DE102009047794A1

DE102009047794A1 - Adapter zum Koppeln eines Stromverbrauchers mit einem Stromversorgungsnetzwerk

Info

Publication number: DE102009047794A1
Application number: DE102009047794A
Authority: DE
Inventors: Steffen Fries; Hans-Joachim Dr. Hof
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-07
Also published as: WO2011038981A3; WO2011038981A2

Abstract

Für ein optimiertes Energiemanagement im Privathaushalt wäre es wünschenswert den Betrieb einzelner Stromverbraucher automatisiert unter Berücksichtigung von dynamischen Stromtarifen zu steuern. Weiterhin sollte verhindert werden, dass zur Umsetzung dieser Lösung die Anschaffung neuer Haushaltsgeräte erforderlich wird. Hierzu wird ein Smart Adapter vorgeschlagen, welcher zwischen Stromversorgung und Haushaltsgerät geschaltet eine intelligente An- und Abschaltung vornimmt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Adapter zum Koppeln eines Stromverbrauchers mit einem Stromversorgungsnetzwerk zur Unterstützung von dynamischen Stromtarifen.
Schon heute bieten Energieversorgungsunternehmen (EVUs) Verträge an, bei denen der nachts verbrauchte Strom zu einem anderen Preis angeboten wird als der tagsüber verbrauchte Strom. Für die Zukunft ist eine weitere Flexibilisierung der Strompreise durch einen dynamischen Strommarkt zu erwarten. Auf diesem Strommarkt können Kunden Strom zu Preisen kaufen, die von der aktuellen Lage im Stromnetz abhängen.
Durch die zunehmende dezentralisierte Energieerzeugung, beispielsweise durch regenerativ erzeugte Energie in einzelnen Haushalten, sind größere Schwankungen im Stromangebot in Abhängigkeit der Tageszeit oder des Wetters zu erwarten, was sich auch im Strompreis niederschlagen wird. Weiterhin ist beispielsweise geplant, bestimmte Anreiztarife anzubieten, die es dem Energieanbieter ermöglichen, bestimmte Geräte oder auch Geräteklassen netzlastabhängig abzuschalten und somit Spannungsspitzen zu vermeiden.
Diese Veränderungen auf dem Energiemarkt führen dazu, dass der Verbraucher durch eine gezielte Organisation seines privaten Stromverbrauchs erhebliche Einsparungen erwarten kann. Bekannte Initiativen zur Verbesserung des Energiemanagements in Privathaushalten werden beispielsweise von Google unterstützt. Google Going Green (http://www.google.com/corporate/green/tools-for-users.html) gibt den Energieverbrauch in Kilowattstunden für einen Desktop-Rechner aus und ermöglicht somit die Stromverbrauchsmessung einzelner Computer. Google Powermeter (http://www.google.org/powermeter) erfasst Informationen von verfügbaren Stromzählern, um den Energieverbrauch pro Haushalt zu messen und zeitlich darzustellen. Damit soll Teilnehmern ermöglicht werden, ihren Energieverbrauch besser zu analysieren und entsprechend zu optimieren.
Für ein optimiertes Energiemanagement im Privathaushalt wäre es demnach wünschenswert den Betrieb einzelner Stromverbraucher automatisiert unter Berücksichtigung der dynamischen Stromtarife zu steuern. Weiterhin sollte verhindert werden, dass zur Umsetzung dieser Lösung die Anschaffung neuer Haushaltsgeräte erforderlich wird.
Folglich ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Adapter anzugeben, mit dem ein Stromverbraucher möglichst kosteneffizient und Geräte- konform gesteuert wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Adapter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß weist ein Adapter zum Koppeln eines Stromverbrauchers mit einem Stromversorgungsnetzwerkeinen ersten Anschluss zum Koppeln mit einem Anschluss des Stromverbrauchers und einen zweiten Anschluss zum Koppeln mit dem Stromversorgungsnetzwerk auf. Der Adapter umfasst weiterhin eine Kommunikationseinheit, eine Stromverbrauchsmesseinheit zur Messung des Stromverbrauchs des gekoppelten Stromverbrauchers, eine Zeitmesseinheit und eine Speichereinheit mit Informationen des gekoppelten Stromverbrauchers und über aktuelle Stromtarife. Eine Verarbeitungseinheit ist zur Ermittlung von An- und Abschaltzeitpunkten des gekoppelten Stromverbrauchers anhand der gespeicherten Informationen vorgesehen. Schließlich weist der der Adapter eine Schalteinheit zum An- oder Abschalten des gekoppelten Stromverbrauchers in Abhängigkeit eines durch die Verarbeitungseinheit empfangenen Steuerbefehls auf.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind auf der Speichereinheit Informationen über vorgebbare Start- und Endzeitpunkte für den Stromverbraucher gespeichert. Die Verarbeitungseinheit ermittelt mit Hilfe der gespeicherten Start- und Endzeitpunkte, sowie der durch die Zeitmesseinheit ermittelten Zeit die An- und Abschaltzeitpunkte. So wird beispielsweise durch den Benutzer vorgegeben, dass die Waschmaschine nur an Werktagen zwischen 8 Uhr morgens und 17 Uhr abends betrieben werden darf. Hierdurch wird verhindert, dass die Waschmaschine mitten in der Nacht durch den Adapter angeschaltet wird, weil dann die Strompreise möglicherweise am niedrigsten sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind auf der Speichereinheit Informationen über einen Strom und Spannungsverlauf im Betrieb des gekoppelten Stromverbrauchers gespeichert. Die Verarbeitungseinheit ermittelt mit Hilfe des gespeicherten Strom und Spannungsverlaufes, sowie eines durch die Stromverbrauchsmesseinheit ermittelten Stromverbrauchs die An- und Abschaltzeitpunkte. In dieser Variante nutzt der Adapter die Verbrauchsmessung und die Zeitmessung um festzustellen, in welchem Prozessschritt sich ein Gerät befindet. Mit dieser Information wird ermittelt, ob eine mögliche Abschaltung im aktuellen Prozessschritt durchgeführt wird oder nicht. Bei einer Waschmaschine ist es beispielsweise nicht sinnvoll in einem Waschgang die Maschine abzuschalten.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind dem auf der Speichereinheit Informationen über einen zeitlichen Verlauf von Prozessschritten im Betrieb des gekoppelten Stromverbrauchers gespeichert. Die Verarbeitungseinheit ermittelt mit Hilfe des gespeicherten zeitlichen Verlaufes, sowie der durch die Zeitmesseinheit ermittelten Zeit die An- und Abschaltzeitpunkte. In dieser Variante nutzt der Adapter die Zeitmessung um festzustellen, in welchem Prozessschritt sich ein Gerät befindet. Mit dieser Information wird ermittelt, ob eine mögliche Abschaltung im aktuellen Prozessschritt durchgeführt wird oder nicht.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert. Es zeigen
1 in einer schematischen Darstellung die Kommunikationsbeziehungen zwischen zwei Geräten, einem Adapter und Gerät, einer Vermittlungseinrichtung und dem Energiemarkt,
2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Adapters zum Koppeln eines Stromverbrauchers mit einem Stromversorgungsnetzwerk.
1 zeigt die Kommunikationsbeziehungen eines Systems mit dem erfindungsgemäßen Adapter. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei Geräte 101, 102, 103 dargestellt, welche mit einer Vermittlungseinrichtung 104 verbunden sind. Dabei sind die Geräte 101 und 102 direkt mit der Vermittlungseinrichtung 104 verbunden, da sie eine entsprechende Funktionalität bereitstellen. Das Gerät 103 hingegen verfügt nicht über eine derartige Funktionalität und ist über einen erfindungsgemäßen Adapter 106 mit der Vermittlungseinrichtung 104 verbunden. Die Kommunikationsverbindungen zwischen den Geräten 101, 102 und der Vermittlungseinrichtung 104 bzw. zwischen Gerät 103, Adapter 106 und Vermittlungseinrichtung 104 sind hierbei drahtgebunden und/oder drahtungebunden. Für eine drahtgebundene Kommunikationsverbindung können beispielsweise LAN-Verbindungen oder PLC(Powerline Communication)-Verbindungen verwendet werden. Die Vermittlungseinrichtung 104 wiederum ist über eine Netzwerkverbindung mit einem Energiemarkt 105 verbunden. Die Netzwerkverbindung kann beispielsweise eine Internetverbindung sein, über die Informationen eines Energiemarktes abfragbar sind. Der Energiemarkt 105 ist in der Regel ein kommerzieller Energieanbieter, über den der Strom zu einem angebotenen Tarif bezogen wird.
Die 2 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Adapters zum Koppeln eines Stromverbrauchers mit einem Stromversorgungsnetzwerk. Der Adapter 201 weist eine erste Kommunikationseinheit 202 zur drahtgebundenen Kommunikation über Powerline Communication (PLC) und eine zweite Kommunikationseinheit 203 zur drahtungebundenen Kommunikation beispielsweise über WLAN, ZigBee oder Bluetooth auf.
Weiterhin ist eine Schalteinheit 204, eine Energieverbrauchsmesseinheit 205, eine Verarbeitungseinheit 206 und eine Speichereinheit 207 vorgesehen. Die erste Kommunikationseinheit 202, die Energieverbrauchsmesseinheit 205 und die Schalteinheit 204 sind derart in dem Stromnetz angeordnet, dass durch die Energieverbrauchsmesseinheit 205 der verbrauchte Strom eines angeschlossenen Gerätes oder einer angeschlossenen Gerätegruppe gemessen werden kann, die Kommunikationseinheit 602 beispielsweise über eine Powerline Communication Verbindung mit der Vermittlungseinrichtung kommunizieren kann und die Schalteinheit 204 in Abhängigkeit eines empfangenen Steuerbefehls die Stromverbindung zu einem angeschlossenen Stromverbraucher an-/abschalten kann.
In dieser Variante verfügt der Adapter über zwei Kommunikationsschnittstellen. Somit stellt der Adapter 201 die Möglichkeit zur Verfügung, einerseits über die erste Kommunikationseinheit 202 den aktuellen Stromtarif von der Vermittlungseinrichtung zu erfahren und andererseits über die zweite Kommunikationseinheit 203 mit dem angeschlossenen Stromverbraucher zu kommunizieren.
Über die Verarbeitungs- und Speichereinheit 206, 207 können dann auf Grundlage der gespeicherten Informationen des gekoppelten Stromverbrauchers und der ermittelten Informationen über aktuelle Stromtarife An- und Abschaltzeitpunkte des gekoppelten Stromverbrauchers ermittelt werden. Die Speichereinheit 207 wird benutzt, um langfristige Daten, wie beispielsweise Geräteprofildaten, zu speichern. Darüber hinaus können hier auch Verbrauchsdaten zwischengespeichert werden, die dann zu einer Vermittlungseinrichtung oder auch über die drahtlose Schnittstelle zu anderen Geräten transportiert werden können.
Ein solcher Adapter hat den Vorteil, dass Haushaltsgeräte für ein optimiertes Energiemanagement nicht nachgerüstet werden müssen, sondern durch das Vorschalten des Adapters eingebunden werden.
In einer weiteren Variante kann der Benutzer den Adapter anlernen. In diesem Fall kann der Adapter durch Messungen verschiedene charakteristische Strom oder Spannungsverläufe des Gerätes lernen. Beispielsweise wird die Dauer eines Waschganges bei einer Waschmaschine oder das Ende eines Waschganges (Schleudern) durch den Stromverbrauch erkannt. Der Benutzer gibt dabei Start und/oder Ende eines Prozessschrittes des an den Adapter angeschlossenen Gerätes über eine geeignete Interaktion mit dem Adapter vor.
In einer weiteren Variante besitzt der Smart Adapter eine eigene Anzeigeeinheit, auf der aktuelle Informationen angezeigt werden können (Verbrauch, Zeit). Darüber hinaus können dann auch bestimmte Eingaben lokal erfolgen, wie beispielsweise das Geräteprofil des angeschlossenen Gerätes. In einer weiteren Variante kann über die Anzeigeeinheit ein Anlernvorgang des Smart Adapters angestoßen werden, der es ermöglicht, Charakteristiken angeschlossener Geräte zu erkennen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://www.google.com/corporate/green/tools-for-users.html [0004]
http://www.google.org/powermeter [0004]

Claims

Adapter zum Koppeln eines Stromverbrauchers mit einem Stromversorgungsnetzwerk, aufweisend – einen ersten Anschluss zum Koppeln mit einem Anschluss des Stromverbrauchers, – einen zweiten Anschluss zum Koppeln mit dem Stromversorgungsnetzwerk, – eine Kommunikationseinheit, – eine Stromverbrauchsmesseinheit zur Messung des Stromverbrauchs des gekoppelten Stromverbrauchers, – eine Zeitmesseinheit, – eine Speichereinheit mit Informationen des gekoppelten Stromverbrauchers und über aktuelle Stromtarife, – eine Verarbeitungseinheit zur Ermittlung von An- und Abschaltzeitpunkten des gekoppelten Stromverbrauchers anhand der gespeicherten Informationen, – eine Schalteinheit zum An- oder Abschalten des gekoppelten Stromverbrauchers in Abhängigkeit eines durch die Verarbeitungseinheit empfangenen Steuerbefehls.
Adapter nach Anspruch 1, – bei dem auf der Speichereinheit Informationen über vorgebbare Start- und Endzeitpunkte für den Stromverbraucher gespeichert sind, – die Verarbeitungseinheit mit Hilfe der gespeicherten Start- und Endzeitpunkte, sowie der durch die Zeitmesseinheit ermittelten Zeit die An- und Abschaltzeitpunkte ermittelt.
Adapter nach Anspruch 1 oder 2, – bei dem auf der Speichereinheit Informationen über einen Strom und Spannungsverlauf im Betrieb des gekoppelten Stromverbrauchers gespeichert sind, – die Verarbeitungseinheit mit Hilfe des gespeicherten Strom und Spannungsverlaufes, sowie eines durch die Stromverbrauchsmesseinheit ermittelten Stromverbrauchs die An- und Abschaltzeitpunkte ermittelt.
Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, – bei dem auf der Speichereinheit Informationen über einen zeitlichen Verlauf von Prozessschritten im Betrieb des gekoppelten Stromverbrauchers gespeichert sind, – die Verarbeitungseinheit mit Hilfe des gespeicherten zeitlichen Verlaufes, sowie der durch die Zeitmesseinheit ermittelten Zeit die An- und Abschaltzeitpunkte ermittelt.
Adapter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kommunikationseinheit über ein stromleitungsbasiertes Netzwerk kommuniziert.
Adapter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kommunikationseinheit über ein drahtloses oder drahtgebundenes Netzwerk kommuniziert.
Adapter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend ein Anzeigemittel zur Darstellung von gespeicherten oder über die Verarbeitungseinheit, die Zeitmesseinheit oder die Stromverbrauchsmesseinheit ermittelten Informationen.