AT514419A1

AT514419A1 - Verfahren zur direkten Speicherung von Energie aus Energieerzeugungsanlagen in elektrochemischen Energiespeichern

Info

Publication number: AT514419A1
Application number: AT4402013A
Authority: AT
Inventors: Alois Dipl Ing Danninger; Bernd Mag Lippacher
Original assignee: Kosolar Pv Gmbh
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2014-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eln Verfahren zur direkten Speicherung von Energie aus Energieerzeugungsanlagen, bevorzugt aus erneuerbaren Energien wie Photovoltaik oder Windkraftanlagen in elektrochemischen Energiespeichern. Die Erfindung ermöglicht eine Umsetzung mit geringstem Einsatz von zusätzlichen Bauelernenten durch die Anpassung des generellen Spannungsniveaus des Energiespeichers an die Energieerzeugungsanlage. Der gesamte Energiefluss für Speichern und Entladen erfolgt mit Gleichstrom. Der für die Energieerzeugungsanlage bereits vorhandene Wechselrichter wird auch bei Nichtverfügbarkeit der Energieerzeugungsanlage für die Versorgung der Verbraucher auf der Wechselspannungsseite verwendet. Die Begrenzung der Energiemengen ist insbesondere für die Dauerhaltbarkeit der Energiespeicher von essentieller Bedeutung. Dies wird durch den Einsatz von Strombegrenzungen sichergestellt, die je nach Energierichtung getrennt voneinander aufgebaut sein können. Durch die externe Vorgabe der Begrenzungswerte für Laden und Entladen kann das Verfahren flexibel für verschiedenste Anwendungen, Energieerzeugungsanlagen und Verbraucher eingesetzt und angepasst werden.

Description

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Verfahren zur direkten Speicherung von Energie aus Energieerzeugungsanlagen in elektrochemischen

Energiespeichern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Speicherung von Energie aus Energieerzeugungsanlagen insbesondere von erneuerbarer Energie aus Photovoltaikelementen oder Windkraftanlagen in elektrochemischen Energiespeichern wie Batterien oder Akkus. Durch die veränderliche Verfügbarkeit z.B. durch die Sonneneinstrahlung wird durch Photovoltaikelemente eine veränderliche Energie zur Verfügung gestellt. Dies führt zu einer sich ändernden Gleichspannung. Die Verwendung der Energie wird üblicherweise mit Hilfe eines Wechselrichters zur Überführung der Energie in die Verwendungsform der Niederspannung mit 50 Hz durchgeführt. Zur idealen Energieausbeute regelt der Wechselrichter die Spannung in den zusammengeschalteten Photovoltaikmodulen (String) auf ein jeweils ideales Niveau (MPP-Tracker). Somit steht die Energie auf der Gleichstromseite der Photovoltaikanlage in zeitlich veränderlicher Form hinsichtlich Spannung, Strom und Leistung zur Verfügung.

Unabhängig von der eingesetzten Batterietechnologie ist die Ladespannung bzw. der Ladestrom ein wichtiges Kriterium für die Dauerhaltbarkeit bzw. die Alterung. Die Sicherstellung der zulässigen Grenzwerte wird hierbei durch ein Batteriesteuergerät oder Ladegerät übernommen. 2/10 • · · ····· ··· · • · · · ···· ···· · · ·

Beim aktuellen Stand del* Töchhik* fflr *&ie elektrochemische Speicherung von Energie aus Photovoltaikanlagen wird die Energie über geeignete Schaltungen auf die Spannungsebene der Batterie transferiert (DC/DC - Wandler).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur direkten Speicherung von Energie aus erneuerbarer Energie z.B, Photovoltaikelementen oder

Windkraftanlagen in elektrochemischen Energiespeichern ohne die Umwandlung in eine andere Spannungsebene und unter Einhaltung der erforderlichen Grenzwerte zum Schutz der Batterien gegen vorzeitige Alterung umzusetzen.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass mehrere Batterien bzw. Batteriezellen in Serie geschaltet werden. Dies führt zu einer Annäherung der Batteriepackspannung an das Spannungsniveau der Energieerzeugungsanlage. Es wird nur dann geladen, wenn die variable Spannung der Energieerzeugungsanlage höher als die Spannung des Batteriepacks ist.

Der Einsatz einer Strombegrenzung führt dazu, dass die elektrische Energie als Stromquelle für das Batteriepaket erscheint. Durch die Begrenzung des Ladestroms wird eine zu hohe Ladeleistung und damit verbunden eine vorzeitige oder zu schnelle Alterung unterbunden. Die Eigenschaft einer Stromquelle beinhaltet die Variabilität der Spannung, die in diesem System vom Batteriepaket vorgegeben wird; eine eigene Spannungsstabilisierung ist dadurch nicht erforderlich. 3/10 • ·· · · · · · ··· · • »6 · ···· ···* · « « Für die Freisetzung der*«ei»M*ge6pei6kest>en elektrischen Energie wird das gleiche Verfahren angewandt. Durch eine Strombegrenzung wird der Entladestrom auf einen vorgegebenen Wert begrenzt und in Form von Gleichspannung/-strom dem Wechselrichter zur Verfügung gestellt. Eine Freigabe hierfür erfolgt nur, wenn die Spannung des Batteriepacks höher als die aktuelle Spannung der Energieerzeugungsanlage ist.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strombegrenzung sowohl für das Laden, als auch für das Entladen einer externen Vorgabe folgen, d.h. der Strom auf den begrenzt wird, wird von außen vorgegeben. Dadurch kann die Lade- und Entladeleistung zwischen 0 und dem maximal zulässigen Wert variabel erfolgen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur 1 näher erläutert. Die Abbildung zeigt schematisch die Energieerzeugungsanlage 1 die über die Gleichstromleitungen 2 zum Wechselrichter 6 geführt werden. Die Einführung einer geregelten Strombegrenzung zu Laden 3 sowie einer geregelten Strombegrenzung 4 zum Entladen werden erfindungsgemäß hinzugefügt. Diese beiden werden am Batteriepaket 5, bestehend aus mehreren seriell verbundenen einzelnen Batterien oder Batteriezellen angeschlossen. Die beiden Strombegrenzungen sind je nach Spannungsniveau an den Gleichstromleitungen 5 in Betrieb, wobei sie nicht gleichzeitig aktiv sind. 4/10

Claims

·· · ·4 · · · · · ····· · · ·· • · · ····· ··· · • · :···#·*··· · (Patente) An spirucfie · · 1. Verfahren zur direkten Speicherung von Energie in elektrochemischen Energiespeichern bestehend aus mindestens einer Energieerzeugungsanlage, einem mindestens einem Wechselrichter und einem Batteriepaket bestehend aus mindestens 2 in Serie geschalteten Speicherzellen ist dadurch gekennzeichnet, dass für das Einspeichern von Energie in das Batteriepaket (Laden) die Energie aus der Energieerzeugungsaniage durch eine Strombegrenzung limitiert wird, und für das Entnehmen von Energie aus dem Batteriepaket (Entladen) die verfügbare Energie aus der Batterie durch eine Strombegrenzung beschränkt wird.
2. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Energiefluss mit Gleichstrom erfolgt.
3. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass keine Spannungswandlung (z.B. durch einen DC/DC-Wandler) erfolgt.
4. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzung auf externe Vorgaben regelbar sein kann.
5. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Strombegrenzung zur Limitierung der Energiemenge für Laden und/oder Entladen verwendet wird. 5/10 • · · 1 · · · ·· • ·· · · · · t «ti · I · »····««·*· » i • · · · · ··· I
6. Verfahren, insbesondre hadh ‘Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz mehrerer Strombegrenzungen für Laden und Entladen diese unabhängig voneinander aufgebaut und betrieben werden können.
7. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unabhängig von der Batterietechnologie, und Wechselrichtertyp ist.
8. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unabhängig von der Art der Energieerzeugungsanlage ist.
9. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei der Anwendung mit Photovoltaikanlagen unabhängig von der Photovoltaik - Modulverschaltung und - typen ist.
10. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der zulässigen Energie für das Laden des Batteriepakets ohne Spannungsregelung erfolgt. 6/10