AT513342A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Management einer von einer Energieerzeugungseinheit erzeugten Energie - Google Patents

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AT513342A1
AT513342A1 ATA679/2012A AT6792012A AT513342A1 AT 513342 A1 AT513342 A1 AT 513342A1 AT 6792012 A AT6792012 A AT 6792012A AT 513342 A1 AT513342 A1 AT 513342A1
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Abstract

Vorrichtung für eine Energieerzeugungseinheit einer Anlage einesNutzers, die mit einem Energieversorgungsnetz und mit mindestenseiner Energieverbrauchseinheit der Anlage des Nutzersverbunden ist und eine programmierbare Steuerung aufweist,welche einen Eigenenergieverbrauch der von der Energieerzeugungseinheitder Anlage erzeugten Energie durch die Energieverbrauchseinheitender Anlage des Nutzers steuert.

Description

Faxabsender: 004372422413820
FRONIUS INT. GHBH 12-06-12 16:12 S.: 4/46 * ♦ « · · ♦ ♦ ♦· • · · · · · • · · ♦ • · · · · · • C · · ··« • · · ♦ · · • · · · · ·
Verfahren und Vorrichtung zum Management einer Energieerzeugungseinheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Management einer von einer Energieerzeugungseinheit einer Anlage eines Nutzers erzeugten Energie.
Intelligentes Energiemanagement gewinnt zunehmend an Bedeutung, insbesondere bei erneuerbaren Ressourcen zur Energiegewinnung. Zur Versorgung von Nutzern bzw. Verbrauchern mit Energie, insbesondere elektrischer Energie, werden zunehmend Energie aus emeuerbaren Ressourcen, vor allem aus Sonnenlicht, Windkrait oder Wasserkraft erzeugt. Dabei erfolgt zunehmend die Energieerzeugung zumindest teilweise dezentral, wobei Nutzer bzw. Verbraucher nicht nur Energie verbrauchen, sondern auch selbst erzeugen und in ein Energieverteilungsnetz bzw. Stromnetz einspeisen. Dabei wird erzeugte Energie, welche ein Nutzer bzw. Verbraucher aus einer erneuerbaren Energiequelle gewinnt und die der jeweilige Nutzer momentan nicht benötigt, in ein Energieverteilungsnetz, beispielsweise ein öffentliches Niederspannungsnetz, eingespeist. Beispielsweise kann eine Photovoltaikanlage in Abhängigkeit von der Tageszeit und den Wetterbedingungen aus Sonnenlicht elektrischen Strom gewinnen, den der erzeugende Nutzer zum Zeitpunkt der Erzeugung nicht bzw. nicht vollständig verbrauchen kann. Die überschüssige Energie kann in vielen Fällen durch den Nutzer nicht zwischengespeichert werden, da der Nutzer über keinen geeigneten Energiespeicher verfügt bzw. die Kapazität eines beim Nutzer vorhandenen Energiespeichers nicht ausreicht, um die überschüssige Energie vollständig zwischenzuspeichem. In diesem Falle speist der Nutzer die überschüssige Energie in das Energieversorgungsnetz ein und ist gezwungen, zu einem späteren Zeitpunkt die Energie bzw. den elektrischen Strom aus dem Energieversorgungsnetz zu beziehen, wenn die eigene Energieer- 2/49 12/06/2012 16:17
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• · · • · · · · • · • · • · zeugungseinheit nicht mehr ausreichend Energie für die Energieverbrauchseinheiten des Nutzers liefert.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung eines Energiemanagements für eine Energieerzeugungseinheit einer Anlage eines Nutzers zu schaffen, bei der die von der Anlage des Nutzers erzeugte Energie dem Nutzer in effizienter Weise nachhaltig bereitgestellt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung schafft demnach eine Vorrichtung zum Management einer von einer Energieerzeugungseinheit einer Anlage eines Nutzers erzeugten Energie, die mit einem Energieversorgungsnetz und mit mindestens einer Energieverbrauchseinheit der Anlage verbunden ist und eine programmierbare Steuerung auf-weist, welche einen Eigenenergieverbrauch der von der Energieerzeugungseinheit erzeugten Energie durch die Energieverbrauchseinheiten der Anlage des Nutzers steuert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung optimiert somit den Eigenenergieverbrauch einer von einer Energieerzeugungseinheit einer Anlage des Nutzers erzeugten Energie. Dies hat auch zur Folge, dass der Profit der Anlage erhöht bzw. optimiert wird, da der teure Zukauf von Energie minimal gehalten wird.
Darüber hinaus wird vorteilhafterweise die Effizienz des gesamten Energieversorgungssystems mit einer Vielzahl von Nutzem gesteigert, da die selbst durch eine Energieerzeugungseinheit eines Nutzers erzeugte Energie vorzugsweise direkt an dem Ort bzw. in der unmittelbaren Nähe ihrer Erzeugung verbraucht wird, so dass die Menge der im Energiesystem insgesamt transportierten Energie und die damit einhergehenden Energie- P.005/046 12/06/2012 16:17 ^3/4935
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• · · transportverluste minimiert werden. Somit kann gesagt werden, dass ein Stromaustausch von der Energieerzeugungseinheit und dem Energieversorgungsnetz minimal gehalten wird.
Darüber hinaus bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Nutzer den Vorteil, dass dieser von einer Energieversorgung durch das Energieversorgungsnetz unabhängiger wird.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewinnt die Energieerzeugungseinheit der Anlage des Nutzers Energie aus einer erneuerbaren Ressource.
Bei dieser erneuerbaren Ressource kann es sich um Sonnenlicht oder Wasserstoff für eine Brennstoffzelle handeln.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung steuert die programmierbare Steuerung die Energieverbrauchseinheiten des Nutzers derart an, dass der Anteil der durch die Energieerzeugungseinheit des Nutzers selbst erzeugten Energie an der Energie, welche durch die Energieverbrauchseinheiten des Nutzers verbraucht wird, maximal ist.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird derjenige Anteil der durch die Energie-erzeugungseiriheit des Nutzers selbst erzeugten Energie, welcher nicht durch die Energieverbrauchseinheiten des Nutzers verbraucht wird, durch die programmierbare Steuerung gesteuert, in das Energieversorgungsnetz eingespeist oder in einem lokalen Energiespeicher des Nutzers zwischengespeichert.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Steuerung eine programmierbare Steuerung, die ein gespeichertes Energiemanagementprogramm ausführt. 3 4/49 12/06/2012 16:17
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsge-mäßen Vorrichtung ist das gespeicherte Energieroanagementpro-gramm über eine Programmierschnittstelle programmierbar.
Dabei kann das gespeicherte Energiemanagementprogramm in einer textbasierten Programmiersprache programmiert sein.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das gespeicherte Energiemanagementprogramm in einer graphischen Programmiersprache programmiert.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das gespeicherte Energiemanagementprogramm, welches durch die programmierbare Steuerung ausgeführt wird, eine textbasierte Anweisungsliste auf.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsge-mäßen Vorrichtung weist das gespeicherte Energiemanagementpro-gpramm, welches durch die programmierbare Steuerung ausgeführt wird, einen strukturierten Text auf.
Bei einer weiteren nögliiM äUsführuagsform der erfitidungsge- mäßen Vorrichtung weist das gespeicherte Energiemanagementpro-gramm, welches durch die programmierbare Steuerung ausgeführt wird, graphische Funktionsbausteine auf.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsge-mäßen Vorrichtung weist das gespeicherte Energiemanagementpro-gramm, welches durch die programmierbare Steuerung ausgeführt wird, einen Kontaktplan auf.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsge mäßen Vorrichtung weist das gespeicherte Energiemanagementpro gramm, welches durch die programmierbare Steuerung ausgeführt wird, sequentielle Funktionsablaufdiagramme auf. 4 5/49
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Bei einer weiteren möglichen ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Programmierschnittstelle der programmierbaren Steuerung eine lokale Nutzerschnittstelle zur Eingabe des Energiemanagementprogramms durch einen Nutzer.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Programmierschnittstelle der programmierbaren Steuerung eine Netzwerkschnittstelle zum Empfang eines Energiemanagementprogramms von einem entfernten Server.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungege-mäßen Vorrichtung wird die in das Energieversorgungsnetz eingespeiste Energie und eine aus dem Energieversorgungsnetz bezogene Energie durch eine erste Erfassungseinheit erfasst und an die programmierbare Steuerung der Vorrichtung gemeldet.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die durch die Energieerzeugungseinheit erzeugte Energie durch eine zweite Erfassungseinheit erfasst und an die programmierbare Steuerung der Vorrichtung gemeldet.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die durch mindestens eine Energieverbrauchseinheit des Nutzers verbrauchte Energie durch eine dritte Erfassungseinheit erfasst und an die programmierbare Steuerung der Vorrichtung gemeldet.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Betriebsdaten der Energieverbrauchs-einheiten über eine Datenverbindung an die programmierbare Steuerung zur Auswertung durch das Energiemanagementprograram übertragen. 5 12/06/2012 16:18 P.008/046 6/49 Nr.: R185
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Konfigurationsparameterdaten der Energieverbrauchseinheiten über die Programmierschnittstelle der programmierbaren Steuerung zur Auswertung durch das Energiemanagementprogramm eingegeben oder übertragen.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein von der Energieerzeugungseinheit erzeugter Gleichstrom durch einen DC/AC-Wandler der Vorrichtung in einen ein- oder mehrphasigen Wechselstrom umgewandelt, welcher durch die Vorrichtung an die Energieverbrauchseinheiten der Anlage des Mutzers zu deren Energieversorgung über mindestens eine Stromversorgungsleitung angelegt wird.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung steuert das durch die programmierbare Steuerung ausgeführte Energiemanagementprogramm Schalteinrichtungen, die zwischen den Stromversorgungsleitungen und den Energieverbrauchseinheiten vorgesehen sind, zeitlich derart an, dass derjenige Anteil der durch die Energieerzeugungseinheit des Nutzers selbst erzeugten Energie an der Energie, welche durch die Energieverbrauchseinheiten des Nutzers verbraucht wird, maximal ist.
Die Erfindung schafft ferner eine Photovoltaikanlage mit mindestens einer darin vorgesehenen Vorrichtung zum Management einer von mindestens einer Energieerzeugungseinheit einer Anlage eines Mutzers erzeugten Energie, die mit einem Energieversorgungsnetz und mit mindestens einer Energieverbrauchseinheit der Anlage des Nutzers verbunden ist und eine programmierbare Steuerung aufweist, welche einen Eigenenergieverbrauch der von der Energieerzeugungseinheit erzeugten Energie durch die Energieverbrauchseinheiten des Nutzers steuert. 12/06/2012 16:19 7/49 Nr.: R185 P.009/046
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage ist die darin vorgesehene Vorrichtung ein Pho-tovoltaik-Wechselrichter mit einer integrierten programmierbaren Steuerung, die an einem Solarmodul der Photovoltaikanlage angeschlossen ist.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren mit den im Patentanspruch 18 angegebenen Merkmalen.
Die Erfindung schafft demnach ein Verfahren zum Durchführen eines Energiemanagements für eine Energieerzeugungseinheit einer Anlage eines Nutzers, welche Energie zur Einspeisung in ein Energieversorgungsnetz und zur Versorgung von eigenen Energieverbrauchseinheiten der Anlage des Nutzers erzeugt, wobei ein Eigenenergieverbrauch der erzeugten Energie durch die Energieverbrauchseinheiten der Anlage des Nutzers eingestellt wird.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Eigenenergieverbrauch der erzeugten Energie an der von den Energieverbrauchseinheiten der Anlage des Nutzers verbrauchten Energie automatisch maximiert.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Einstellen des Eigenenergieverbrauchs durch die Energieverbrauchseinheiten des Nutzers durch ein Energiemanagementprogramm, das durch eine programmierbare Steuerung ausgeführt wird.
Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Durchführung eines Energiemanagements für eine Energieerzeugungseinheit einer Anlage eines Nutzers unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. 8/49 12/06/2012 16:19
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Es zeigen:
Fig. l ein Blockschaltbild zur Darstellung eines Ausführungs-beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Energiemanagements;
Fig, 2 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Energiemanagements;
Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Energiemanagements;
Fig. 4 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Energiemanagements;
Fig. 5 Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise der er-findungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Energiemanagements anhand eines Anwendungsbeispiels;
Fig. 6 einen Funktionsschaltplan als Anwendungsbeispiel eines Energiemanagementprogramms, wie es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Durchführung eines Energiemanagements verwendet werden kann;
Fig. 7 einen weiteren Funktionsschaltplan als Anwendungsbeispiel eines Energiemanagementprogramms, wie es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Durchführung eines Energiemanagements verwendet werden kann; und
Fig, 8 einen weiteren Funktionsschaltplan als Anwendungsbeispiel eines Energiemanagementprogramms, wie es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Durchführung eines Energiemanagements verwendet werden kann.
Wie man aus Fig. 1 erkennen kann, weist die dort dargestellte
Anlage 1 eines Nutzers mindestens eine Energieerzeugungsein- P.011/046 12/06/2012 16:19 9/ 49 Nr.: R185
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heiten 6-i der Anlage 1 und kann bei fehlendem Energiebedarf über den Netzanschluss 7 in das Energieversorgungsnetz 8 eingekoppelt werden. Ein AC-Ausgang des Wechselrichters 3 bzw. des darin integrierten DC/AC-Wandlers ist über die lokalen Energieversorgungsleitungen 5 und den Netzanschluss 7 an das Energieversorgungsnetz 8 angeschlossen und liefert einen ein-oder mehrphasigen Versorgungswechselstrom AC. Der Netzanschluss 7 kann auch durch eine Netzeinspeiseeinheit bzw. Netz-Übergabeeinheit gebildet sein, welche beispielsweise die AC-Ausgänge mehrerer Wechselrichter 3 sammelt und gemeinsam an das Energieversorgungsnetz 8 übergibt.
Das Solar- bzw. Photovoltaikraodul 2 wandelt Sonnenlicht in elektrische Energie um, wobei das Solarmodul aus Solarzellen besteht, die seriell oder parallel geschaltet sind. Der Wechselrichter 3 erzeugt aus dem gelieferten Gleichstrom einen einphasigen oder dreiphasigen Wechselstrom bzw. Drehstrom. Der Wechselrichter 3 wird auch als Inverter bezeichnet und hat die Funktion, den gewonnenen Gleichstrom DC als Wechselstrom AC für die lokalen elektrischen Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage des Nutzers nutzbar zu machen.
Bei dem in Fig. l dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine programmierbare Steuerung 4 in die Vorrichtung 3 bzw. den Wechselrichter 3 integriert. Die programmierbare Steuerung 4 steuert die Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage 1 des Nutzers derart an, dass der Anteil der durch die Energieerzeugungseinheit 2 der Anlage 1 des Nutzers selbst erzeugte Energie an der Energie, welche durch die Energieverbrauchseinheiten 6-1 der Anlage 1 des Nutzers verbraucht wird, maximal ist. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 wird derjenige Anteil, der durch die Energieerzeugungseinheit 2 der Anlage 1 des Nutzers selbst erzeugten Energie, der nicht durch die Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage 1 des Nutzers verbraucht wird, durch die programmierba- 10 P.013/046 12/06/2012 16:20 11/49 Nr.: R185
Faxabsender: 004372422413820 FRONIUS INT. GHBH 12-06-12 16:16 S.: 14/46 • · · ·· · ·· ·· · • · · · ··· ·· · · ·· • · · · · I · · · · · · ···· · « « «·« re Steuerung 4 der Vorrichtung 3 gesteuert in das Energieversorgungsnetz 8 eingespeist oder alternativ in einem lokalen Energiespeicher der Anlage des Nutzers zwischengespeichert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 führt die in der Vorrichtung 3 integrierte programmierbare Steuerung 4 ein gespeichertes Energiemanagement-Programm aus, das über eine Programmierschnittstelle in einer textbasierten oder graphischen Programmiersprache programmiert ist.
Bei einer möglichen AusführungsVariante ist das in der speicherprogrammierbaren Steuerung 4 vorliegende Energiemanage-mentprogramm eine textbasierte Anweisungsliste AWL. Alternativ kann es sich bei dem gespeicherten Energiemanagementprogramm auch um einen strukturierten Text ST handeln, der in einer strukturierten Steuersprache SCL programmiert ist (SCL: Struc-tured Control Language). Bei einer weiteren möglichen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 ist das gespeicherte Energiemanagementprogramm in einer graphischen Programmiersprache programmiert. Bei einer möglichen Ausführungsform weist das gespeicherte Energiemanagementprogramm, welches durch die programmierbare Steuerung 4 ausgeführt wird, einen Kontaktplan KOP auf. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 weist das gespeicherte Energiemanagementprogramm, welches durch die programmierbare Steuerung 4 ausgeführt wird, sequentielle Funktions-ablaufdiagrarame SFC (SFC: Sequential Function Chart) auf. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 weist das gespeicherte Energiemanagementprogramm, welches durch die programmierbare Steuerung 4 ausgeführt wird, graphische Funktionsbausteine FBS bzw. Funktions-blockdiagramme FBD auf. Bei einer möglichen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 kann diese Energiemanagementprogramme aus führen, die in unterschiedlichen Program- 11 12/49 12/06/2012 16:21
Nr.: R185 P.014/046
Faxabsender· 004372422413820 FRONIUS INT. GHBH 12-06-12 16:16 S.: 15/46 • · · · · · ·· ·· · • · · ···· ·· · · ·· • t · · · · ····· · β · · · · · · ··· miersprachen, beispielsweise text- oder graphisch basierten Programmiersprachen, vorliegen. Bei einer möglichen Ausführungsvariante kann die erfindungsgemäße Vorrichtung textbasierte Energiemanagementprogramme ausführen, die in Programmiersprachen, wie beispielsweise C, JAVA oder SCRIPT, vorliegen.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 weist diese eine Programmierschnittstelle für die programmierbare Steuerung 4 auf. Diese Programmierschnittstel-le kann eine lokale Schnittstelle zur Eingabe des Energiemanagementprogramms durch einen Mutzer oder einen Installateur der Anlage l sein. Ebenso kann das Energiemanagementprogramm über sogenannte portable Medien wie einen USB-Stick oder eine SD-Karte an die programmierbare Steuerung 4 übermittelt werden. Weiterhin kann die Programmierschnittstelle eine Netz-Werkschnittstelle zum Empfang des Energiemanagementprogramms von einem entfernten Server aufweisen.
Die in das Energieversorgungsnetz 8 eingespeiste Energie und eine aus dem Energieversorgungsnetz 8 durch die Anlage 1 bezogene Energie kann durch eine Energieerfassungseinheit, insbesondere einen Stromzähler bzw. ein Smart Meter erfasst und an die programmierbare Steuerung 4 der Vorrichtung 3 gemeldet werden. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsvariante wird die von der Energieerzeugungseinheit 2 erzeugte Energie, beispielsweise der durch ein Solarmodul erzeugte elektrische Strom, durch eine zweite Erfassungseinheit bzw. einen Stromerzähler erfasst und ebenfalls an die programmierbare Steuerung 4 der Vorrichtung 3 gemeldet werden. Bei dieser AusführungsVariante weist die Anlage 1 somit einen Produktionszähler zur Erfassung der produzierten Energie und einen Einspeisezähler zur Erfassung der in das Energieversorgungsnetz 8 eingespeisten Energie auf. Der Einspeisezähler kann sich beispielsweise in dem Netzanschluss 7 der Anlage I befinden. Der Produktions- 12 13/49 12/06/2012 16:21
Nr.: RI85 P.015/046
Faxabsender: 004372422413820 FRONIUS INT. GNBH 12-06-12 16:17 S.: 16/46 • · I · · · ·· · · · • · · · ··· ·· · « ·· • ·· · · · ····· · • · · · ··· ··· Zähler erfasst den Energieertrag der Energieerzeugungseinheit 2, d,h. beispielsweise den dort produzierten Solarstrom. Der von den Energieverbrauchseinheiten 6-i nicht benötigte Strom wird in das Energieversorgungsnetz 8 eingespeist. Aus der Differenz zwischen dem durch den Produktionszähler erfassten Strom und dem durch den Einspeisezähler erfassten Strom ergibt sich der Eigenenergieverbrauch der Anlage 1 des Nutzers.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 wird die durch mindestens eine Energieverbrauchseinheit 6 des Nutzers verbrauchte Energie durch eine dritte Erfassungseinheit bzw. einen Stromzähler sensorisch erfasst und ebenfalls an die programmierbare Steuerung 4 der Vorrichtung 3 gemeldet. Dabei weist bei einer möglichen Ausführungsvariante jede Energieverbrauchseinheit 6-i des Nutzers seine eigene Energieerfassungseinheit auf, die den Energieverbrauch der jeweiligen Energieverbrauchseinheit 6 sensorisch erfasst und an die programmierbare Steuerung 4 meldet. Alternativ kann eine Erfassungseinheit vorgesehen sein, die den Gesamtenergieverbrauch aller Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage 1 erfasst und an die programmierbare Steuerung 4 zur Auswertung überträgt.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform werden die Betriebsdaten der Energieverbrauchseinheiten 6-i über eine Datenverbindung an die programmierbare Steuerung 4 der Vorrichtung 3 zur Auswertung durch das Energiemanagementprogramm übertragen. Bei der Datenverbindung kann es sich um einen lokalen Datenbus der Anlage 1 handeln. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 werden zusätzlich Konfigurationsparameterdaten der Energieverbrauchseinheiten 6-i über die Programmierschnittstelle der programmierbaren Steuerung 4 zur Auswertung durch das dort ausgeführte Energiemanagementprogramm eingegeben. 13 14/49 12/06/2012 16:22
Nr.: RI85 P.016/046
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 steuert das durch die programmierbare Steuerung 4 ausgeführte EnergiemanagementProgramm Schalteinrichtungen, die zwischen den Stromversorgungsleitungen 5 und den Energieverbrauchseinheiten 6 vorgesehen sind. Dabei werden diese Schalt-einheiten durch die programmierbare Steuerung 4 vorzugsweise derart angesteuert, dass derjenige Anteil, der durch die Energieerzeugungseinheit 2 der Anlage 1 selbst erzeugten Energie an der Energie, welche durch die Energieverbrauchseinheiten 6 der Anlage 1 verbraucht wird, maximal ist. Wie in Fig, 1 dargestellt, können das lokale Energieversorgungsnetz bzw. die Stromversorgungsleitungen 5 eine oder mehrere Phasenleitungen aufweisen. Bei einer möglichen AusführungsVariante sind die Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage l Haushaltsgeräte sein, die durch einen Adapter in eine herkömmliche Stromsteckdose eines HausStromnetzes eines Eigenheims oder dergleichen eingesteckt werden. In jeder Adaptereinrichtung kann sich eine Schalteinrichtung befinden, die ein oder mehrere Phasenleitungen L in Abhängigkeit von Steuerbefehlen schaltet, die die jeweilige Schalteinrichtung von der programmierbaren Steuerung 4 der Vorrichtung 3 erhält.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die programmierbare Steuerung 4 in der Vorrichtung 3, insbesondere im Wechselrichter 3 der Anlage 1, integriert.
Die Vorrichtung 3, die das Energiemanagement für die Energieverbrauchseinheiten 6 durchführt, muss nicht notwendigerweise in einem Wechselrichter 3 der Anlage 1 vorgesehen sein, sondern kann in einer beliebigen Systemkomponente der Anlage 1 vorgesehen werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung zur Durchführung eines Energiemanagements von einer Energieerzeugungseinheit des Nutzers bzw. der Anlage 1 erzeugten Energie auch in dem Netzanschluss 7, einem aus dem Stand der Technik bekannten String Control, oder einer ähnlichen Komponente der 14 12/06/2012 16:22 P.017/046 15/49 Nr. : R185
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Anlage 1 integriert sein - also in einer Systemkomponente der Anlage 1.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anlage l eines Nutzers mit einer darin vorgesehenen Vorrichtung 3 zur Durchführung eines Energiemanagements für eine Energieerzeugungseinheit 2 der Anlage 1. Man erkennt bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Wechselrichter 3 mit einer darin integrierten programmierbaren Steuerung 4, welche ein Energiemanagementprogramm ausführt, um den Eigenenergieverbrauch der von der Energieerzeugungseinheit 2 erzeugten Energie durch die Energieverbrauchseinheiten 6 der Anlage 1 zu steuern bzw. einzustellen. Dabei wird der Anteil der durch die Energieerzeugungseinheit 2 der Anlage 1 des Nutzers selbst erzeugten Energie an der verbrauchten Energie, welche durch die Energieverbrauchseinheiten 6-1, 6-2 der Anlage 1 des Nutzers verbraucht wird, maximiert. Die durch die Anlage 1 in das Energieversorgungsnetz 8 eingespeiste Energie sowie die aus dem Energieversorgungsnetz 8 durch die Anlage l bezogene Energie wird durch eine erste Erfassungseinheit 9 erfasst und über eine Datenverbindung an die programmierbare Steuerung 4 der Vorrichtung 3 gemeldet. Bei dem in Fig, 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Erfassungseinheit bzw. der Stromzähler 9 in den Netzanschluss 7 der Anlage 1 integriert. Darüber hinaus ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine zweite Erfassungseinheit 10 vorgesehen, die den von der Vorrichtung 3 erzeugten AC-Strom erfasst und an die programmierbare Steuerung 4 über eine Datenverbindung meldet. Selbstverständlich kann die Erfassungseinheit 10 auch vor der Vorrichtung 3, also auf der DC-Seite, angeordnet Bein und den von der Energieerzeugungseinheit 2 erzeugten Strom Idc sensorisch erfassen. Darüber hinaus weisen die verschiedenen Energieverbrauchseinheiten 6-i des Nutzers bzw. der Anlage 1 jeweils eine Erfassungseinheit 11-1, 11-2 auf, welche die Energie, die durch die jeweilige Energieverbrauchseinheit 6-i 16/49 12/06/2012 16:22
Nr.: R185 P.018/046
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• · · · ··· M • ! ' · · * • · · · ♦ · ♦ ·· ·· ··· «· verbraucht wird, an die programmierbare Steuerung 4 der Vorrichtung 3 über eine Datenverbindung meldet. Selbstverständlich kann die Erfassungseinheit 11-i auch vor und /oder nach den Energieverbrauchseinheiten 6-i angeordnet sein sowie eine gemeinsame Erfassungseinheit 11 für die Energieverbrauchseinheiten 11 vorgesehen sein. Die Erfassungseinheiten 11-i können auch in einer Systemkomponente der Anlage l integriert sein. Die verschiedenen Erfassungseinheiten bzw. Sensoren 9, 10, 11 können über eine gemeinsame Datenverbindung, beispielsweise einen Datenbus, mit einer Datenschnittstelle 12 der Vorrichtung 3 verbunden sein, wie in Fig. 2 dargestellt. Insbesondere werden die Anzahl und die Anordnung der Erfassungseinheiten an die Anforderungen der Energieverbrauchseinheiten 6 individuell angepasst. Darüber hinaus weist die Vorrichtung 3 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Programmierschnittstelle 13 auf, über die ein Energiemanagementprogramm in die speicherprogrammierbare Steuerung 4 der Vorrichtung 3 eingegeben werden kann. Mittels dieser Programmierschnittstelle 13, beispielsweise einer lokalen Nutzerschnittstelle, kann ein Nutzer ü, beispielsweise ein Installateur, ein Energiemanagementpro-gramm in die programmierbare Steuerung 4 eingeben. Die programmierbare Steuerung 4 führt das eingegebene und gespeicherte Energiemanagementprogramm aus und steuert entsprechend die Energieverbrauchseinheiten 6-i.
Dazu sind bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen den Stromversorgungsleitungen B der Energieverbrauchseinheiten 6-i jeweils steuerbare Schalteinrichtungen 17-1, 17-2 vorgesehen, die durch die programmierbare Steuerung 4 derart angesteuert werden, dass derjenige Anteil, der durch die Energieerzeugungseinheit 2 der Anlage 1 des Nutzers selbst erzeugten Energie an einer Gesamtverbrauchsenergie, welche durch die Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage 1 des Nutzers verbraucht wird, maximal ist. Die Schalteinrichtungen 17- 1, 17-2 enthalten darin integrierte Schalter, welche heile 17/49 12/06/2012 16:23
Nr.: R185 P.019/046
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FRONIUS INT. GMBH 12-06-12 16:18 S.: 20/46 • ·· ·· · ·· ·· · • · · · ··· ·· · · ·· • · · · · · · ··· · f • · · · ··· *·· spielsweise durch ein Steuersignal CRTL angesteuert werden, die die programmierbare Steuerung 4 über eine Steuerschnittstelle 18 an die Schalteinrichtungen 17-1, 17-2 ausgibt. Die Schalteinrichtungen 17-1, 17-2 können bei einer möglichen Ausführungsvariante in Adapterschalteinrichtungen enthalten sein, die in gewöhnliche Stromsteckdosen eines Haushaltes bzw. Eigenheims eingesteckt werden und als Adapter für Haushaltsgeräte 6-1, 6-2 dienen. Bei einer möglichen Ausführungsvariante können die Steuersignale CRTL zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen 17-1, 17-2 durch die programmierbare Steuerung 4 über eine Funkschnittstelle übertragen. Weiterhin können die Energieverbrauchseinheiten 6-1, 6-2 der Anlage 1 über darin integrierte oder daran angebrachte Stromverbrauchssensoren 11-i verfügen, die den jeweiligen Energie- bzw. Stromverbrauch über eine Funkschnittstelle an die programmierbare Steuerung 4 der Vorrichtung 3 melden. Die Versorgung der Energieverbrauchs einheiten 6 kann über ein in der Vorrichtung 3 integriertes DC/AC-Modul 14, welches den von der Energieerzeugungseinheit 2 an eine DC-Sehnittstelle 15 der Vorrichtung 3 angelegten Gleichstrom DC in einen Wechselstrom AC umwandelt, der über eine AC-Schnittstelle 16 der Vorrichtung 3 und über lokale Stromversorgungsleitungen 5 der Anlage 1 an die Energieverbrauchseinheiten 6-i über ein oder mehrere Phasenleitungen L geliefert wird, realisiert werden. Hierzu sei angemerkt, dass das DC/AC-Modul 14 beispielhaft für einen Typ eines Wechselrichters 3 angeführt ist. Andere Typen sind beispielsweise Wechselrichter ohne Transformator, welche eingehend aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Pig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfin-dungsgemäße Vorrichtung 3 zur Durchführung eines Energiemanagements einer Energieerzeugungseinheit 2 eines Nutzers bzw. einer Anlage l. Bei dieser Ausführungsvariante weist die Anlage 1 zusätzlich einen lokalen Energiespeicher 19 auf, beispielsweise eine Batterie oder eine Brennstoffzelle, an der 17 18/49 12/06/2012 16:23
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Vorrichtung 3 angeschlossen sein kann. Der Energiespeicher 19 dient zum Zwischenspeichern von Energie. Bei einer möglichen Ausführungsvariante wird derjenige Anteil der durch die Energieerzeugungseinheit 2 der Anlage 1 des Nutzers selbst erzeugten Energie, der nicht durch die Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage 1 des Nutzers verbraucht wird, durch die programmierbare Steuerung 4 gesteuert, in das Energieversorgungsnetz 8 eingespeist oder in dem lokalen Energiespeicher 19 der Anlage 1 zwischengespeichert. Bei einer möglichen AusführungsVariante erfolgt das Einspeisen von Energie in das Energieversorgungsnetz 8, wenn der lokale Energiespeicher 19 keine Speicherkapazität mehr aufweist bzw. gefüllt ist. Bei einer weiteren möglichen AusführungsVariante kann der Nutzer D durch eine entsprechende Eingabe über seine Nutzerschnittstelle in einen Insel-Betriebsmodus wechseln, wobei die Anlage 1 von dem Energieversorgungsnetz 8 getrennt wird und die überschüssige Energie in dem lokalen Energiespeicher 19 zwischengespeichert wird. Bei einer möglichen Ausführungsvariante erfolgt das Utn-schalten der Anlage l in den Insel-Betriebsmodus, beispielsweise bei Ausfall des Energieversorgungsnetzes 8 bzw. bei Auftreten entsprechender Störungen automatisch. Bei einer möglichen AusführungsVariante erhält die programmierbare Steuerung 4 über eine Schnittstelle Konfigurationsparameterdaten der verschiedenen Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage 1 des Nutzers, beispielsweise über die Nutzerschnittstelle 13. Weiterhin kann die programmierbare Steuerung 4 Betriebsdaten der Energieverbrauchseinheiten 6-i über eine Datenverbindung, beispielsweise eine Funkschnittstelle oder dergleichen, erhalten. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsvariante erhält die programmierbare Steuerung 4 der Vorrichtung 3 zusätzlich Konfigurationspararae terdaten und Betriebsdaten des an die Vorrichtung 3 angeschlossenen lokalen Energiespeichers 19. Ebenso können die Betriebsdaten - beispielsweise eine Stromerfassung der Energieverbrauchseinheiten 6-i - auch in einer Dateneinheit der Anlage gesammelt werden, auf welche die programmier- 18 P.021/046 12/06/2012 16:24 19/49 Nr. : R185
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FRONIUS INT. GNBH 12-06-12 16:19 S.: 22/46 • ·· ·· · ·· ·· · • · · · ·«· ·· · · ·· * * β · · · ····· · • · · t ··· ··· bare Steuerung 4 zugreifen kann. In diesem Fall gelangen also die Betriebsdaten über die Dateneinheit zur programmierbaren Steuerung 4.
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 zur Durchführung eines Energiemanagements. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt die Vorrichtung 3 neben der Nutzerschnittstelle 13 zusätzlich über eine Funkschnittstelle 20 - beispielsweise wlan - oder eine sonstige Datenschnittstelle zu einem externen Programmiergerät 21, das ein programmiertes Energiemanagementprogramm über die Schnittstelle 20 an die programmierbare Steuerung 4 überträgt. Auf diese Weise kann ein Programmierer bzw. Nutzer, beispielsweise ein Installateur oder dergleichen, in bequemer Weise ein Energiemanagementprogramm in einer textbasierten oder graphischen Programmiersprache programmieren und an die programmierbare Steuerung 4 der Vorrichtung 3, beispielsweise einen Stromwechselrichter, übertragen. Bei dem Programmiergerät 21 kann es sich um einen Laptop oder ein sonstiges mobiles Endgerät, insbesondere auch um ein Smartphone handeln.
Weiterhin weist die Vorrichtung 3 bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich eine Netzwerkschnittstelle 22 - beispielsweise Ethernet - auf, die mit einem Datennetzwerk 23 verbunden ist, beispielsweise einem lokalen Datennetzwerk eines Unternehmens. An das Datennetzwerk 23 kann ein Server 24 angeschlossen sein. Bei einer möglichen Ausführungsvariante lädt die programmierbare Steuerung 4 ein Ener-giemanagementprogramm von einem Datenbankserver 24 herunter. Bei einer möglichen Ausführungsvariante handelt es sich bei dem Datennetzwerk 23 um das Internet. Bei dieser Ausführungsvariante kann beispielsweise auf Anforderung der programmierbaren Steuerung 4 hin ein entsprechendes Energiemanagementprogramm von einem Datenbankserver 24 von einem Nutzer U für den
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Betrieb seiner Anlage l heruntergeladen werden. Bei dieser Ausführungsvariante kann das Energiemanagementprogramm, beispielsweise durch die Programmierer eines Dienstleisters, erzeugt bzw, programmiert und dem Nutzer ü für seine Anlage 1 zur Verfügung gestellt werden. Nach Anforderung zum Herunterladen des Energiemanagementprogramms kann die programmierbare Steuerung 4 der Vorrichtung 3 dem Datenbankserver 24 zusätzliche Informationen zur Verfügung stellen, die dieser für das bereitgestellte bzw. programmierte Energiemanagementprogramm berücksichtigt. Diese zusätzlichen Informationsdaten können beispielsweise Konfigurationsparameterdaten der Energieverbrauchseinheiten 6-i oder der Energiespeichereinheiten 19 der Anlage 1 aufweisen. Darüber hinaus können beispielsweise auf-gezeichnete Betriebsdaten der Energieverbrauchseinheiten 6-i, welche der programmierbaren Steuerung 4 beim bisherigen Betrieb der Anlage 1 gemeldet wurden, an den Datenbankserver 24 übertragen werden. Die Daten, welche durch die Vorrichtung 3 an den Datenbankserver 24 übertragen werden können, umfassen beispielsweise auch Positionsdaten bzw. Koordinaten der Anlage 1 des Nutzers U. Auf Basis der geographischen Position der Anlage 1 können beispielsweise Vorhersagen über strommengen getroffen werden, die von einer Photovoltaikanlage 2 der Anlage 1 generiert werden können. Darüber hinaus kann der Datenbank-server 24 auch Daten von weiteren Servern berücksichtigen, beispielsweise Servern, die Wetterprognosedaten liefern. Auch die von den Energieerfassungseinheiten, insbesondere von dem Stromproduktionszähler 10, generierten Daten können von dem Energiemanagementprogramm berücksichtigt werden.
Die Schnittstellen 13, 20 und 22 können auch gegebenenfalls in einer einzigen Schnittstelle kombiniert werden.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Durchführung eines Energiemanagements kann basierend auf den zur Ver- 20 12/06/2012 16:25 P.023/046 21/49 Nr. : R185
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FRONIUS INT. GHBH 12-06-12 16:20 S.: 24/46 • ·· ·· · ·· ·· • · · *··· ·· « · «· • · · · · · » ··· · ··«· ··· ·· ·· ·· ··· ·· ·· · fügung stehenden Daten, die von den Sensoren bzw, Energieerfassungseinheiten geliefert werden, zur Berechnung von Simulationsergebnissen über einen in naher Zukunft zu erwartenden Stromverbrauch bzw. Energieverbrauch durch die Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage 1 ausgewertet werden, so dass ein Eigenenergieverbrauch der von der Erzeugungseinheit 2 erzeugten Energie durch die Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage 1 des Nutzers vorausschauend durch das Energiemanagementprogramm berechnet und entsprechend gesteuert wird. Dabei können zusätzliche Konfigurationsparameterdaten, beispielsweise Energie-Produktionsdaten der Anlage l oder Wettervorhersagedaten, die von einem Server 24 bezogen werden, bei der Prognose bzw. Simulation mitberücksichtigt werden.
Fig. 5 zeigt Diagramme zur Darstellung eines exemplarischen Anwendungsbeispiels für ein Verfahren zur Durchführung eines Energiemanagements gemäß der Erfindung. Fig. 5a zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer von einer Energieerzeugungseinheit 2 der Anlage 1 erzeugten Energie im Zeitverlauf. Bei dem dargestellten Beispiel handelt es sich bei der Energieerzeugungs-einheit 2 um ein Solarmodul, das elektrische Leistung P bzw. elektrische Energie E in Abhängigkeit von Sonnenlicht im Tagesverlauf generiert. Typischerweise ist die von einem Solarmodul erzeugte Energie bzw. Leistung zur Mittagszeit relativ hoch und beträgt zur Nachtzeit 0. Daher befindet sich das Maximum der durch das Photovoltaikmodul 2 erzeugten Energie bei dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel zur Mittagszeit, 12:00 Uhr. Je nach Wetter kann im Tagesverlauf die Amplitude A bzw. das Strom-Maximum sowie die Form der erzeugten Energiekennlinie variieren, wie in Fig. 5a angedeutet. Bei dem in Fig. 5a dargestellten Beispiel ist am Tag 2 (D2) der Himmel bewölkt, so dass die erzeugte Energie des Photovoltaikmoduls 2 geringer ausfällt als an dem sonnigen Tag 1 (Dl). 21 12/06/2012 16:25 P.024/046 22/49 Nr.: R185
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Fig. 5b, 5c, 5d zeigen exemplarisch die durch verschiedene Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage 1 verbrauchten Energien, die je nach Typ der Energieverbrauchseinheit einen unterschiedlichen Verlauf haben. Beispielsweise zeigt Fig. 5b den zeitlichen Verlauf des Energie- bzw. Leistungsverbrauchs einer Maschine, die während Arbeitszeiten, d.h. von 8:00 Uhr morgens bis 18:00 Uhr, durch den Nutzer kontinuierlich betrieben wird. Fig. 5b zeigt einen typischen Energie- bzw. Leistungsverbrauch einer Küche bzw. Kantine, welche hauptsächlich um die Mittagszeit herum betrieben wird. Fig. 5d zeigt beispielhaft den Strom- bzw. Energieverbrauch durch eine Waschmaschine, welche durch den Nutzer am Nachmittag genutzt wird.
Das erfindungsgemäße Energiemanagementprogramm steuert den Eigenenergieverbrauch der von der Energieerzeugungseinheit 2 erzeugten Energie, wie sie in Fig. 5a dargestellt ist, derart an, dass die Summe der durch die Energieverbrauchseinheiten 6-i verbrauchten Energie möglichst deckvingsgleich mit dem erzeugten Energieverlauf ist, d.h. dass der Anteil der durch die Energieerzeugungseinheiten 6 des Nutzers selbst erzeugten Energie an der Energie, welche durch die Energieverbrauchseinheiten 6 verbraucht wird, maximal ist. Die verschiedenen Energieverbrauchseinheiten 6-i weisen unterschiedliche Verbrauchsamplituden A und Stromverbrauchszeiten auf. Die Stromverbrauchszeiten bzw. StromverbrauchsZeitperioden können dabei in Abhängigkeit von dem Typ der Verbrauchseinheiten 6-i relativ fix vorgegeben sein oder variieren. Beispielsweise ist die Betriebszeit der Küche bzw. Kantine relativ fix, da die Küche zur Mittagszeit betrieben werden muss. Demgegenüber ist die Betriebszeit der Waschmaschine relativ variabel, da es dem Nutzer weitgehend egal ist, wann die Waschmaschine zum Waschen der Wäsche nach ihrer Befüllung betrieben wird. Daher kann das erfindungsgemäße Energiemanagementprogramm die Waschmaschine derart ansteuern, dass der Gesamtenergieverbrauch aller Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage möglichst deckungsgleich mit dem Verlauf der durch die Energieerzeugungseinheit 2 er- 22 23/49 12/06/2012 16:26
Nr.: R185 P.025/046
Faxabsender: 084372422413820 FRONIUS INT. GMBH 12-06-12 16:21 S.: 26/46 • ·· · · · ·· ·· · • ♦· ···· ·· « · · · • · · · · · · ··· · · • 4 · f · · · · · ♦ zeugten Energie wird. Dabei wird vorzugsweise das Flächenin' tegral der durch die Energieerzeugungseinheit 2 erzeugten Energie möglichst in Deckung mit dem Flächenintegral aller an der Vorrichtung 3 angeschlossenen Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage 1 gebracht, so dass der Eigenenergieverbrauch des Nutzers ü maximiert wird.
In Abhängigkeit von Umwelteinflüssen, insbesondere Wettereinflüssen, kann der Verlauf der durch die Energieerzeugungseinheit 2 erzeugten Energie variieren, wie in Fig. 5a dargestellt. Das Energiemanagementprogramm kann einen Energieverbrauch durch Energieverbrauchseinheiten 6 bei vielen Typen von Energieverbrauchseinheiten, beispielsweise Waschmaschinen oder dergleichen, im Tagesverlauf weitgehend frei steuern bzw. regeln, ohne dass das Arbeitsergebnis bzw. die Funktion der jeweiligen Energieverbrauchseinheit 6 darunter leidet. Beispielsweise kann das Energiemanagementprogramm einen Waschvor-gang vormittags, zur Mittagszeit oder am Nachmittag einleiten, je nachdem, wie viel Energie die Energieerzeugungseinheit 2 momentan liefert.
Bei manchen Energieverbrauchseinheiten 6 kann der Stromverbrauch bzw. die Leistung stufenlos durch das Energiemanage-mentprogramm eingestellt bzw. gesteuert werden. Beispielsweise kann dies durch eine Pulsbreitenmodulation des Ladestroms eines Akkus oder durch Regeln der Leistung eines Heizstabs erfolgen.
Darüber hinaus kann das Energiemanagementprogramm aus einem in der Vergangenheit aufgezeichneten Energieverbrauch und aus Prognosedaten, beispielsweise Wetterprognosedaten, auch einen für den nächsten Tag zu erwartenden Energieerzeugungsverlauf prognostizieren und die Energieverbrauchseinheiten 6 passend derart ansteuem, dass der Eigenenergieverbrauch maximal ist.
Bei dem in Fig. 5a dargestellten Beispiel einer Energieerzeu- ** 24/49 12/06/2012 16:26
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FRONIUS INT. GNBH 12-06-12 16:22 S.: 27/46 • ·· · · · ·· ·· · • · · ···· · · · « ·· • · · · ·· ····· » • · · · ··· ··· gungseinheit 6, die Energie aus Sonnenlicht gewinnt, verläuft die Energieerzeugung periodisch mit einer Periode von 24 Stunden. Bei anderen Energieerzeugungseinheiten 2 erfolgt die Energieerzeugung relativ unregelmäßig in Abhängigkeit von Wetterbedingungen, beispielsweise bei der Energieerzeugung aus Windkraft. Bei weiteren Energieerzeugungseinheiten 2 aus erneuerbaren Ressourcen, beispielsweise Wasserkraft, verläuft die Energieerzeugung demgegenüber relativ konstant.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 weist die Anlage 1 mehrere Energieerzeugungseinheiten 2 auf, die Energie aus unterschiedlichen steuerbaren Ressourcen, beispielsweise Sonnenlicht, Windkraft oder Wasserkraft, liefern. Die aus den unterschiedlichen Ressourcen gewonnene Energie bildet eine aggregierte Energieerzeugungs-kurve, bei der die unterschiedlich erzeugten Energieverläufe überlagert sind. Bei dieser Ausführungsvariante steuert die programmierbare Steuerung 4 den Eigenenergieverbrauch der von den verschiedenen Energieerzeugungseinheiten 2-i insgesamt erzeugten Energie durch die Energieverbrauchseinheiten 6-i, vorzugsweise derart, dass der Anteil der durch die Energieerzeugungseinheiten 2-i der Anlage 1 des Nutzers insgesamt erzeugten Energie an der Energie, welche durch die verschiedenen Energieverbrauchseinheiten 6-i der Anlage 1 des Nutzers verbraucht wird, maximal ist. Bei einer möglichen Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Durchführung eines Energiemanagements wird der Eigenenergieverbrauch der Anlage 1 an der erzeugten Energie dem Nutzer U über eine Schnittstelle, beispielsweise eine graphische Anzeige oder dergleichen, angezeigt.
Im Weiteren werden Anwendungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 3 zur Durchführung eines Energiemanagements anhand von exemplarischen
Energiemanagementprogrammen beschrieben, die in einer graphi- 24 25/49 12/06/2012 16:26
Nr.: R185 P.027/046
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sehen Programmiersprache programmiert sind. Dabei weisen die Energiemanagementprogramme graphische Punktionsbausteine fbs bzw. Punktionsblockdiagramme FBD entsprechend der EN 61X31-3 auf, die eine Norm für Programmiersprachen von programmierbaren Steuerungen darstellt.
Fig. 6 zeigt einen Funktionsschaltplan für eine elektrische Boilerheizung, die als Energieverbrauchseinheit 6 in einer Anlage 1 eines Nutzers ü betrieben wird. Bei der Boilerheizung handelt es sich um eine dreiphasige Boilerpatrone, deren drei Phasen LI, L2, L3 durch die programmierbare Steuerung 4 einzeln angesteuert werden und beispielsweise jeweils zwei kW verbrauchen. Wie in Fig. 6 dargestellt, wird eine elektrische Leistung P-PV, beispielsweise eine von einer Photovoltaikanlage 2 gelieferte Leistung, die mit Hilfe von Komparatoren, die als Funktionsbausteine 013, 014, 015 dargestellt sind, mit einer konsumierten bzw. verbrauchten Leistung Ρχ, die durch einen elektrischen Verbrauchszahler, beispielsweise mit SO-Ausgang, geliefert wird, verglichen. Die elektrische Leistung kann beispielsweise direkt von einem Wechselrichter 3 erzeugt werden. Darüber hinaus ist bei dem dargestellten Anwendungsbeispiel einer elektrischen Boilerheizung, die eine elektrische Verbrauchseinheit 6 der Anlage 1 bildet, ein Temperatursensor zur Messung der Boilertemperatur T& vorgesehen. In dem in Fig. 6 dargestellten Anwendungsbeispiel eines Energiemanagementprogramms soll die Boilerheizung rund um die Uhr bzw. ständig eine Minimaltemperatur Tmin von 45 °C und aus Verkalkungsgründen eine Temperatur haben, die eine Maximaltemperatur Tmax von 65 'C nicht übersteigt. Die Boilerheizung wird dabei derart betrieben, dass sie möglichst mit einem von dem Photovoltaikmodul 2 gelieferten Strom betrieben wird. Wie man aus Fig. 6 erkennen kann, kann das Energiemanagementprogramm bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verschiedene Phasen LI, L2, L3 der Energieverbrauchseinheit 6, d.h. der Boilerheizung, des Nutzers U separat ansteuem. 25 P.028/046 12/06/2012 16:27 26/49 Nr.: R185
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t · • · · · · · ·· · « t· • · · ···· · • · · · · ·
Fig. 7 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines weiteren Anwendungsbeispiels für ein Energiemanagementprogramm, das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann. Fig. 7 zeigt einen Funktionsschaltplan mit mehreren Funktionsbausteinen FBS eines Energiemanagementprogramms für eine Schwimmbadpumpe 6 einer Anlage 1. Bei dem dargestellten Anwendungsbeispiel handelt es sich somit um eine Energieverbrauchseinheit 6, bei der es eine untergeordnete Rolle spielt, wann die Energieverbrauchseinheit 6 betrieben wird. Wie in Fig. 7 gezeigt, stellt der Wechselrichter 3 der Anlage 1 den aktuell erzeugten Leistungswert P zur Verfügung. Durch einen konfigurierbaren Schwellwert SW in der programmierbaren Steuerung 4 können eine oder mehrere Energieverbrauchseinheiten 6 zur Eigenverbrauchsoptimierung angesteuert werden. Durch einen Komparator 019 wird die aktuelle Leistung der Energieverbrauchs-einheit 6 und der Schwellwert SW miteinander verglichen. So-
TaieifiiTirt riar EnerniAtwrlYraTinhseinheit 6. d.h. der Schwimmbadpumpe, größer oder gleich dem eingestellten Schwellwert SW ist, wird durch die Energieerzeugungseinheit 2 der Anlage 1 genug Energie geliefert und die Schwimmbadpumpe kann als Energieverbrauchseinheit 6 grundsätzlich betrieben werden. Der Ausgang des Komparators 019 wird in dem dargestellten Anwendungsbeispiel mit einem Funktionsbaustein 027 verknüpft, der eine logische UND-Verknüpfung mit einem Zeitsignal durchführt, das von einer Zeitschaltuhr als Funktionsbaustein 026 geliefert wird. Mit Hilfe der Zeitschaltuhr 026 ist es möglich, eine beliebige zeitliche Vorgabe durch den Nutzer u einzustellen. Beispielsweise kann der Nutzer U ein Zeitfenster zwischen einer Uhrzeit 6:00 Uhr und 18:00 Uhr einstellen, wobei die Schwimmbadpumpe 6 in diesem zeitfenster betrieben werden kann. Weiterhin besteht bei dem dargestellten Anwendungsbeispiel mit Hilfe des Energiemanagementprogramms die Möglichkeit, die Energieverbrauchseinheit 6, d.h. die Schwimmbadpumpe 6, auch manuell einzuschalten. Hierzu ist ein eigener Eingang 26 12/06/2012 16:27
Nr27/49.5 P.029/046
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„Handbetätigung" H an einem ODER-Funktionsbaustein 025 vorgesehen, über den die Schwimmbadpumpe 6 aktiviert werden kann. Ein weiterer Eingang des in Fig. 7 dargestellten Funktionsbausteins dient als Eingang für einen Rundsteuerempfänger R, welcher die Möglichkeit bietet, die Schwimmbadpumpe 6 über einen Ausgang A ein- und auszuschalten, wenn nichts in das Energieversorgungsnetz 8 eingespeist werden darf.
Fig. 8 zeigt einen weiteren Funktionsschaltplan für ein weiteres Anwendungsbeispiel eines Energiemanagementprogramms zum Betreiben einer Waschmaschine als Energieverbrauchseinheit 6. Im dargestellten Anwendungsbeispiel sorgt das Energiemanagementprogramm dafür, dass die Waschmaschine mit möglichst viel Photovoltaikstrom versorgt wird, der von einer Photovoltaikanlage 2 erzeugt wird, um den Eigenenergieverbrauch der Photovoltaikanlage 2 zu erhöhen. Bleibt der Photovoltaikstrom untertags aus, beispielsweise aufgrund von schlechtem Wetter, wird die Waschmaschine trotzdem derart betrieben, dass durch die Waschmaschine gewaschene Wäsche bis zum Abend fertig gewaschen ist. Beispielsweise wird in einem Anwendungsfall die Waschmaschine als Energieverbrauchseinheit 6 am Morgen des Tages oder am Abend des vorherigen Tages mit Wäsche beladen und mit Waschmittel gefüllt. Am Abend des Waschtages soll dann die Wäsche durch die Waschmaschine fertig gewaschen sein. In dem in Fig. 8 dargestellten Anwendungsbeispiel startet die Waschmaschine als Energieverbrauchseinheit 6 der Anlage 1 entsprechend dem programmierten Energiemanagementprogramm den Waschvorgang nicht durch einfaches Anlegen der Energieversorgung. Die Abfolge zum Starten der Waschmaschine verläuft derart, dass die Waschmaschine erst dann mit Strom bzw. Energie versorgt wird, wenn zusätzlich ein Startknopf an der Waschmaschine betätigt wird, um den Wasehvorgang zu starten. Die Waschmaschine kann manuell an dem jeweiligen Gerät gestartet werden. Beginnt die Waschmaschine, ihr Waschprogramm entsprechend der Steuerung durch das Energiemanagementprogramm zu starten, kann 27 P.030/046 12/06/2012 16:28 28/49 Nr.: R185
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FRONIUS INT. GNBH 12-06-12 16:23 S.: 31/46 • ·· ·· · ·· ·· · • · · · ··· ·*· ··· • * · ·· ····· · • · · · ·· · ··· die Versorgung der Waschmaschine unterbrochen werden. Ein Großteil der derzeit vorhandenen Waschmaschinen interpretiert diesen Umstand als Stromausfall. Beim erneuten Anlegen der Stromversorgung setzt die Waschmaschine ihr Waschprogramm fort.
Wie man dem Anwendungsbeispiel in Fig. 8 entnehmen kann, bilden die erforderlichen Eingangsgrößen des Energiemanagement-Programms die Leistungsaufnahme Pw der Waschmaschine als Energieverbrauchseinheit 6, die Photovoltaikstromleistung P-PV der Energieerzeugungseinheit 2, der Energieverbrauch Ps durch andere bzw. sonstige Energieverbrauchseinheiten 6 der Anlage 1 sowie z.B. eine maximale Waschdauer T,*,** der Waschmaschine. Weitere Eingänge sind ein erster Eingang PRG, der es erlaubt, die Waschmaschine zu programmieren und ein zweiter Eingang F, um den Waschvorgang der Waschmaschine freizugeben. Der Ausgang A des in Fig. 8 dargestellten Energiemanagementprogramms erlaubt es, die Waschmaschine als Energieverbrauchseinheit 6, beispielsweise mittels eines Schützes oder Relais, als Schalteinheit ein- oder auszuschalten.
Weitere Varianten des erfindungsgemtßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 zur Durchführung eines Energiemanagement s sind möglich. Beispielsweise kann die Vorrichtung 3 mit der darin integrierten programmierten Steuerung 4 zusätzlich über ein Datennetzwerk mit einem weiteren Server verbunden sein, der Daten eines Strommarkts, insbesondere Strompreise für elektrischen Strom, liefert, der durch die Anlage l in ein öffentliches Energieversorgungsnetz 8 eines Betreibers eingespeist wird. Beispielsweise kann der durch die Anlage 1 eingespeiste Strom pro eingespeister Leistung in kW einen bestimmten Preis, beispielsweise 0,04 bis 0,06 Euro, als Einnahme für den Nutzer u darstellen, während der Nutzer U für den Bezug von Fremdstrom aus dem Energieversorgungsnetz 8 einen höheren Preis von beispielsweise 0,25 Euro bezahlen muss. 28 12/06/2012 16:28 P.031/046 29/49 Nr.: R185
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FRONIUS INT. GNBH 12-06-12 16:24 S.: 32/46 • · · · · 0 ·· 0 0 · • 0 0 0 0 00 «I · 0 ·· • · 00 000·· 0 • 0 0 0 000 00 0
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung eines Ener-giemanagements sorgt dafür, dass der Strom, den der Nutzer U bzw. die Anlage 1 selbst erzeugen, auch durch die Anlage 1 bzw. deren Energieverbrauchseinheiten 6 selbst verbraucht wird.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsvariante wird durch das Energiemanagementprogramm die programmierbare Steuerung 4 aus einem lokalen Datenspeicher ausgelesen, der beispielsweise auch austauschbar ist. Beispielsweise kann es sich bei dem austauschbaren Datenspeicher um einen USB-Stick oder eine Speicherkarte handeln.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung eines Energiemanagements erlaubt eine Steuerung des Eigenenergieverbrauchs der von der Energieerzeugungseinheit 2 erzeugten Energie durch die Energieverbrauchseinheiten 6 der Anlage 1. Dabei kann die Steuerung bei einer möglichen Ausführungsvariante während des Betriebes der Anlage 1 erfolgen. Weiterhin ist es möglich, dass das erfindungsgemäße Verfahren den Eigenenergieverbrauch in einer Planungsphase simuliert. Die Simulation erlaubt eine Optimierung des Energiemanagementprogramms für die Anlage 1 im Vorfeld vor Inbetriebnahme der Anlage 1. Dabei kann die Simulation weitere Daten berücksichtigen, insbesondere Wetterprognosedaten oder die Position der jeweiligen Anlage bzw. die zu erwartenden Energieerzeugungskurven der Energieerzeugungseinheiten 2 der Anlage 1. 29 P.032/046 12/06/2012 16:29 30/49 Nr. : R185

Claims (21)

  1. Faxabsender: 004372422413820 FRON1US INT. GMBH 12-06-12 16:24 S.: 34/46 • ·· ·· · ·· ·· · • · · · ·· · · ·· • · · · ♦ · · ··· · · • · · t « · · · · · Patentansprüche 1. Vorrichtung (3) zum Management einer von einer Energieerzeugungseinheit (2) einer Anlage (1) eines Nutzers erzeugten Energie, die mit einem Energieversorgungsnetz (8) und mit mindestens einer Energieverbrauchseinheit (6) der Anlage (l) verbunden ist und eine programmierbare Steuerung (4) aufweist, welche einen Eigenenergieverbrauch der von der Energieerzeugungseinheit (2) erzeugten Energie durch die Energieverbrauchseinheiten (6) der Anlage (l) steuert.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch l, wobei die Energieerzeugungseinheit (2) Energie aus erneuerbaren Ressourcen, insbesondere aus Sonnenlicht und/oder einer Brennstoffzelle, erzeugt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch l oder 2, wobei die programmierbare Steuerung (4) die Energieverbrauchseinheiten (6) der Anlage (l) derart ansteuert, dass der Anteil der durch die mindestens eine Energieerzeugungseinheit (2) der Anlage (l) selbst erzeugten Energie an der Energie, welche durch die Energieverbrauchseinheiten (6) der Anlage (1) verbraucht wird, maximal ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei derjenige Anteil der durch die Energieerzeugungseinheit (2) der Anlage (1) erzeugten Energie, der nicht durch die Energieverbrauchseinheiten (6) der Anlage (1) verbraucht wird, durch die programmierbare Steuerung (4) gesteuert, in ein Energieversorgungsnetz (8) eingespeist und/oder in einem lokalen Energiespeicher (19) der Anlage (1) zwischengespeichert wird.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 12/06/2012 16:29 P.034/046 '31 /49 Nr.: R185 Faxabsender: 004372422413820 FRONIUS INT. GHBH 12-06-12 16:25 S.: 35/46 • · · «· · ·· ·· · • · · ♦ ··· ·♦ · · ·· • · · · · · ♦ ··· · · • t t · ··· · · · wobei die programmierbare Steuerung (4) ein gespeichertes Energiemanagementprogramm ausführt, das über eine Programmierschnittstelle in einer textbasierten oder graphischen Programmiersprache programmiert ist, wobei das Energiemanagementprogramm insbesondere vom Nutzer erstellt ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das gespeicherte EnergiemanagementProgramm, welches durch die programmierbare Steuerung (4) ausgeführt wird, eine textbasierte Anweisungsliste (AWL) oder einen strukturierten Text (ST) aufweist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das gespeicherte Energiemanagementprogramm, welches durch die programmierbare Steuerung (4) ausgeführt wird, graphische Funktionsbausteine (FBS), einen Kontaktplan (KOP) oder sequentielle Funktionsablaufdiagramme (SFC) aufweist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 7, wobei die Programmierschnittstelle der programmierbaren Steuerung (4) eine lokale Nutzerschnittstelle (13) zur Eingabe des Energiemanagementprogramms durch den Nutzer und/oder eine Netzwerkschnittstelle (21) zum Empfang des Energiemanagementprogramms von einem entfernten Server (23) und/oder eine Funkschnittstelle (20) zum Empfang des Energiemanagementprogramms von einem Programmiergerät (21) aufweist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche l bis 8, wobei die in das Energieversorgungen«tz (8) eingespeiste Energie und/oder eine aus dem Energievereorgungsnetz (8) bezogene Energie durch zumindest eine erste Erfassungsein- 32 P.035/046 12/06/2012 16:30 32/49 Nr.: R185 Faxabsender: 004372422413820 FRONIUS INT. GNBH 12-08-12 16:25 S.: 36/46
    • · · · · · · • · · · · · ·· · · ♦· ·· · ···· · » · · · ♦ · ·« ·· ·· heit (9) erfasst und an die programmierbare Steuerung (4) gemeldet wird.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die durch die Energieerzeugungseinheit (2) erzeugte Energie durch eine zweite Erfassungseinheit (10) erfasst und an die programmierbare Steuerung (4) gemeldet wird.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die durch die mindestens eine Energieverbrauchseinheit (6) der Anlage (1) verbrauchte Energie durch eine dritte Erfassungseinheit (11) erfasst und an die programmierbare Steuerung (4) gemeldet wird.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei Betriebsdaten der Energieverbrauchseinheiten (6) über eine Datenverbindung an die programmierbare Steuerung (4) zur Auswertung durch das Energiemanagementprogramm übertragen werden.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei Konfigurationsparameterdaten der Energieverbrauchs-einheiten (6) über die Programmierschnittstelle (13) der programmierbaren Steuerung (4) zur Auswertung durch das Energiemanagementprogramm eingegeben werden.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein von der Energieerzeugungseinheit (2) erzeugter Gleichstrom durch einen DC/AC-Wandler (14) der Vorrichtung (3) in einen ein- oder mehrphasigen Wechselstrom umgewandelt wird, welcher durch die Vorrichtung (3) an die Energieverbrauchseinheiten (6) der Anlage (l) zu deren Energieversorgung über mindestens eine Stromversorgungsleitung (5) angelegt wird. 12/06/2012 16:30 33/49 Nr.: R185 P.036/046 Faxabsender: 004372422413820 FRONIUS INT. GHBH 12-06-12 16:25 S.: 37/46
    ·«'·· ·· *· • ♦ · · · ··· ·♦ ♦ · • · · ··· • · · · ··· ·· ♦· ··
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das durch die programmierbare Steuerung (4) ausgeführte Energiemanagementprograimn Schalteinrichtungen (17), die zwischen den Stromversorgungsleitungen (5) und den Energieverbrauchseinheiten (6) vorgesehen sind, zeitlich derart ansteuert, dass derjenige Anteil der durch die Energieerzeugungseinheit (2) der Anlage (1) selbst erzeugten Energie an der Energie, welche durch die Energieverbrauchseinheiten (6) der Anlage (1) verbraucht wird, maximal ist.
  16. 16. Photovoltaikanlage (1) mit mindestens einer Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
  17. 17. Photovoltaikanlage (l) nach Anspruch 16, wobei die Vorrichtung (3) eine Systemkomponente der Photovoltaikanlage (1), insbesondere ein Photovoltaik-Wechselrichter, mit einer integrierten programmierbaren Steuerung (4) ist, die an einem Solarmodul (2) der Photovoltaikanlage (i) angeschlossen ist.
  18. 18. Verfahren zum Management einer von einer Energieerzeugungseinheit (2) einer Anlage (1) eines Nutzers erzeugten Energie, wobei ein Eigenenergieverbrauch der erzeugten Energie durch die Energieverbrauchseinheiten (6) der Anlage (1) gesteuert wird.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Eigenenergieverbrauch der erzeugten Energie an der von den Energieverbrauchseinheiten (6) der Anlage (1) verbrauchten Energie automatisch maximiert wird.
  20. 20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19,wobei das Einstellen des Eigenenergieverbrauchs durch die Energieverbrauchseinheiten (6) der Anlage (1) durch ein Energiema- 34 34/49 12/06/2012 16:30 P.037/046 Nr.: R185 Faxabsender: 00437242241382Θ FRONIUS INT. GNBH 12-06-12 16:26 S.: 38/46 I ·· ···· • · · · • · · ··· • · · · • · » « • · nagementprogramm erfolgt, das durch eine programmierbare Steuerung (4) ausgeführt wird.
  21. 21. verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dass derjenige Anteil der Energie, der nicht durch die Energieverbrauchseinheiten (6) der Anlage (1) verbraucht wird, durch die programmierbare Steuerung (4) gesteuert, in ein Energieversorgungsnetz (8) und/oder in einem lokalen Energiespeicher (19) der Anlage (1) zwischengespeichert wird. 12/06/2012 16:31 35 35/49 Nr.: R185 P.038/046
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