BE1027116B1

BE1027116B1 - Bufferen van vermogens in een zonnepaneelinstallatie

Info

Publication number: BE1027116B1
Application number: BE20195153A
Authority: BE
Inventors: Ismaël Ben-Al-Lal
Original assignee: Futech Bvba
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2020-10-14
Also published as: BE1027116A1

Abstract

Volgens een uitvoeringsvorm wordt voorzien in een apparaat (150) voor het afgeven van vermogens in een zonnepaneelinstallatie met één of meerdere zonnepanelen (100) en een omvormer (110). Het apparaat omvat: i) een ingangsterminal (151) koppelbaar aan één van de polen (101) van de zonnepanelen; ii) een uitgangsterminal (153) koppelbaar aan één van de polen (111) van de omvormer; iii) een energieopslagmiddel (155); en iv) een schakelcircuit (160-167) geconfigureerd om het apparaat in een seriële ontladingstoestand (204) te schakelen waarin het energieopslagmiddel (155) tussen de ingangsterminal (151) en de uitgangsterminal (153) is geschakeld zodat, tijdens gebruik, het energieopslagmiddel in serie staat tussen de zonnepanelen en de omvormer en zodat zowel het energieopslagmiddel als de zonnepanelen positief bijdragen aan de spanning geleverd aan de omvormer.

Description

-1- BE2019/5153

BUFFEREN VAN VERMOGENS IN EEN ZONNEPANEELINSTALLATIE Technisch Gebied

[01] De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een apparaat voor het bufferen van vermogens gegenereerd door een zonnepaneelinstallatie in een energieopslagmiddel, bv. een batterij. Stand van de Techniek

[02] Een zonnepaneelinstallatie omvat één of meerde zonnepanelen die gekoppeld zijn aan een omvormer. In werking gedragen zonnepanelen zich typisch als een stroombron waarbij de geleverde stroom afhankelijk is van de hoeveelheid geconverteerd licht. De omvormer heeft als doel het vermogen geleverd door de zonnepanelen om te zetten en aan de uitgang een stabiele spanning te leveren, i.e. een stabiele AC- of DC-spanning.

[03] De afhankelijkheid van zonlicht zorg er echter voor dat een zonnepaneelinstallatie geen continu vermogen kan leveren. Daarom worden meer en meer zonnepaneelinstallaties uitgerust met een energieopslagmiddel, bv. een batterij, die tijdens piekmomenten vermogen opslaat en tijdens dalmomenten, bv. ’s nachts, vermogen afgeeft. De batterij kan daarbij tussen de zonnepanelen en de omvormer worden geplaats, d.i. voor de omvormer, in de omvormer of aan de uitgang van de omvormer. Aangezien de omvormer echter een bepaald maximaal vermogen heeft is het voordeliger om de batterij voor de omvormer te plaatsen. Op deze manier kan het maximaal vermogen van de omvormer beperkt worden door op piekmomenten een deel van het vermogen in de batterij op te slaan en daarbij de omvormer te ontzien. Op dalmomenten geeft de batterij dan terug energie af dat door de omvormer aan het net wordt afgegeven.

-2- BE2019/5153

[04] Verschillende oplossingen die energieopslag voorzien tussen de zonnepanelen en de omvormer zĳn reeds gekend. Zo wordt in WO2017/187409A1 een werkwijze beschreven waarbij een batterij in parallel met de zonnepanelen wordt geschakeld zodat een gedeelte van het vermogen wordt geleverd door de batterij en een ander gedeelte door de zonnepanelen. Het schakelen gebeurt verder op een dusdanige manier dat een optimale vermogensafgifte door de zonnepanelen wordt bereikt.

[05] Een nadeel van bovenstaande oplossing en andere gekende oplossingen is dat bij het ontladen de spanning van de zonnepanelen en de batterij op elkaar dient afgestemd te worden. Door de fluctuerende spanning van de zonnepanelen dient er daarom meestal voorzien te worden in een DC- DC omvorming aan de ingang van de batterij. Dit zorgt dus voor een complexe en dure schakeling.

Samenvatting van de Uitvinding

[06] Het is een doel van de onderhavige uitvinding om bovengenoemd nadeel op te lossen door te voorzien in een oplossing die afgifte van het vermogen in een zonnepaneelinstallatie toelaat zonder nood aan een spanningsomvormer tussen de zonnepanelen en de batterij.

[07] Dit doel wordt bereikt, volgens een eerste aspect van de uitvinding, door te voorzien in een apparaat voor het afgeven van vermogens in een zonnepaneelinstallatie met één of meerdere zonnepanelen en een omvormer het apparaat omvat I) een ingangsterminal koppelbaar aan één van de polen van de zonnepanelen; ii) een uitgangsterminal koppelbaar aan één van de polen van de omvormer; iii) een energieopslagmiddel; en iv) een schakelcircuit geconfigureerd om het apparaat in een seriële ontladingstoestand te schakelen waarin het energieopslagmiddel tussen de ingangsterminal en de uitgangsterminal is geschakeld zodat, tijdens gebruik, het energieopslagmiddel in serie staat tussen de zonnepanelen en de omvormer en zodat zowel het

-3- BE2019/5153 energieopslagmiddel als de zonnepanelen positief bijdragen aan de spanning geleverd aan de omvormer.

[08] Zonnepanelen in een zonnepaneelinstallatie staan typisch in serie om een specifieke uitgangsspanning te bereiken over de uitgangpolen, bv. 48 Volt. De polen van de zonnepanelen kunnen dus verwijzen naar een positieve of negatieve pool waarover deze uitgangsspanning staat. Analoog heeft ook de omvormer een positieve en negatieve pool waarover de spanning geleverd door de zonnepanelen wordt gezet. De polen van de omvormer kunnen dus verwijzen naar deze positieve of negatieve pool. Het apparaat kan tussen de zonnepanelen en de omvormer worden geplaats. Meer bepaald wordt het apparaat tussen één van de polen van de zonnepanelen en één van de polen van de omvormer geplaatst, bv. tussen de positieve pool van de zonnepanelen en de positieve pool van de omvormer of tussen de negatieve pool van de zonnepanelen en de negatieve pool van de omvormer.

[09] Het apparaat kan verder in een seriële ontlaadtoestand gebracht worden. In deze toestand zal het energieopslagmiddel, bv. een batterij, ontladen worden en dus vermogen leveren aan de omvormer. Het energieopslagmiddel wordt verder dusdanig geconfigureerd dat in deze seriële ontlaadtoestand het opslagmiddel in serie staan tussen de zonnepanelen en de omvormer en zo positief bijdraagt aan de geleverde spanning, i.e. samen met de zonnepanelen vermogen levert aan de omvormer. Met in serie wordt dus bedoeld dat bv. de negatieve pool van het opslagmiddel aan de positieve pool van de zonnepanelen wordt geschakeld en de positieve pool van het opslagmiddel aan de positieve pool van de omvormer wordt geschakeld. Andersom kan ook positieve pool van het opslagmiddel aan de negatieve pool van de zonnepanelen worden geschakeld en de negatieve pool van het opslagmiddel aan de negatieve pool van de omvormer. Op deze manier zal de stroom gegenereerd door de zonnepanelen ook doorheen heen opslagmiddel stromen.

[10] Doordat het opslagmiddel in serie met de zonnepanelen staat dient er geen spanningsomvorming te gebeuren. Het voordeel is dus dat door

-4- BE2019/5153 bovenstaand apparaat een omvormer wordt uitgespaard. Verder zal in de seriële ontlaadtoestand het energieopslagmiddel voor een voorgedefinieerde meerspanning zorgen, aangezien een zonnepaneel een niet-ideale stroombron is en een batterij een niet-ideale spanningsbron. Een omvormer heeft typisch een circuit dat de interne impedantie aanpast zodat de zonnepanelen in hun ideale werkingspunt opereren. Doordat de batterij een vaste spanning levert aan de omvormer, zal de batterij geen verdere invloed hebben op deze variabele impedantie. Het ideale werkingspunt van de zonnepanelen zal daarom niet negatief beïnvloed worden in deze seriële ontladingstoestand. Hierdoor zijn geen complexe terugkoppelcircuits nodig tussen de omvormer en het apparaat. Het apparaat kan daardoor makkelijk in bestaande zonnepaneelinstallaties geplaatst worden.

[11] Het apparaat kan verder een controle-eenheid omvatten die is geconfigureerd om het apparaat in de seriële ontladingstoestand te schakelen zolang de vermogensafgifte van de zonnepanelen onder een bepaalde vermogensbovengrens ligt en het laadniveau van het energieopslagmiddel boven een bepaalde laadwaardeondergrens ligt.

[12] Op deze manier wordt het energieopslagmiddel enkel ontladen wanneer het voldoende is opgeladen, i.e. het boven de laadwaardeondergrens ligt. Verder wordt er ook enkel ontladen wanneer de zonnepanelen niet genoeg vermogen leveren zoals bepaald door de vermogensbovengrens. De vermogensbovengrens kan bv. dusdanig bepaald worden dat het totale geleverde vermogen niet boven de maximale vermogensbovengrens van de omvormer uitkomt.

[13] Volgens een uitvoeringsvorm omvat het apparaat verder: I) een tweede ingangsterminal koppelbaar aan de overige pool van de zonnepanelen; en ii) een tweede uitgangsterminal koppelbaar aan de overige pool van de omvormer. Het schakelcircuit is dan verder geconfigureerd om het apparaat in een parallelle ontladingstoestand te schakelen waarin het energieopslagmiddel tussen de uitgangsterminal en de tweede uitgangsterminal is geschakeld, en de

-5- BE2019/5153 zonnepanelen zijn losgekoppeld van de omvormer, zodat tijdens gebruik het energieopslagmiddel in parallel met de omvormer staat en alleen het energieopslagmiddel een vermogen aan de omvormer levert.

[14] Op deze manier wordt voorzien in een alternatieve manier om het opslagmiddel te ontladen. Deze parallelle ontladingstoestand is te verkiezen wanneer de zonnepanelen niet genoeg stroom meer leveren waardoor ook het opslagmiddel maar een beperkt vermogen zou leveren, bv. bij weinig licht of ’s nachts.

[15] Dit kan bijvoorbeeld bereikt worden door de controle-eenheid dusdanig te configureren dat het apparaat in de parallelle ontladingstoestand schakelt zolang de vermogensafgifte van de zonnepanelen onder een minimale vermogensbovengrens ligt die kleiner is dan de vermogensbovengrens en het laadniveau van het energieopslagmiddel boven de bepaalde laadwaardeondergrens ligt.

[16] Volgens een verdere uitvoeringsvorm is het schakelcircuit verder geconfigureerd om het apparaat in een seriële opladingstoestand te schakelen waarin het energieopslagmiddel tussen de ingangsterminal en de uitgangsterminal is geschakeld zodat, tijdens gebruik, het energieopslagmiddel in serie staat tussen de zonnepanelen en de omvormer met een omgekeerde polariteit als in de seriële ontladingstoestand.

[17] Naast de seriële ontlaadtoestand kan het apparaat verder in een seriële oplaadtoestand gebracht worden. In deze toestand zal het energieopslagmiddel, bv. een batterij opgeladen worden door de zonnepanelen. Het oplaadmiddel wordt verder dusdanig geconfigureerd dat in deze oplaadtoestand het opslagmiddel in serie staan tussen de zonnepanelen en de omvormer, maar met een omgekeerde polariteit als in de seriële ontladingstoestand. Met in serie wordt dus bedoeld dat bv. de positieve pool van het opslagmiddel aan de positieve pool van de zonnepanelen worden geschakeld, de negatieve pool van het opslagmiddel aan de positieve pool van

-6- BE2019/5153 de omvormer worden geschakeld en de negatieve polen van de zonnepanelen en de omvormer aan elkaar worden gekoppeld. Op deze manier zal de stroom gegenereerd door de zonnepanelen eerste door het opslagmiddel stromen en dan naar de omvormer alvorens terug naar de zonnepanelen te stromen of vice versa.

[18] Doordat het opslagmiddel in serie met de zonnepanelen staat dient er geen spanningsomvorming te gebeuren. Het voordeel is dus dat door bovenstaand apparaat een omvormer wordt uitgespaard. Verder zal in de oplaadtoestand het energieopslagmiddel voor een spanningsval zorgen die afhankelijk is van het opgenomen vermogen. Een omvormer heeft echter typisch een circuit dat de interne impedantie aanpast zodat de zonnepanelen in hun ideale werkingspunt opereren. Het is dus een verder voordeel dat het verschil in impedantie door het energieopslagmiddel zal gecompenseerd worden door de omvormer. Hierdoor zijn geen complexe terugkoppelcircuits nodig tussen de omvormer en het apparaat. Het apparaat kan daardoor makkelijk in bestaande zonnepaneelinstallaties geplaatst worden.

[19] In dit geval kan de controle-eenheid verder geconfigureerd zijn om het apparaat in deze seriële opladingstoestand te schakelen zolang de vermogensafgifte van de zonnepanelen boven een bepaalde vermogensondergrens ligt en het laadniveau van het energieopslagmiddel beneden een bepaalde laadwaardebovengrens ligt.

[20] Op deze manier wordt het energieopslagmiddel enkel opgeladen wanneer het niet voldoende is opgeladen, ie. het beneden een maximale laadwaarde ligt, en wanneer de zonnepanelen voldoende vermogen genereren om het opslagmiddel op te laden. Verder zorgt de laadwaardebovengrens ervoor dat het energieopslagmiddel enkele wordt opgeladen indien nodig.

[21] Bij voorkeur komt de vermogensondergrens overeen met het maximale vermogen van de omvormer.

-7- BE2019/5153

[22] Op deze manier kan de omvormer ondergedimensioneerd worden terwijl de zonnepanelen optimaal kunnen blijven werken door hun overschat aan vermogen aan het energieopslagmiddel te leveren. Op deze manier wordt verder verhinderd dat de omvormer het vermogen van de zonnepanelen limiteert.

[23] Volgens een uitvoeringsvorm is het schakelcircuit verder geconfigureerd om het apparaat in een bypasstoestand te schakelen waarin de ingangsterminal met de uitgangsterminal is verbonden zodat tĳdens gebruik het energieopslagmiddel wordt omzeilt en het vermogen van de zonnepanelen volledig door de omvormer wordt opgenomen.

[24] De controle-eenheid kan dan verder geconfigureerd worden om het apparaat in de bypasstoestand te schakelen wanneer het niet in de seriële ontlaadtoestand, de parallelle ontladingstoestand, of de oplaadtoestand kan geschakeld worden.

[25] Volgens een tweede aspect voorziet de uitvinding in een werkwijze voor het afgeven van vermogens in een zonnepaneelinstallatie met één of meerdere zonnepanelen en een omvormer door middel van een energieopslagmiddel; waarin de methode volgende stappen omvat: - het meten van een vermogensafgifte van de zonnepanelen en het laadniveau van het energieopslagmiddel; en - het bepalen wanneer de gemeten vermogensafgifte onder een bepaalde vermogensbovengrens ligt en boven een bepaald vermogensondergrens light en het gemeten laadniveau van het energieopslagmiddel boven een bepaalde laadwaardeondergrens ligt; en - wanneer zo, het energieopslagmiddel in een seriële oplaadtoestand schakelen door het energieopslagmiddel in serie tussen één van de polen van de zonnepanelen en de omvormer te schakelen zodat, tijdens gebruik, het energieopslagmiddel in serie staat tussen de zonnepanelen en de omvormer en zodat zowel het energieopslagmiddel als de

-8- BE2019/5153 zonnepanelen positief bijdragen aan de spanning geleverd aan de omvormer.

[26] Volgens een derde aspect voorziet de uitvinding in een computerprogramma product omvattende op een computer uitvoerbare instructies om de werkwijze volgens het tweede aspect uit te voeren indien dit programma wordt uitgevoerd op een computer.

[27] Volgens een vierde aspect voorziet de uitvinding in een door een computer leesbaar opslagmiddel bevattende het computerprogramma product volgens het derde aspect. Korte Beschrijving van de Tekeningen

[28] Figuur 1A toont een zonnepaneelinstallatie met één of meerdere zonnepanelen, een omvormer en een apparaat voor het opvangen van vermogens volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding;

[29] Figuur 1B toont het apparaat uit Figuur 1A in een bypasstoestand volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding;

[30] Figuur 1C toont het apparaat uit Figuur 1A in een seriële opladingstoestand volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding;

[31] Figuur 1D toont het apparaat uit Figuur 1A in een parallelle ontladingstoestand volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding;

[32] Figuur 1E toont het apparaat uit Figuur 1A in een seriële ontladingstoestand volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; en

-9- BE2019/5153

[33] Figuur 2 toont de overgang tussen de verschillende toestanden van het apparaat uit Figuur 1 door middel van een controle-eenheid volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Beschrijving van Uitvoeringsvormen

[34] Figuur 1A illustreert een zonnepaneelinstallatie met één of meerdere zonnepanelen 100, een omvormer 110 en een apparaat 150 voor het tijdelijk opslaan van vermogen geleverd door de zonnepanelen 100. De één of meerdere zonnepanelen kan bestaan uit zonnepanelen die in serie, in parallel of in een combinatie van beiden zijn geplaatst om zo een bepaald piekvermogen te verkrijgen. De specifieke configuratie is van minder belang voor de werking van de onderhavige uitvinding en wordt daarom verder in deze beschrijving geïllustreerd aan de hand van onderdeel 100. Een configuratie van geïnstalleerde zonnepanelen wordt gekenmerkt door een positieve pool 101 en negatieve pool 102 waarover de spanning genereerd door de zonnepanelen komt te staan.

[35] Omvormer 110 zet het geleverde vermogen van de zonnepanelen om in een stabiele uitgangsspanning, bv in een vaste DC- of AC-spanning die dan aan een spanningsnet 120 kan worden gekoppeld. Voor de omvorming zelf omvat de omvormer 110 een DC-DC of DC-AC omvormer om de onstabiele DC spanning van de panelen om te zetten naar de stabiele uitgangsspanning. De omvormer 110 kan verder een MPPT module 113 omvatten die instaat voor het volgen van het maximale vermogenspunt van de zonnepanelen 100. MPPT staat hierbij voor ‘Maximum Power Point Tracking’. De MPPT zal de belasting gezien aan de ingangspolen 111 en 112 van de omvormer dusdanig aanpassen dat de zonnepanelen 100 altijd het maximale vermogen leveren. De omvormer 110 heeft een positieve ingangspool 111 en een negatieve ingangspool 112 die kan gekoppeld worden aan de respectievelijke positieve 101 en negatieve pool 102 van de zonnepanelen.

-10- BE2019/5153

[36] Het apparaat 150 volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt tussen de zonnepanelen 100 en omvormer 110 geplaatst. Hiertoe omvat apparaat 150: i) een eerste ingangsterminal 151 die koppelbaar is aan de positieve pool 101 van de zonnepanelen 100, ii) een tweede ingangsterminal 152 die koppelbaar is aan de negatieve pool 102 van de zonnepanelen 100, iii) een eerste uitgangsterminal 153 die koppelbaar is aan de positieve ingangspool 111 van de omvormer en iv) een tweede uitgangsterminal 154 die koppelbaar is aan de negatieve ingangspool 112 van de omvormer.

[37] Apparaat 150 omvat verder een energieopslagmiddel 155 zoals bv. een batterij en/of condensator. Het opslagmiddel 155 heeft tevens een positieve en negatieve pool via dewelke energie kan opgeslagen of afgegeven worden. Apparaat 150 omvat verder een schakelcircuit bestaande uit schakelaars 161 tot 167. De schakelaars verbinden het energieopslagmiddel 155 op verschillende manieren met de ingangs- en uitgangsterminals 151 tot 154 afhankelijk of de schakelaars open of gesloten zijn. De elektrische verbindingen in het apparaat 150 worden aangegeven door de volle verbindingslijnen. De schakelaars worden aangestuurd door een controle-eenheid 156 zoals aangegeven door de stippellijnen in apparaat 150. Het apparaat 150 omvat verder een middel om het vermogen te meten dat door de zonnepanelen en het opslagmiddel wordt afgegeven. Verschillende manieren van vermogensmeeting zijn gekend. In apparaat 150 wordt dit geïllustreerd door spanningsmeters 171 en 172 en door stroommeter 170. De meters worden ook uitgelezen door controle-eenheid 156 die door het product van spanning en stroom te nemen het geleverde vermogen kan berekenen. Indien de zonnepanelen afgekoppeld zijn (zie verder), kan het potentiële te leveren vermogen van de zonnepanelen bepaald worden aan de hand van een spanningsmeting met spanningsmeter 171 over de polen 101, 102 van de zonnepanelen 100.

[38] Het apparaat 150 kan door controle-eenheid 156 in vier toestanden gebracht worden door de schakelaars 160 tot 167 in een bepaalde stand te schakelen.

-11- BE2019/5153

[39] Een eerste toestand is de seriële ontladingstoestand en is geïllustreerd in Figuur 1E. In de seriële ontladingstoestand zijn schakelaars 164, 165, 166 en 167 gesloten en zijn schakelaars 160, 161, 162 en 163 geopend. Hierdoor wordt de positieve pool 101 via de ingangsterminal 151 verbonden met de negatieve pool van het energieopslagmiddel 155 en wordt de positieve pool van het energieopslagmiddel via de uitgangsterminal 153 verbonden met de positieve pool 111 van de omvormer 110. Het energieopslagmiddel 155 staat met andere woorden in serie geschakeld tussen de zonnepanelen 100 en de omvormer 110.

Door het sluiten van schakelaar 165 en het openen van schakelaar 163 is de negatieve pool 102 van de zonnepanelen via de ingangs- en uitgangsterminals 152, 154 direct verbonden met de negatieve ingangspool 112 van de omvormer

110. Door de serieschakeling zal tijdens gebruik de batterij, die kan gezien worden als een spanningsbron, voor een spanningsverhoging zorgen tussen de zonnepanelen 100 en de omvormer 110. Doordat de zonnepanelen zich gedragen als een stroombron, zal het energieopslagmiddel ontladen worden afhankelijk met de stroom die gegenereerd wordt door de zonnepanelen en een vermogen afgeven die ongeveer overeenkomt met het product van de gegenereerde stroom en de spanning over de batterij 155. Dit totale vermogen zal dan opgenomen worden door de omvormer 110 en wordt bepaald door dezelfde gegenereerde stroom van de zonnepanelen en de impedantie van de omvormer 110. Indien de omvormer een MPPT module 113 omvat zal de impedantie van de omvormer zo aangepast worden dat de zonnepanelen een maximaal vermogen leveren. Een voordeel van de serieschakeling in de ontladingstoestand is dus dat de batterij 155 kan ontladen worden zonder dat een bijkomende DC-DC omvormer nodig is. Een verder voordeel is dat er geen verdere invloed is op de werking van de MPPT module 113 en er dus geen nood is aan een bijkomende terugkoppeling met de MPPT module 113.

[40] Een tweede toestand is de seriële opladingstoestand en is geïllustreerd in Figuur 1C. In de opladingstoestand zijn schakelaars 161, 162, 164 en 165 gesloten en zijn schakelaars 160, 163, 166 en 167 geopend. Hierdoor wordt de positieve pool 101 via de ingangsterminal 151 verbonden met de positieve pool

-12- BE2019/5153 van het energieopslagmiddel 155 en wordt de negatieve pool van het energieopslagmiddel via de uitgangsterminal 153 verbonden met de positieve pool 111 van de omvormer 110. Het energieopslagmiddel 155 staat met andere woorden in serie geschakeld tussen de zonnepanelen 100 en de omvormer 110, maar met een omgekeerde polariteit als in de seriële ontladingstoestand. Door het sluiten van schakelaar 165 en het openen van schakelaar 163 is de negatieve pool 102 van de zonnepanelen via de ingangs- en uitgangsterminals 152, 154 direct verbonden met de negatieve ingangspool 112 van de omvormer

110. Door de serieschakeling zal tijdens gebruik de batterij, die kan gezien worden als een spanningsbron, voor een spanningsval zorgen tussen de zonnepanelen 100 en de omvormer 110. Doordat de zonnepanelen zich gedragen als een stroombron, zal het energieopslagmiddel opgeladen worden met de stroom die gegenereerd wordt door de zonnepanelen en een vermogen opslaan die overeenkomt met het product van de gegenereerde stroom en de spanning over de batterij 155. Het overige vermogen zal dan opgenomen worden door de omvormer 110 en wordt bepaald door dezelfde gegenereerde stroom van de zonnepanelen en de impedantie van de omvormer 110. Indien de omvormer een MPPT module 113 omvat zal de impedantie van de omvormer zo aangepast worden dat de zonnepanelen een maximaal vermogen leveren. Een voordeel van de serieschakeling in de ontladingstoestand is dus dat de batterij 155 kan opgeladen worden zonder dat een bijkomende DC-DC omvormer nodig is.

[41] Een derde toestand van het apparaat is de parallelle ontladingstoestand en is geïllustreerd in Figuur 1D. In de parallelle ontladingstoestand zijn schakelaars 161, 160 en 163 gesloten en zijn schakelaars 162, 164, 165, 166 en 167 geopend. Hierdoor worden de zonnepanelen 100 losgekoppeld van de omvormer en het energieopslagmiddel 155 waardoor de zonnepanelen 100 geen vermogen leveren. Het energieopslagmiddel is dan met de positieve pool verbonden met de positieve pool 111 van de omvormer 110 via uitgangsterminal 153 en is dan met de negatieve pool 112 verbonden met de negatieve pool van de omvormer 110 via uitgangsterminal 154. Het energieopslagmiddel staat dan met andere woorden in parallel met de omvormer 110. In de parallelle

-13- BE2019/5153 ontladingstoestand zal het energieopslagmiddel 155 dus een vermogen leveren aan de omvormer 110 die het op zijn beurt afgeeft aan het achterliggende net

120.

[42] Een vierde toestand van het apparaat 150 is de bypasstoestand en is geïllustreerd in Figuur 1B. In de bypasstoestand zijn schakelaars 160, 164 en 165 gesloten en zijn schakelaars 161, 162, 163, 166 en 167 open. Hierdoor is het energieopslagmiddel losgekoppeld van de zonnepanelen 100 en de omvormer 110 en kan het dus geen vermogen opnemen of afgeven. In de bypasstoestand zijn de zonnepanelen 100 rechtstreeks aan de omvormer 110 gekoppeld, d.i, in een toestand alsof apparaat 150 er niet zou zijn. De positieve pool 101 van de zonnepanelen is dus direct verbonden met de positieve pool 111 van de omvormer en de negatieve pool 102 van de zonnepanelen 100 is dus verbonden met de negatieve pool 112 van de omvormer 110. In de bypasstoestand wordt het vermogen opgewekt in de zonnepanelen dus volledig afgegeven aan de omvormer 110.

[43] Figuur 2 illustreert hoe de controle-eenheid 156 beslist wanneer het apparaat 150 in de parallelle ontladingstoestand 203, de seriële opladingstoestand 201, de seriële ontladingstoestand 204 en de bypasstoestand 202 geschakeld wordt volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. Hiertoe kan de controle-eenheid op geregelde tijdstippen of continue het laadniveau van het opslagmiddel en de vermogensafgifte of potentiële vermogensafgifte van de zonnepanelen 100 meten.

[44] De controle-eenheid houdt het apparaat 150 in de seriële opladingstoestand 201 zolang aan de volgende voorwaarden is voldaan: (1) Ppy > Pminz (2) CHgar < CHmax waarin:

„14 - BE2019/5153 - Ppy gelijk is aan het vermogen dat kan geleverd worden door de zonnepanelen 100; en - Pminz een vermogensondergrens is voor het vermogen Ppy; en - CHgar overeenkomt met het laadniveau van het energieopslagmiddel 155, hoe hoger CHz47 hoe meer het energieopslagmiddel is opgeladen; en - CHyax overeenkomt met een bovengrens voor het laadniveau van het energieopslagmiddel.

[45] De eerst voorwaarde zorgt ervoor dat het energieopslagmiddel 155 enkel oplaadt wanneer de zonnepanelen 100 voldoende vermogen afgeven. Bij voorkeur wordt Pmrnz zo gekozen dat het opladen enkel gebeurt wanneer de zonnepanelen meer vermogen leveren dan het maximale vermogen dat de omvormer kan opnemen. Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn wanneer de omvormer 110 ondergedimensioneerd is m.b.t. het piekvermogen van de zonnepanelen. Onderdimensionering kan bv. gebeuren omwille van financiële of fiscale redenen. In dit geval kan Pyywz gelijk aan of iets kleiner dan het vermogen van de omvormer gekozen worden. Bijkomend kan controle-eenheid 156 ook in verbinding staan met de omvormer 110 of met een andere externe controle-eenheid. Controle-eenheid 156 is dan uitgerust om een signaal te ontvangen dat instructie geeft om naar de opladingstoestand te schakelen. Dit signaal kan bv. gegeven worden omdat er een overschot aan energie is op het net 120. Dit kan wel enkel gebeuren indien aan de tweede voorwaarde wordt voldaan.

[46] De tweede voorwaarde bepaalt dat het energieopslagmiddel 155 maar kan opgeladen worden zolang de laadwaarde van de het opslagmiddel onder een bepaalde bovengrens CHmax ligt. Bij voorkeur wordt CHy4x gekozen rond de maximale capaciteit van het opslagmiddel, bv tussen 95% en 100% van de maximale capaciteit van het opslagmiddel. Zo wordt vermeden dat het opslagmiddel overladen wordt en, daardoor, dat het opslagmiddel beschadigd wordt of de zonnepaneelinstallatie ondermaats gaat presteren.

-15- BE2019/5153

[47] Voor het ontladen, kan de controle-eenheid kiezen tussen de seriële ontlading 204 en de parallelle ontlading 203.

[48] De controle-eenheid houdt het apparaat 150 in de seriële ontladingstoestand 204 zolang aan de volgende voorwaarden is voldaan: (1) Pmina < Ppy < Pmax (2) CHgar > CHmin waarin: - Pmax een vermogensbovengrens is voor het vermogen of het potentieel vermogen Ppy geleverd door de zonnepanelen; - Pmiva een vermogensondergrens is voor het vermogen of het potentieel vermogen Ppy geleverd door de zonnepanelen; en - CHyyw overeenkomt met een ondergrens voor het laadniveau van het energieopslagmiddel.

[49] De controle-eenheid houdt het apparaat 150 in de parallelle ontladingstoestand 203 zolang aan de volgende voorwaarden is voldaan: (1) Ppy < Pym (2) CHgar > CHmin

[50] De tweede voorwaarde zorgt ervoor dat het energieopslagmiddel enkel ontlaadt zolang er voldoende opgeslagen energie is in het energieopslagmiddel. Bij voorkeur wordt CH yy zo klein mogelijk genomen, bv. tussen 0% en 5% van de totale capaciteit van het energieopslagmiddel.

[51] De keuze voor het serieel of parallel ontladen wordt dan weer bepaald aan de hand van het (potentieel) vermogen van de zonnepanelen. Wanneer de zonnepanelen nog genoeg vermogen afleveren, d.i. meer dan P‚y1, dan wordt gekozen voor het serieel ontladen. Immers, indien de zonnepanelen te weinig stroom en dus vermogen leveren zou ook het energieopslagmiddel te weinig vermogen leveren. In dat geval, indien de zonnepanelen te weinig vermogen

- 16 - BE2019/5153 afleveren, d.i. minder dan Pym1, wordt gekozen voor het parallel ontladen. Praktisch komt dit erop neer dat er parallel ontladen kan worden tegen de avond, bij zeer donker weer, of ’s nachts.

[52] Bij voorkeur wordt Pmax zo gekozen zodat het totale geleverde vermogen niet groter is dan het vermogen dat kan opgenomen worden door de omvormer. Verder, doordat de controle-eenheid de openklemspanning van de zonnepanelen 100 kan bepalen aan de hand van de spanningsmeter 171, is de controle-eenheid geconfigureerd om hieruit het potentiële vermogen van de zonnepanelen af te leiden, d.i, het vermogen dat de zonnepanelen zouden leveren mochten ze terug aangesloten worden.

[53] Wanneer niet aan de bovenstaande voorwaarden van de ontladings- of opladingstoestand is voldaan, schakelt de controle-eenheid 156, het apparaat 150 in de bypass-toestand en houdt deze toestand aan zolang niet aan bovenstaande voorwaarden wordt voldaan.

[54] Door het apparaat 150 wordt het energieopslagmiddel 150 in serie geplaats via de positieve polen van de zonnepanelen en de omvormer. De componenten van apparaat 150 kunnen echter ook dusdanig herschikt worden zodat het energieopslagmiddel in serie staat met de zonnepanelen en de omvormer langs de negatieve pool van respectievelijk de zonnepanelen en de omvormer.

[55] Verder kan ook voorzien worden in eenzelfde apparaat 150, maar dan zonder het energieopslagmiddel 155. Zo kunnen bijvoorbeeld de interne connecties 181, 182 voor het energieopslagmiddel 155 als externe connecties voorzien worden zodat een willekeurig energieopslagmiddel aan het apparaat 150 kan bevestigd worden.

[56] Hoewel de onderhavige uitvinding werd geïllustreerd aan de hand van specifieke uitvoeringsvormen, zal het voor de vakman duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot de details van de voorgaande illustratieve

-17-

BE2019/5153 uitvoeringsvormen, en dat de onderhavige uitvinding kan worden uitgevoerd met verschillende wijzigingen en aanpassingen zonder daarbij het toepassingsgebied van de uitvinding te verlaten.

De onderhavige uitvoeringsvormen moeten daarom op alle vlakken worden beschouwd als illustratief en niet restrictief, waarbij het toepassingsgebied van de uitvinding wordt beschreven door de bijgevoegde conclusies en niet door de voorgaande beschrijving, en alle wijzigingen die binnen de betekenis en de reikwijdte van de conclusies vallen, zijn hier derhalve mee opgenomen.

Er wordt met andere woorden van uitgegaan dat hieronder alle wijzigingen, variaties of equivalenten vallen die binnen het toepassingsgebied van de onderliggende basisprincipes vallen en waarvan de essentiële attributen worden geclaimd in deze octrooiaanvraag.

Bovendien zal de lezer van deze octrooiaanvraag begrijpen dat de woorden "omvattende" of "omvatten" andere elementen of stappen niet uitsluiten, dat het woord "een" geen meervoud uitsluit, en dat een enkelvoudig element, zoals een computersysteem, een processor of een andere geïntegreerde eenheid de functies van verschillende hulpmiddelen kunnen vervullen die in de conclusies worden vermeld.

Eventuele verwijzingen in de conclusies mogen niet worden opgevat als een beperking van de conclusies in kwestie.

De termen "eerste", "tweede", "derde", "a", "bp", "c' en dergelijke,

wanneer gebruikt in de beschrijving of in de conclusies, worden gebruikt om het onderscheid te maken tussen soortgelijke elementen of stappen en beschrijven niet noodzakelijk een opeenvolgende of chronologische volgorde.

Op dezelfde manier worden de termen "bovenkant", "onderkant", "over", onder" en dergelijke gebruikt ten behoeve van de beschrijving en verwijzen ze niet noodzakelijk naar relatieve posities.

Het moet worden begrepen dat die termen onderling verwisselbaar zijn onder de juiste omstandigheden en dat uitvoeringsvormen van de uitvinding in staat zijn om te functioneren volgens de onderhavige uitvinding in andere volgordes of oriëntaties dan die beschreven of geïllustreerd in het bovenstaande.

Claims

-18- BE2019/5153 CONCLUSIES

1. Apparaat (150) voor het afgeven van vermogens in een zonnepaneelinstallatie met één of meerdere zonnepanelen (100) en een omvormer (110); het apparaat omvattende: - een ingangsterminal (151) koppelbaar aan één van de polen (101) van de zonnepanelen; en - een uitgangsterminal (153) koppelbaar aan één van de polen (111) van de omvormer; en - een energieopslagmiddel (155); en - een schakelcircuit (160-167) geconfigureerd om het apparaat in een seriële ontladingstoestand (204) te schakelen waarin het energieopslagmiddel (155) tussen de ingangsterminal (151) en de uitgangsterminal (153) is geschakeld zodat, tijdens gebruik, het energieopslagmiddel in serie staat tussen de zonnepanelen en de omvormer en zodat zowel het energieopslagmiddel als de zonnepanelen positief bijdragen aan de spanning geleverd aan de omvormer.

2. Het apparaat (150) volgens conclusie 1 verder omvattende een controle- eenheid (156) geconfigureerd om het apparaat in de seriële ontladingstoestand (204) te schakelen zolang de vermogensafgifte van de zonnepanelen onder een bepaalde vermogensbovengrens ligt en het laadniveau van het energieopslagmiddel boven een bepaalde laadwaardeondergrens ligt.

3. Het apparaat (150) volgens één van de voorgaande conclusies verder omvattende: - een tweede ingangsterminal (152) koppelbaar aan de overige pool (102) van de zonnepanelen (100); en - een tweede uitgangsterminal (154) koppelbaar aan de overige pool (112) van de omvormer (110); en waarin het schakelcircuit verder is geconfigureerd om het apparaat in een parallelle ontladingstoestand (203) te schakelen waarin het energieopslagmiddel (155) tussen de uitgangsterminal (153) en de tweede

-19- BE2019/5153 uitgangsterminal (154) is geschakeld, en de zonnepanelen zijn losgekoppeld van de omvormer, zodat tijdens gebruik het energieopslagmiddel (155) in parallel met de omvormer (110) staat en het energieopslagmiddel een vermogen aan de omvormer levert.

4. Het apparaat (150) volgens conclusie 2 en 3 waarin de controle-eenheid (156) is geconfigureerd om het apparaat in de parallelle ontladingstoestand te schakelen zolang de vermogensafgifte van de zonnepanelen onder een minimale vermogensbovengrens ligt die kleiner is dan de vermogensbovengrens en het laadniveau van het energieopslagmiddel boven de bepaalde laadwaardeondergrens ligt.

5. Het apparaat (150) volgens één van de voorgaande conclusies waarin het schakelcircuit (161-167) verder geconfigureerd is om het apparaat in een seriële opladingstoestand (201) te schakelen waarin het energieopslagmiddel (155) tussen de ingangsterminal (151) en de uitgangsterminal (153) is geschakeld zodat, tijdens gebruik, het energieopslagmiddel in serie staat tussen de zonnepanelen en de omvormer met een omgekeerde polariteit als in de seriële ontladingstoestand.

6. Het apparaat (150) volgens conclusie 2 en 5 waarin de controle-eenheid verder is geconfigureerd om het apparaat in de seriële opladingstoestand (201) te schakelen zolang de vermogensafgifte van de zonnepanelen boven een bepaalde vermogensondergrens ligt en het laadniveau van het energieopslagmiddel beneden een bepaalde laadwaardebovengrens ligt.

7. Het apparaat (150) volgens conclusie 6 waarin de vermogensondergrens overeenkomt met het maximale vermogen van de omvormer.

8. Het apparaat (150) volgens één van voorgaande conclusies waarin het schakelcircuit (160-167) verder is geconfigureerd om het apparaat in een bypasstoestand (202) te schakelen waarin de ingangsterminal (151) met de uitgangsterminal (153) is verbonden zodat tĳdens gebruik het

-20- BE2019/5153 energieopslagmiddel (155) wordt omzeilt en het vermogen van de zonnepanelen (100) volledig door de omvormer (110) wordt opgenomen.

9. Het apparaat (150) volgens conclusie 2, 3, 5 en 8 waarin de controle- eenheid (156) is geconfigureerd om het apparaat in de bypasstoestand (202) te schakelen wanneer het niet in de seriële ontlaadtoestand (204), de parallelle ontladingstoestand (203), of de oplaadtoestand (201) kan geschakeld worden.

10. Werkwijze voor het afgeven van vermogens in een zonnepaneelinstallatie met één of meerdere zonnepanelen (100) en een omvormer (110) door middel van een energieopslagmiddel (155); waarin de methode volgende stappen omvat: - het meten van een vermogensafgifte van de zonnepanelen (100) en het laadniveau van het energieopslagmiddel (155); en - het bepalen wanneer de gemeten vermogensafgifte onder een bepaalde vermogensbovengrens ligt en boven een bepaald vermogensondergrens light en het gemeten laadniveau van het energieopslagmiddel boven een bepaalde laadwaardeondergrens ligt; en - wanneer zo, het energieopslagmiddel in een seriële oplaadtoestand (204) schakelen door het energieopslagmiddel (155) in serie tussen één van de polen van de zonnepanelen (101, 102) en de omvormer (111, 112) te schakelen zodat, tijdens gebruik, het energieopslagmiddel in serie staat tussen de zonnepanelen en de omvormer en zodat zowel het energieopslagmiddel als de zonnepanelen positief bijdragen aan de spanning geleverd aan de omvormer.

11. Een computerprogramma product omvattende op een computer uitvoerbare instructies om de werkwijze volgens conclusie 10 uit te voeren indien dit programma wordt uitgevoerd op een computer.

12. Een door een computer leesbaar opslagmiddel bevattende het computerprogramma product volgens conclusie 11.