AT516241B1 - Wechselrichter zur Fluiderwärmung - Google Patents

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AT516241B1 ATA679/2014A AT6792014A AT516241B1 AT 516241 B1 AT516241 B1 AT 516241B1 AT 6792014 A AT6792014 A AT 6792014A AT 516241 B1 AT516241 B1 AT 516241B1
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Abstract

Wechselrichter (1) zur Umwandlung eines Gleichstroms (IDC) in einen Wechselstrom (IAC), dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluidvolumen (3), das sich in mindestens einem Behälter (2) befindet, der mit einem Gehäuse (la) oder Kühlkörper (17) des Wechselrichters (1) thermisch gekoppelt ist, und/oder ein Fluidstrom, der durch Leitungen (8) fließt, die mit dem Gehäuse (1a) oder einem Kühlkörper (17) des Wechselrichters (1) thermisch gekoppelt sind, durch eine Verlustleistung erwärmt werden, die bei der Umwandlung des Gleichstroms (IDC) in den Wechselstrom (IAC) durch den Wechselrichter (1) anfällt.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter zur Fluiderwärmung und insbesondere einen Warmwasserwechselrichter zur gezielten Erwärmung von Wasser in einem Haushalt.
[0002] Ein Wechselrichter ist eine elektrische Vorrichtung, die eine Gleichspannung in eine Wechselspannung, d.h. einen Gleichstrom in einen Wechselstrom, umrichtet. Wechselrichter werden auch als Inverter bezeichnet. Wechselrichter sind vielseitig anwendbar, beispielsweise als Solarwechselrichter in einer Photovoltaikanlage oder als Wechselrichter in Kraftfahrzeugen. In einer Photovoltaikanlage befindet sich auf der Eingangsseite üblicherweise ein Gleichstromsteller mit Maximum Power Point Tracker, den beispielsweise ein Mikroprozessor steuert und das durch einen Zwischenkreis gespeist wird. Auf der Ausgangsseite befindet sich ein ein- bis dreiphasiger Wechselrichter, der sich automatisch mit einem Wechselstromnetz synchronisieren kann. Ein Wechselrichter kann elektromechanisch als Zerhacker oder elektronisch mit Halbleitern realisiert werden. Der an mindestens einem Photovoltaikmodul angeschlossene Wechselrichter kann über einen Stromzähler mit einem oder mehreren Verbrauchern innerhalb eines Gebäudes verbunden sein, beispielsweise einer Waschmaschine, einer Beleuchtungseinrichtung und/oder einem Warmwasserboiler. Mit einem herkömmlichen Wechselrichter kann beispielsweise ein Heizstab betrieben werden, welcher Wasser in einem Boiler erhitzt.
[0003] Der Wechselrichter wandelt die Eingangsleistung mit einem Wirkungsgrad in eine Ausgangsleistung um. Bei herkömmlichen Wechselrichtern wird darauf geachtet, dass der elektrische Wirkungsgrad des Wechselrichters möglichst groß ist, sodass der Anteil der nutzbaren Wechselstromleistung optimal ist. Daher wird ein Wechselrichter, der einen Heizstab zur Warmwassererzeugung mit Energie versorgt, derart ausgelegt, dass er mit einem möglichst großen Wirkungsgrad elektrische Leistung umwandelt.
[0004] Ein Nachteil einer derartigen herkömmlichen Anordnung zur Erwärmung von Wasser besteht darin, dass zur Erzeugung von Warmwasser mehrere separate Komponenten notwendig sind, insbesondere ein dafür vorgesehener Heizstab. Hierdurch ist es erforderlich, einen derartigen Heizstab an den Wechselrichter anzuschließen und diesen beispielsweise in einem Boilerbehälter zur Erhitzung von Wasser zu installieren. Da verschiedene Komponenten mit unterschiedlichen Lebensdauern eingesetzt werden, fällt die Gesamtanlage zur Erzeugung von Wasser bei Ausfall einer ihres Komponenten aus, insbesondere bei Ausfall des Heizstabes und/oder bei Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen dem Wechselrichter und dem Heizstab.
[0005] Ein weiterer Nachteil einer derartigen herkömmlichen Anordnung besteht darin, dass die bei der Umwandlung des Gleichstroms in den Wechselstrom anfallende Verlustleistung ungenutzt bleibt und die dabei entstehende Wärme verpufft oder sogar eine Kühlung des Wechselrichters erforderlich macht.
[0006] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wechselrichter und eine entsprechende Anlage sowie ein Verfahren zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile vermeidet und den Eigenenergieverbrauch innerhalb eines Haushalts maximiert.
[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wechselrichter mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
[0008] Die Erfindung schafft demnach gemäß einem ersten Aspekt einen Wechselrichter zur Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom, wobei ein Fluidvolumen, das sich in mindestens einem Behälter befindet, der mit einem Gehäuse oder Kühlkörper des Wechselrichters thermisch gekoppelt ist, und/oder ein Fluidstrom, der durch Leitungen fließt, die mit dem Gehäuse oder einem Kühlkörper des Wechselrichters thermisch gekoppelt sind, durch eine Verlustleistung erwärmt werden, die bei der Umwandlung des Gleichstroms in den Wechselstrom durch den Wechselrichter anfällt.
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Patentamt [0009] Bei dem Fluid kann es sich um eine Flüssigkeit, insbesondere um Wasser, handeln.
[0010] Alternativ kann es sich bei dem Fluid um ein Gas oder Gasgemisch, insbesondere Luft, handeln.
[0011] Bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter erfolgt somit erst eine Umwandlung von Gleich- zu Wechselstrom, wobei nicht der umgewandelte elektrische Strom zur Erwärmung eines Fluids herangezogen wird, sondern das Fluid unmittelbar mithilfe der ansonsten ungenutzt bleibenden Verlustleistung des Wechselrichters die bei der Umwandlung des Gleich- in den Wechselstrom anfällt, erwärmt wird.
[0012] Der erfindungsgemäße Wechselrichter bietet somit den Vorteil, dass die normalerweise ungenutzte Verlustleistung des Wechselrichters zur Erwärmung eines Fluids, beispielsweise Wasser, genutzt wird. Hierdurch wird die Energieeffizienz der Gesamtanlage gesteigert.
[0013] Der erfindungsgemäße Wechselrichter eignet sich dazu, entweder ein in einem Behälter vorhandenes Fluidvolumen oder einen durch Leitungen fließenden Fluidstrom zu erwärmen.
[0014] Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird ein Gleichstrom, der durch eine Gleichstromquelle erzeugt wird, in den Wechselstrom umgewandelt.
[0015] Bei der Gleichstromquelle handelt es sich vorzugsweise um eine Photovoltaikanlage, welche aus einfallenden Lichtstrahlen einen Gleichstrom generiert.
[0016] Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird ein elektrischer Wirkungsgrad des Wechselrichters zur Erhöhung oder zur Reduzierung der bei der Umwandlung des elektrischen Gleichstroms in den Wechselstrom an dem Wechselrichter anfallenden Verlustleistung durch eine Steuereinrichtung oder manuell durch einen Nutzer eingestellt.
[0017] Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der elektrische Wirkungsgrad des Wechselrichters je nach Bedarf entweder erhöht oder auch reduziert werden kann. Bei Erhöhung des Wirkungsgrades erzeugt der Wechselrichter mehr Wechselstrom, der beispielsweise in ein Stromnetz zu aktuellen Konditionen eingespeist werden kann. Durch gezielte Reduzierung des Wirkungsgrades wird weniger Wechselstrom generiert und es entsteht mehr Verlustleistung, die für andere Zwecke, insbesondere zur Erwärmung eines Fluids, eingesetzt werden kann. Auf diese Weise bietet der erfindungsgemäße Wechselrichter dem Nutzer bzw. Verbraucher einen zusätzlichen Freiheitsgrad, um zu entscheiden, wie die durch die Photovoltaikanlage generierte Energie, beispielsweise innerhalb eines Privathaushalts, verwendet werden soll.
[0018] Die Einstellung des elektrischen Wirkungsgrades kann durch eine Steuereinrichtung oder auch manuell durch den Nutzer erfolgen.
[0019] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird eine Temperatur des Fluidvolumens und/oder des Fluidstromes durch mindestens einen Temperatursensor erfasst, welcher an dem Behälter und/oder an den Leitungen angebracht ist.
[0020] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird die sensorisch erfasste Temperatur des Fluidvolumens und/oder des Fluidstromes von dem mindestens einen Temperatursensor an die Steuereinrichtung gemeldet, welche den elektrischen Wirkungsgrad des Wechselrichters mittels eines Steuersignals gezielt einstellt.
[0021] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters erhält der Wechselrichter den Gleichstrom von einer Photovoltaikanlage, welche die Energie von darauf auftreffenden Sonnenstrahlen in den elektrischen Gleichstrom umwandelt, wobei die Stärke des erzeugten Gleichstroms von Wetterbedingungen und/oder einer Tageszeit abhängt.
[0022] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird der elektrische Wirkungsgrad des Wechselrichters durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit einer ermittelten Leistung des Wechselrichters und/oder externen Wetterbedingungen und/oder der momentanen Tageszeit eingestellt.
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Patentamt [0023] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird der elektrische Wirkungsgrad des Wechselrichters durch Hinzuschalten oder Wegschalten von elektrischen Verbrauchern eingestellt, die mit dem Gehäuse oder einem Kühlkörper des Wechselrichters thermisch gekoppelt sind.
[0024] Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird der elektrische Wirkungsgrad des Wechselrichters durch Verändern einer Schaltfrequenz des Wechselrichters eingestellt.
[0025] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird der elektrische Wirkungsgrad des Wechselrichters durch Verschieben eines Arbeitspunktes beim Betreiben des Wechselrichters eingestellt.
[0026] Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters ist der fluidbeinhaltende Behälter ein Boilerbehälter, in welchem der Wechselrichter mit einem dichten, thermisch leitfähigen Gehäuse eingesetzt ist.
[0027] Bei dem Boilerbehälter handelt es sich vorzugsweise um einen Wasserboilerbehälter.
[0028] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters verlaufen die fluidführenden Leitungen durch Leiterplatinen innerhalb des Wechselrichters, die mit elektronischen Bauteilen des Wechselrichters bestückt sind.
[0029] Durch die fluidführenden Leitungen wird vorzugsweise Wasser geleitet, das durch die Verlustleistung des Wechselrichters erwärmt wird.
[0030] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird das durch die anfallende Verlustleistung des Wechselrichters erwärmte Fluid einem Kreislauf einer Heizanlage und/oder einer Fluidversorgung innerhalb eines Gebäudes zugeführt.
[0031] Bei dem Fluid handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit, insbesondere um Wasser.
[0032] Alternativ kann es sich bei dem Fluid auch um ein Gas oder Gasgemisch, insbesondere um Luft, handeln.
[0033] Die Erfindung schafft ferner gemäß einem zweiten Aspekt eine Photovoltaikanlage mit Photovoltaikpaneelen zur Erzeugung eines elektrischen Gleichstroms aus Sonnenstrahlen und mit mindestens einem an die Photovoltaikpaneele angeschlossenen Wechselrichter zur Umwandlung des Gleichstroms in einen Wechselstrom, wobei das Fluidvolumen, das sich in mindestens einem Behälter befindet, der mit einem Gehäuse oder Kühlkörper des Wechselrichters thermisch gekoppelt ist, und/oder ein Fluidstrom, der durch Leitungen fließt, die mit dem Gehäuse oder einem Kühlkörper des Wechselrichters thermisch gekoppelt sind, durch eine Verlustleistung erwärmt werden, die bei der Umwandlung des Gleichstroms in den Wechselstrom durch den Wechselrichter anfällt.
[0034] Die Erfindung schafft ferner gemäß einem weiteren Aspekt eine Anlage zur Fluiderwärmung mit einer Stromquelle zur Erzeugung eines elektrischen Gleichstroms, und mit mindestens einem an die Stromquelle angeschlossenen Wechselrichter zur Umwandlung des Gleichstroms in einen Wechselstrom, wobei ein Fluidvolumen, das sich in mindestens einem Behälter befindet, der mit einem Gehäuse oder Kühlkörper des Wechselrichters thermisch gekoppelt ist, und/oder ein Fluidstrom, der durch Leitungen fließt, die mit dem Gehäuse oder einem Kühlkörper des Wechselrichters thermisch gekoppelt sind, durch eine Verlustleistung erwärmt werden, die bei der Umwandlung des Gleichstroms in einen Wechselstrom durch den Wechselrichter anfällt.
[0035] Bei der Anlage handelt es sich vorzugsweise um eine Warmwasseranlage zur Erwärmung von Wasser, das sich in einem Boilerbehälter befindet, in den mindestens ein Wechselrichter gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eingesetzt, insbesondere eingeschraubt, ist.
[0036] Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren mit den im Patentanspruch 18 angegebenen Merkmalen.
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Patentamt [0037] Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wechselrichters und der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage und/oder der erfindungsgemäßen Fluiderwärmungsanlage unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
[0038] Es zeigen:
[0039] Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage mit einem darin vorgesehenen Wechselrichter;
[0040] Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anlage zur Fluiderwärmung;
[0041] Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wechselrichters;
[0042] Fig. 4 ein weiteres Schaltkreisdiagramm zur Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wechselrichters;
[0043] Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wechselrichters;
[0044] Fig. 6 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wechselrichters; und [0045] Fig. 7 ein Schaltkreisdiagramm zur Darstellung eines möglichen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wechselrichters.
[0046] Fig. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung dar, welches einen erfindungsgemäßen Wechselrichter 1 enthält. Der Wechselrichter 1 wandelt einen Gleichstrom DC in einen Wechselstrom AC um. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Wechselrichter 1 mit einem Gehäuse ganz oder teilweise in einem Behälter 2. Bei dem Behälter 2 handelt es sich um einen Aufnahmebehälter zur Aufnahme eines Fluidvolumens, insbesondere zur Aufnahme einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist der Fluidbehälter 2 teilweise mit einem Fluid 3 gefüllt, das den in dem Behälter 2 vorgesehenen Wechselrichter 1 umgibt. Der Wechselrichter 1 weist vorzugsweise ein wasserdichtes Gehäuse auf und kann bei einer möglichen Ausführungsform in eine Wandung des Fluidbehälters 2 von außen eingesetzt bzw. eingeschraubt werden. Bei dieser Ausführungsform ist der Wechselrichter 1 austauschbar. Der Wechselrichter 1 ist eingangsseitig an eine oder mehrere Photovoltaikpaneele 4 eines Photovoltaikstranges innerhalb einer Photovoltaikanlage angeschlossen. Die Anzahl der an dem Wechselrichter 1 angeschlossenen Photovoltaikstränge kann variieren. Die Photovoltaikpaneele können, wie in Fig. 1 dargestellt, seriell verschaltet sein. Alternativ bzw. zusätzlich können die Photovoltaikpaneele auch parallel verschaltet sein. Ausgangsseitig ist der Wechselrichter 1 bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Schutzeinrichtung mit Trennstelle 5 mit einem Wechselstromnetz 6 verbunden. Das in Fig. 1 dargestellte Fluidvolumen 3 befindet sich in dem Behälter 2, der mit einem Gehäuse oder Kühlkörper des Wechselrichters 1 thermisch gekoppelt ist. Das Fluidvolumen 3 wird durch eine elektrische Verlustleistung P erwärmt, die bei der Umwandlung des Gleichstroms DC in den Wechselstrom AC durch den Wechselrichter 1 anfällt. Der elektrische Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 ist zur Erhöhung oder zur Reduzierung der bei der Umwandlung des elektrischen Gleichstroms DC in den Wechselstrom AC an dem Wechselrichter 1 anfallenden Verlustleistung D einstellbar. Die Einstellung des elektrischen Wirkungsgrades η erfolgt bei einer möglichen Ausführungsform durch eine Steuerung bzw. Steuereinrichtung. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform kann der elektrische Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 über eine Nutzerschnittstelle durch einen Nutzer manuell eingestellt werden. Bei dem einstellbaren elektrischen Wirkungsgrad η handelt es sich vorzugsweise um den elektrischen Umwandlungswirkungsgrad, der das Verhältnis zwischen Ausgangs- und Eingangsleistung bzw. zwischen Leistung des Wechselstroms AC zu der Leistung des Gleichstroms DC angibt. Der Gesamtwirkungsgrad des Wechselrichters 1 ergibt sich aus dem Produkt des Umwandlungswirkungsgra4/16
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Patentamt des mit einem Anpassungsgrad.
[0047] Bei einer möglichen Ausführungsform kann die Temperatur T des in dem Behälter 2 befindlichen Fluidvolumens 3 durch mindestens einen Temperatursensor erfasst werden, welcher an dem Behälter 2 angebracht ist. Die sensorisch erfasste Temperatur T des Fluidvolumens 3 wird dabei vorzugsweise an eine Steuereinrichtung gemeldet, welche den elektrischen Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 mittels eines Steuersignals einstellt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erhält der Wechselrichter 1 den Gleichstrom DC von einer Photovoltaikanlage, welche die Energie von darauf auftreffenden Sonnenstrahlen in den elektrischen Gleichstrom DC umwandelt. Dabei hängt die erzeugte Ausgangsleistung von Wetterbedingungen und/oder einer Tageszeit ab. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 wird der elektrische Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von einer gemessenen Leistung und/oder externen Wetterbedingungen und/oder der Tageszeit eingestellt. Bei einer möglichen Ausführungsform werden die externen Wetterbedingungen auf Basis von Sensordaten ermittelt. Alternativ können die externen Wetterbedingungen auch über ein Datennetzwerk von einem Dienstleistungsserver abgefragt werden. Diese Abfrage erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von übertragenen Positionsdaten des Wechselrichters 1.
[0048] Bei einer möglichen Ausführungsform wird der elektrische Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 durch die Steuerung bzw. Steuereinrichtung gezielt zur Erhöhung oder zur Reduzierung der bei der Umwandlung des elektrischen Gleichstroms DC in den Wechselstrom AC an dem Wechselrichter 1 anfallenden Verlustleistung P eingestellt. Dabei kann die Einstellung des elektrischen Wirkungsgrades η unterschiedlich erfolgen. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 wird der elektrische Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 durch Hinzuschalten oder Wegschalten von elektrischen Verbrauchern eingestellt, die mit dem Gehäuse oder einem Kühlkörper des Wechselrichters 1 thermisch gekoppelt sind. Bei diesen elektrischen Verbrauchern kann es sich beispielsweise um elektrische Widerstände oder dergleichen handeln. Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 erfolgt die Einstellung des elektrischen Wirkungsgrades η des Wechselrichters 1 durch Verändern einer Schaltfrequenz des Wechselrichters 1. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 wird der elektrische Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 durch Verschieben eines Arbeitspunktes beim Betrieb des Wechselrichters 1 eingestellt bzw. verändert.
[0049] Durch die gezielt eingestellte anfallende Verlustleistung P des Wechselrichters 1 wird das in dem Behälter 2 befindliche Fluid 3 erwärmt. Dieses erwärmte Fluid, insbesondere Wasser, kann einem Kreislauf einer Heizanlage oder einer Fluidversorgung innerhalb eines Gebäudes zugeführt werden. Beispielsweise kann der in Fig. 1 dargestellte Wechselrichter 1 ein in einem Boilerbehälter 2 befindliches Fluid 3, insbesondere Wasser, erwärmen. Je nach Warmwasserbedarf wird der Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 eingestellt. Je größer der Bedarf an Warmwasser ist, desto niedriger wird der Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 eingestellt. Hierzu werden beispielsweise weitere elektrische Verbraucher oder Bauteile hinzugeschaltet, die mit dem Gebäude an einen Kühlkörper des Wechselrichters 1 thermisch gekoppelt sind. Der in Fig. 1 dargestellte Wechselrichter 1 ist in der Lage, Wechselstrom AC in das Wechselstromnetz 6 einzuspeisen. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der eingespeiste Wechselstrom AC sensorisch erfasst bzw. gezählt. Bei einer möglichen Ausführungsform erhält der Betreiber der in Fig. 1 dargestellten Anlage für den eingespeisten Wechselstrom AC eine finanzielle Ausgleichszahlung als Anreiz zum Einspeisen von Wechselstrom AC in das Wechselstromnetz 6. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der Strompreis für die eingespeiste Kilowattstunde je nach momentanem Angebot und Nachfrage veränderlich. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der aktuelle Strompreis über ein Datennetzwerk der Steuereinrichtung des Wechselrichters 1 gemeldet, wobei die Steuereinrichtung den Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 auch in Abhängigkeit von den empfangenen Daten, insbesondere Stromraten, einstellt. Sinkt beispielsweise der Strompreis, kann der Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 durch die Steuereinrichtung vermindert werden, sodass die Verlustleistung P des Wechselrichters 1 erhöht
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Patentamt wird und auf diese Weise mehr Warmwasser hausintern produziert wird. In gleichem Maße sinkt die Menge des in das Wechselstromnetz 6 eingespeisten Wechselstroms AC mit sinkendem Wirkungsgrad η. Auf diese Weise wird mit dem erfindungsgemäßen Wechselrichter 1 der Eigenenergieverbrauch, insbesondere bei sinkenden Strompreisen, erhöht.
[0050] Ein weiterer Vorteil der in Fig. 1 dargestellten Anordnung besteht darin, dass der Wechselrichter 1 durch das umgebende Fluid bzw. die umgebende Flüssigkeit 3 während eines normalen Betriebs automatisch gekühlt wird. Hierdurch kann der Aufwand zur Kühlung des Wechselrichters 1 signifikant reduziert werden. Die Erwärmung des Fluids bzw. der Flüssigkeit 3 erfolgt bei der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 1 in einem Schritt durch die anfallende Verlustleistung des Wechselrichters 1, ohne dass eine zusätzliche Komponente bzw. Bauteil zur Erwärmung des Fluids vorgesehen werden muss. Insbesondere benötigt die in Fig. 1 dargestellte Anlage keinen elektrischen Heizstab zur Erwärmung des Fluids 3. Hierdurch reduziert sich der Montageaufwand bei gleichzeitig zunehmender Zuverlässigkeit der Anlage.
[0051] Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zur Fluiderwärmung. Ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit wie Wasser 3, befindet sich innerhalb eines Behälters 2 mit einer Behälterwandung 2a, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Behälterwandung 2a besitzt eine Öffnung 2b, in die ein Wechselrichter 1 mit einem Gehäuse 1a einsetzbar ist. Bei einer möglichen Ausführungsform wird das Gehäuse 1a des Wechselrichters 1 an die Wandung 2a des Behälters 2 angeschraubt. Bei einer alternativen Ausführungsform wird das Gehäuse 1a des Wechselrichters 1 in die Gehäusewandung 2a des Behälters 2 eingeschraubt. Bei dem Behälter 2 handelt es sich vorzugsweise um einen Boilerbehälter für Warmwasser. Bei einer möglichen Ausführungsform ist der Boilerbehälter zylindrisch ausgebildet. Das Gehäuse 1a des Wechselrichters 1 kann, wie in Fig. 2 dargestellt, in eine Seitenwand des Behälters 2 eingesetzt werden oder alternativ an einer Stirnseite des Behälters 2 angebracht werden. Der Behälter 2 kann Teil eines (nicht dargestellten) Wasserkreislaufs sein und Zugangs- sowie Abgangsventile aufweisen. Bei einer möglichen Ausführungsform wird dem Behälter 2 eine kühle Flüssigkeit, insbesondere kaltes Wasser, zugeführt, welches durch die bei der Umwandlung des Gleichstroms DC in einen Wechselstrom AC anfallende Verlustleistung P über die Gehäusewandung 1a des Wechselrichters 1 erwärmt wird. Dieses erwärmte Wasser kann bei einer möglichen Ausführungsform über ein Ventil zum Gebrauch abgegeben werden. Innerhalb des Wechselrichters 1 entsteht die Verlustleistung P hauptsächlich im Leistungsteil des Wechselrichters 1, insbesondere im Bereich von sogenannten Leistungsmodulen, beispielsweise einem AC-Modul. Bei einer möglichen Ausführungsform weist die Gehäusewand 1a des Wechselrichters 1 in weiten Bereichen eine Temperatur von mehr als 50°C auf. Die Gehäusewand 1a des Wechselrichters 1 ist aus einem wärmeleitenden Material hergestellt und erwärmt während des normalen Betriebs des Wechselrichters 1 das umgebende Fluid 3, insbesondere Wasser. Das erwärmte Wasser kann zu verschiedenen Zwecken benutzt werden, beispielsweise als Warmwasserquelle innerhalb eines Privathaushalts oder in einem geschlossenen Heizkreislauf. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass der betriebene Wechselrichter 1 nicht nur ein Fluid 3 erwärmt, sondern dabei gleichzeitig während des Betriebs gekühlt wird. Hierdurch kann der Aufwand zur Kühlung des Wechselrichters 1 reduziert werden. Das Gehäuse 1a des Wechselrichters 1 ist wasserdicht ausgestaltet. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Fluid 3 durch einen Wechselrichter 1 erwärmt. Bei alternativen Ausführungsformen können mehrere Wechselrichter 1 in dem Behälter 2 eingesetzt sein. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wandelt der Wechselrichter 1 einen Gleichstrom DC, der durch eine Gleichstromquelle, nämlich eine Photovoltaikanlage 4, erzeugt wird, in einen Wechselstrom AC um. Der elektrische Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform zur Erhöhung oder zur Reduzierung der bei der Umwandlung des elektrischen Gleichstroms DC in den Wechselstrom AC an den Wechselrichter 1 anfallenden Verlustleistung P durch eine Steuereinrichtung oder durch einen Nutzer manuell einstellbar. Die Steuerung kann dabei programmierte Verlustleistungskennlinien verwenden, die sich in einem Datenspeicher befinden. Die Verlustleistungskennlinien geben bei einer möglichen Ausführungsform einen elektrischen Wirkungsgrad des Wechselrichters 1 in Abhängigkeit von einer Zeit an (q(t)). Beispielsweise ist es in manchen Regionen vorgeschrieben, dass der Wechsel6/16
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Patentamt richter 1 an bestimmten Zeitabschnitten des Tages auf einen gewissen Prozentsatz seiner DCLeistung zu begrenzen ist. Die überschüssige Leistung kann bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter 1 zur Erwärmung des Fluids 3 herangezogen werden. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 ist der elektrische Wirkungsgrad η zwischen einem minimalen elektrischen Wirkungsgrad η min und einem maximalen elektrischen Wirkungsgrad η max steuerbar bzw. einstellbar. Beispielsweise wird bei Erreichen eines technisch möglichen maximalen Wirkungsgrades von etwa 97% die restliche 3 % der zugeführten elektrischen Leistung in Verlustleistung P bzw. thermische Energie umgewandelt, welche zum Erwärmen des Fluids 3 benutzt wird. Die Steuerung bzw. Steuereinrichtung kann den Wirkungsgrad η in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen bzw. Parametern gezielt auf einen niedrigeren Wert von beispielsweise 70°C absenken, sodass nunmehr 30 % der zugeführten elektrischen Leistung zur Erwärmung des Fluids 3 zur Verfügung stehen. Bei einer möglichen Ausführungsform wird der Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 auf Werte von bis unter 50 % abgesenkt, sodass mehr als die Hälfte der elektrisch zugeführten Leistung als Verlustleistung P für die Erwärmung des Fluids 3 verwendet wird. Bei einer möglichen Ausführungsform befindet, sich die Steuerung innerhalb des Gehäuses 1a des Wechselrichters 1.
[0052] Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Steuerung über eine Schnittstelle des Wechselrichters 1 an den Wechselrichter 1 anschließbar. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 1a des Wechselrichters 1 über eine mechanische Befestigungseinrichtung 7 in die Behälterwandung 2a des Behälters 2 eingesetzt, beispielsweise eingeschraubt. Die Befestigungseinrichtung 7 ist derart ausgelegt, dass sie für das Fluid 3, insbesondere eine Flüssigkeit, undurchlässig ist. Bei einer möglichen Ausführungsform kann an dem Boden des Gehäuses 1a des Wechselrichters 1 im Bereich der mechanischen Befestigung 7 eine Nutzerschnittstelle vorgesehen sein, durch welche ein Nutzer den elektrischen Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 einstellen kann. Der in Fig. 2 dargestellte Wechselrichter 1 ist bei einer möglichen Ausführungsform über einen elektrischen Anschluss an ein Wechselstromnetz 6, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, beispielsweise über einen Stromzähler, anschließbar. Auf diese Weise kann ein Nutzer entscheiden, ob der erzeugte Strom bzw. die erzeugte Energie in das Wechselstromnetz 6 eingespeist wird oder ob die aus der Photovoltaikanlage 4 stammende elektrische Energie zur Erwärmung des Fluids 3 benutzt wird. Bei einer möglichen Ausführungsform ist das Gehäuse 1a des Wechselrichters 1 so gestaltet, dass es eine möglichst große Oberfläche aufweist, um die umgebende Flüssigkeit bzw. das umgebende Fluid 3 durch die intern erzeugte Verlustleistung P effizient zu erwärmen. Bei einer möglichen Ausführungsform weist das Gehäuse 1a des Wechselrichters 1 Rippen zur Erwärmung des Fluids 3 auf.
[0053] Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Wechselrichters
1. Bei dieser Ausführungsvariante fließt ein Fluidstrom eines Fluids 3 durch Leitungen 8-1, 8-2, 8-3, die mit dem Gehäuse oder einem Kühlkörper des Wechselrichters 1 thermisch gekoppelt sind. Bei einer möglichen Ausführungsform sind die Leitungen 8-1, 8-2, 8-3 durch das Gehäuse 1a des Wechselrichters 1 hindurchgeführt. Bei einer möglichen Implementierung führen die Leitungen 8-i durch die Wandung 1a des Wechselrichters 1 hindurch und bilden Fluidkanäle. Die Anzahl der Leitungen 8-i kann je nach Anwendung und Art des Fluids variieren. Bei dem Fluid kann es sich um eine Flüssigkeit oder um ein Gas bzw. Gasgemisch handeln. Als Gasgemisch dient beispielsweise Umgebungsluft, welche durch den Wechselrichter 1 bei der Umwandlung eines Gleichstroms DC in einen Wechselstrom AC durch die dabei entstehende Verlustleistung P erwärmt wird.
[0054] Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Erwärmung eines Fluids gemäß der Erfindung. Bei der dargestellten Anordnung wird eine Photovoltaikanlage 4 an einen Wechselrichter 1 angeschlossen, welche ein Fluid 3, das sich in einem Behälter 2 befindet, während des Betriebs erwärmt. Die Temperatur T des Fluids und/oder die Temperatur der Gehäusewandung 1a des Wechselrichters 1 können bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Temperatursensor 9 erfasst werden, welcher die gemessene Temperatur T einer Steuerung 10 meldet. Die Steuerung 10 stellt den Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 über Steuerleitungen 11 mittels eines Steuersignals ein. Der Wechselrichter 1 erhält den Gleichstrom
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Patentamt lDc von der Photovoltaikanlage 4, welche die Energie von darauf auftreffenden Sonnenstrahlen 6 in den elektrischen Gleichstrom umwandelt, wobei die daraus resultierende Leistung von Wetterbedingungen oder einer Tageszeit abhängt. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 10 an einen Sensor 12 angeschlossen, welcher die Stärke der auftreffenden Sonnenstrahlen 11 misst und an die Steuerung 10 meldet. Weiterhin kann die Steuerung 10 an einen Zeitgeber 13 angeschlossen sein, welcher die aktuelle Tageszeit meldet.
[0055] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform ist die Steuerung 10 zusätzlich an Stromsensoren 14, 15 angeschlossen, welche den von der Photovoltaikanlage 4 aktuell generierten Gleichstrom lDc und/oder den von dem Wechselrichter 1 aktuell abgegebenen Wechselstrom lAC an die Steuerung 10 melden. Der elektrische Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 wird bei einer möglichen Ausführungsform durch die Steuereinrichtung 10 in Abhängigkeit von einem oder mehreren gemessenen Parametern eingestellt, insbesondere in Abhängigkeit einer ermittelten Leistung des Wechselrichters und/oder der sensorisch erfassten externen Wetterbedingungen oderder von dem Zeitgeber erhaltenen aktuellen Tageszeit. Die Leistung kann dabei beispielsweise direkt mit einem Energiezähler und/oder durch das Messen von Strom und Spannung mit entsprechenden Sensoren ermittelt werden.
[0056] Bei einer möglichen Ausführungsform hat die Steuereinrichtung 10 Zugriff auf einen Datenspeicher 16, in dem verschiedene Kennlinien, insbesondere Wirkungsgradkennlinien, abgespeichert sind. Fig. 5 zeigt beispielhaft eine Wirkungsgradkennlinie des elektrischen Wirkungsgrades des Wechselrichters 1 in Abhängigkeit von der Tageszeit t. Wie man in Fig. 5 erkennen kann, wird um die Mittagszeit, d.h. 12 Uhr mittags, der Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 durch die Steuerung 10 abgesenkt, damit nicht zu viel Wechselstrom AC in ein Wechselspannungsnetzwerk 6 eingespeist wird. Durch Absenkung des Wirkungsgrades η wird die bei der Umwandlung des Gleichstroms in den Wechselstrom anfallende Verlustleistung P erhöht und kann zur Erwärmung des Fluids 3 innerhalb des Behälters 2 verwendet werden. Die in Fig. 5 dargestellte Kennlinie η (t) kann in dem Kennliniendatenspeicher 16 der Steuerung 10 abgelegt sein. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Verlustleistungskennlinie η innerhalb des Datenspeichers 16 über eine Schnittstelle programmierbar. Weiterhin kann die in Fig. 4 dargestellte Steuerung 10 über eine Kommunikationsschnittstelle mit einem Datennetzwerk, beispielsweise dem Internet, verbunden sein. Bei einer möglichen Ausführungsform kann die Steuerung 10 Kennlinien, insbesondere Wirkungsgradkennlinien η (t), über die Kommunikationsschnittstelle von einem externen Server, beispielsweise einem Hersteller des Wechselrichters 1, herunterladen. Bei einer möglichen Ausführungsform kann die Steuerung 10 über die Kommunikationsschnittstelle Positionsdaten bzw. Positionskoordinaten (x,y) der Anlage sowie weitere Parameter, beispielsweise Ausrichtung und Neigung der Sonnenpaneele, an den externen Server melden bzw. übertragen und eine dafür geeignete Wirkungsgradkennlinie (q(t,x,y)) anfordern, welche von dem Server über ein Datennetzwerk an die Steuerung 10 übertragen wird, welche die empfangene Wirkungsgradkennlinie (q(t,x,y)) in den Datenspeicher 16 ablegt. Zur Selektion bzw. zum Herunterladen geeigneter Wirkungsgradkennlinien können verschiedene weitere Parameter an den Server übertragen werden, beispielsweise die Art des zu erwärmenden Fluids 3 bzw. die Leistung des Wechselrichters 1, das Volumen des Behälters 2, die Leistung der durch die Photovoltaikanlage 4 erzeugten Stromenergie und/oder gewünschte Solltemperaturen des Fluids 3.
[0057] Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Leitungen 8, in welchen das zu erwärmende Fluid 3 strömt, an einem Kühlkörper 17 des Wechselrichters 1 vorbei- oder hindurchgeführt. Dieser Kühlkörper 17 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel thermisch mit einem AC-Modul 18 des Leistungsteils des Wechselrichters 1 verbunden, welche die bei der Umwandlung des Gleichstroms DC in einen Wechselstrom AC anfallende Verlustleistung P an den Kühlkörper 17 über eine thermische Kopplung überträgt. Das AC-Modul 18 des Wechselrichters 1 befindet sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Unterseite einer Leiterplatine 19 des Wechselrichters 1, deren Oberseite mit Bauteilen 20 des Wechselrichters 1 bestückt ist. Die Bauteile bzw. Komponenten des Wechselrichters 20-i sind beispielsweise Widerstände,
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Halbleiter oder Kondensatoren.
[0058] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 können die Leitungen 8 mit dem darin fließenden Fluid 3 auch direkt durch die Leiterplatinen 19 des Wechselrichters 1 hindurch geführt sein. Bei einer möglichen Ausführungsvariante wird hierzu eine Leiterplatte mit integriertem Kühlkreislauf eingesetzt. Die geführten Leitungen 8 können bei einer möglichen Ausführungsform beispielsweise meanderförmig durch den Kühlkörper 17 und/oder die Leiterplatine 19 geführt werden, sodass die thermische Kopplung zur Übertragung der Verlustleistung P auf das hindurchströmende Fluid 3 besonders hoch ist. Durch Hindurchführung der Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, durch eine mit Leitungen 8 ausgestattete Leiterplatine 19 werden die auf der Leiterplatine 19 angebrachten Bauteile 20 des Wechselrichters 1 effizient gekühlt, sodass die Betriebslebensdauer des Wechselrichters 1 erhöht wird.
[0059] Bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter 1 wird dessen Wirkungsgrad η gezielt gesteuert, wobei die Einstellung des Wirkungsgrades von dem Wechselrichter 1 bei verschiedenen Ausführungsvarianten in verschiedener Weise erfolgen kann. Bei einer möglichen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 wird dessen elektrischer Wirkungsgrad durch Hinzuschalten oder Wegschalten von elektrischen Verbrauchern eingestellt, die mit dem Gehäuse 1a über einen Kühlkörper 17 des Wechselrichters 1 thermisch gekoppelt sind. Bei einer möglichen Ausführungsvariante sind die elektrischen Verbraucher als Bauteile auf der Leiterplatine 19 des Wechselrichters 1 angebracht. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 werden die Schaltverluste bei einer Leistungsstufe variiert. Dies geschieht bei einer möglichen Ausführungsform durch Verändern einer Schaltfrequenz des Wechselrichters 1. Die Veränderung der Schaltfrequenzen wirkt sich auf Induktivitäten innerhalb des Wechselrichters 1 aus, sodass der Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 verändert wird. Weiterhin ist es möglich, die Schaltverluste der Leistungsstufe des Wechselrichters 1 durch Gateansteuerung zu variieren, beispielsweise durch Variieren der Gatespannung und/oder Veränderung eines Gatevorwiderstandes eines Leistungs-MOSFETs.
[0060] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 wird der elektrische Wirkungsgrad η des Wechselrichters 1 durch Verschieben bzw. Verändern eines Arbeitspunktes AP beim Betrieb des Wechselrichters 1 eingestellt, sodass es zu höheren thermischen Verlusten bei den DC/DC- und DC/AC-Stufen des Wechselrichters 1 kommt. Wie in Fig. 7 dargestellt, ist ein Zwischenkreis 21 mit dem AC-Modul 18 des Wechselrichters 1 verbunden. Das AC-Modul 18 liefert ausgangsseitig über Induktivitäten 22 den ACWechselstrom. Intern verfügt das AC-Modul 18 über Schalter, insbesondere Schalttransistoren sowie parallel geschaltete Dioden. Das Verschieben bzw. Verändern des Arbeitspunktes AP erfolgt dabei durch geeignete Ansteuerung der Schalttransistoren bzw. Leistungstransistoren, indem bevorzugt der Einschaltwiderstand erhöht wird. Bevorzugt werden die Leistungstransistoren auch in einem linearen Betrieb angesteuert.
[0061] Der erfindungsgemäße Wechselrichter 1 sowie die erfindungsgemäße Anlage zur Erwärmung eines Fluids ist vielseitig einsetzbar. Bei einer möglichen Ausführungsform handelt es sich bei dem Fluid um Wasser. Die anfallende Verlustleistung P des Wechselrichters 1 erwärmt hierbei Wasser, welches beispielsweise einem Warmwasserkreislauf einer Heizanlage oder einer Warmwasserversorgung innerhalb eines Gebäudes zugeführt wird. Weiterhin kann der erfindungsgemäße Wechselrichter 1 beispielsweise in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, eingesetzt werden, um ein Fluid zu erwärmen.
[0062] Weiterhin eignet sich der erfindungsgemäße Wechselrichter 1 zur Erwärmung eines Gases oder Gasgemisches, insbesondere Umgebungsluft. Bei einer möglichen Ausführungsform befindet sich der Wechselrichter 1 hierbei innerhalb eines Lüfters zur Erwärmung eines Luftstroms, beispielsweise kann hiermit ein Raum innerhalb eines Gebäudes erwärmt werden, welches über keine Zentralheizung verfügt, beispielsweise eine Berghütte oder dergleichen.
[0063] Als weiteres Anwendungsbeispiel kann der erfindungsgemäße Wechselrichter 1 zur Erwärmung eines Fluids, insbesondere Wasser, bei einer Segelyacht eingesetzt werden, die
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[0064] Bei einer weiteren Ausführungsvariante kann der Wechselrichter 1 zwischen verschiedenen Betriebsmodi umgeschaltet werden, um verschiedene Fluids zu erwärmen. Beispielsweise kann ein Nutzer über eine Nutzerschnittstelle einstellen, ob die anfallende Verlustleistung P zur Erwärmung von Wasser und/oder zur Erwärmung von Umgebungsluft verwendet wird. Bei einer möglichen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage zur Fluiderwärmung ist diese fest in einem Gebäude installiert. Alternativ kann sich der erfindungsgemäße Wechselrichter 1 auch in einem tragbaren Gerät befinden, welches neben einem Wechselstrom auch erwärmtes Fluid liefert.
[0065] Der erfindungsgemäße Wechselrichter 1 kann über eine drahtlose oder drahtgebundene Schnittstelle über ein Datennetzwerk zu einem Server und/oder einer zentralen Steuereinheit, beispielsweise der Steuereinheit eines Stromnetzes, verbunden sein. Bei einer möglichen Ausführungsvariante erfolgt die Einstellung bzw. Steuerung des elektrischen Wirkungsgrades η des Wechselrichters 1 zur Reduktion bzw. Erhöhung seines elektrischen Wirkungsgrades aufgrund von zentralen Steuerbefehlen einer Netzsteuerung. Bei einer möglichen Ausführungsvariante kann der Wechselrichter 1 hierbei einen Beitrag zur Netzstabilisierung eines Wechselstromnetzes 6 liefern.
[0066] Bei einer weiteren Ausführungsvariante befindet sich die erfindungsgemäße Anlage zur Fluiderwärmung innerhalb eines Fahrzeuges, beispielsweise innerhalb eines Pkws oder Lkws. Hierbei ist der in dem Fahrzeug vorgesehene Wechselrichter 1 flexibler einsetzbar und liefert neben Wechselstrom AC auch die Möglichkeit, ein Fluid 3 des Fahrzeuges zu erwärmen. Beispielsweise kann Wasser der Scheibenwischeranlage vorerwärmt werden, um ein Gefrieren bei niedrigen Außentemperaturen zu verhindern. Auch ein Vorwärmen von internen Komponenten oder elektronischen Bauteilen des Wechselrichters 1 bei kalten Umgebungstemperaturen ist möglich.

Claims (16)

1. Wechselrichter (1) zur Umwandlung eines Gleichstroms (lDc) in einen Wechselstrom (lAC), dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluidvolumen (3), das sich in mindestens einem Behälter (2) befindet, der mit einem Gehäuse (1a) oder Kühlkörper (17) des Wechselrichters (1) thermisch gekoppelt ist, und/oder ein Fluidstrom, der durch Leitungen (8) fließt, die mit dem Gehäuse (1a) oder einem Kühlkörper (17) des Wechselrichters (1) thermisch gekoppelt sind, durch eine Verlustleistung erwärmt werden, die bei der Umwandlung des Gleichstroms (lDc) in den Wechselstrom (lAC) durch den Wechselrichter (1) anfällt, wobei ein elektrischer Wirkungsgrad (η) des Wechselrichters (1) zur Erhöhung oder zur Reduzierung der bei der Umwandlung des elektrischen Gleichstroms (lDC) in den Wechselstrom (lAC) an dem Wechselrichter (1) anfallenden Verlustleistung durch eine Steuereinrichtung (10) oder manuell eingestellt wird.
2. Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei der Wechselrichter (1) einen Gleichstrom (lDC), der durch eine Gleichstromquelle (4), insbesondere eine Photovoltaikanlage oder Batterie, erzeugt wird, in den Wechselstrom (lAC) umwandelt.
3. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Temperatur (T) des Fluidvolumens oder Fluidstromes durch mindestens einen Temperatursensor (9) erfasst wird, welcher an dem Behälter (2) und/oder an den Leitungen (8) angebracht ist.
4. Wechselrichter nach Anspruch 3, wobei die sensorisch erfasste Temperatur (T) des Fluidvolumens oder Fluidstromes von dem Temperatursensor (9) an die Steuereinrichtung (10) gemeldet wird, welche den elektrischen Wirkungsgrad (η) des Wechselrichters (1) mittels eines Steuersignals einstellt.
5. Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei der elektrische Wirkungsgrad (η) des Wechselrichters (1) durch die Steuereinrichtung (10) in Abhängigkeit einer ermittelten Leistung des Wechselrichters (1) und/oder externen Wetterbedingungen und/oder der Tageszeit eingestellt wird.
6. Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei der elektrische Wirkungsgrad (η) des Wechselrichters (1) durch Hinzuschalten oder Wegschalten von elektrischen Verbrauchern eingestellt wird, die mit dem Gehäuse (1a) oder einem Kühlkörper (17) des Wechselrichters (1) thermisch gekoppelt sind.
7. Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei der elektrische Wirkungsgrad (η) des Wechselrichters (1) durch Verändern einer Schaltfrequenz des Wechselrichters (1) eingestellt wird.
8. Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei der elektrische Wirkungsgrad (η) des Wechselrichters (1) durch Verschieben eines Arbeitspunktes beim Betrieb des Wechselrichters (1) eingestellt wird.
9. Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei der fluidbeinhaltende Behälter (2) ein Boilerbehälter ist, in welchem der Wechselrichter (1) mit einem dichten, thermisch leitfähigen Gehäuse eingesetzt ist.
10. Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei die fluidführenden Leitungen (8) durch Leiterplatinen (19) innerhalb des Wechselrichters (1) verlaufen, die mit elektronischen Bauteilen (20) des Wechselrichters (1) bestückt sind.
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11. Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei das durch die anfallende Verlustleistung des Wechselrichters (1) erwärmte Fluid (3) einem Kreislauf einer Heizanlage oder einer Fluidversorgung innerhalb eines Gebäudes zugeführt wird.
12. Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei das Fluid (3) eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, oder ein Gas oder Gasgemisch, insbesondere Luft, aufweist.
13. Photovoltaikanlage mit Photovoltaikpaneelen zur Erzeugung eines elektrischen Gleichstroms (lDc) aus Sonnenstrahlen (S) und mit mindestens einem an die Photovoltaikpaneele angeschlossenen Wechselrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 12.
14. Anlage zur Fluiderwärmung mit einer Stromquelle (4) zur Erzeugung eines elektrischen Gleichstroms (lDc) und mit mindestens einem an die Stromquelle (4) angeschlossenen Wechselrichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13.
15. Anlage nach Anspruch 14, wobei die Stromquelle mindestens ein Photovoltaikpaneel aufweist, das Sonnenenergie in elektrische Energie umwandelt, und/oder mindestens eine elektrische Batterie aufweist.
16. Verfahren zum Erwärmen eines Fluids, wobei ein Fluid (3), das sich in einem Behälter (2) befindet oder durch Leitungen (8) fließt, über ein thermisch mit dem Behälter (2) oder den Leitungen (8) gekoppeltes Gehäuse (1a) eines Wechselrichters (1) oder über einen thermisch mit dem Behälter (2) oder den Leitungen (8) gekoppelten Kühlkörper (17) des Wechselrichters (1) durch eine Verlustleistung erwärmt wird, die bei der Umwandlung eines Gleichstroms (lDc) in einen Wechselstrom (lAC) in dem Wechselrichter (1) anfällt, wobei ein elektrischer Wirkungsgrad (η) des Wechselrichters (1) zur Erhöhung oder zur Reduzierung der bei der Umwandlung des elektrischen Gleichstroms (lDC) in den Wechselstrom (lAC) an dem Wechselrichter (1) anfallenden Verlustleistung durch eine Steuereinrichtung (10) oder manuell eingestellt wird.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
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