BE1022874B1

BE1022874B1 - Systeem en een werkwijze voor het regelen van de elektriciteitsbevoorrading

Info

Publication number: BE1022874B1
Application number: BE2014/5077A
Authority: BE
Inventors: Knibber Paul Emile Hector Julie De; Witte Marc Joseph Bertha Maria De; Joseph Louis Adriaan Geerts; Guy Albert Maria Mertens; Leonard Leon Jean Swartelé
Original assignee: Loginco Bvba
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2016-09-30
Also published as: BE1022874A1

Abstract

Systeem voor het regelen van de elektriciteitsbevoorrading op een verbruikerslocatie, welk systeem omvat: een eerste ingangsaansluiting die geconfigureerd is om gekoppeld te worden met het net tijdens een eerste periode; een tweede ingangsaansluiting die geconfigureerd is om gekoppeld te worden met het net tijdens een tweede periode die verschillend is van de eerste tijdsperiode; een eerste uitgangsaansluiting die geconfigureerd is om aangesloten te worden op een eerste groep van elektrische toestellen op de verbruikerslocatie; een tweede uitgangsaansluiting die geconfigureerd is om aangesloten te worden op een tweede groep van elektrische toestellen op de verbruikerslocatie; een eerste batterij; een tweede batterij; een regelschakeling die geconfigureerd is om, in functie van ten minste een van de tijd, de energievraag in de eerste groep, de energievraag in de tweede groep, en weersinformatie: het laden van de eerste en/of tweede batterij met behulp van energie die binnenkomt via de eerste ingangsaansluiting, te regelen; het aan de eerste uitgangsaansluiting doorgeven van energie die binnenkomt bij de eerste ingangsaansluiting te regelen; het aan de tweede uitgangsaansluiting doorgeven van energie die binnenkomt bij de tweede ingangsaansluiting, te regelen; het ontladen van de eerste batterij naar de eerste uitgangsaansluiting, te regelen; en het ontladen van de tweede batterij naar de tweede uitgangsaansluiting, te regelen.

Description

Systeem en een werkwijze voor het regelen van de elektriciteitsbevoorrading

Vakgebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een systeem en op een werkwijze voor het regelen van de elektriciteitsbevoorrading op een verbruikerslocatie, en meer in het bijzonder op een eenvoudig en efficiënt energiesysteem voor de elektriciteitsbevoorrading van huisgezinnen.

Stand van de techniek

De behoefte groeit om zowel aan de energieaanbodzijde (productie en invoer) als aan de zijde van de verbruikers (huisgezinnen, industrie, transport, etc.) wijzigingen aan te brengen die moeten toelaten tegen minimale kost maximaal te kunnen overschakelen naar meer groene energie zoals zonne-energie en windenergie. Groene stroom is echter variabel in tijd, per seizoen, zelfs per regio. Elektriciteit verbruiken als ze beschikbaar is lijkt de enige plausibele oplossing maar zou de dagelijkse routine van het leven volledig in de war sturen. In combinatie met tijdelijk bufferen (opslag) en de bereidheid enige flexibiliteit te willen inhouwen bij het gebruik van bepaalde apparaten lijkt dit wel mogelijk. Opslag is echter duur, levert geen 100% efficiëntie (opslagverliezen) en gaat mogelijks gepaard met grote infrastructuurwerken. Ook niet ieder land kan elke vorm van opslag aan en bepaalde vormen van opslag zijn niet altijd geschikt voor elektrische opslag of opslag die opnieuw in elektriciteit kan worden omgezet.

Bestaande energie-opslagsystemen (ESS, Energy Storage System) voor huishoudelijk gebruik hebben twee hoofdfuncties: het verbeteren van de eigen consumptie van lokale productie via tijdelijke opslag, en het zogenaamd “Peakshaving” waarbij men opgeslagen energie aanvullend laat laten werken bij hoge stroompieken. Veelal zijn deze systemen gecombineerd met beheermodules, genaamd “DSM” (Demand Side Management) modules, die de elektrische apparaten geordend en volgens (lokale) energiebeschikbaarheid kunnen laten functioneren. Dergelijke modules kunnen zowel de eigen consumptie van eigen geproduceerde groene energie verbeteren als een grotere “peakshaving” verwezenlijken. Dergelijke systemen lossen de problematiek “energie verbruiken als ze beschikbaar is” niet op, de vraag naar elektriciteit blijft grotendeels “los staan” van het aanbod, de bestaande pieken bij de huisgezinnen blijven bestaan en injectie van het teveel aan energie op het net blijft doorgaan (zomer). Bovendien krijgt men, bij installatie van een groot aantal DSM systemen, hetzelfde effect als met dynamische navigatietoestellen, d.w.z. bestaande files worden ontweken maar doordat het algoritme van alle systemen nagenoeg identiek is worden op andere plaatsen nieuwe files gecreëerd.

Hoewel de bestaande aangereikte oplossingen enige relevantie hebben, blijft het een probleem dat geen enkel systeem een totaliteit aanbiedt die rekening houdt met de (toch nog altijd in meerderheid zijnde) centrale productie, of op zijn minst de momentane kost ervan. US 2011/204720 openbaart een systeem voor het regelen van de toevoer van elektriciteit in functie van de vraag. In periodes van lage vraag wordt energie opgeslagen, en deze opgeslagen energie kan gebruikt worden tijdens perioden van hoge vraag.

Samenvatting van de uitvinding

Uitvoeringsvormen van de uitvinding hebben als doel om een verbeterd systeem voor het regelen van de elektriciteitsbevoorrading op een verbruikerslocatie te verschaffen, en in het bijzonder een systeem dat één of meer van de hierboven genoemde problemen oplost.

Volgens een eerste aspect betreft de uitvinding een systeem voor het regelen van de elektriciteitsbevoorrading op een verbruikerslocatie volgens conclusie 1. Het systeem omvat: een eerste ingangsaansluiting die geconfigureerd is om gekoppeld te worden met het net; een tweede ingangsaansluiting die geconfigureerd is om gekoppeld te worden met het net; een eerste uitgangsaansluiting die geconfigureerd is om aangesloten te worden op een eerste groep van toestellen op de verbruikerslocatie; een tweede uitgangsaansluiting die geconfigureerd is om aangesloten te worden op een tweede groep van toestellen op de verbruikerslocatie; een eerste batterij; een tweede batterij; en een regelschakeling. De regelschakeling is geconfigureerd is om, in functie van ten minste één van de tijd, de energievraag in de eerste groep, de energievraag in de tweede groep, en weersinformatie, het laden van de eerste en/of tweede batterij met behulp van energie die binnenkomt via de eerste ingangsaansluiting, te regelen; het doorgeven van energie die binnenkomt bij de eerste ingangsaansluiting aan de eerste uitgangsaansluiting te regelen; het doorgeven van energie die binnenkomt bij de tweede ingangsaansluiting aan de tweede uitgangsaansluiting, te regelen; het ontladen van de eerste batterij naar de eerste uitgangsaansluiting, te regelen; en het ontladen van de tweede batterij naar de tweede uitgangsaansluiting, te regelen.

Door het voorzien van twee batterijen en een regelschakeling die al naar gelang de energievraag en het tijdstip van de dag, de toestellen in de eerste en tweede groep rechtstreeks kunnen voeden of door middel van een batterij, kunnen tijdens momenten van hoge vraag huisgezinnen van het net worden gehaald. Een dergelijk systeem laat toe om vraag en aanbod met eenvoudige middelen op elkaar af te stemmen, en dit met een beperkte lokale investering.

Een huisgezin kan dus via twee ingangsaansluitingen aan het net gekoppeld worden: de eerste ingangsaansluiting is bijvoorbeeld een “AC Fixed” aansluiting, d w z. een aansluiting die 24 uur op 24 en 7 dagen op 7 met het net is gekoppeld, en de tweede ingangsaansluiting is bijvoorbeeld een “AC Switched” aansluiting die slechts tijdens de daluren (vooral ‘s nachts) met het net is verbonden. De “AC Fixed” aansluiting omvat bijvoorbeeld een gewone dagteller, en de “AC Switched” aansluiting wordt bijvoorbeeld aangestuurd door een uitsluitend nachttarief teller (UNT). Volgens een andere variant waar een zogenaamde “slimme” meter is geïnstalleerd zal deze standaard aan de ACF zijn geschakeld en gezien dan een variabele tariefstructuur zal worden gehanteerd zal de “AC Switched” ingangsaansluiting bijvoorbeeld enkel wordt geactiveerd wanneer het laagste tarief actief is.

Door een duale aanpak van de elektrische apparaten op de verbruikerslocatie in een eerste groep en een tweede groep en het daarmee gepaard gaand splitsen van de energietoevoer en (tijdelijke) opslag wordt een betere oplossing aangeboden in vergelijking met systemen van de stand van de techniek. Zo kunnen de apparaten bijvoorbeeld opgesplitst worden in een eerste groep apparaten die een beperkte startstroom vergen (bijvoorbeeld alle apparaten behalve de kookomgeving) en in een tweede groep apparaten die gedurende een bepaalde tijd grote stromen (bijvoorbeeld > 30 A) vragen. De eerste en tweede batterij kunnen dan afgestemd zijn op de apparaten van respectievelijk de eerste en tweede groep.

De eerste en de tweede batterij zijn verschillend van elkaar, waarbij de eerste batterij een maximaal opgeslagen energie niveau heeft dat groter is dan het maximaal opgeslagen energieniveau van de tweede batterij. Volgens een voorbeelduitvoeringsvorm heeft de eerste batterij een maximaal opgeslagen energie niveau dat ten minste twee keer groter is dan het maximaal opgeslagen energieniveau van de tweede batterij.

Bij voorkeur zijn de eerste en tweede batterij voorzien van respectievelijk een eerste en een tweede batterij management eenheid voor het beheren van eerste en tweede batterijparameters, en is de regelschakeling geconfigureerd om het laden en ontladen te regelen in functie van de eerste en tweede batterijparameters. Op die manier kan het laden en ontladen van de eerste en tweede batterij verder worden geoptimaliseerd.

Verder kunnen dergelijke systemen in een netwerk ondergebracht worden waardoor een virtuele “steering & storage” capaciteit ontstaat die grotere balansverschillen tussen vraag en aanbod kan helpen te ondervangen en trading verliezen kan beperken omdat energieleveranciers live verbruiksvooropstellingen van huisgezinnen kunnen ontvangen en bijsturen waar nodig.

Bij voorkeur omvat het systeem verder een derde ingangsaansluiting die geconfigureerd is om gekoppeld te worden met een groene elektriciteitsbron op de verbruikerslocatie. De regelschakeling is dan verder geconfigureerd om het laden van de eerste en/of de tweede batterij met behulp van energie die binnenkomt via de derde ingangsaansluiting, te regelen. Bij voorkeur is de regelschakeling dan verder geconfigureerd om de energie die binnenkomt bij de derde ingangsaansluiting ten minste gedeeltelijk door te geven aan ten minste één van de eerste uitgangsaansluiting en de tweede uitgangsaansluiting. Op die manier zal het verbruik van groene energie op een goede manier gecombineerd kunnen worden met het verbruik van elektriciteit van het net. Door het bufferen van groene energie kunnen huishoudens hun behoefte aan energie tijdelijk opslaan tot gebruik zich aandient.

Een dergelijke uitvoeringsvorm biedt dus een betere mix tussen lokale productie en verminderde netverstoring, een betere mix tussen eigen en ingekochte elektriciteit, en een betere mix tussen net gekoppelde periodes en niet (of beperkt) netgekoppelde periodes. Men kan bijvoorbeeld preventief en routinematig de verbinding met het net beperken, waarbij de lokale groene energieproductie bijvoorbeeld 100% door de verbruiker zelf wordt geconsumeerd, en huisgezinnen tijdens momenten van hoge vraag maximaal van het net worden gehaald.

Bij voorkeur omvat de regelschakeling één of meer van de volgende schakelaars: - een schakelaar tussen de eerste ingangsaansluiting en de eerste uitgangsaansluiting, en een regelmodule die ingericht is voor het instellen van een open of een gesloten stand van de genoemde schakelaar in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de eerste groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de eerste batterij. - een schakelaar die in een eerste stand de eerste ingangsaansluiting elektrisch verbindt met de eerste batterij, en in een tweede stand de derde ingangsaansluiting elektrisch verbindt met de eerste batterij ; en een regelmodule die ingericht is voor het instellen van de eerste of tweede stand van de genoemde schakelaar in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de eerste groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de eerste batterij. - een schakelaar die in een eerste stand de eerste ingangsaansluiting elektrisch verbindt met de tweede batterij, en in een tweede stand de derde ingangsaansluiting elektrisch verbindt met de tweede batterij ; en een regelmodule die ingericht is voor het instellen van de eerste of tweede stand van de genoemde schakelaar in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de tweede groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de tweede batterij. - een schakelaar tussen de eerste batterij en de eerste uitgangsaansluiting, en een regelmodule die ingericht is voor het instellen van een open of een gesloten stand van de genoemde schakelaar in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de eerste groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de eerste batterij. - een schakelaar tussen de tweede batterij en de tweede uitgangsaansluiting, en een regelmodule die ingericht is voor het instellen van een open of een gesloten stand van de genoemde schakelaar in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de tweede groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de tweede batterij.

Bij voorkeur omvat de regelschakeling een eerste AC naar DC omzetter en een eerste batterijoplader, welke in serie geschakeld zijn tussen de eerste ingangsaansluiting en de eerste batterij, en tweede AC naar DC omzetter en een tweede batterijoplader, welke in serie geschakeld zijn tussen de eerste ingangsaansluiting en de tweede batterij.

Bij voorkeur omvat de regelschakeling een eerste DC naar AC omzetter die geschakeld is tussen de eerste batterij en de eerste uitgangsaansluiting, en een tweede DC naar AC omzetter die geschakeld is tussen de tweede batterij en de tweede uitgangsaansluiting.

Bij voorkeur omvat de regelschakeling een eerste stroombegrenzer voor het begrenzen van de stroom die binnenkomt via de eerste ingangsaansluiting, en een tweede stroombegrenzer voor het begrenzen van de stroom die binnenkomt via de tweede ingangsaansluiting. Op die manier kan op eenvoudige wijze een stroombeperking worden doorgevoerd, bijvoorbeeld tijdens ogenblikken van hoge vraag, en kunnen de eerste en/of tweede zonde volledig of gedeeltelijk gevoed worden door respectievelijk de eerste en/of tweede batterij.

Volgens een tweede aspect van de uitvinding wordt een communicatiemodule voor gebruik in een regelschakeling van een systeem volgens één van de hierboven beschreven uitvoeringsvormen beschreven. Het systeem omvat een regelschakeling met een aantal schakelaars, bijvoorbeeld één of meer van de hierboven beschreven schakelaars, en de communicatiemodule is geconfigureerd om ten minste één van de tijd, de energievraag in de eerste groep, de energievraag in de tweede groep, en weersinformatie, te ontvangen; en om in functie van deze ontvangen data het aantal schakelaars van de regelschakeling te controleren, ten einde: het laden van de eerste en/of tweede batterij met behulp van energie die binnenkomt via de eerste ingangsaansluiting, te regelen; het aan de eerste uitgangsaansluiting doorgeven van energie die binnenkomt bij de eerste ingangsaansluiting te regelen; het aan de tweede uitgangsaansluiting doorgeven van energie die binnenkomt bij de tweede ingangsaansluiting, te regelen; het ontladen van de eerste batterij naar de eerste uitgangsaansluiting, te regelen; en het ontladen van de tweede batterij naar de tweede uitgangsaansluiting, te regelen. Deze communicatiemodule kan geïmplementeerd zijn in software of hardware.

Bij voorkeur is de communicatiemodule verder ingericht voor het ontvangen van meetdata betreffende de energievraag in de eerste en/of tweede groep, en voor het controleren van het aantal schakelaars in functie van de meetdata. Ook kan de communicatiemodule verder ingericht zijn voor het ontvangen van batterijparameters van een eerste en tweede batterij management eenheid van de eerste en tweede batterij en voor het controleren van het aantal schakelaars in functie van de batterijparameters.

Tenslotte betreft de uitvinding een computer programma product omvattende door een computer uitvoerbare instructies die geconfigureerd zijn om de volgende stappen uit te voeren: het ontvangen van ten minste één van de tijd, meetdata betreffende de energievraag in de eerste groep, meetdata betreffende de energievraag in de tweede groep, batterijparameters van de eerste en/of tweede batterij, en weersinformatie, te ontvangen; en het op basis van de ontvangen data controleren van een aantal schakelaars van een regelschakeling van een systeem volgens één van de hierboven beschreven uitvoeringsvormen, ten einde: het laden van de eerste en/of tweede batterij met behulp van energie die binnenkomt via de eerste ingangsaansluiting, te regelen; het aan de eerste uitgangsaansluiting doorgeven van energie die binnenkomt bij de eerste ingangsaansluiting te regelen; het aan de tweede uitgangsaansluiting doorgeven van energie die binnenkomt bij de tweede ingangsaansluiting, te regelen; het ontladen van de eerste batterij naar de eerste uitgangsaansluiting, te regelen; en het ontladen van de tweede batterij naar de tweede uitgangsaansluiting, te regelen.

Korte figuurbeschriiving

De onderhavige uitvinding zal nader toegelicht worden aan de hand van een aantal geenszins beperkende uitvoeringsvoorbeelden met verwijzing naar de tekeningen in bijlage, waarin:

Figuur 1 een blokschema toont van een eerste uitvoeringsvorm van een systeem volgens de uitvinding;

Figuur 2 een blokschema toont van een tweede uitvoeringsvorm van een systeem volgens de uitvinding; en

Figuur 3 een gedetailleerd schema toont van een derde uitvoeringsvorm van een systeem volgens de uitvinding; en

Figuur 4 een blokschema toont van een vierde uitvoeringsvorm van een systeem volgens de uitvinding.

Beschrijving van voorbeelduitvoeringsvormen

Figuur 1 illustreert een eerste uitvoeringsvorm van een systeem volgens de uitvinding voor een verbruiker die geen beroep doet op eigen geproduceerde groene energie. Het systeem omvat een eerste ingangsaansluiting II, een tweede ingangsaansluiting 12, een eerste uitgangsaansluiting 01, een tweede uitgangsaansluiting OII, een eerste batterij BATT1, een tweede batterij BATT2, en een regelschakeling. De eerste ingangsaansluiting II is geconfigureerd om gekoppeld te worden met het net, bijvoorbeeld tijdens een eerste periode, bijvoorbeeld de daluren waar weinig vraag is. De tweede ingangsaansluiting 12 is geconfigureerd om gekoppeld te worden met het net tijdens een tweede periode, bijvoorbeeld 24 uur op 24. De eerste uitgangsaansluiting 01 is geconfigureerd om aangesloten te worden op een eerste groep elektrische toestellen (groep 1) op de verbruikerslocatie. De eerste groep kan bijvoorbeeld bestaan uit alle apparaten behalve de apparaten die een hoge stroom vergen, zoals de kookomgeving. De tweede uitgangsaansluiting 02 is geconfigureerd om aangesloten te worden op een tweede groep elektrische toestellen (groep 2) op de verbruikerslocatie. De regelschakeling is geconfigureerd om, in functie van ten minste één van de tijd, de energievraag in de eerste groep, de energievraag in de tweede groep, en de toestand van het net: het laden van de eerste en/of tweede batterij met behulp van energie die binnenkomt via de eerste ingangsaansluiting, te regelen; het doorgeven van energie die binnenkomt bij de eerste ingangsaansluiting aan de eerste uitgangsaansluiting te regelen; het doorgeven van energie die binnenkomt bij de tweede ingangsaansluiting aan de tweede uitgangsaansluiting, te regelen; het ontladen van de eerste batterij naar de eerste uitgangsaansluiting, te regelen; en het ontladen van de tweede batterij naar de tweede uitgangsaansluiting, te regelen. Dit is in stippellijn aangeduid in figuur 1. Al naargelang de tijd en/of de energievraag in de eerste groep en/of de energievraag in de tweede groep en/of de toestand van het net, kan de regelschakeling beslissen om de eerste groep te voeden via de eerste batterij en/of via het net, en om de tweede groep te voeden via de tweede batterij en/of via het net.

De verbruikende toestellen kunnen bijvoorbeeld worden gesplitst worden in twee of drie groepen of zones, bijvoorbeeld een eerste groep bestaande uit alle apparaten behalve kookomgeving, en een tweede groep bestaande uit de kookomgeving (bijvoorbeeld de oven, de kookplaten en optioneel ook de afzuigkap) en optioneel alle (LED) verlichting en multimedia.

Figuur 2 illustreert een tweede uitvoeringsvorm van een systeem volgens de uitvinding voor een verbruiker die wel beroep doet op eigen geproduceerde groene energie, in het voorbeeld groene energie afkomstig van een zonnepaneel. Daartoe omvat het systeem een derde ingangsaansluiting 13 die geconfigureerd is om gekoppeld te worden met het zonnepaneel PV. De regelschakeling is hier geconfigureerd om het laden van de eerste batterij BATT1 en/of de tweede batterij BATT2 met behulp van energie die binnenkomt via de derde ingangsaansluiting 13, te regelen, zie de stippellijnen in figuur 2. De regelschakeling is verder geconfigureerd is om het doorgeven van energie die binnenkomt bij de derde ingangsaansluiting 13 ten minste gedeeltelijk aan ten minste één van de eerste uitgangsaansluiting 01 en de tweede uitgangsaansluiting OII, te regelen. Dit regelen kan gebeuren in functie van ten minste één van de tijd, de energievraag in de eerste groep, de energievraag in de tweede groep, de weersomstandigheden, de toestand van het net, etc.

Nu zal een derde meer gedetailleerde uitvoeringsvorm van de variant van figuur 2 besproken worden met verwijzing naar figuur 3. De variant van figuur 3 heeft in vergelijking met figuur 2, een extra ingangsaansluiting 14 die bedoeld is voor verbinding met een zonnepaneel op de verbruikerslocatie. De stippellijnen van figuur 2 zijn hier vervangen door een voorbeeld van een schakeling die de hierboven beschreven werking van de regelschakeling kan vervullen. De vakman begrijpt dat vele varianten van de regelschakeling denkbaar zijn waarin gelijkaardige elektronische componenten worden gebruikt. In de voorbeelduitvoering van figuur 3 omvat de regelschakeling: - een schakelaar Rl-2 tussen de eerste ingangsaansluiting II en de eerste uitgangsaansluiting 01, en een regelmodule die ingericht is voor het instellen van een open of een gesloten stand van de genoemde schakelaar Rl-2 in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de eerste groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de eerste batterij. De regelmodule kan gedeeltelijk in hardware en gedeeltelijk in software geïmplementeerd zijn, en kan bijvoorbeeld een PLC (programmable logic controller) bevatten die aangestuurd wordt door middel van een communicatiemodule in functie van de weersvoorspellingen, etc., zie verder. In een default stand verbindt de schakelaar Rl-2 de ingang 13 (de VP aansluiting) met 01. - een schakelaar Rl-1 die in een eerste stand de eerste ingangsaansluiting II elektrisch verbindt met de eerste batterij BATT1, en in een tweede stand de derde en vierde ingangsaansluiting 13,14 elektrisch verbindt met de eerste batterij BATT1; waarbij de regelmodule verder ingericht is voor het instellen van de eerste of tweede stand van de genoemde schakelaar in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de eerste groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de eerste batterij. De schakelaar Rl-1 kan bijvoorbeeld in een default stand de ingang 13 (aansluiting voor PV) verbinden met BATT1, en omschakelen op een ogenblik dat de PV opbrengst volgens de weersvoorspellingen onvoldoende is. Rl-1 en Rl-2 schakelen bij voorkeur gelijktijdig. - een schakelaar R2 die in een eerste stand de eerste ingangsaansluiting II elektrisch verbindt met de tweede batterij BATT2, en in een tweede stand de derde en vierde ingangsaansluiting 13,14 elektrisch verbindt met de tweede batterij BATT2; waarbij de regelmodule verder ingericht is voor het instellen van de eerste of tweede stand van de genoemde schakelaar R2 in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de tweede groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de tweede batterij. - een schakelaar R5 tussen de eerste batterij BATT1 en de eerste uitgangsaansluiting 01, waarbij de regelmodule verder ingericht is voor het instellen van een open of een gesloten stand van de genoemde schakelaar R5 in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de eerste groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de eerste batterij. - een schakelaar R6 tussen de tweede batterij BATT 2 en de tweede uitgangsaansluiting 02, waarbij de regelmodule verder ingericht is voor het instellen van een open of een gesloten stand van de genoemde schakelaar R6 in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de tweede groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de tweede batterij; de schakelaars R5 en R6 vermijden het leeglopen van de eerste en tweede batterij en worden geopend wanneer de vraag O is. - een optionele vakantieschakelaar R4 als uitlaatklep om occasionele overtollige groene stroom opbrengst op het net te brengen; R4 is bijvoorbeeld een manuele schakelaar; bij afwezigheid zullen de meeste apparaten geen stroom opvragen (een uitzondering is bijvoorbeeld de koelkast), en kan overgeschakeld worden op de batterij (II en 12 worden afgeschakeld). Na het bereiken van een evenwicht (laden batterij = verbruik) kan het teveel aan energie uitzonderlijk op het net worden geplaatst (via R4). - een optionele schakelaar R3 die bijvoorbeeld automatisch schakelt bij een defect en/of manueel bediend kan worden. Bij defect van één van de componenten wordt het systeem in “BYPASS” geplaatst via R3, waarbij II verbonden wordt aan 12 zolang het systeem inactief is. Dit gebeurt via R3. - een optionele schakelaar R7 om DA2 synchroon te houden ook bij uitval de stroom door ingangsaansluiting 12, zie verder.

Verder omvat de regelschakeling een eerste AC naar DC omzetter ADI en een eerste batterij oplader CHARGER BATT1, welke in serie geschakeld zijn tussen de eerste ingangsaansluiting II en de eerste batterij BATT1, en een tweede AC naar DC omzetter AD2 en een tweede batterij oplader CHARGER BATT2, welke in serie geschakeld zijn tussen de eerste ingangsaansluiting II en de tweede batterij BATT2. De omzetter AD 1, AD2 zet bijvoorbeeld 220 V AC om in 56V DC. De batterij oplader kan bijvoorbeeld een C/10 C/3 en IC batterij oplader zijn. Zo kan vanaf de zonnepanelen PV druppelgeladen worden bij een laadsnelheid van C/10, terwijl bij exces PV opbrengst omgeschakeld kan worden op IC. Vanaf het net kan bijvoorbeeld opgeladen worden bij een laadsnelheid van C/3. Het ontladen van BATT1 gebeurt bijvoorbeeld maximaal bij IC, terwijl het ontladen van BATT2 gedurende een beperkte tijd bij een snelheid van 3C kan gebeuren. Op die manier kan het laden en ontladen van de batterijen BATT1 en BATT2 aangepast worden in functie van de historiek, de productieverwachtingen, en de verbruiksverwachtingen.

Ook omvat de regelschakeling een eerste DC naar AC omzetter DA1 die geschakeld is tussen de eerste batterij BATT1 en de eerste uitgangsaansluiting 01, en een tweede DC naar AC omzetter DA2 die geschakeld is tussen de tweede batterij BATT2 en de tweede uitgangsaansluiting 02. De omzetter DA1, DA2 kunnen bijvoorbeeld ingericht zijn om 20A DC om te zetten in 220 V AC. De eerste batterij is bij voorkeur verschillend van de tweede batterij aan aangepast aan het verbruik.

De eerste batterij BATT1 kan bijvoorbeeld van het volgend type zijn: 3,6 kWh - 48V -100 Ah. De tweede batterij BATT2 kan bijvoorbeeld van het volgend type zijn: 2,4 kWh - 48V -180 Ah. DA1 kan bijvoorbeeld een zogenaamde “asynchrone” omvormer die zijn eigen perfecte sinus maakt, waardoor stabiel op 220 V of lager gewerkt kan worden, hetgeen ten goede komt aan de levensduur van de apparaten. DA2 kan bijvoorbeeld een “synchrone” omvormer zijn die zijn wisselspanning sinus volledig synchroniseert met het net. Als de netspanning wegvalt, zou ook de omvormer uitvallen. Echter, om dit te vermijden werd R-7 voorzien. Als de netspanning wegvalt dan zal R-7 omschakelen naar de uitgang van DA 1 die de synchronisatie taak op zich neemt. Wanneer de netspanning terug actief is, zal R-7 automatisch terug in zijn ruststand komen.

Een dergelijke uitvoering levert de mogelijkheid om verschillende logica te hanteren voor de verschillende verbruikstoestellen (groep 1 en groep 2), en om de omvorming AC/DC en DC/AC gericht en effectief te laten verlopen. De efficiëntie van een omvormer wordt immers bepaald door zijn gebruik zo dicht mogelijk bij zijn maximaal vermogen te houden, en dit wordt mogelijk gemaakt door de schakelaars van de uitvoering van figuur 3 op geschikte ogenblikken te laten schakelen. De tweede groep, bijvoorbeeld de kookomgeving (grootste piekverbruiker) kan op die manier losgekoppeld worden van alle andere verbruikers die zich in groep 1 bevinden.

De regelschakeling omvat een eerste stroombegrenzer LIM1 voor het begrenzen van de stroom die binnenkomt via de eerste ingangsaansluiting II, en een tweede stroombegrenzer LIM2 voor het begrenzen van de stroom die binnenkomt via de tweede ingangsaansluiting 12. De eerste en tweede stroombegrenzer LIM1, LIM2 kan bijvoorbeeld de stroomafhame van het net instelbaar bepreken tot een stroom in een bereik tussen 6 A en 16 A.

De regelschakeling omvat DC/DC omvormers DD1 en DD3 tussen de derde ingangsaansluiting 13 en de eerste DC/AC omvormer DA 1. De regelschakeling omvat verdere DC/DC omvormers DD2 en DD4 tussen de vierde ingangsaansluiting 14 en de tweede DC/AC omvormer DA2. Deze DC/DC omvormers kunnen bijvoorbeeld op 90% van het effectief vermogen van de op 13 en 14 aangesloten zonnepaneelinstallatie ingesteld worden, en kunnen bijvoorbeeld 500V/56V omzetters zijn.

De regelschakeling kan verder één of meer (niet getoonde) spanning- en stroomsensoren omvatten, evenals de nodige (niet-getoonde) beveiligingen zodat geen circulaire stromen mogelijk zijn tussen de eerste ingangsaansluiting II en de tweede ingangsaansluiting 12. De batterijen kunnen aangestuurd worden door een batterij management systeem (BMS) eenheid, die bijvoorbeeld wordt gekoeld via normale lucht circulatie. Een BMS eenheid zal zorg dragen voor een veilige en langdurige werking van de batterij. Er bestaan actieve en passieve BMS systemen. In uitvoeringsvormen van de uitvinding kan bijvoorbeeld gewerkt worden met een passieve BMS eenheid. De koeling hierin gebeurt door natuurlijke convectie. De parameters die beheerd worden door een BMS eenheid omvatten bijvoorbeeld één of meer van de volgende parameters: een totale spanning, de spanning over de verschillende cellen van de batterij, een “State of charge (SOC)” parameter die het laadniveau aanduidt, een “State of health (SOH)” parameter die een maat is voor de “gezondheid” van de batterij, een parameter voor de stroom in de batterij, een “cell balancing” parameter, etc. Een of meer van deze parameters worden doorgegeven aan de communicatiemodule.

De aansturingen van de verschillende componenten (schakelaars, omschakelen laadvermogen, batterij management systeem, etc) kunnen gebeuren vanuit een centrale communicatiemodule die onderdeel uitmaakt van de hierboven genoemde regelmodule. De centrale communicatiemodule kan ingericht zijn om te communiceren met de weersmodule of meetmodule (zie verder) of kan zelf een weersmodule en meetmodule omvatten. De communicatiemodule beheert en stuurt het systeem op basis van input die de communicatiemodule ontvangt van één of meer van de volgende: het batterij management System van de batterijen BATT1 en BATT2; de meetmodule; de weersmodule; energieactoren. Meer in het bijzonder stuurt de communicatiemodule de verschillende schakelaars aan van de PLC. Daarnaast kan de communicatiemodule ook de batterij management systemen van BATT1 en BATT2 en de energieactoren aansturen. De meetmodule kan verder ingericht zijn om aanstuurbare stopcontacten en triggers aan te sturen. Zo kunnen bij afwezigheid lichten aan en uit gemaakt worden, stroomcontroles worden uitgevoerd, checkpunten worden voorzien, etc. De meetmodule kan verder ingericht zijn om via een smartphone verbruiksgegevens, productiegegevens en in- en uitschakelen van toestellen op te volgen ter controle van mogelijke abnormaliteiten.

Op extern vlak kan de communicatiemodule verder ingericht zijn om te communiceren met een externe beheerder die reservecapaciteit van BATT1 en/of BATT2 kan laden of ontladen.

In uitvoeringsvormen van de uitvinding worden de “flexibele” apparaten van de eerste of tweede groep bij voorkeur enkel geactiveerd tijdens de momenten dat de eerste ingangsaansluiting actief is, tenzij uit de voorspelling van de verbruiksprofielen worden gedetecteerd die goed inpassen in het afstemmen van productie en verbruik. De batterijen worden bij voorkeur geladen als eerste ingangsaansluiting actief is of bij een te veen aan elektriciteitsproductie door de groene stroom installatie.

De tabel hieronder geeft een overzicht van de verschillende toestanden waarin het systeem zich kan bevinden, volgens een mogelijke uitvoeringsvorm. IJV: groene stroom

X: geen laden/ontladen O: laden/ontladen (O) = ontladen mogelijk, afhankelijk van stroombehoefte groep 2. C/10 - C/3 en Cl: laadsnelheden batterijen, ontladen is MAX IC.

De uitvoeringsvorm van figuur 3 kan continu actief zijn. Voordelen van deze uitvoeringsvorm zijn: duale energie management en opslag; hybride netkoppeling waardoor marktvraag wordt gecorrigeerd in functie van aanbod; instelbare stroombegrenzer LIM1, LIM2 op de AC ingangsaansluitingen II, 12; schakelaars voor het optimaliseren totale systeemwerking; meervoudige omvormer /lader opstelling met geschikte werkingspunten; dubbele batterij opstelling met aangepaste specificaties; er kan gewerkt worden op veilige spanningsniveaus bij de omvorming (bijvoorbeeld DC 48V); mogelijkheid tot live aansturing op basis van vooropstellingen productie en gepland verbruik; mogelijkheid tot integratie in het netwerk en ter beschikking stellen van een deel van de opslagen energie.

Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm wordt een weersmodule voorzien die ingericht is om de weersomstandigheden te bepalen, bijvoorbeeld op basis van weersgegevens op internet, en om op basis van de weersomstandigheden een voorspelling te doen van de ogenblikkelijke en toekomstige verbruiken op één of meer verbruikerslocaties. Op basis van een dergelijke voorspelling kan de regelschakeling de energie-aanvoer naar de eerste en tweede groep regelen. Verder kan een energie meetmodule voorzien zijn voor het registreren van gegevens inzake productie, totaal verbruik, individueel verbruik geselecteerde toestellen, etc. op basis waarvan een verbruiksprofiel van het huishouden kan worden opgebouwd. Dit verbruiksprofiel kan bepaald worden bij de start (in een leermodus), en kan continue verfijnd worden over de verdere meetperiodes. De weersmodule en de meetmodule zullen toelaten om de eigen productie en het verbruik op regelmatige tijdstippen in te schatten, zowel voor wat betreft het ogenblikkelijk verbruik als voor wat betreft het toekomstig verbruik.

Figuur 4 illustreert een verder ontwikkelde uitvoeringsvorm van een systeem volgens de uitvinding waarin een weersmodule, een meetmodule en een communicatiemodule zijn opgenomen. Deze kunnen uitgevoerd zijn zoals hierboven werd besproken.

In vergelijking met bestaande systemen, hebben uitvoeringsvormen van de uitvinding onder andere de volgende voordelen: de groene stroominstallatie kan berekend worden in functie van de behoefte; het systeem kan voor een groot deel van de tijd autonoom werken; er kan gewerkt worden met een cluster van passende omvormers (met een goed omvormer rendement); hybride en dubbele netkoppeling; peakshaving; dubbele batterij configuratie met elk een eigen batterij management systeem; integreerbaar in een netwerk,; batterijen kunnen continu gebruikt worden.

De vakman begrijpt dat de uitvinding niet beperkt is tot de hierboven geïllustreerde uitvoeringsvoorbeelden en dat vele varianten en modificaties denkbaar zijn binnen het kader van de uitvinding, dat enkel bepaald wordt door de hierna volgende conclusies.

Claims

Conclusies

1. Systeem voor het regelen van de elektriciteitsbevoorrading op een verbruikerslocatie, met het kenmerk, dat het systeem omvat: een eerste ingangsaansluiting (II) die geconfigureerd is om gekoppeld te worden met het net tijdens een eerste periode; een tweede ingangsaansluiting (12) die geconfigureerd is om gekoppeld te worden met het net tijdens een tweede periode die verschillend is van de eerste tijdsperiode; een eerste uitgangsaansluiting (01) die geconfigureerd is om aangesloten te worden op een eerste groep van elektrische toestellen op de verbruikerslocatie; een tweede uitgangsaansluiting (02) die geconfigureerd is om aangesloten te worden op een tweede groep van elektrische toestellen op de verbruikerslocatie; een eerste batterij (BATT1); een tweede batterij (BATT2); een regelschakeling die geconfigureerd is om, in functie van de tijd, de energievraag in de eerste groep, de energievraag in de tweede groep, en optioneel weersinformatie: het laden van de eerste en/of tweede batterij met behulp van energie die binnenkomt via de eerste ingangsaansluiting, te regelen; het aan de eerste uitgangsaansluiting doorgeven van energie die binnenkomt bij de eerste ingangsaansluiting te regelen; het aan de tweede uitgangsaansluiting doorgeven van energie die binnenkomt bij de tweede ingangsaansluiting, te regelen; het ontladen van de eerste batterij naar de eerste uitgangsaansluiting, te regelen; en het ontladen van de tweede batterij naar de tweede uitgangsaansluiting, te regelen; waarbij de eerste en de tweede batterij verschillend zijn van elkaar, waarbij de eerste batterij bij voorkeur een maximaal opgeslagen energie niveau heeft dat groter is dan het maximaal opgeslagen energieniveau van de tweede batterij ; en waarbij de eerste en tweede batterij afgestemd zijn op elektrische toestellen van respectievelijk de eerste en tweede groep.
2. Systeem volgens conclusie 1, waarbij de eerste groep elektrische toestellen een beperkte startstroom vergen in vergelijking met de tweede groep elektrische toestellen, en waarbij de tweede groep elektrische toestellen gedurende een bepaalde tijd grote stromen vragen in vergelijking met de eerste groep elektrische toestellen.
3. Systeem volgens conclusie 1 of 2, verder omvattende een derde ingangsaansluiting (13) die geconfigureerd is om gekoppeld te worden met een groene elektriciteitsbron op de verbruikerslocatie; waarbij de regelschakeling verder geconfigureerd is om het laden van de eerste en/of de tweede batterij met behulp van energie die binnenkomt via de derde ingangsaansluiting, te regelen.
4. Systeem volgens conclusie 3, waarbij de regelschakeling verder geconfigureerd is om het doorgeven van energie die binnenkomt bij de derde ingangsaansluiting aan ten minste één van de eerste uitgangsaansluiting en de tweede uitgangsaansluiting, te regelen.
5. Systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de eerste batterij een maximaal opgeslagen energie niveau heeft dat ten minste twee keer groter is dan het maximaal opgeslagen energieniveau van de tweede batterij.
6. Systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de eerste en tweede batterij voorzien is van respectievelijk een eerste en een tweede batterij management eenheid voor het beheren van eerste en tweede batterijparameters, en waarbij de regelschakeling geconfigureerd is om het laden en ontladen te regelen in functie van de eerste en tweede batterijparameters.
7. Systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de regelschakeling een schakelaar (Rl-2) omvat tussen de eerste ingangsaansluiting en de eerste uitgangsaansluiting, en een regelmodule die ingericht is voor het instellen van een open of een gesloten stand van de genoemde schakelaar in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de eerste groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de eerste batterij.
8. Systeem volgens conclusie 3 of 4, waarbij de regelschakeling een schakelaar (Rl-1) omvat die in een eerste stand de eerste ingangsaansluiting elektrisch verbindt met de eerste batterij, en in een tweede stand de derde ingangsaansluiting elektrisch verbindt met de eerste batterij ; en een regelmodule omvat die ingericht is voor het instellen van de eerste of tweede stand van de genoemde schakelaar in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de eerste groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de eerste batterij.
9. Systeem volgens conclusie 3, 4 of 8, waarbij de regelschakeling een schakelaar (R2) omvat die in een eerste stand de eerste ingangsaansluiting elektrisch verbindt met de tweede batterij, en in een tweede stand de derde ingangsaansluiting elektrisch verbindt met de tweede batterij; en een regelmodule omvat die ingericht is voor het instellen van de eerste of tweede stand van de genoemde schakelaar in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de tweede groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de tweede batterij.
10. Systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de regelschakeling een schakelaar (R5) omvat tussen de eerste batterij en de eerste uitgangsaansluiting, en een regelmodule die ingericht is voor het instellen van een open of een gesloten stand van de genoemde schakelaar in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de eerste groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de eerste batterij.
11. Systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de regelschakeling een schakelaar (R6) omvat tussen de tweede batterij en de tweede uitgangsaansluiting, en een regelmodule die ingericht is voor het instellen van een open of een gesloten stand van de genoemde schakelaar in functie van ten minste één van: de tijd, de energiebehoefte in de tweede groep, de weersomstandigheden, het laadniveau van de tweede batterij.
12. Systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de regelschakeling een eerste AC naar DC omzetter (ADI) en een eerste batterij oplader omvat, welke in serie geschakeld zijn tussen de eerste ingangsaansluiting en de eerste batterij.
13. Systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de regelschakeling een tweede AC naar DC omzetter (AD2) en een tweede batterij oplader omvat, welke in serie geschakeld zijn tussen de eerste ingangsaansluiting en de tweede batterij.
14. Systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de regelschakeling een eerste DC naar AC omzetter (DA1) omvat die geschakeld is tussen de eerste batterij (BATT1) en de eerste uitgangsaansluiting (01).
15. Systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de regelschakeling een tweede DC naar AC omzetter (DA2) omvat die geschakeld is tussen de tweede batterij (BATT2) en de tweede uitgangsaansluiting (02).
16. Systeem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de regelschakeling een eerste stroombegrenzer omvat voor het begrenzen van de stroom die binnenkomt via de eerste ingangsaansluiting, en/of een tweede stroombegrenzer omvat voor het begrenzen van de stroom die binnenkomt via de tweede ingangsaansluiting.
17. Communicatiemodule voor gebruik in een regelschakeling van een systeem volgens één der voorgaande conclusies, welke regelschakeling een aantal schakelaars omvat, welke communicatiemodule geconfigureerd is om de tijd, de energievraag in de eerste groep, de energievraag in de tweede groep, en optioneel weersinformatie, te ontvangen; en om in functie daarvan het aantal schakelaars van de regelschakeling te controleren, ten einde: het laden van de eerste en/of tweede batterij met behulp van energie die binnenkomt via de eerste ingangsaansluiting, te regelen; het aan de eerste uitgangsaansluiting doorgeven van energie die binnenkomt bij de eerste ingangsaansluiting te regelen; het aan de tweede uitgangsaansluiting doorgeven van energie die binnenkomt bij de tweede ingangsaansluiting, te regelen; het ontladen van de eerste batterij naar de eerste uitgangsaansluiting, te regelen; en het ontladen van de tweede batterij naar de tweede uitgangsaansluiting, te regelen.
18. Communicatiemodule volgens conclusie 17, welke communicatiemodule verder ingericht is voor het ontvangen van meetdata van de eerste groep en/of meetdata van de tweede groep, en voor het controleren van het aantal schakelaars in functie van de meetdata.
19. Communicatiemodule volgens conclusie 17 of 18, welke communicatiemodule verder ingericht is voor het ontvangen van batterij parameters van een eerste en tweede batterij management eenheid van de eerste en tweede batterij en voor het controleren van het aantal schakelaars in functie van de batterij parameters.
20. Computer programma product omvattende door een computer uitvoerbare instructies die geconfigureerd zijn om de volgende stappen uit te voeren: het ontvangen van de tijd, de energievraag in de eerste groep, de energievraag in de tweede groep, van batterij parameters van een eerste en tweede batterij management eenheid van de eerste en tweede batterij, en optioneel weersinformatie, te ontvangen; en het op basis daarvan controleren van een aantal schakelaars van een regelschakeling van een systeem volgens één der conclusies 1-16, ten einde: het laden van de eerste en/of tweede batterij met behulp van energie die binnenkomt via de eerste ingangsaansluiting, te regelen; het aan de eerste uitgangsaansluiting doorgeven van energie die binnenkomt bij de eerste ingangsaansluiting te regelen; het aan de tweede uitgangsaansluiting doorgeven van energie die binnenkomt bij de tweede ingangsaansluiting, te regelen; het ontladen van de eerste batterij naar de eerste uitgangsaansluiting, te regelen; en het ontladen van de tweede batterij naar de tweede uitgangsaansluiting, te regelen.