DE102009001123A1 - Energy conversion and storage device is provided with power supply devices, timers for supplying or disconnecting power supply devices, accumulator for storing energy, and automatic battery charger - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Umwandlung und Speicherung von Energie, insbesondere zur dezentralen Nutzung von Nachtstrom in den Tagstunden. Mit der Vorrichtung und dem Verfahren wird die in der Nacht gespeicherte Energie in den Tagstunden wieder nutzbar gemacht.The The invention relates to an apparatus and a method for conversion and storage of energy, in particular for decentralized use of nighttime electricity in the daytime. With the device and the method The energy stored at night is reflected in the daytime harnessed.
Nachtstrom wird den Kraftwerken in den Nachtstunden, in denen sie meist weniger ausgelastet sind, entnommen und kann preisgünstiger angeboten werden als in den Tagstunden erzeugte Elektroenergie. Zudem ist ein kontinuierlicher Betrieb des Kraftwerks über 24 Stunden kostengünstiger als eine Reduzierung der bereitgestellten Energie. Des Weiteren ist die Nutzung von Nachtstrom umweltfreundlich, da der in den Nachtstunden erzeugte Strom, in den Tagstunden verbraucht wird und zu diesem Zeitpunkt nicht zusätzlich produziert werden muss. Üblicherweise wird der Nachtstrom werktags in der Zeit von 23:00 bis 06:00 Uhr, unter Umständen aber auch am Wochenende, angeboten.night power is the power plants in the night, in which they usually less are busy, removed and can be offered cheaper become electric energy generated in the daytime. In addition is a continuous operation of the power plant over 24 hours cheaper than a reduction in the provided Energy. Furthermore, the use of night electricity is environmentally friendly, since the electricity generated during the night, consumed in the daytime is not additionally produced at this time must become. Usually, the night stream is on weekdays in the time from 23:00 to 06:00 o'clock, under certain circumstances however also on weekends, offered.
Für die Nutzung von Nachtstrom in den Tagstunden ist allerdings ein Energiespeicher notwendig. Mit Nachtstrom werden in Haushalten beispielsweise Heißwasserspeicher und Nachtspeicherheizungen, sogenannte Elektrospeicherheizungen, als thermische Speicher, insbesondere sensible Wärmespeicher, versorgt beziehungsweise geladen. Die gespeicherte Wärme wird anschließend in den Tagstunden abgegeben, der Speicher wird entladen. Die Energie kann jedoch auch als potentielle Energie gespeichert werden, was einer mechanischen Speicherung entspricht. So wird Nachtstrom beispielsweise auch in Wasserkraftwerken genutzt. Dabei wird Wasser in den Nachtstunden in höher gelegene Speicherseen gepumpt und gespeichert. Bei ansteigendem Stromverbrauch in den Tagstunden wird das Wasser aus den Seen abgelassen. Die potentielle Energie des Wassers wird mittels Turbinen in Elektroenergie umgewandelt.For however, the use of nighttime electricity during the daytime hours is one Energy storage necessary. For example, households use night-time electricity Hot water storage and night storage heaters, so-called Electric storage heaters, as thermal storage, in particular Sensitive heat storage, supplied or charged. The stored heat is then in the Days spent, the store is unloaded. The energy can however, also be stored as potential energy, which is one corresponds to mechanical storage. For example, nighttime electricity will also be used in hydroelectric power plants. This is water in the night Pumped into higher reservoirs and stored. With increasing power consumption in the daytime, the water is turned off drained the lakes. The potential energy of the water is by means of Turbines converted into electrical energy.
Zu den bekanntesten chemischen Energiespeichern gehören im Stand der Technik wiederaufladbare Batterien, sogenannte Akkumulatoren, wie Blei-Säure-Akkumulatoren, Ni-Cd-Akkumulatoren oder Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Zum Beispiel erreichen Blei-Säure-Akkumulatoren eine Lebensdauer von 10 bis 12 Jahren und die Einsatzgrößen reichen von kleinen Batterien zur Speicherung von Solarstrom im Inselbetrieb bis hin zu Großanlagen zur Aufrechterhaltung von Frequenz- und Spannungsstabilität mit einer installierten Leistung von 17 MW. Der Lithium-Ionen-Akku weist eine sehr hohe Energiedichte im Vergleich zu Blei-Säure- oder Ni-Cd-Akkumulatoren auf. Andere Akkumulatoren sind die Nano-Phosphat-Lithium-Ionen-Hochleistungszellen, der Lithium-Ion-Polymer-Akkumulator oder der Lithium-Titanat-Akku.To the most well-known chemical energy stores belong in the Prior art rechargeable batteries, so-called accumulators, like lead-acid batteries, Ni-Cd batteries or Lithium-ion batteries. For example, lead-acid batteries reach a lifetime of 10 to 12 years and the insert sizes range from small batteries to solar power storage Island operation up to large maintenance facilities of frequency and voltage stability with one installed Power of 17 MW. The lithium-ion battery has a very high Energy density compared to lead-acid or Ni-Cd accumulators on. Other accumulators are the high performance nano-phosphate lithium-ion cells, the lithium-ion polymer battery or the lithium titanate battery.
Neben den aufgeführten Möglichkeiten zum Speichern von Energie ist auch das direkte Speichern stofflicher Energieträger, wie Erdgas, Flüssigkraftstoff und Wasserstoff, bekannt.Next the listed ways to save Energy is also the direct storage of material energy, such as natural gas, liquid fuel and hydrogen, known.
Im Stand der Technik ist die Speicherung von Nachtstrom in thermischen Speichern in vielfältigen Anwendungen bekannt.in the The state of the art is the storage of night current in thermal Save in a variety of applications known.
Aus
der
Die
Speicherung von Energie durch Elektrolyse und Lagerung der Zersetzungsprodukte
wird in der
In
der
Die im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Speicherung von Energie, beispielsweise in Form von Nachtstrom, bedürfen zumeist eines hohen technischen Aufwandes und weisen durch die Umwandlungen bedingt erhebliche Verluste auf, sodass der erreichbare Wirkungsgrad der Vorrichtung sehr gering ist. Ein weiterer Nachteil ist oft der hohe Platzbedarf.The known in the art devices for storing Energy, for example in the form of night electricity, need mostly a high technical effort and have the transformations causes considerable losses, so that the achievable efficiency the device is very low. Another disadvantage is often the high space requirement.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Speicherung von Energie, insbesondere von aus Nachtstrom umgewandelter Energie, zur Verfügung zu stellen. Die Vorrichtung soll bei geringem Platzbedarf mit geringem technischen Aufwand, zum Beispiel für Installation, Wartung und Betrieb, zu betreiben sein und im Gegensatz zu den zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen einen hohen Wirkungsgrad aufweisen und die gespeicherte Energie kostengünstig wieder in Elektroenergie umwandeln.The object of the present invention is to provide an apparatus and method for storing energy, in particular energy converted from night-time electricity. The device should operate in a small footprint with little technical effort, for example, for installation, maintenance and operation, and in contrast to the state of the art devices have a high efficiency and cost-effectively convert the stored energy back into electrical energy.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Energie gelöst. Die Vorrichtung umfasst Stromversorgungseinrichtungen und Schaltuhren zum Zu- oder Abschalten der Stromversorgungseinrichtungen. Des Weiteren weist die Vorrichtung einen Akkumulator zum Speichern von Energie und ein Automatik-Ladegerät zum Ein- oder Ausschalten des Ladens des Akkumulators sowie einen Wechselrichter zur Umwandlung der im Akkumulator gespeicherten Energie in elektrische Energie auf.The The object is achieved by a device solved for the conversion and storage of energy. The Device includes power supplies and timers for connecting or disconnecting the power supply devices. Furthermore the device has an accumulator for storing energy and an automatic charger to turn on or off the Charging the battery and an inverter for conversion the energy stored in the accumulator into electrical energy on.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Akkumulator als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet. Der Akkumulator kann alternativ auch als Solarbatterie ausgebildet sein. Als solche werden dabei Akkumulatoren bezeichnet, die speziell für den Einsatz in Photovoltaikanlagen entwickelt wurden und dienen insbesondere in Inselanlagen zur Speicherung der mit Solarmodulen umgewandelten Energie.To A preferred embodiment of the invention is the accumulator designed as a lithium-ion battery. The accumulator can alternatively also be designed as a solar battery. As such accumulators Specifically designated for use in photovoltaic systems have been developed and are used in particular for off-grid storage the energy converted with solar modules.
Konzeptionsgemäß weist das Automatik-Ladegerät zusätzlich ein Schaltnetzteil auf und der Wechselrichter ist als Sinuswellen-Wechselrichter vorteilhaft mit einer internen Netzumschaltung ausgebildet.Conceptually wise the automatic charger additionally a switching power supply on and the inverter is advantageous as a sine wave inverter formed with an internal network switching.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Umwandlung und Speicherung von Energie, insbesondere zur dezentralen Nutzung von Nachtstrom in den Tagstunden. Dabei wird die elektrische Energie innerhalb eines bestimmten Zeitraumes umgewandelt, wobei der Zeitraum durch Zu- oder Abschalten der Stromversorgungseinrichtung mittels der Schaltuhr festlegbar ist. Erfindungsgemäß wird die umgewandelte Energie im Akkumulator gespeichert. Vorteilhaft wird der Akkumulator abhängig von seinem Ladezustand mit Hilfe des Automatik-Ladegerätes automatisch geladen. Die gespeicherte Energie wird mittels des Wechselrichters mit interner Netzumschaltung in elektrische Energie umgewandelt. Die umgewandelte Energie wird anschließend an einen Verbraucher abgegeben.The The invention further relates to a method of conversion and Storage of energy, in particular for the decentralized use of nighttime electricity in the daytime. The electrical energy is within converted over a period of time, with the period passing through Switching on or off the power supply device by means of Timer is fixed. According to the invention the converted energy is stored in the accumulator. Advantageous the accumulator is dependent on its state of charge with Help of the automatic charger is automatically loaded. The stored energy is generated by means of the inverter with internal network switching converted into electrical energy. The converted energy becomes subsequently delivered to a consumer.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Akkumulator in Abhängigkeit von seinem Ladezustand mit Hilfe des Automatik-Ladegerätes mit Schaltnetzteil von der Stromversorgungseinrichtung getrennt beziehungsweise mit der Stromversorgungseinrichtung verbunden und damit automatisch geladen.To A preferred embodiment of the invention is the accumulator depending on its state of charge with the help of the automatic charger with switching power supply disconnected from the power supply device or connected to the power supply device and with it loaded automatically.
Nach der Konzeption der Erfindung wird die Stromversorgung mittels der Schaltuhr zu- oder abgeschaltet, sodass der Akkumulator in einem vorbestimmten Zeitraum geladen wird. Der Zeitraum erstreckt sich vorteilhaft auf eine Zeit von 23:00 bis 06:00 Uhr. Die elektrische Energie zum Laden des Akkumulators wird dabei als Nachtstrom aus einem Kraftwerk gespeist.To the concept of the invention, the power supply by means of Timer switched on or off, so that the accumulator in one predetermined period is loaded. The period extends beneficial to a time of 23:00 to 06:00 clock. The electric Energy for charging the accumulator is doing as a night stream fed by a power plant.
Als alternative Ausgestaltung der Erfindung wird die elektrische Energie zum Laden des Akkumulators vorteilhaft aus Solaranlagen oder Windkraftanlagen eingespeist.When alternative embodiment of the invention is the electrical energy for charging the accumulator advantageous from solar panels or wind turbines fed.
Die interne Netzumschaltung des Wechselrichters ist bevorzugt derart ausgebildet, dass der Netzstrom stets Vorrang vor dem im Wechselrichter generierten Wechselstrom hat.The Internal network switching of the inverter is preferably such designed so that the mains current always takes precedence over that generated in the inverter AC has.
Die Schaltuhr ist dabei derart angepasst ausgebildet, dass in der Zeit von 23:00 bis 06:00 Uhr die Stromversorgungseinrichtung stets zugeschaltet ist und der Verbraucher bei Bedarf mit Nachtstrom aus dem Stromnetz versorgt wird, was den Wirkungsgrad des Wechselrichters erheblich erhöht.The Timer is designed adapted to that in time from 23:00 to 06:00, the power supply always switched on is and the consumer when needed with night electricity from the mains is supplied, which significantly increases the efficiency of the inverter elevated.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung mit Elementen ausgestattet ist, die lediglich einen geringen Platzbedarf aufweisen und mit geringem technischen Aufwand zu betreiben sind. Durch den Einsatz des Automatik-Ladegerätes mit integriertem Schaltnetzteil und dem Aus-/Einschalten des Ladens des Akkumulators je nach Ladezustand wird ein hoher Wirkungsgrad sichergestellt und die Dauer der Haltbarkeit des Akkumulators erhöht. Der Wechselrichter mit interner Netzumschaltung garantiert ebenfalls einen erhöhten Wirkungsgrad im Gegensatz zu den zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen. Die Energie wird dadurch kostengünstig und mit geringeren Verlusten umgewandelt und gespeichert.In summary It should be noted that the invention is equipped with elements is that only have a small footprint and low technical effort to operate. Through the use of the automatic charger with integrated switching power supply and the switching off / on of the store the accumulator depending on the state of charge is a high efficiency ensured and increased the life of the battery. The inverter with internal network switching also guarantees an increased efficiency in contrast to the stand technically owned devices. The energy will thereby converted inexpensively and with lower losses and saved.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung.Further Details, features and advantages of the invention will become apparent the following description with reference to the accompanying drawings.
Die
Figur zeigt die Vorrichtung
Der
Akkumulator
Als Solarbatterien werden häufig Bleiakkumulatoren verwendet, die sich in ihrem mechanischen Aufbau von anderen Bleiakkumulatoren unterscheiden, einen hohen Ladewirkungsgrad und eine geringe Selbstentladung aufweisen sowie für eine besonders hohe Lebenserwartung, Zyklenfestigkeit und geringe Anfälligkeit zur Tiefenentladung ausgelegt sind. Neben den Blei-Säure-Akkumulatoren kommen auch wartungs- und entgasungsarme Blei-Gel-Akkumulatoren zum Einsatz, bei denen sich beispielsweise vorteilhaft keine oder nur eine minimale Säureschichtung ausbildet.When Solar batteries are often used lead-acid batteries, which differ in their mechanical structure from other lead-acid batteries differ, a high charging efficiency and a low self-discharge and for a particularly high life expectancy, Cycle resistance and low susceptibility to deep discharge are designed. In addition to the lead-acid batteries come Low-maintenance and low-emission lead gel accumulators are used, in which, for example, advantageously no or only a minimal Acid stratification forms.
Der
Wechselrichter
Die
interne Netzumschaltung des Wechselrichters
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 2, 32, 3
- StromversorgungseinrichtungPower supply means
- 4, 84, 8th
- Schaltuhrtimer
- 55
- Automatik-LadegerätAutomatic Battery Charger
- 66
- Akkumulatoraccumulator
- 77
- Wechselrichterinverter
- 99
- Verbraucherconsumer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - CH 468602 A [0007] CH 468602 A [0007]
- - DE 102007001976 A1 [0008] DE 102007001976 A1 [0008]
- - DE 202004011770 U1 [0009] - DE 202004011770 U1 [0009]
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- 2009-02-24 DE DE102009001123A patent/DE102009001123A1/en not_active Ceased
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