BE1023235B1

BE1023235B1 - Modulaire, hybride elektriciteitsaccumulator

Info

Publication number: BE1023235B1
Application number: BE2015/5690A
Authority: BE
Inventors: Georges Fontaine
Original assignee: Electragam Nv
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2017-01-06

Abstract

De uitvinding betreft een modulaire, hybride elektriciteitsaccumulator, met een ingang voor meerdere krachtbronnen, met UPS en mogelijkheid tot injectie in het netwerk.

Description

Modulaire, hybride elektriciteitsaccumulator

Het domein.

Deze uitvinding heeft betrekking op een apparaat dat de opslag toestaat van elektrische energie. In het bijzonder elektrische energie uit een aantal verschillende bronnen, zoals bijvoorbeeld het elektriciteitsnetwerk, een generator, zonne-energie, wind, enz.. Het apparaat is verder ook in staat om de opgeslagen elektrische energie ter beschikking te stellen van een huishoudelijke gebruiker door middel van zowel een niet-onderbreekbare noodvoeding, ook wel UPS of Uninterruptable Power Supply genoemd, als een no-break noodvoeding. Het apparaat is verder ook in staat om, op verzoek, elektrische energie ter beschikking te stellen van het elektriciteitsnetwerk of eruit op te nemen.

De uitvinding betreft een huishoudelijke, modulaire, hybride elektriciteitsaccumulator. Meer bepaald een modulaire, hybride elektriciteitsaccumulator, met meerdere ingangen voor meerdere krachtbronnen. De accumulator bevat bovendien eveneens UPS module en een no-break module om bij storingen van het elektriciteitsnetwerk een gebruiker van elektrische stroom te voorzien. De accumulator bevat eveneens een injectie-module om elektrische stroom van de accumulator aan het elektriciteitsnetwerk aan te leveren. De uitvinding betreft dus een modulaire, hybride elektriciteitsaccumulator, met een ingang voor meerdere krachtbronnen, met UPS en no-break en mogelijkheid tot injectie in het elektriciteitsnetwerk.

De huidige stand van de techniek.

De ontdekking en de verspreiding van hernieuwbare energiebronnen, voornamelijk uit wind- of zonne-energie, leidde op zijn beurt tot het vaststellen van nieuwe beperkingen en problemen. De productie van energie geproduceerd door deze nieuwe bronnen van groene energie, hoe krachtig ze ook zijn, is zelden in overeenstemming met de behoeften van de consument, en dus ook met de noden van het elektriciteitsnetwerk.

Het gebeurt heel dikwijls dat de vraag naar energie aanzienlijk is terwijl er praktisch geen zon of wind is, waardoor het elektriciteitsnetwerk verplicht is om de ontbrekende energie in te voeren tegen hoge prijzen, of om gebruik te maken van noodcentrales die snel kunnen opgestart worden, zoals bijvoorbeeld gascentrales.

Aan de andere kant kan er veel zon en wind zijn op ogenblikken dat de vraag naar energie laag is. Een soortgelijk fenomeen, dat regelmatiger voorkomt, wordt veroorzaakt door de wijziging in de vraag naar energie gedurende een dag van 24 uur, met pieken in de ochtend en de vroege avond, en dieptepunten tijdens de nacht. Het uitschakelen van steeds meer en meer kerncentrales verlaagt bovendien drastisch het beschikbare productievolume. De combinatie van deze verschijnselen is zodanig ernstig dat we momenteel rekening moeten houden met het risico van black-out-perioden of ‘brown-out’ perioden wat een gecontroleerde black-out beteken, waarbij een deel van de verbruikers van het elektriciteitsnetwerk wordt afgeschakeld.

Naast deze problemen van de elektrische energievoorziening creëert de privé-installatie door huishoudelijke gebruikers van een groot aantal zonnepanelen ernstige onevenwichtigheden in het elektrische distributienetwerk dat oorspronkelijk niet is ontworpen voor dit doel of voor deze vermogens, en dwingt de distributeur tot aanzienlijke investeringen die vaak onrendabel zijn. In geval van stroomonderbreking of blackout, hebben de eigenaars van fotovoltaische panelen te maken met een dubbele frustratie: aan de ene kant gaat de productie van hun panelen verloren want de anti-eilandbescherming van de omvormer verbreekt op een bepaald ogenblik het contact met het elektriciteitsnetwerk, en ze ondergaan de black-out op dezelfde manier als de doorsneeconsument die niet heeft geïnvesteerd in zonnepanelen.

Iedereen is het er vandaag over eens dat het niet mogelijk is om de productie van hernieuwbare energie te veralgemenen en te bevorderen zonder te beschikken over oplossingen om deze elektrische energie op te slaan.

Er bestaan oplossingen. Denken we maar aan het systeem van de hydraulische buffervaten via een hoger en een lager gelegen meer in combinatie met turbines, zoals bijvoorbeeld, zoals bijvoorbeeld de spaarbekkencentrale van Coo-Trois-Points, maar ze blijven een uitzondering en zijn te gering om een algemene oplossing te bieden. Bovendien beperken hun hoge investerings- en onderhoudskosten enerzijds en anderzijds hun lage prestaties hun verspreiding.

Op dit ogenblik zijn er studies en waarschijnlijk ook projecten aan de gang met betrekking tot de installatie van industriële batterijen met zeer groot vermogen, maar hiervan zijn geen praktische voorbeelden. Deze oplossing zal, hoe dan ook, de problemen van de distributie die het gevolg zijn van de plaatsing van krachtige zonnepanelen voor privégebruik, niet oplossen.

Andere onderzoeken die uitgevoerd worden betreffen kleine en middelgrote geïntegreerde systemen, maar afgezien van het feit dat de meeste niet daadwerkelijk operationeel zijn, zijn ze soms gebaseerd op oudere batterijtechnologie of op batterijen waarvan de hoge spanning, dit wil zeggen het voltage, niet toepasbaar is binnen een huishoudelijke context, of die zo speciaal ontworpen zijn dat hun verdere ontwikkeling naar toekomstige en nieuwe batterijtechnologieën en / of nieuwe toepassingen binnen de elektronica moeilijk zal worden. Geen enkel bekend systeem is echt modulair of geïntegreerd.

Beschrijving van de uitvinding.

Een uitvoeringsvorm van de modulaire accumulator wordt weergegeven in de bijhorende Figuur 1. Het spreekt voor zich dat alternatieve uitvoeringsvormen mogelijk zijn.

De oplossing bestaat uit een grote groep aan elkaar gekoppelde, ofwel 'cloud' van opslagbatterijen-omvormers die geïnstalleerd zijn bij verschillende huishoudens en die via een centraal platform communiceren en intelligentie hebben, waarbij elk element zo dicht mogelijk bij de binnenlandse productie van fotovoltaische energie geplaatst wordt en het laden en ontladen kan gebeuren op verzoek van de energiedistributeur.

In tegenstelling tot de oplossingen die zich reeds op de markt bevinden onderscheid deze uitvinding zich op verschillende fronten tegelijk: 1. Het systeem bestaat uit één of meer behuizingen, ofwel "housings", die alle elektrische onderdelen, elektronica en batterijen bevatten. De bedrading tussen deze onderdelen is geïntegreerd in de behuizing en vereist geen externe bedrading aan modules. 2. De behuizing is elegant qua grootte, ziet er mooi en ergonomisch uit in tegenstelling tot de bestaande modellen voor ophanging aan de muur en is smaller dan de modellen welke op de grond geplaatst worden. 3. De behuizing is samengesteld uit modules met een gewicht van ongeveer 30 kilo en is dus gemakkelijk te transporteren en installeren. 4. Het systeem omvat een niet-onderbreekbare vermogensvoorziening, eveneens gerefereerd als UPS, die tegelijkertijd toelaat om een permanente voeding online te hebben, die zonder onderbreking aanschakelt, wanneer het netwerk wegvalt, bijvoorbeeld voor gevoelig elektronische installaties of computers, en een klassieke voeding no-break met lage schakeltijd of een lichte onderbreking. 5. Het systeem omvat een centrale computer die onafhankelijk is van de elektronische vermogenscomponenten, wat toelaat om te werken met elektronische onderdelen van verschillende leveranciers zonder dat de werking in het gedrang komt. 6. Het systeem is modulair in die zin dat, afhankelijk van de evolutie van de behoeften en investeringen van de gebruiker, een groot aantal opties kunnen worden toegevoegd aan het systeem. Het betreft bijvoorbeeld een toevoeging van een windturbine, zonnepanelen, een generator en een kleine hydraulische installatie, enz., toevoeging van één of meer omvormers voor injectie in het netwerk, het toevoegen van een uitbreidingsmodule van batterijen... 7. Het basissysteem beschikt over een bluetooth communicatiemodule waardoor de gebruiker zelf zijn systeem kan configureren via een tablet en visueel de staat van de onderdelen en batterijen kan opvolgen. 8. Het systeem heeft standaard (of optioneel) een GPRS-communicatiemogelijkheid waardoor het berichten kan verzenden en instructies kan ontvangen van de distributeur of van de gebruiker. 9. Het systeem heeft optioneel Wifi-communicatie wat het toelaat om over lange afstand te communiceren of gegevens te ontvangen, vooral over de stand van de netwerkbelasting en de weersverwachting. 10. Het systeem kan, in functie van de toekomstige standaarden van de energiedistributeur, uitgerust worden met andere communicatiemogelijkheden, meer bepaald om gegevens te kunnen uitwisselen met de toekomstige slimme meters. 11. Het systeem is schaalbaar, omdat haar centrale computer zich kan aanpassen aan toekomstige technologieën, vooral op het vlak van batterijen of elektronica. 12. Het systeem is uitgerust met een real-time klok, waardoor het zichzelf autonoom kan opladen tijdens goedkope perioden en ontladen (gebruik van het opgeslagen vermogen) tijdens perioden van vol tarief. 13. Het systeem heeft een vrij elektrisch contact dat kan worden gebruikt door de gebruiker voor de ontkoppeling van delen van zijn elektrische installatie in tijden van pieken in de vraag of kritieke momenten voor het netwerk. 14. Indien er geen opdrachten zijn van de energiedistributeur loopt het systeem autonoom wat betreft laden en ontladen evenals het tijdstip hiervoor.

Kenmerken

Geïntegreerd modulair apparaat voor energieopslag, met een totale integratie van alle elementen in modules, binnen één zelfde behuizing of housing met lage dikte, waardoor geen andere bedrading nodig is dan diegene die zorgt voor hun verbinding met externe apparaten die energie produceren of verbruiken.

Additionele kenmerken: 1. samengesteld uit één of meerdere ergonomische add-on modules met een gewicht van ongeveer 30 kg, batterijen inbegrepen 2. bevat een systeem van ononderbroken voeding met twee uitgangen: een online-uitgang en een no-break uitgang 3. bezit optioneel de specifieke mogelijkheid om een generator, zonnepanelen of een windturbine aan te koppelen als vervanging voor het normale stroomnet 4. is modulair opgebouwd zowel op het vlak van de uitrusting als van de opties 5. heeft standaard of als optie de installatie van verschillende communicatiemogelijkheden en van een specifieke tablettoepassing 6. heeft een centrale processor die zich kan aanpassen aan een groot aantal producten uit de elektronica alsook aan de huidige en toekomstige technologie van batterijen 7. bezit standaard een real-time klok, waardoor de processor op autonome wijze beslissingen kan nemen betreffende het laden en het ontladen/gebruiken van de batterijen 8. beschikt over een vrij contact zodat de gebruiker in staat is om een gedeelte van zijn elektriciteit verbruikende apparaten af te zetten tijdens momenten van piekverbruik en dit in functie van de vraag van de distributienetbeheerder 9. biedt de mogelijkheid aan de distributienetbeheerder om vanop afstand het commando door te geven om het laden van de batterijen op te starten (verplichten tot energieverbruik) tijdens periodes van lage belasting van het net. 10. beschikt standaard over een systeem voor het ontvangen van weerberichten en de prognoses van black-out, zodat autonome beslissingen kunnen genomen worden met betrekking tot de gebruikte vermogens en de tijden van laden en ontladen van de batterijen

In het algemeen bestaat de uitvinding dus uit een modulaire, hybride elektriciteitsaccumulator, met een ingang voor meerdere krachtbronnen, met UPS en mogelijkheid tot injectie van opgeslagen energie in het netwerk.

Deze uitvinding heeft betrekking op een apparaat dat: elektrische energie opslaat via moderne elektrische batterijen, • beschikt over een UPS en een no-break, • standaard kan aangesloten worden op een generator, zonnepanelen of windturbine • in staat is om energie te injecteren in het netwerk • beschikt over een CPU uitgerust met een real time klok, • autonoom in staat is om beslissingen te nemen, • beschikt over een innovatief communicatiesysteem dat toelaat data en informatie te vergaren of opdrachten te ontvangen o naar of van de gebruiker o naar of van de distributienetbeheerder • geïntegreerd is in modules die ergonomische dun en vervoerbaar en handelbaar zijn • volledig modulair en schaalbaar is.

Claims

Conclusies

1. Een apparaat bevattende: - een batterijmodule, bevattende minstens één batterij, en selectief koppelbaar aan diverse aansluitpunten voor diverse energiebronnen; - een ups module gekoppeld aan de batterijmodule en geconfigureerd om elektrische energie van de batterij om te vormen en aan minstens één ups uitgang voor het aankoppelen van een huishoudelijke elektrische installatie; en - een controller die het selectief aankoppelen van de modules en aansluitpunten aanstuurt.
2. Een apparaat volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het apparaat verder bevat: - een communicatiemodule die toelaat om het apparaat te verbinden met een communicatienetwerk, zodat het apparaat vanop afstand kan worden aangestuurd en/of het apparaat gekoppeld kan worden met één of meerdere andere dergelijke apparaten voor een gecoördineerde aansturing.
3. Het apparaat volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de ups module: - minstens één online ups uitgang bevat die permanent elektrische energie aanlevert, en/of - minstens één no-break uitgang bevat.
4. Het apparaat volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het apparaat bevat: - een batterijlader; en - een aansluitpunt voor het elektriciteitsnetwerk en/of een aansluitpunt voor een noodgenerator, selectief koppelbaar aan de batterijlader en/of de no-break module, door de controller.
5. Het apparaat volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het apparaat verder minstens één aansluitpunt voor een niet constante elektrische energiebron bevat, waarbij de niet constante elektrische energiebron, via een omvormer, selectief koppelbaar is aan de batterijmodule.
6. Het apparaat volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat het apparaat minstens één van de volgende aansluitpunten voor niet constante elektrische energiebronnen bevat: - een aansluitpunt voor fotovoltaische zonnepanelen; - een aansluitpunt voor een windturbine
7. Het apparaat volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de controller een real-time klok en geconfigureerd is om volgens een vooraf bepaald patroon de batterijlader en/of ups module selectief te koppelen aan de batterijmodule, om de batterijen te laden en respectievelijk te ontladen of te gebruiken.
8. Het apparaat volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat deze afschakelcommando's gegenereerd worden in functie van de belasting van het elektriciteitsnetwerk, bijvoorbeeld bij periodes van een hoge belasting van het elektriciteitsnetwerk.
9. Het apparaat volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de controller geconfigureerd is om in functie van laadcommando's ontvangen via de communicatiemodule tijdelijk het de batterijlader te activeren om de batterijen op te laden.
10. Het apparaat volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat deze laadcommando's gegenereerd worden in functie van de belasting van het elektriciteitsnetwerk, bijvoorbeeld bij periodes van een lage belasting van het elektriciteitsnetwerk.
11. Het apparaat volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het apparaat een behuizing bevat waarbinnen de batterijmodule, batterijlader, ups module en aansluitpunten zijn aangebracht.
12. Het apparaat volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat de behuizing geschikt is om het apparaat aan een muur te bevestigen en een bepaalde maximale dikte bevat.
13. Het apparaat volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat, de controller via de communicatiemodule één of meer van de volgende gegevens kan uitwisselen: - gegevens over weerberichten; - gegevens over de prognoses van een risico op black-out.
14. Het apparaat volgens conclusie 13, daardoor gekenmerkt dat de controller in functie van deze gegevens het selectief aankoppelen van de aansluitpunten, batterijlader en bepaalt om in functie van de gebruikte vermogens de tijden van laden en ontladen van de batterij aan te sturen.
15. Een systeem bevattende een veelvoud van de apparaten volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het veelvoud van de apparaten gekoppeld is aan een centraal platform om een gecoördineerde aansturing te realiseren.