CZ30775U1 - Zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energ - Google Patents

Description

Zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie

Oblast techniky

Předkládané technické řešení, kterým je zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie ze zdrojů, které vyrábějí energii nezávisle na distribuční síti, umožňuje úplnou nebo částečnou nezávislost připojeného spotřebního místa nebo míst na distribuční síti elektrické energie při maximálním využití vlastní vyrobené energie. Výkon dodávaný zátěži v každé ze tří fází LI, L2, L3 je optimalizován a kopíruje spotřebu odebíranou zátěží v každé z těchto fází. Zařízení dokáže pracovat jak s využitím distribuční sítě, tak i v případě jejího výpadku. Jeho cílem je maximální využití vlastní vyrobené energie (v případě fotovoltaických elektráren dokáže využít až 70 % vyrobené energie oproti klasickým fotovoltaickým elektrárnám, které mají běžné využití 30 %) a hlavně energetická nezávislost na distribuční síti. Například v případě výpadku distribuční sítě systém přejde na dodávku energie z bateriových modulů. Možnosti řízení výroby, spotřeby a ukládání energie jsou ale ještě daleko širší a velmi komplexní.

Dosavadní stav techniky

V elektrárnách využívajících zdroje, které vyrábějí energii nezávisle na distribuční síti, a zejména v elektrárnách s obnovitelnými zdroji energie je potřeba řešit celé spektrum problémů týkajících se řízení výroby a hospodaření s vyrobenou energií. Často je například důležité, aby se maximum vyrobené energie spotřebovalo na připojeném spotřebním místě a nebylo nutné vyrobené přebytky vracet do distribuční sítě. Přebytky, které by se daly spotřebovat na místě, přitom často vznikají například v důsledku nerovnoměrné spotřeby vyrobeného výkonu v jednotlivých fázích v situaci, kdy zdroj dodává výkon rovnoměrně rozložený do všech 3 fází LI, L2, L3, přičemž LI, L2, L3 je běžné elektrotechnické značení fází v elektrotechnice. Pak se může stát například to, že zátěž například ve fázi LI odebírá větší výkon, než je výkon dodávaný ze zdroje, a musí tak čerpat chybějící část výkonu z distribuční sítě nebo záložního zdroje. Současně se ale může stát, že spotřeba zátěže například ve fázích L2 a L3 je naopak nižší než vyrobený výkon v těchto fázích, a přebytečný vyrobený výkon v těchto dvou fázích je pak odváděn do distribuční sítě, což je často neefektivní a pro provozovatele zařízení nevýhodné.

Jedno zběžných řešení je popsáno např. v obr. 1 v patentové přihlášce US 20130038993 firmy Fronius. Systém zahrnuje alternativní zdroj elektrické energie, k němu připojený invertor, který zahrnuje vstupní DC/DC konvertor a výstupní DC/AC konvertor. Výstup invertoru je přitom napojen na veřejnou nebo soukromou elektrickou distribuční síť a na elektrickou zátěž.

Na výstupu z invertoru je přitom výkon rozložen do fází LI, L2, L3 rovnoměrně, rovnoměrné rozložení výkonu do fází LI, L2, L3 je tedy i na vstupu zátěže, a to bez ohledu na to, že výkon je v jednotlivých fázích LI, L2, L3 spotřebováván nerovnoměrně.

Firma Fronius nabízí také komerčně dostupné systémy pro solární elektrárny, například systém Fronius Hybrid, jehož technická dokumentace je dostupná z:

https://www.fronius.com/cps/rde/xbcr/SID-22D54973-56647F95/fronius_intematio- nalZ1235402_snapshot_42_0426_0209_EN.pdf. Ani tento systém ale neřeší výše uvedený problém s nerovnoměrným odběrem energie ve fázích LI, L2 a L3.

Kromě toho systém Fronius Hybrid neumožňuje provádět ani další operace, které jsou důležité pro efektivní fungování fotovoltaické elektrárny. Zdrojové fotovoltaické panely jsou například nedostatečně regulovány a jejich regulace není individuální, při výpadku nebo zhoršené činnosti jednoho z nich je tedy ovlivněna činnost celého systému měření výkonu v jednotlivých fázích LI, L2, L3 je součtové, tzn., nereflektuje nerovnoměrné rozdělení výkonu do fází LI, L2, L3, navíc má pomalou reakční odezvu. Řízení ukládání přebytků energie do baterií je uplatňováno na celý bateriový bank zahrnující soubor bateriových modulů, nelze tedy řídit jednotlivé moduly individuálně, což činí ukládání energie méně efektivním, navíc není možný individuální monitoring jednotlivých bateriových modulů a systém je tak citlivý k poruchám. Systém Fronius Hybrid také nepočítá s jiným ukládáním přebytků energie než do baterií. Chybí mu komunikační rozhraní, . 1 .

CZ 30775 Ul které by umožňovalo, aby se k systému připojila další zařízení, jako například tepelné čerpadlo, klimatizace, rekuperační jednotky, dobíječi stanice elektromobilu. Rovněž není vybaven bezdrátovým rozhraním, které by umožnilo dálkové spínání ohmických spotřebičů, jako je např. bojler, topné žebříky, akumulační kamna, akumulační nádrže a jiné. Chybí možnost spolehlivého centrálního odpojení fotovoltaických systému v nouzové situaci, jako např. při požáru. Další nevýhodou je, že dochází k vnějšímu vybíjení bateriového banku do distribučního panelu distribuční sítě.

Existuje také zařízení firmy GreenBono, jehož dokumentace je dostupná například z http://www.yorix.cz/cz/greenbono/greenbono.htm. Toto zařízení sice měří výkon v jednotlivých fázích, ale pouze pro účely ukládám přebytečné energie do akumulačních nádrží. Měřící modul použitý pro toto měření výkonu je jen velmi jednoduchý, nemá mikroprocesor, neměří zdánlivý a jalový výkon, účiník cos φ. Měření je nepřesné a reakční odezva pomalá. Při detekci přebytečného výkonu v některé z fází LI, L2, L3 začnou pracovat regulační prvky, které přesměrují tento přebytečný výkon do akumulačních nádrží. Výstup z invertoru i vstup do zátěže, kde zátěží rozumíme ostatní elektrické spotřebiče, má symetrické rozložení výkonu ve fázích LI, L2, L3, a systém tedy neumožňuje efektivně reagovat na obecně různou spotřebu energie v těchto fázích připojenými spotřebiči.

Podobně jako v případě zařízení Fronius Hybrid jsou i zde zdrojové fotovoltaické panely nedostatečně regulovány a jejich regulace není individuální, při výpadku nebo zhoršené činnosti jednoho z nich je tedy ovlivněna činnost celého systému. Chybí možnost ukládání přebytků energie do bateriového banku s bateriovými moduly.

Podobně jako v zařízení Fronius Hybrid i zde chybí komunikační rozhraní, které by umožňovalo, aby se k systému připojila další zařízení, jako například tepelné čerpadlo, klimatizace, rekuperační jednotky, dobíječi stanice elektromobilu. Zařízení GreenBono rovněž není vybaveno bezdrátovým rozhraním, které by umožnilo dálkové spínání ohmických spotřebičů. Chybí možnost spolehlivého centrálního odpojení fotovoltaických systému v nouzové situaci, jako např. při požáru. Chybí možnost omezení činného výkonu.

Podstata technického řešení

Tyto nevýhody odstraňuje zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání energie z obnovitelných zdrojů nebo ze zdrojů na konvenční paliva, které vyrábějí elektrickou energii nezávisle na distribuční síti. Jedním z podstatných znaků zařízení je to, že na rozdíl od řešení známých ze stavu techniky je mezi invertor a zátěž vložen nový prvek, kterým je modul pro mezifázový převod výkonu. Zařízení dále nabízí mj. propracované možnosti individuálního řízení bateriových modulů a komplexní systém efektivního řízení výroby energie z obnovitelného zdroje i jejího využití.

Zařízení dle předkládaného technického řešení obsahuje zdroj elektrické energie, k němuž je svým vstupním koncem elektricky silově připojen invertor, který je hybridní nebo síťový a jehož výstup je třífázový se symetrickým rozdělením výkonu rovnoměrně do všech tří fází. K zařízení je připojena zátěž. Zařízení obsahuje rovněž měřící modul pro měření dodávaného výkonu a výkonu odebíraného zátěží, přičemž měření dodávaného i odebíraného výkonu jsou prováděna pro každou ze tří fází zvlášť. Podstatou tohoto zařízení je, že v sobě obsahuje modul pro mezifázový převod výkonu a řídící programovatelný logický automat, který budeme dále značit jako PLC řídicí systém, kde PLC je zkratka z anglického Programmable Logic Controller, česky volně programovatelný automat. Modul pro mezifázový převod výkonu je přitom svým vstupem přímo nebo prostřednictvím dalších dílů silově připojen k výstupu invertoru a podstatné je rovněž to, že zahrnuje alespoň jednou první výkonovou desku obsahující alespoň tři výkonové tranzistory pro řízení výkonu. Na každé ze tří fází je přitom zapojen alespoň jeden výkonový tranzistor. Modul pro mezifázový převod výkonu má datové rozhraní a má první výstup s nesymetrickým rozdělením výkonu do tří fází. Tento první výstup je dále propojen s význačným uzlovým bodem obvodu, přičemž tento význačný uzlový bod je silově propojen se zátěží. Význačný uzlový bod je rovněž silově propojen s měřícím modulem, přičemž tento měřící modul je dále datově propojen s PLC řídicím systémem. PLC řídicí systém je navíc rovněž datově propojen v jedné další větvi

Ί .

CZ 30775 Ul s datovým rozhraním modulu pro mezifázový převod výkonu. V druhé další větvi je PLC řídicí systém propojen s invertorem.

Je výhodné, když výkonové tranzistory použité v první výkonové desce modulu pro mezifázový převod výkonu jsou bipolámí tranzistory s izolovaným hradlem. Tyto tranzistory budeme nadále označovat zkratkou IGBT odvozenou z anglického Insulated Gate Bipolar Transistor.

Je výhodné, když zařízení dále obsahuje také alespoň jeden bateriový modul, jemuž je předřazen alespoň jeden bateriový řídící blok. Modul pro mezifázový převod výkonu má pro tento účel druhý výstup, jemuž je předřazen AC/DC převodník, a tento druhý výstup je přes bateriový řídící blok silově propojen s bateriovým modulem. AC je přitom běžná zkratka pro střídavý proud a DC běžná zkratka pro stejnosměrný proud. Bateriový řídící blok je navíc datově propojen s PLC řídicím systémem.

Bateriový řídící blok s výhodou zahrnuje aktivní balancer obsahující druhou výkonovou desku osazenou výkonovými tranzistory, vazebním trafem, výkonovou tlumivkou, spínaným zdrojem, měřícími obvody pro měření proudu, napětí, izolace a teploty a bateriový komunikační modul pro spojem s PLC řídicím systémem a záznam dat o bateriovém modulu.

V některých výhodných provedeních je v zařízení zahrnut také DC/DC konvertor pro odpojování a regulaci výkonu zdroje elektrické energie a pro transformaci napětí ze zdroje. Tento DC/DC konvertor je v obvodu vložen mezi zdroj elektrické energie a invertor a je s nimi silově propojen. Dále je tento DC/DC konvertor také datově spojen s PLC řídicím systémem.

V případě, že zařízení obsahuje bateriový řídící blok, je výhodné, když je DC/DC konvertor silově spojen také s bateriovým řídícím blokem.

V jednom možném provedení technického řešení je zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie silově propojeno s distribučním panelem distribuční sítě, přičemž toto propojení je realizováno přes význačný uzlový bod.

V jednom možném provedení zdroj elektrické energie zahrnuje alespoň jeden fotovoltaický panel.

Je výhodné, když je každý fotovoltaický panel osazen dedikovaným výkonovým optimizérem pro individuální monitoring stavu a/nebo regulaci výkonu a/nebo odpojení příslušného fotovoltaického panelu v případě poškození nebo požáru. Každý tento výkonový optimizér je přitom datově spojen s PLC řídicím systémem 11.

V jednom výhodném provedení technického řešení je obsaženo také zařízení pro akumulaci tepelné energie, které je silově připojeno k význačnému uzlovému bodu je datově spojeno s PLC řídícím PLC systémem.

Další výhody předkládaného technického řešení budou patrné z příkladů provedení.

Objasnění výkresu

V obr. 1 je znázorněno blokové schéma zařízení v jednom zmožných provedení dle předkládaného technického řešení.

Příklady uskutečnění technického řešení

V obr. 1 je znázorněna jedna z možných verzí zařízení dle předkládaného technického řešení. Propojení mezi jednotlivými bloky je znázorněno schematicky, plná čára představuje silové propojení, čárkovaná čára znázorňuje propojení datové. Silové propojení je obecně třífázové, pod datovým propojením rozumíme propojení drátové i bezdrátové, u něhož dochází primárně k přenosu dat. Silové propojení dvou bloků znamená, že mezi propojenými bloky existuje silové elektrické propojení v běžném elektrotechnickém smyslu slova, nemusí se ale jednat jen o propojení přímé, mezi dané dva bloky mohou být vloženy ještě další díly nebo části obvodu. Termín silové propojení připojení nebo spojení tedy znamená jak propojení přímé, tak i propojení prostřednictvím dalších dílů, a zahrnuje jak propojení jednofázové, tak i třífázové.

CZ 30775 Ul

Datové propojení, připojení nebo spojení rovněž zahrnuje jak propojení, připojení, tak i propojení přes další vložené prvky. Příkladné uspořádání v obr. 1 znázorňuje případ, kde zdrojem I elektrické energie jsou solární panely. Možné jsou ale také varianty s použitím jiného typu zdroje 1 elektrické energie, může se jednat o obnovitelné zdroje i zdroje na konvenční paliva, které jsou schopny dodávat energii nezávisle na distribuční síti. Jako příklad lze uvést například zařízení fungující na větrný či vodní pohon, mikrokogeneraci, či dieselagregát, případně kombinace těchto zdrojů.

V příkladném provedení dle obr. 1 je silové propojení AC třífázové mezi invertorem 4 a modulem pro mezifázový převod výkonu 5 a přes jeho první výstup 5.1 i dále propojení s význačným uzlovým bodem Ul. AC třífázové silové propojení je dále rovněž na spojnicích mezi význačným uzlovým bodem Ul, zátěží 6, měřícím modulem 9 a zařízením 10 pro akumulaci elektrické energie. Připojení k distribučnímu panelu 12 distribuční sítě je rovněž třífázové.

V příkladném provedení dle obr. 1 je silové propojení DC mezi fotovoltaickými panely 1.1, 1.2. 1.3, výkonovými optimizéry 2,1, 2.2, 2.3, a vstupem invertoru 4. Silové propojení DC je rovněž mezi druhým výstupem 5.2 modulu pro mezifázový převod výkonu 5, bateriovým řídícím blokem 7 a bateriovým modulem 8.

Zde popsaná provedení ukazují pouze některá z mnoha možných řešení, která spadají do ochrany technického řešení a ilustrují vynálezeckou myšlenku. Jde pouze o vybraná výhodná uspořádám, která nijak neomezují rozsah ochrany technického řešení. Mezi jednotlivé bloky zařízení mohou například být vloženy další díly, speciálně například různé odpínače, spínače, jističe apod., které ale nic nemění na základních znacích zařízení dle předkládaného technického řešení.

Obr. 1 ukazuje příklad provedení, kde jsou zdrojem fotovoltaické panely 1.1, 1.2, 1.3 a silové propojení zdroje 1 elektrické energie s dalšími částmi obvodu je realizováno prostřednictvím optimizérů 2.1. 2,2. 2.3 připojených k fotovoltaickými panelům 1.1. 1.2. 1.3. V případě jiného typu zdroje, než je znázorněn v obr. 1, by silové propojení zdroje 1 elektrické energie s dalšími částmi obvodu, např. DC/DC konvertorem 3 nebo invertorem 4, proběhlo přímější cestou bez optimizérů.

Zařízení poskytuje komplexní a kompaktní řešení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie ze zdroje vyrábějícího elektrickou energii nezávisle na distribuční síti a pro řízené ukládání přebytků vyrobené elektrické energie buď do baterií, nebo do zařízení akumuluj ících tepelnou energii s následnou řízenou fázovou spotřebou těchto přebytků.

Spotřebič nebo soubor spotřebičů, které odebírají energii vyrobenou zdrojem I elektrické energie, budeme pro stručnost značit jako zátěž 6. Pro značení fází budeme používat standardní značení používané v elektrotechnice, tedy LI, L2 a L3.

V obvodu zařízení dle obr. 1 je zdroj 1 elektrické energie silově připojen k invertoru 4, což je standardně využívané řešení. Tento invertor 4 může být buď síťový, tedy s potřebou připojení k distribučnímu panelu 12 distribuční sítě, nebo hybridní, tedy takový, který je schopen fungovat i bez tohoto připojení v tzv. ostrovním neboli off grid režimu. Distribuční sítí přitom rozumíme veřejnou nebo soukromou elektrickou síť. Invertor 4 převádí stejnosměrné napětí ze zdroje I elektrické energie nebo ze za něj zařazeného DC/DC konvertoru 3 na střídavé napětí, obvykle 3x230V/400V, a to za pomocí polovodičových prvků. Výstup invertoru 4 je tedy třífázový a vyznačuje se symetrickým rozdělením výkonu rovnoměrně do všech tří fází LI, L2, L3.

Podstatným znakem zařízení je, že k výstupu invertoru 4 je přímo nebo přes další díly silově připojen vstup modulu 5 pro mezifázový převod výkonu, který obsahuje alespoň jednu první výkonovou desku 5.5 obsahující alespoň tři výkonové tranzistory pro řízení výkonu, přičemž na každé z fází LI, L2, L3 je zapojen alespoň jeden výkonový tranzistor. Celkový počet výkonových tranzistorů je dán výkonem, čím větší výkon, tím více tranzistorů. Výkonovými tranzistory vhodnými pro osazení do první výkonové desky 5.5 jsou přitom nej výhodněji výkonové IGBT tranzistory, ale zařízení funguje i s jinými typy výkonových tranzistorů, jako například BJT nebo MOSFET, kde BJT je zkratka z anglického Bipolar Junction Transistor, tedy bipolámí tranzistor, a MOSFET je zkratka z anglického Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, tedy po_ Λ

CZ 30775 Ul lem řízený tranzistor. Ve výhodném provedení první výkonová deska 5.5 obsahuje tři výkonové tranzistory, z nichž každý je zapojen na jiné ze tří fází, tedy první výkonový tranzistor na fázi LI, druhý výkonový tranzistor na fázi L2 a třetí výkonový tranzistor na fázi L3. Modul 5 pro mezifázový převod výkonu může obsahovat také více těchto prvních výkonových desek 5.5. Modul 5 pro mezifázový převod výkonu má první výstup 5,1, který je totožný s výstupem prvních výkonových desek 5.5.

Tento první výstup 5.1 modulu 5 pro mezifázový převod výkonu je dále silově propojen s význačným uzlovým bodem Ul, přičemž tento význačný uzlový bod Ul je silově propojen i se zátěží 6.

V obvodu je zapojen také měřící modul 9 pro měření dodávaného výkonu a individuální měření výkonu odebíraného zátěží 6 v každé z fází LI, L2, L3 zvlášť. Měřící modul 9 je v typickém provedení elektronicky programovatelný elektroměr pro sledování odběru i dodávky činné elektrické energie. Základem technického řešení měřícího modulu 9 je mikroprocesor, který zastává následující hlavní funkce: převádí analogový signál ze senzorů proudu a napětí na digitální, provádí výpočty, komunikuje typicky po sběrnici RS485 s PLC řídicím systémem 11. Kalibrace měřicího modulu 9 se uskutečňuje programově a měřicí modul 9 neobsahuje žádné mechanické nastavovací prvky. Měřicí modul 9 zabezpečuje, a to s rezervou, deklarovanou přesnost, která je do 1 %. Měřící modul 9 měří zdánlivý i jalový výkon, účiník cos φ, měření je přesné a rychlé.

Měřící modul 9 je vybaven komunikačním rozhraním RS485. Komunikační část měřícího modulu 9 je galvanicky oddělena od jeho silové části. Měřící modul 9 nevyžaduje napájení z externího zdroje. Tento měřící modul 9 je silově připojen k význačnému uzlovému bodu Ul. S měřícím modulem 9 je datově propojen PLC řídicí systém 1L Modul pro mezifázový převod výkonu 5 má datové rozhraní 53. s nímž je PLC řídicí systém li v jedné další větvi obvodu rovněž datově propojen. Dochází zde tedy k propojení prvního výstupu 5.1 modulu 5 pro mezifázový převod výkonu, zátěže 6 a měřícího modulu 9, který datově komunikuje s PLC řídicím systémem Π., přes nějž je prostřednictvím datového rozhraní 53 zajištěna zpětná vazba mezi odběrem zátěže 6 a modulem 5 pro mezifázový převod výkonu. V případě nižšího odběru v určité fázi dá PLC řídicí systém JT výkonovému tranzistoru nebo tranzistorům zapojeným na této fázi signál k utlumení výkonu a obráceně, v případě vyššího odběru v určité fázi dá PLC řídicí systém 11 výkonovému tranzistoru nebo tranzistorům zapojeným na této fázi signál ke zvednutí výkonu. Díky tomuto uspořádání je rozložení výkonu na prvním výstupu 5.1 modulu 5 pro mezifázový převod výkonu obecně asymetrické, tedy s obecně různým výkonem v každé z fází LI, L2, L3, přičemž rozložení výkonu na prvním výstupu 5.1 kopíruje odběr zátěže 6. PLC řídicí systém je v druhé další větvi obvodu propojen rovněž s invertorem 4, díky čemuž je zajištěna aktuální regulace výkonu. Díky této komunikaci je známo, jaký součtový výkon je na vstupu modulu 5 pro mezifázový převod výkonu.

Zátěž 6 obvykle odebírá výkon v jednotlivých fázích nerovnoměrně, např. odběr zátěže ve fázi LI může být 750 W, ve fázi L2 např. 750 W a ve fázi L3 např. 0 W. Zdroj I elektrické energie je obvykle připojen k invertoru 4, na jehož výstupu je ale rozdělení výkonu do fází rovnoměrné, tedy v každé z fází stejný výkon.

V systému dle stavu techniky bez vloženého modulu 5 pro mezifázový převod výkonu bude docházet k neefektivnímu řízení odběru, přetokům výkonu v některých fázích a nedostatkům výkonu v jiných fázích na straně zátěže 6, a to i v případě, kdy by byl celkový odběr zátěže 6 roven dodávanému výkonu na straně invertoru 4. V tomto případě bude s využitím hodnot dle výše uvedeného příkladu dodávaný výkon na straně invertoru 4 roven 750 W+750 W=1500 W, což je ekvivalent celkového odběru zátěže 6. Tento součtový výkon 1500 W, který by celkově pro napájení zátěže postačoval, bude ovšem na výstupu invertoru 4 rozložen rovnoměrně do všech 3 fází, tedy v tomto příkladu bude na výstupu invertoru 4 ve fázi LI 15003=500 W, ve fází L2 rovněž 500 W a totéž ve fázi L3. Zátěži 6 bude tedy ve fázích LI a L2 chybět vždy po 250 W a tato energie bude v systému bez vloženého modulu 5 pro mezifázový převod výkonu odebírána z distribučního panelu 12 distribuční sítě. Ve fázi L3 bude naopak 500 W přebývat a tento pře. s CZ 30775 Ul bytek bude naopak přes distribuční panel 12 do distribuční sítě dodáván. Tento způsob řízení je velmi neefektivní.

Vložení modulu 5 pro mezifázový převod výkonu mezi zátěž 6 a invertor 4 a datová komunikace s PLC řídicím systémem 1_1 naproti tomu zajistí, že výkon v jednotlivých fázích na prvním výstupu 5.1 z modulu 5 pro mezifázový převod výkonu bude kopírovat odběr zátěže 6, ve výše uvedeném případě tedy na prvním výstupu 5.1 modulu 5 pro mezifázový převod výkonu bude ve fázi LI výkon 750 W, ve fázi L2 výkon 750 W a ve fázi L3 výkon 0 W. Odběr z distribučního panelu 12 distribuční sítě bude přitom v tomto případě 0 W.

Zařízení podle předkládaného technického řešení může fungovat buď v ostrovním off grid systému bez připojení k distribuční síti, nebo může být silově propojeno s distribučním panelem 12 distribuční sítě. V tomto druhém případě je propojení s distribučním panelem 12 distribuční sítě realizováno přes význačný uzlový bod Ul, jak je znázorněno v obr. 1.

V systémech s obnovitelnými zdroji energie většinou dochází k nerovnováze mezi výrobou a spotřebou elektrické energie. Není vždy optimální nebo možné dodávat přebytečnou energii do distribuční sítě. V opačném případě nedostatku vyrobené energie v důsledku momentálního slabšího výkonu alternativního zdroje by mohlo docházet k výpadkům připojených spotřebičů. Ze všech těchto důvodů je zařízení doplněno také alespoň jedním bateriovým modulem 8, jemuž je předřazen alespoň jeden bateriový řídící blok 7. Bateriovým modulem 8 přitom rozumíme jednu baterii neboli jeden bateriový článek. Za účelem připojení bateriových modulů 8 má modul 5 pro mezifázový převod výkonu má také druhý výstup 5.2, jemuž je předřazen AC/DC převodník 5.4. Tento druhý výstup 5.2 je přes bateriový řídící blok 7 silově propojen s bateriovým modulem 8, přičemž bateriový řídící blok 7 je navíc datově propojen s PLC řídicím systémem JT.

V případě více bateriových modulů 8 je každý z nich vybaven svým vlastním bateriovým řídícím blokem 7 a každý z řídících bloků 7 je datově spojen s PLC řídicím systémem JT. Počet bateriových modulů 8 je určen celkovou kapacitou. V nejobvyklejších provedeních technického řešení se počet bateriových modulů 8 pohybuje od 1 do 6.

Bateriový modul 8 je typový výrobek. Hlavní podmínkou pro správnou volbu bateriového modulu 8 je, aby umožňoval vícebodové měření teploty (minimálně 4 body), měl dostatečnou kapacitu a vyšší limit napětí.

Bateriový řídící blok 7 představuje naproti tomu nové řešení a ve výhodném provedení zahrnuje aktivní balancer, který obsahuje druhou výkonovou desku, na které jsou umístěny výkonové tranzistory, vazební trafo, výkonová tlumivka, spínaný zdroj, měřící obvody pro měření proudu, napětí, izolace a teploty a komunikační modul pro spojení s PLC řídicím systémem H· Veškerá data o bateriovém modulu 8 jsou tak posílána z balancem do PCL řídicího systému JT a jsou zaznamenávána. Ve výhodném provedení jsou jako výkonové tranzistory v balancem použity IGBT tranzistory, lze ale použít i jiné typy výkonových tranzistorů.

Reakční doba zařízení je krátká a balancování tedy rychlé.

Jedním z použitelných typů baterií jsou baterie typu LiFePo4, které lze balancovat až v cca posledních 5-ti % nabíjecího procesu, rychlost balancování spojená s velikostí balancovacího proudu zde tedy získává zásadně na významu.

Balancer obsažený v bateriovém řídícím bloku 7 představuje precizní ochranu a velmi vyspělou diagnostiku bateriového modulu 8. Monitoruje všechny důležité veličiny bateriového modulu 8, komunikuje s nadřízeným PLC řídicím systémem JT a ukládá podstatné informace i s reálným časem. Je tedy zpětně možné identifikovat, co přesně a v jakém čase se s konkrétním bateriovým modulem 8 dělo. To je naprosto neocenitelný nástroj pro diagnostiku různých pomch nekorektního zacházení s bateriovým modulem 8 nebo výskytu vadného bateriového modulu 8 a jeho následné reklamace. Naprosto jedinečným způsobem zajišťuje měření teploty výkonového prvku, takže je absolutně eliminováno přehřátí a destrukce. Jedná se tedy o excelentní systém, plný inovativních technologií a algoritmů. Hlavním principem je přelévání výkonu mezi libovolnými bateriovými moduly 8 a to, že bateriové banky bateriových modulů 8 jsou řízeny na úrovni jednotlivých bateriových modulů 8 takovým způsobem, že lze celý bank nabíjet a vybíjet v rozsahu až 100 % kapacity každého jednotlivého bateriového modulu 8, i když je třeba rozdíl v kapacitách jednotlivých článků mezi sebou třeba 20 %.

Pro správný návrh balancem je zapotřebí přibližně určit, jaká je hranice poklesu kapacity jednoho bateriového modulu 8 kjeho označení za slabý článek, který je určen k výměně, ale dočasně ponechán v provozu. I v tomto stavu by bank bateriových modulů 8 mohl být v provozu, ale jeho celkový výkon by už byl částečně omezen kapacitou nej slabšího článku.

Souhrnně řečeno, balancer balancuje s vysokými proudy, zajišťuje jedinečnou péči a prodloužení životnosti bateriových systémům. To představuje nezanedbatelný ekonomický přínos.

Díky tomuto originálnímu způsobu propojení a řízení může případně slabší bateriový modul 8 samostatně přejít do režimu odpojení, tzv. centrál stop, nebo nabíjení, přičemž ostatní bateriové moduly 8 jsou ještě v režimu vybíjení. Je rovněž možné řízené nabíjet bateriové moduly 8 pouze částečně, nikoli do plného nabití, a v případě potřeby přejít do režimu vybíjení. Rovněž je možné provést vyřazení některého z bateriových modulů 8, který by byl diagnostikován jako vadný, z banku bateriových modulů 8, bez vlivu na funkci zbytku bateriového banku. Veškerou diagnostiku, měření, řízené odpojování a řízení nabíjení a vybíjení provádí bateriový řídící blok 7.

Z důvodu bezpečnosti může být někdy nutné zcela odpojit zdroj 1 elektrické energie. Může být rovněž třeba regulovat jeho výkon. Bývá také nutné transformovat napětí ze zdroje I elektrické energie na napětí použitelné pro připojení zátěže 6. Pro tyto účely je výhodné vložit mezi zdroj 1 elektrické energie a invertor 4 s nimi silově propojený DC/DC konvertor 3. Tento DC/DC konvertor 3 je rovněž datově spojen s řídícím PLC kontrolérem 1L

Funkce DC/DC konvertoru 3 je následující:

Na vstup DC/DC konvertoru 3 je přivedeno DC napětí od zdroje I elektrické energie, například v případě solárního zdroje od fotovoltaických panelů 1.1, 1.2.1.3. které jsou zapojeny do sériové sekce. DC/DC konvertor 3 převede tuto energii na svůj první konvertorový výstup 3.1, přes který napájí vstup do invertoru 4 včetně zátěže 6. Pokud je energie dodaná ze zdroje 1 elektrické energie větší než odběr zátěže 6, vznikne přebytek elektrické energie, kterou DC/DC konvertor 3 převede na svůj druhý konvertorový výstup 32, přes který bude napájet bateriový řídící blok 7 a bateriový modul 8, pokud je zařízení vybaveno větví s bateriovými moduly 8. Vše je řízeno přes PLC řídicí systém 11, který má informace o zdroji i elektrické energie. V případě fotovoltaických panelů 1.1, 1-2,1.3 osazených optimizéry 2.1, 2.2, 2.3, které budou popsány níže, má pak í informace o každém jednotlivém fotovoltaickém panelu 1.1. 1.2, 1.3. PLC řídicí systém 11 má dále informace o velikosti spotřeby zátěže 6 od měřícího modulu 9 a řídí oba výstupy 3.1 a 3.2 DC/DC konvertoru 3, napájející v uvedeném pořadí vstup invertoru 4 a vstup bateriového modulu 8 přes bateriový řídící blok 7.

Pokud je výkon odebíraný z invertoru 4 větší než výkon vyrobený obnovitelným zdrojem 1 elektrické energie, bateriový bank složený z bateriových modulů 8 přímo napájí DC/DC konvertor 3. Pokud jsou bateriové moduly 8 nabité na 100%, případně nejsou v zařízení vůbec přítomny a není možná žádná další regulace, např. formou ohřevu vody, napájením tepelného čerpadla apod. DC/DC konvertor 3 zajistí omezení výkonu na straně zdroje 1 elektrické energie.

Při aktivaci funkce centrál stopu, která bude blíže popsána níže, PLC řídicí systém 11 vyšle signál do DC/DC konvertoru 3 a ten odpojí zdroj 1 elektrické energie i druhý konvertorový výstup 3.2 na bateriový modul 8 a první konvertorový výstup 3.1 na invertor 4. Tím je zaručené bezpečnostní odpojení.

DC/DC konvertor 3 může v případě, že obnovitelný zdroj i elektrické energie zahrnuje fotovoltaické panely 1.1, 1,2, 1.3, fungovat jako snižující/zvyšující invertor, kdy jmenovité napětí stringu fotovoltaických panelů 1.1, 1.2, 1.3. které je například 800 V DC, maximálně pak 1000 V DC, transformuje na nižší hodnotu napětí v rozsahu 100 až 350 V DC, a to za pomocí polovodičových prvků.

CZ 30775 Ul

DC/DC konvertor 3 rovněž reguluje napětí na svůj první konvertorový výstup 3.1 a napájí vstup invertoru 4 (typicky 300 V) a na svůj druhý konvertorový výstup 3.2 a napájí vstup bateriového řídícího bloku 7 (typicky 48 V).

DC/DC konvertor 3 ovšem může fungovat i v zařízení, které neobsahuje bateriové moduly 8 a bateriové řídící bloky 7.

V jednom možném uspořádání zdroj I elektrické energie zahrnuje alespoň jeden fotovoltaický panel, přičemž v obr. 1 jsou pro příklad zakresleny tři fotovoltaické panely Li, 1.2, 1.3. Běžně se v případě malých solárních elektráren, na které se však technické řešení neomezuje, může počet panelů pohybovat v řádu od jednoho až po několik desítek.

Ve výhodném uspořádání je pak každý fotovoltaický panel 1.1, 1.2. 1.3 osazen svým dedikovaným výkonovým optimizérem 2.1, 2.2, 2.3 pro individuální monitoring stavu a/nebo regulaci výkonu a/nebo odpojení příslušného fotovoltaického panelu Li, 1.2. 1.3 v případě poškození nebo požáru. Každý tento výkonový optimizér 2.1, 2.2, 2.3 ie přitom datově spojen s PLC řídicím systémem ϋ.

Díky tomuto propojení a propojením výše popsaným a v obr. 1 zakresleným je možný individuální monitoring každého fotovoltaického panelu 1.1, 1.2, 1.3. Optimizéry 2.1, 2.2, 2.3 využívají funkce sledování bodu maximálního výkonu, neboli MPP regulace (z anglického Maximum Power Point) na úrovni fotovoltaických panelů 1.1, 1.2, 1.3. Tato regulace dovoluje vytěžit maximum energie ze solárních panelů. Každý optimizér 2.1. 2.2, 2,3 obsahuje svůj vlastní MPP regulátor. MPP regulátor pracuje jako invertor, to znamená, že vyšší vstupní napětí a nižší proud dokáže zpracovat na nižší napětí a zvýší proud s vysokou účinností. Každý optimizér 2.1, 2.2, 2.3 má na svém vstupu napětí od sobě příslušného fotovoltaického panelu 1.1, 1.2. 13 (cca 40 V, záleží na výkonu fotovoltaických panelů) a na svém výstupu konstantní napětí podle voltampérové křivky MPP regulátoru. Toto konstantní napětí se sčítá podle počtu optimizérů 2.1. 2.2, 23 na napětí, které bude napájet vstup DC/DC konvertoru 3, které může být např. 550 V.

Prostřednictvím optimizérů 2.1. 2.2, 23 jsou nepřetržitě získávány a zaznamenávány informace o výkonu každého fotovoltaického panelu 1.1, 1.2, 13 a jeho stavu, je proto možná rychlejší identifikace problémů a závad. Komunikace probíhá současně po DC vodičích mezi fotovoltaickým panelem 1.1, 1-2,13 a DC/DC konvertorem 3. Informace o stavu každého fotovoltaického panelu 1.1.1,2.13 mohou být zobrazeny na LCD panelu, kterým je ve výhodném provedení osazen invertor 4.

Díky osazení výkonových optimizérů 2.1, 2.2. 2.3 je rovněž možné v obnovitelném zdroji 1 elektrické energie kombinovat různé výkony jednotlivých fotovoltaických panelů 1,1. 1,2, 13 a/nebo kombinovat fotovoltaické panely 1.1.1,2.13 od různých výrobců a přitom udržovat konstantní napětí na celé smyčce neboli stringu sériově propojených panelů 1.1. 1.2. 13. Fotovoltaické panely 1.1. 1.2, 13 je díky optimizérům za stejného důvodu možné také umísťovat na různých světových stranách nebo na různých plochách střechy s různým osvětlením či přistíněním. Výkonové optimizéry 2.1, 2.2. 23 zamezí vyrovnávání výkonu mezi různě osvětlenými panely. Lze rovněž po vyhodnocení PLC řídicím systémem 11 individuálně automaticky odpojit některý z fotovoltaických panelů 1.1, 1.2. 1.3, u něhož by bylo případně diagnostikováno poškození, aniž by došlo k narušení funkčnosti zbytku systému. Osazení optimizérů 2.1, 2.2, 2.3 výrazně napomáhá k lepší údržbě, chrání a zvyšuje návratnost investic a snižuje ztráty vzniklé opotřebením panelů.

Je řešena rovněž požární bezpečnost a bezpečná instalace. Nebezpečí úrazu elektrickým proudem při údržbě, požáru apod. se eliminuje přepnutím na bezpečné dotykové napětí pomocí tlačítka centrál stopu neboli emergency, které je umístěno na přístupném místě. Po stisknutí centrál stopu je signál přiveden na binární vstup PLC řídicího systému 11, který to vyhodnotí a provede softwarové odpojení všech výkonových dílu AC i DC, včetně fotovoltaických panelů 1.1, 1.2, 13, pomoci optimizérů 2.1, 2.2. 23. Odpojení je provedeno přes komunikační rozhraní PLC.

Optimizéry 2.1, 2/2, 23 rovněž slouží k zamezení přebytků do distribuční sítě. Díky propojení s PLC řídicím systémem H zajišťují plynulou regulaci výkonu fotovoltaických panelů 1.1. 1.2.

-8CZ 30775 Ul

1.3 v době, kdy přebytečná elektrická energie nebude mít kam směrovat (např.: plná kapacita bateriového banku, minimální spotřeba objektu apod.).

Zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání energie dle předkládaného technického řešení ve výhodném uspořádání obsahuje rovněž zařízení 10 pro akumulaci tepelné energie, které je silově připojeno k význačnému uzlovému bodu Ul a datově spojeno s PLC řídicím systémem liAkumulace tepelné energie probíhá často formou ohřevu vody. Zařízení W pro akumulaci tepelné energie je vybaveno PWM regulací, kde PWM (z anglického Pulse Width Modulation) je zkratka pro pulzně šířkovou modulaci. PWM regulace spolu s IGBT tranzistory, kterými je zaříío zení 10 rovněž vybaveno, slouží pro plynulé řízení ohmické zátěže do výkonu 3x2 kW. Plynulá regulace probíhá na základě velikosti přebytků do distribuční sítě a předem definovaných priorit.

Princip PWM regulace: Jde o plynulé řízení střídavého výkonu spotřebiče s využitím PWM a sinusového filtru v každé fázi samostatně s plynulým náběhem a snížením výkonu spotřebiče v rozsahu 0 až 100 %. Nastavení hodnoty výkonu a rychlosti změny výkonu na nastavenou hodíš notu probíhá na základě velikosti přebytků do distribuční sítě a předem definovaných priorit.

PLC řídicí systém 1_1 má ve výhodném provedení sedm vnitřních komunikací a pět vnějších komunikací. Ze 7 komunikačních rozhraní pro vnitřní komunikaci první slouží pro komunikaci s výkonovými optimizéry 2.1. 2.2, 2.3, druhé s pro komunikaci s DC/DC konvertorem 3, třetí pro komunikaci s invertorem 4, čtvrté pro komunikaci s modulem 5 pro mezifázový převod výkonu, páté pro komunikaci s bateriovým řídícím blokem 7, šesté pro komunikaci s měřícím modulem 9 a sedmé pro komunikaci se zařízením 10 pro akumulaci tepelné energie. Díky datovému propojení v tomto odstavci uvedených zařízení s PLC řídicím systémem Π. a dříve popsaným silovým propojením dochází k harmonické souhře všech funkcí systému, viz též znázornění těchto propojení v obr. 1.

Dalších pět implementovaných komunikačních rozhraní slouží ve výhodném provedení pro vnější komunikaci s tepelným čerpadlem, klimatizací, rekuperací, dobíječi stanicí a bezdrátovým spojením.

PLC řídicí systém H má dále ve výhodném provedení 2 binární vstupy, jeden pro tzv. HDO neboli signál nízkého tarifu elektrické energie, druhý pro centrál stop.

Po aktivaci centrál stopu dojde k vypnutí všech živých částí zařízení na bezpečné dotykové napětí.

Při aktivaci signálu nízkého tarifu může docházet k dobití bateriového banku, pokrytí špiček vlastní spotřeby objektu, pokrytí špiček výkonu chodu tepelného čerpadla či klimatizační jednotky a k pokrytí špiček výkonu rychlonabíjecí stanice.

PLC řídicí systém JJ, má ve výhodném provedení také 3x binární výstup: programovatelné kontakty AUX 1, 2, 3.

Výstupy AUX jsou typicky volně programovatelné. V příkladném provedení jsou využity tři tyto výstupy: AUX 1, AUX 2 a AUX 3. Při aktivaci výstupního signálu AUX 1, včetně jeho zapojení, se mohou vypínat velké zátěže spotřebičů. Při aktivaci výstupního signálu AUX 2, včetně jeho zapojení, se může spínat alarmové hlášení (např.: úplné vybití, popřípadě přebití bateriového banku, nebo různé poruchové stavy). Výstupní signál AUX 3 je volně programovatelný.

PLC řídicí systém H v sobě sdružuje tyto komunikační protokoly:

- komunikační protokol výkonových optimizérů 2.1, 2.2, 2.3 pro monitoring, diagnostika, servisní zprávy, centrál stop, regulace výkonu fotovoltaických panelů 1.1,1.2,1.3

- komunikační protokol DC/DC konvertoru 3 pro monitoring, diagnostiku, servisní zprávy, centrál stop, regulaci DC napětí

- Komunikační protokol invertoru 4 pro monitoring, diagnostiku, servisní zprávy, centrál stop, regulaci výkonu

- Komunikační protokol pro modul 5 pro mezifázový převod výkonu zahrnujíc monitoring, diagnostiku, servisní zprávy, centrál stop, fázovou regulaci

- Komunikační protokol pro bateriový řídící blok 7 zahrnující monitoring, diagnostiku, servisní zprávy, centrál stop, regulaci nabíjení a vybíjení, odpojení vadného bateriového modulu 8

- Komunikační protokol pro měřící modul 9 pro monitoring odebíraného a dodávaného výkonu

- Komunikační protokol pro zařízení 10 pro akumulaci tepelné energie zahrnující řízení ohmické zátěže typicky 3x2 kW

- Komunikační protokol pro řízení tepelného čerpadla

- Komunikační protokol pro řízení výkonu klimatizační jednotky

- Komunikační protokol pro řízení výkonu rychlonabíjecí stanice elektromobilu

- Komunikační protokol pro řízení předem definovaných spotřebičů pomocí bezdrátové sítě

- Komunikační protokol pro rekuperaci

- Komunikační protokol pro řízení vypínám' živých částí systému na bezpečné dotykové napětí

- Komunikační protokol pro HDO nízký tarif zahrnující řízení předem definovaných priorit zařízení

- Komunikační protokoly pro programovatelné výstupy AUX - řízení výstupního kontaktu AUX 1 (blokace spotřebičů), AUX 2 (alarm), AUX 3 (volně programovatelný)

Jak je uvedeno výše, PLC řídicí systém 11 může být vybaven i komunikačním rozhraním pro řízení výkonu tepelného čerpadla, klimatizační jednotky a rekuperační jednotky. Řízení výkonu probíhá prostřednictvím invertorů, jimiž jsou osazeny všechny uvedené elementy, tedy jak tepelné čerpadlo, tak i klimatizační jednotka a rekuperační jednotka. Regulace probíhá na základě pokynů z řídící jednotky tepelného čerpadla, klimatizační jednotky a rekuperační jednotky, velikosti přebytků do distribuční sítě a předem definovaných priorit. Tepelné čerpadlo, klimatizační jednotka nebo rekuperační jednotka primárně odebírají elektrickou energii invertorů 4. K pokrytí špiček výkonu bude elektrická energie pokryta z místní distribuční sítě, zejména při signálu nízkého tarifu.

PLC řídicí systém 11 může být dále vybaven komunikačním rozhraním pro řízení výkonu dobíjení rychlonabíjecí stanice elektromobilu. Regulace dobíjení probíhá na základě aktuálního výkonu dodávaného zdrojem 1 elektrické energie, přebytků do distribuční sítě, velikosti kapacity bateriového banku obsahujícího bateriové moduly 8 nebo předem definovaných priorit. Rychlonabíjecí stanice primárně odebírá elektrickou energii invertorů 4. K pokrytí špiček výkonu je elektrická energie pokryta z místní distribuční sítě, zejména při signálu nízkého tarifu.

PLC řídicí systém 11 může být rovněž vybaven bezdrátovým komunikačním rozhraním pro dálkové spínání / regulaci spotřebičů (např. přímotopy, topné žebříky apod.).

PLC řídicí systém JT je ve výhodném provedení vybaven také hlavním zobrazovacím panelem LCD.

Zařízení dle předkládaného technického řešení tedy poskytuje komplexní řešení pro efektivní využití energie z obnovitelných zdrojů i ze zdrojů na konvenční paliva, která vyrábějí energii nezávisle na distribuční síti.

Lze kombinovat různé typy obnovitelných i neobnovitelných zdrojů 1 elektrické energie. Typickým příkladem jsou střešní fotovoltaické panely např. na rodinném domku. Výstupní energie je optimalizována. Lze monitorovat výkon a parametry každého zdrojového elementu a udržovat konstantní napětí na stringu elementů obnovitelného zdroje 1 elektrické energie. Podle odebíraného výkonu zátěží 6 ve fázích LI, L2, L3 je upraven výkon dodávaný modulem 5 pro mezifá1 n

CZ 30775 Ul zový převod výkonu tak, že dodávaný výkon v každé z fází LI, L2, L3 kopíruje ten odebíraný. Získána elektrická energie se přímo spotřebuje v daném objektu a přebytek se uloží do bateriového banku s bateriovými moduly 8. Pokud je přebytek energie větší než kapacita bateriového banku, energie je směrována do zařízení 10 pro akumulaci tepelné energie, případně do dalších zařízení připojených přes rozhraní pro vnější komunikaci, která byla uvedena výše, např. tepelné čerpadlo, klimatizace aj. Teprve v krajním případě, kdy byly všechny tyto možnosti spotřebování či uložení energie na místě využity, dochází k odvádění přebytků přes distribuční panel 12 do distribuční sítě.

Elektrické spotřebiče v daném objektu, neboli zátěž 6, vždy čerpají nejdříve energii z obnovitelío ného zdroje I elektrické energie a následně z bateriového banku s bateriovými moduly 8.

Pokud vyrobená energie ze zdroje I ani energie z bateriových modulů 8 nepostačují, je elektrická energie odebrána z distribučního panelu 12 distribuční sítě.

Ze zařízení dle předkládaného technického řešení je možné také plynule řídit ohmickou zátěž ohřevu vody (např.: akumulační nádrž, bojler), řídit výkon invertoru tepelného čerpadla, řídit výkon invertoru klimatizační jednotky, řídit výkon dobíjení rychlonabíjecí stanice elektromobilu či dálkové spínání domácích spotřebičů pomocí bezdrátové sítě.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle předkládaného technického řešení poskytuje komplexní řešení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie z obnovitelných zdrojů i ze zdrojů na konvenční paliva, které vyrábějí energii nezávisle na veřejné distribuční síti. Využít lze všude tam, kde je třeba efektivně hospodařit s vyrobenou energií, zejména řešit problém nerovnoměrného rozdělení výkonu odebíraného zátěží do fází LI, L2, L3. Je navržen také systém efektivního řízení přebytků energie a jejího zpětného odběru při poklesu výkonu zdroje.

Claims (11)

1. 25 1. Zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie z obnovitelných zdrojů nebo zdrojů na konvenční paliva obsahující zdroj (1) elektrické energie, k němuž je svým vstupním koncem silově připojen invertor (4), který je hybridní nebo síťový, a jehož výstup je třífázový se symetrickým rozdělením výkonu rovnoměrně do všech tří fází, přičemž k zařízení je připojena zátěž (6) a zařízení obsahuje také měřící modul (9) pro měření dodávaného výkonu

   30 a výkonu odebíraného zátěží (6) individuálně v každé ze tří fází zvlášť, vyznačující se tím, že dále obsahuje modul (5) pro mezifázový převod výkonu a PLC řídící systém (11), přičemž modul (5) pro mezifázový převod výkonu je svým vstupem přímo nebo prostřednictvím dalších dílů silově připojen k výstupu invertoru (4) a zahrnuje alespoň jednu první výkonovou desku (5.5) obsahující alespoň tri výkonové tranzistory pro řízení výkonu, přičemž na každé ze tri

   35 fází je zapojen alespoň jeden výkonový tranzistor, a dále modul (5) pro mezifázový převod výkonu má datové rozhraní (5.3) a má první výstup (5.1) s nesymetrickým rozdělením výkonu do tří fází, kde tento první výstup (5.1) je dále propojen s význačným uzlovým bodem (Ul), přičemž tento význačný uzlový bod (Ul) je silově propojen se zátěží (6) a k význačnému uzlovému bodu (Ul) je také silově připojen měřící modul (9), který je dále datově propojen s PLC řídícím systé40 mem (11), kde tento PLC řídící systém (11) je rovněž datově propojen v jedné další větvi s datovým rozhraním (5.3) modulu pro mezifázový převod výkonu (5) a v druhé další větvi s invertorem (4).
2. 2. Zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie podle nároku 1, vyznačující se tím, že modul (5) pro mezifázový převod výkonu obsahuje výkonové

   45 IGBT tranzistory.

   .11.

   CZ 30775 Ul
3. 3. Zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že dále obsahuje také alespoň jeden bateriový modul (8), jemuž je předřazen alespoň jeden bateriový řídící blok (7), a že modul (5) pro mezifázový převod výkonu má také druhý výstup (5.2), jemuž je předřazen AC/DC převodník (5.4), a tento druhý výstup (5.2) je přes bateriový řídící blok (7) silově propojen s bateriovým modulem (8), přičemž bateriový řídící blok (7) je navíc datově propojen s PLC řídícím systémem (11).
4. 4. Zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie podle nároku 3, vyznačující se tím, že bateriový řídící blok (7) zahrnuje aktivní balancer obsahující druhou výkonovou desku osazenou výkonovými tranzistory, vazebním trafem, výkonovou tlumivkou, spínaným zdrojem, měřícími obvody pro měření proudu, napětí, izolace a teploty a bateriový komunikační modul pro spojení s PLC řídicím systémem (11) a záznam dat o bateriovém modulu (8).
5. 5. Zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že dále zahrnuje DC/DC konvertor (3) pro odpojování a regulaci výkonu zdroje (1) elektrické energie a pro transformaci napětí ze zdroje (1) elektrické energie, přičemž tento DC/DC konvertor (3) je v obvodu vložen mezi obnovitelný zdroj (1) elektrické energie a invertor (4) a je s nimi silově propojen, a přičemž tento DC/DC konvertor (3) je dále datově spojen s PLC řídícím systémem (11).
6. 6. Zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že dále zahrnuje DC/DC konvertor (3) pro odpojování a regulaci výkonu zdroje (1) elektrické energie a pro transformaci napětí ze zdroje (1) elektrické energie, přičemž tento DC/DC konvertor (3) je v obvodu vložen mezi obnovitelný zdroj (1) elektrické energie a invertor (4) a je s nimi silově propojen, a přičemž tento DC/DC konvertor (3) je dále datově spojen s PLC řídícím systémem (11).
7. 7. Zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie podle nároku 6, vyznačující se tím, že DC/DC konvertor (3) je silově spojen také s bateriovým řídícím blokem (7).
8. 8. Zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie podle kteréhokoli z nároků laž7, vyznačující se tím, že je silově propojeno s distribučním panelem (12) veřejné elektrické sítě, přičemž toto propojení je realizováno přes význačný uzlový bod (Ul).
9. 9. Zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie podle kteréhokoli z nároků laž8, vyznačující se tím, že obnovitelný zdroj (1) elektrické energie zahrnuje alespoň jeden fotovoltaický panel (1.1,1.2,1.3).
10. 10. Zařízení pro optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie podle nároku 9, vyznačující se tím, že každý fotovoltaický panel (1.1, 1.2, 1.3) je osazen dedikovaným výkonovým optimizérem (2.1, 2.2, 2.3) pro individuální monitoring stavu a/nebo regulaci výkonu a/nebo odpojení příslušného fotovoltaického panelu (1.1, 1.2, 1.3) v případě poškození nebo požáru, přičemž každý tento výkonový optimizér (2.1, 2.2, 2.3) je datově spojen s PLC řídicím systémem (11).
11. 11. Zařízení optimalizaci výroby, spotřeby a ukládání elektrické energie podle kteréhokoli z nároků lažlO, vyznačující se tím, že obsahuje zařízení (10) pro akumulaci tepelné energie, které je silově připojeno k význačnému uzlovému bodu (Ul) a datově spojeno sPLC řídicím systémem (11).