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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Energieerzeugungsanlage mit verteilten Energieerzeugungseinheiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine entsprechend betriebene Energieerzeugungsanlage.
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Stand der Technik
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Unter ”Energieerzeugungsanlagen” werden im Rahmen dieser Erfindung alle Anlagen verstanden, die eine Form von Energie erzeugen (z. B. kinetische, potentielle, elektrische, thermische, mechanische, chemische usw.), insbesondere Stromerzeugungsanlagen, Wärme- oder Kälteerzeugungsanlagen (z. B. CSP – concentrating solar power) oder (Meer)wasserentsalzungsanlagen (bspw. durch Strom und/oder Wärme) verstanden. Gemeinsam ist den betroffenen Anlagen, dass sie über verteilte, jedoch zentral angesteuerte Energieerzeugungseinheiten, also bspw. Strom-, Wärme- oder Kälteerzeugungseinheiten oder (Meer)wasserentsalzungseinheiten, verfügen. Stromerzeugungseinheiten können bspw. als Windenergiemodule, Strömungsmodule, Fotovoltaikmodule oder konzentrierende Fotovoltaikmodule (CPV – concentrated photovoltaic) ausgebildet sein. Wärmeerzeugungseinheiten sind bspw. Parabolrinnen, Paraboloide, Heliostate oder Fresnel-Kollektoren, welche das Sonnenlicht auf einen Punkt (einen Solarturm, Brennpunkt im Parabolspiegel) oder eine Linie (Parabolrinne, Linear Fresnel) konzentrieren und dort Prozesswärme generieren.
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Eine gattungsgemäße Energieerzeugungsanlage ist beispielsweise in der
US 2009/0188488 A1 beschrieben und umfasst eine Steuereinheit sowie eine Anzahl von verteilten Stromerzeugungseinheiten, welche drahtlos miteinander kommunizieren. Die Stromerzeugungseinheiten sind als Fotovoltaikmodule ausgebildet und weisen jeweils ein Ausrichtungselement auf, um das Modul möglichst optimal zur Sonne hin auszurichten. Während des Betriebs überträgt die Steuereinheit unterschiedliche Daten umfassend beispielsweise geographische Daten, Zeitdaten, Winddaten, Programme usw., auf Grundlage derer die jeweiligen Ausrichtungseinheiten die Ausrichtung vornehmen. Durch die drahtlose Kommunikation können aufwändige Kabelverbindungen eingespart werden. Jedoch ist eine drahtlose Kommunikation störungsanfälliger als eine drahtgebundene Kommunikation, so dass an dieser Stelle Verbesserungsbedarf besteht.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von diesem Stand der Technik schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Energieerzeugungsanlage mit verteilten Energieerzeugungseinheiten sowie eine entsprechend betriebene Energieerzeugungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung kann den Betrieb und insbesondere die Sicherheit einer Energieerzeugungsanläge mit verteilten Energieerzeugungseinheiten, welche drahtlos von einer Steuereinheit Steuerdaten empfangen, verbessern, indem von wenigstens einer der Energieerzeugungseinheiten eine vorbestimmbare oder vorbestimmte Aktion ausgeführt wird, wenn die Energieerzeugungseinheit über wenigstens einen vorgebbaren Zeitraum keine gültigen Steuerdaten empfängt. Darunter fällt bspw. das Ausbleiben eines Empfangs ebenso wie das Empfangen von ungültigen Steuerdaten, bspw. von übertragungsfehlerbehafteten Steuerdaten. Der vorgebbare Zeitraum ist zweckmäßigerweise deutlich länger als der übliche Abstand zwischen zwei Kommunikationsereignissen. Erfindungsgemäß können somit insbesondere Beschädigungen vermieden werden, wenn in gefährlichen Situationen die Steuereinheit ausfällt oder allgemein die Kommunikation gestört ist.
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In diesem Zusammenhang kann die vorbestimmte Aktion insbesondere das Einnehmen einer sicheren Position sein. Beispielsweise sollten Solarmodule bei Auftreten von starken Winden (bspw. bei Überschreiten einer vorgebbaren Windgeschwindigkeit) in eine windsichere Stellung fahren, um nicht beschädigt zu werden. Entsprechendes gilt für Windkraft- oder Meeresströmungsenergieanlagen. Auch ist es bei sogenannten Solarturmanlagen, bei denen die Sonne mittels einer Anzahl von verteilten Spiegelelementen auf einen zentralen Punkt gelenkt wird, zweckmäßig, dass einige oder alle Spiegelelemente bei Gefahr (z. B. Wetter oder Überhitzung) in eine sichere Position gefahren werden, so dass die Elemente geschützt werden oder keine Sonnenstrahlung mehr auf den Solarturm reflektiert wird. Bei Solarthermieanlagen, bspw. Parabolrinnenanlagen, gilt dies ebenso, bspw. wenn Sandstürme, starker Niederschlag (Hagel) usw. erwartet werden sowie zum Eigenschutz im Falle von Übertemperatur.
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Bspw. bei der Stromerzeugungsanlage gemäß der
US 2009/0188488 A1 besteht bei Ausfall der Zentraleinheit bzw. der Kommunikation zwischen der Zentraleinheit und den Stromerzeugungseinheiten keine Möglichkeit, die Stromerzeugungsanlage vor Schäden zu schützen. Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden jedoch bei Ausfall der Kommunikation vorbestimmte bzw. vorbestimmbare Aktionen ausgeführt, sodass die Sicherheit der Anlage gewährleistet ist.
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Durch den Einsatz einer Funkkommunikation kann insbesondere der ansonsten notwendige Überspannungsschutz (Blitzschutz) an jeder Energieerzeugungseinheit im Allgemeinen reduziert werden, da durch Blitze entstehende Überspannungen nicht über Steuerleitungen transportiert werden können.
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In vorteilhafter Ausgestaltung wird eine Verschlüsselung und/oder Signierung der Kommunikationsverbindung durchgeführt, um die Kommunikation zwischen der Steuereinheit und den verteilten Energieerzeugungseinheiten zu sichern. Auf diese Weise können zum einen Störungen vermieden werden, die beispielsweise durch benachbarte, ebenfalls drahtlos kommunizierende Stromerzeugungsanlagen hervorgerufen werden können. Zum anderen kann die Anlage auf diese Weise vor beabsichtigten Störungen, beispielsweise vor Sabotage, geschützt werden. Mittels der Signierung kann insbesondere die Gültigkeit der Steuerdaten leicht überprüft werden. Verschlüsselungs- und/oder Signaturverfahren sind im Stand der Technik als solche bekannt, so dass deren Funktionalität an dieser Stelle nicht weiter erläutert zu werden braucht.
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Zur Erhöhung der Kommunikationsreichweite können eine oder mehrere der verteilten Energieerzeugungseinheiten als Kommunikationsrepeater betrieben werden. Alternativ oder zusätzlich können separate Repeatereinheiten vorgesehen sein. Eine prinzipielle Repeater-Funktionalität ist bspw. in der eingangs genannten
US 2009/0188488 A1 beschrieben. Die eingesetzte Repeater-Funktionalität umfasst vorzugsweise auch ein automatisches Routing, d. h. die automatische Auswahl der als Repeatereinheit fungierenden Energieerzeugungseinheiten. Bei Ausfall einer Energieerzeugungseinheit kann so problemlos eine andere Energieerzeugungseinheit als Repeatereinheit bestimmt werden.
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Die Erfindung ist bei allen Arten von Energieerzeugungsanlagen anwendbar, bei denen wenigstens eine Steuereinheit drahtlos mit wenigstens einer entfernten Energieerzeugungseinheit kommuniziert. Es kann sich dabei beispielsweise um Solaranlagen, Solarthermieanlagen, Fotovoltaikanlagen, Fotothermieanlagen, Windkraftanlagen, Strömungsenergieanlagen, Meerwasserentsalzungsanlagen (wobei üblicherweise Wärme und/oder Strom zur Entsalzung verwendet werden) usw. handeln.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stromerzeugungsanlage.
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2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeerzeugungsanlage.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer als Stromerzeugungsanlage 100 ausgebildeten erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlageschematisch dargestellt. Die Stromerzeugungsanlage 100 ist hier als Solaranlage bzw. Fotovoltaikanlage ausgebildet und weist eine Steuereinheit 110 sowie eine Anzahl von verteilten Stromerzeugungseinheiten 150 als Energieerzeugungseinheiten auf. Jede der Stromerzeugungseinheiten 150 weist ein ausrichtbares Solarsegel 151 sowie eine Ausrichteinheit 152 auf. Um einen ausreichenden Wirkungsgrad der Solaranlage 100 zu erreichen, werden die einzelnen Solarsegel 151 an der Sonne 10 ausgerichtet.
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In 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer als Wärmeerzeugungsanlage 200 ausgebildeten erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage schematisch dargestellt. Die Wärmeerzeugungsanlage 200 ist hier als Solarthermieanlage ausgebildet und weist eine Steuereinheit 110 sowie eine Anzahl von verteilten Wärmeerzeugungseinheiten 250 als Energieerzeugungseinheiten auf. Jede der Wärmeerzeugungseinheiten 250 weist eine ausrichtbare Parabolrinne 251 sowie eine Ausrichteinheit 252 auf. Innerhalb der Parabolrinnen 251 verläuft ein mit einem Liquid gefüllter Absorber 253. Um einen ausreichenden Wirkungsgrad der Solarthermie 200 zu erreichen, werden die einzelnen Parabolrinnen 251 an der Sonne 10 ausgerichtet, um die Sonnenstrahlung auf den Absorber 235 zu konzentrieren.
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Für die Ausrichtung der Stromerzeugungseinheiten 150 bzw. Wärmeerzeugungseinheiten 250 findet eine mit 160 angedeutete drahtlose Kommunikation zwischen der Steuereinheit 110 und den einzelnen Energieerzeugungseinheiten 150 bzw. 250 statt. Auf diese Weise können insbesondere für den Betrieb der Anlage notwendige oder hilfreiche Daten, wie z. B. geographische Angaben (z. B. Längen- und/oder Breitengrad), Zeitangaben (z. B. Zeit und Datum), Wetterangaben (z. B. Windgeschwindigkeit, Temperatur, Luftfeuchtigkeit), Steueranweisungen (z. B. Anfahren einer sicheren Stellung) übertragen werden und/oder eine Abfrage z. B. des aktuellen Status der verteilten Energieerzeugungseinheiten stattfinden. Um die Kommunikationsreichweite zu erhöhen, können eine oder mehrere der verteilten Energieerzeugungseinheiten, im vorliegenden Beispiel die mit 150' bezeichnete Stromerzeugungseinheit und die mit 250' bezeichnete Wärmeerzeugungseinheit, als Repeater betrieben werden, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Vorzugsweise findet ein automatisches Routing der Verbindung statt.
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Um einen sicheren Betrieb auch bei Ausfall der Steuereinheit 110 und/oder einer Repeatereinheit und/oder bei Störung der Kommunikationsverbindung 160 zu gewährleisten, sind die bevorzugten Energieerzeugungseinheiten 150, 150', 250, 250' dazu eingerichtet, eine vorbestimmbare Aktion auszuführen, bspw. eine sichere Stellung einzunehmen bzw. diese anzufahren, wenn die Kommunikation gestört ist, d. h. eine vorgebbare Zeitspanne lang keine gültigen Steuerdaten empfangen werden. Bei einer Solaranlage 100 gemäß 1 oder einer Solarthermieanlage 200 gemäß 2 sind die einzelnen Energieerzeugungseinheiten 150, 150', 250, 250' zweckmäßigerweise dazu eingerichtet, eine wind- oder niederschlagssichere Position einzunehmen. Dazu werden die einzelnen Solarsegel 151 bzw. Parabolrinnen 251 von der jeweiligen Ausrichteinheit 152 bzw. 252 entsprechend ausgerichtet.
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Grundsätzlich kann der Anwender die auszuführende Aktion jedoch frei vorgeben. Beispielsweise kann die jeweilige Aktion auch aus einer Anzahl von nacheinander durchzuführenden Schritten bestehen. Auch können in Ausgestaltung unterschiedliche Aktionen für unterschiedliche Energieerzeugungseinheiten vorgesehen sein (z. B. Aktion lediglich für die dem Wind zugewandten Module ausführen).
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Um die Kommunikation der Anlage zusätzlich zu schützen, beispielsweise vor Störungen und/oder Sabotage, ist im vorliegenden Beispiel die Kommunikationsverbindung 160 verschlüsselt und signiert, wozu beispielsweise ein im Stand der Technik bekanntes Verfahren, wie z. B. AES, eingesetzt werden kann.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann insgesamt die Betriebssicherheit einer drahtlos kommunizierenden Energieerzeugungsanlage wesentlich erhöht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0188488 A1 [0003, 0007, 0010]
