8) verbunden ist.
  2. 2. Speiseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor bzw. Elektromotor/-generator (7, 7) in die Antriebskette (3) zwischen Verbrennungsmotor (11) und Generator (4) unter Zwischenschaltung einer Freilaufeinrichtung (10) zum Verbrennungsmotor (11) eingeschaltet ist.
  3. 3. Speiseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Antriebswelle (5) des Generators (4) eine Schwungmasse (6), z.B. mit 3 Tonnen, angebracht ist.
  4. 4. Speiseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor bzw. Elektromotor/-generator (7) eine direkt mit dem Batteriesystem (8) verbundene Gleichstrommaschine ist.
  5. 5. Speiseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor bzw. Elektromotor/-generator (7) eine über einen Umrichter (14) mit dem Batteriesystem (8) gekoppelte Wechselstrommaschine ist.
  6. 6. Speiseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor bzw. Elektromotor/-generator (7, 7'), gegebenenfalls über den Umrichter (14), mit einer Photovoltaikanlage (9), die dem Netz (2) zugeordnet ist, gekoppelt ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 4/6
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