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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zuführung von elektrischer Leistung einer Energiequelle mit zeitlich schwankender Leistung, insbesondere einer Photovoltaikanlage, zu mindestens einem Verbraucher, umfassend: eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen eines Ist-Leistungs-Werts der von der Energiequelle gelieferten Leistung mit einem Soll-Leistungs-Wert des Verbrauchers, sowie eine Steuereinrichtung zum Schalten eines Umschalters, insbesondere eines Relais, von einem ersten in einen zweiten Schaltzustand, wenn der Ist-Leistungs-Wert den Soll-Leistungs-Wert überschreitet. Der Umschalter trennt in dem ersten Schaltzustand eine Verbindung zwischen der Energiequelle und dem Verbraucher und ermöglicht in dem zweiten Schaltzustand eine Verbindung zwischen der Energiequelle und dem Verbraucher.
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Üblicher Weise wird die von einer regenerativen Energiequelle, beispielsweise von einer Photovoltaikanlage, gelieferte Energie bzw. Leistung direkt in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Das am 1. Januar 2009 in Kraft getretene Erneuerbare-Energien-Gesetz sieht beim Betreiben einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) eine Vergütung für den Eigenverbrauch des durch die PV-Anlage erzeugten Stroms vor, die höher ausfällt als die Vergütung für die Einspeisung des von der PV-Anlage erzeugten Stroms in das öffentliche Stromnetz.
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Von der Firma Kaco new energy GmbH werden unter dem Namen „Powador®” Wechselrichter für Photovoltaikanlagen vertrieben. In einer auf der Homepage dieser Firma unter „http://kaconewenergy.de” abrufbaren Bedienungsanleitung Powador 2500xi–5000xi wird ein Wechselrichter mit einem Relais beschrieben, welches in einem ersten Schaltzustand (Ruhezustand) den Strom der PV-Anlage ins öffentliche Stromnetz einspeist und in einem zweiten Schaltzustand den Strom der PV-Anlage einem elektrischen Verbraucher im Hausnetz, beispielsweise einer Waschmaschine, einem Trockner, etc. zur Verfügung stellt.
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Um zu gewährleisten, dass die von der PV-Anlage bereitgestellte Leistung zum Betrieb des angeschlossenen Verbrauchers ausreicht, wird das Relais erst dann vom ersten in den zweiten Schaltzustand geschaltet, wenn während eines Zeitraums von 30 Minuten die vom Wechselrichter gelieferte Wechselspannung (Ist-Leistungs-Wert) über einer Einschaltschwelle (Soll-Leistungs-Wert) liegt. Das Relais verbleibt nach dem Umschalten für eine einstellbare Zeitdauer (zwischen einer Stunde und zehn Stunden) in dem zweiten Schaltzustand und wird erst nach dem Ablauf dieser Zeitdauer automatisch in den ersten Schaltzustand zurückgeschaltet, so dass der PV-Strom wieder dem öffentlichen Stromnetz zugeführt wird. Erst nach weiteren 30 Minuten kann ein erneutes Schalten in den zweiten Schaltzustand erfolgen.
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Währen des starren Zeitintervalls, in dem das Relais sich im zweiten Schaltzustand befindet, kann die von der Photovoltaikanlage gelieferte Leistung unter den eingestellten Soll-Leistungs-Wert abfallen, was dazu führt, dass die von der PV-Anlage bereitgestellte Leistung für den angeschlossenen Verbraucher nicht mehr ausreicht, was zu Störungen des Betriebs des Verbrauchers führen kann.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Betrieb von Verbrauchern mit der Leistung einer Energiequelle mit zeitlich schwankender Leistung, beispielsweise einer PV-Anlage, zu verbessern.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vergleichseinrichtung zum kontinuierlichen Vergleichen des Ist-Leistungs-Werts mit dem Soll-Leistungs-Wert ausgebildet ist, und dass die Steuereinrichtung zur Schaltung des Umschalters vom zweiten in den ersten Schaltzustand ausgebildet ist, wenn der Ist-Leistungs-Wert den Soll-Leistungs-Wert unterschreitet.
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Der kontinuierliche Vergleich des Ist-Leistungs-Werts mit dem Soll-Leistungs-Werts dient dazu, dass die Einrichtung zu jeder Zeit beurteilen kann, ob die von der Energiequelle bereitgestellte Leistung für den Betrieb eines jeweiligen Verbrauchers ausreichend ist. Im Gegensatz zum oben beschriebenen Wechselrichter wird der Umschalter bzw. das Relais hierbei vom zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand umgeschaltet, wenn der Ist-Leistungs-Wert unter den Soll-Leistungs-Wert fällt, d. h. die Umschaltung erfolgt bei der hier beschriebenen Einrichtung leistungsgesteuert.
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Es versteht sich, dass sowohl das Umschalten vom ersten in den zweiten Schaltzustand als auch das Umschalten vom zweiten in den ersten Schaltzustand nicht zwingend erfolgen muss, sobald der Ist-Leistungs-Wert den Soll-Leistungs-Wert überschreitet bzw. unterschreitet, sondern dass das Umschalten gegebenenfalls erst erfolgt, wenn der Ist-Leistungs-Wert während einer einstellbaren Zeitdauer über bzw. unter dem Soll-Leistungs-Wert liegt. Auf diese Weise wird verhindert, dass Leistungsschwankungen der Energiequelle um den Soll-Leistungs-Wert herum zu einem häufigen Umschalten des Relais zwischen den beiden Schaltzuständen führen. Die einstellbare Zeitdauer liegt typischer Weise in einem Intervall von wenigen Sekunden bis Minuten.
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Die Einrichtung (PV-Power-Manager) kann als Schaltgerät im Stand-Alone-Betrieb mit einem eigenen Gehäuse betrieben werden, es ist aber gegebenenfalls auch möglich, die Einrichtung in einen Wechselrichter zu integrieren. Werden mehrere Wechselrichter verwendet, ist es jedoch günstiger, die Einrichtung als zentrale Schalteinrichtung zu verwenden, welche die Verteilung der von der Energiequelle gelieferten Leistung zu allen in einem Hausnetz vorhandenen Verbrauchern steuert bzw. regelt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zur Schaltung mehrerer Umschalter ausgebildet ist, die unterschiedlichen Verbrauchern zugeordnet sind, und dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Umschalter in einer vorgegebenen Reihenfolge vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu überführen.
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Um den Betrieb von mehreren Umschaltern und den diesen zugeordneten Verbrauchern bedarfsgerecht zu koordinieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Schalt-Reihenfolge vorzugeben, in der die Umschalter vom ersten in den zweiten Schaltzustand überführt werden. Der Anwender kann für die Verbraucher eine Priorität festlegen und diese in derjenigen Reihenfolge mit den Umschaltern verbinden, die der gewünschten Priorität entspricht.
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Durch die festgelegte Schaltreihenfolge wird eine Prioritätssteuerung implementiert, welche eine Verteilung der verfügbaren Leistung der Energiequelle auf mehrere Verbraucher in einer gewünschten Reihenfolge ermöglicht, der entsprechend der jeweiligen Anwendung festgelegt werden kann.
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In der Regel ist einem Umschalter hierbei ein Verbraucher zugeordnet. Es ist aber auch möglich, an einem Umschalter mehrere Verbraucher zu betreiben bzw. an dem Umschalter weitere Einrichtungen vorzusehen, beispielsweise eine Außensteuerung, mit der z. B. ein Leistungsschutz für die Steuerung geschaltet werden kann. An der Einrichtung wird pro Umschalter ein Soll-Leistungs-Wert eingestellt, welcher der Leistung entspricht, die der bzw. die dem Umschalter zugeordneten Verbraucher für den Betrieb benötigen. Im letztgenannten Fall entspricht der Soll-Leistungs-Wert der Summe der Leistungen, welchen die einem Umschalter zugeordneten Verbraucher benötigen.
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Eine Weiterbildung der obigen Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mindestens einen Steuereingang zur Zuführung eines den Leistungs-Bedarf eines jeweiligen Verbrauchers anzeigenden Steuersignals aufweist, und dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem Steuersignal die vorgegebene Reihenfolge zu verändern. Hat ein Verbraucher seinen Betriebszyklus beendet (beispielsweise wenn eine Waschmaschine ihr Waschprogramm abgearbeitet hat) und benötigt somit keine Leistung mehr, kann der Einrichtung dies über ein an dem Steuereingang bereitgestelltes Steuersignal mitgeteilt werden, welches den momentanen Leistungsbedarf des Verbrauchers anzeigt.
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Falls das Steuersignal anzeigt, dass ein bestimmter Verbraucher momentan keine Leistung benötigt, führt einerseits dazu, dass die Steuereinrichtung den Verbraucher durch das Schalten des jeweiligen Umschalters in den ersten Schaltzustand von der Energiequelle trennt. Andererseits kann die nicht mehr benötigte Leistung anderen Verbrauchern zugeführt werden, deren Umschaltern eine niedrigere Priorität zugeordnet ist, d. h. es erfolgt eine dynamische Priorisierung bzw. ein bedarfsabhängiger Wechsel der Prioritäten. Es versteht sich, dass eine Versorgung der anderen Verbraucher mit der Leistung der Energiequelle nur erfolgt, wenn der Soll-Leistungs-Wert bzw. die Summe der Soll-Leistungs-Werte beim Zuschalten dieser Verbraucher noch unter dem Ist-Leistungs-Wert der Energiequelle liegt.
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Der dynamische Prioritätenwechsel kann neben der Versorgung von Verbrauchern in einem Hausnetz auch in Anwendungen für Ladestationen von Elektroautos, zur Energie-Speicherung, beispielsweise im Zusammenhang mit gespeicherter Energie autarker Versorgungssysteme oder zur Heizungsunterstützung eingesetzt werden.
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Bei einer Ausführungsform ist die elektrische Leistung der Energiequelle auf mehrere Phasen verteilt und die Vergleichseinrichtung ist zum Vergleichen eines phasenbezogenen Ist-Leistungs-Werts mit einem phasenbezogenen Soll-Leistungs-Wert mindestens eines der jeweiligen Phase zugeordneten Verbrauchers ausgebildet.
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Wird von einem Wechselrichter die Leistung an mehr als einer Phase bereitgestellt oder wird die Leistung der Energiequelle von mehreren Wechselrichtern an jeweils einer Phase bereitgestellt, erfolgt der Vergleich zwischen Ist-Leistungs-Wert und Soll-Leistungs-Wert phasenindividuell, d. h. bezogen auf die jeweilige Phase. Auch die oben dargestellte Priorisierung, d. h. die Festlegung der Reihenfolge, in welcher die Umschalter bzw. die mit diesen verbundenen Verbraucher zugeschaltet werden, erfolgt phasenbezogen bzw. phasenindividuell.
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Bei einer Ausführungsform weist die Einrichtung mindestens einen Daten-Eingang zur Zuführung eines phasenbezogenen Daten-Protokoll-Signals eines Wechselrichters auf und ist zur Bestimmung eines phasenbezogenen Ist-Leistungs-Werts anhand des Daten-Protokoll-Signals ausgebildet. Handelsübliche Wechselrichter erzeugen herstellerspezifische Datenprotokolle, aus denen die von diesen bereitgestellte Leistung, d. h. der Ist-Leistungs-Wert, gefiltert bzw. extrahiert werden kann.
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In der Regel weist die Einrichtung drei Daten-Eingänge für ein jeweiliges phasenbezogenes Daten-Protokoll-Signal auf. Die Übertragung von dem bzw. von den Wechselrichtern zur erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt galvanisch getrennt und kann kabelgebunden oder durch eine Funkübertragung erfolgen.
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Bei einer Weiterbildung der obigen Ausführungsform ist die Steuereinrichtung zur Schaltung des Umschalters vom zweiten in den ersten Schaltzustand (Ruhezustand) ausgebildet, wenn das Daten-Protokoll-Signal über ein definiertes Zeitintervall ausbleibt. Diese Time-Out-Steuerung ist vorgesehen, um die angeschlossenen Verbraucher im Betrieb zu schützen und Fehlfunktionen zu vermeiden. Das Zeitintervall ist hierbei so gewählt, dass bei kurzzeitigem Ausbleiben des Daten-Protokoll-Signals noch kein Zurückschalten in den ersten Schaltzustand stattfindet.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Einrichtung einen Messwandler zur Umwandlung eines einer jeweiligen Phase zugeordneten, von einem Stromzähler gelieferten Signals in einen phasenbezogenen Ist-Leistungs-Wert aufweist.
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Die oben beschriebene Verarbeitung von Daten-Protokoll-Signalen, die von einem Wechselrichter geliefert werden, ist insofern nicht optimal, als die Datenprotokolle herstellerspezifisch sind, so dass für jeden Typ von Wechselrichter eine jeweils individuell angepasste Verarbeitungsroutine vorgesehen werden muss, was die Komplexität der Programmierung der Einrichtung deutlich erhöht. Zudem sind die von den Wechselrichtern gelieferten Datenprotokolle mit erheblichen Ungenauigkeiten bei der Leistungsmessung behaftet.
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Um diese Probleme zu vermeiden und die Messgenauigkeit zu erhöhen wird eine eigenständige, vom Wechselrichter unabhängige Erfassung des Ist-Leistungs-Werts vorgeschlagen. Hierbei wird in einer jeweiligen vom Wechselrichter bereitgestellten Phase ein Einphasen-Wechselstromzähler angeordnet, der einen Ausgang aufweist, an dem ein Signal bereitgestellt wird, welches von der vom Stromzähler gemessenen Energie abhängig ist.
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Der Messwandler wandelt dieses vom Stromzähler gelieferte, die gemessene Energie anzeigende Signal in einen Ist-Leistungs-Wert, wobei die Umwandlung im Wesentlichen dadurch bewerkstelligt wird, dass das vom Energiezähler gelieferte Signal nach der Zeit differenziert wird, um aus der gemessenen Energie einen Leistungswert zu erzeugen. Wird ein (PTB-)geeichter Stromzähler verwendet, weist das von diesem gelieferte Ausgangssignal eine Messgenauigkeit von +/–1,5% je Phase auf und ist damit typischer Weise deutlich präziser als der aus dem Datenprotokoll-Signal des Wechselrichters extrahierte Ist-Leistungs-Wert.
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Bei der Verwendung mehrerer Wechselrichter, die jeweils eine Phase bereitstellen, kann der Messumwandler am Ausgangspunkt der Wechselrichter-Knotenpunkte angeordnet werden und ist potentialgetrennt. Fällt einer der Wechselrichter aus, fällt der entsprechende Ist-Leistungs-Wert auf Null ab und wird bei der Bereitstellung der Leistung nicht berücksichtigt. Bei der Verwendung des Messwandlers entfallen zudem Kabelverbindungen zwischen dem bzw. den Wechselrichtern und der erfindungsgemäßen Einrichtung, so dass die Flexibilität bei deren Einsatz erhöht wird.
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Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Permanent-Speicher zur Speicherung mindestens eines Soll-Leistungs-Werts mindestens eines Verbrauchers aufweist. Der Permanent-Speicher, der z. B. als Flash-Speicher ausgebildet sein kann, ermöglicht eine dauerhafte Speicherung der eingegebenen Soll-Leistungs-Werte, auch wenn die Energieversorgung der Einrichtung unterbrochen wird, die typischer Weise durch das öffentliche Stromnetz erfolgt. Dank des Flash-Speichers müssen die gespeicherten Daten nach einem Spannungsausfall nicht erneut eingegeben werden. Dies erhöht die Bedienungsfreundlichkeit der Einrichtung und es kann auf das Vorsehen einer Stützbatterie verzichtet werden.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Steuereinrichtung eine Daten-Schnittstelle zum Austauschen von Daten mit einer externen Datenverarbeitungseinheit aufweist. Die Daten-Schnittstelle kann beispielsweise dazu verwendet werden, Informationen über die Lastverteilung, die Energie-Bereitstellung an unterschiedliche Verbraucher, etc. an eine externe Datenverarbeitungseinrichtung, z. B. einen PC, zu übertragen. Die Datenübertragung kann drahtlos oder ggf. über Funk erfolgen.
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Auch kann über die Daten-Schnittstelle ein externer Speicher, z. B. ein USB-Stick oder ein anderes externes Speichermedium mit der Einrichtung verbunden werden, um die dort gespeicherten Daten auszulesen und in die Einrichtung zu übertragen. Auf diese Weise kann z. B. eine Update-Funktion für die Einrichtung realisiert werden, indem Software-Updates auf dem externen Speichermedium bereitgestellt werden und nach dem Erkennen des externen Speichermediums vollautomatisch ein Programm-Update durchgeführt wird. Auch können von der Einrichtung bereitgestellte Daten kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit auf dem externen Speichermedium gespeichert werden, um eine Protokoll-Funktion zu realisieren. Nach der Entnahme des Memory-Sticks aus der Einrichtung kann ein Datenaustausch z. B. mit einem PC durchgeführt werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Eingabevorrichtung zur (manuellen) Eingabe mindestens eines Soll-Leistungs-Werts für mindestens einen Verbraucher aufweist. Auf diese Weise kann der Anwender individuell die Soll-Leistungs-Werte der jeweiligen Verbraucher eingeben. Die Eingabevorrichtung kann als Ziffernblock oder beispielsweise in Form einer Tasteranordnung ausgebildet sein. Es versteht sich, dass die Einrichtung typischer Weise eine Anzeigeeinrichtung (Display) für die Anzeige und Überprüfung der eingegebenen Werte aufweist.
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In den Rahmen der Erfindung fällt auch eine Anordnung zur Energieversorgung von Verbrauchern mit der elektrischen Leistung einer Energiequelle mit zeitlich schwankender Leistung, insbesondere einer Photovoltaik-Anlage, umfassend: mindestens eine Vorrichtung, insbesondere einen Wechselrichter, zur strombegrenzten Bereitstellung der Leistung der Energiequelle, sowie eine Einrichtung, die wie oben beschrieben ausgebildet ist, zur Verteilung der bereitgestellten Leistung auf die Verbraucher.
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Die Anordnung kann zur Verteilung der Leistung von Energiequellen verwendet werden, welche eine z. B. von der Witterung abhängige, variable Leistung bereitstellen, wie dies bei einer Photovoltaik-Anlage der Fall ist. Andere Beispiele sind Kraft-Wärme-Kopplung, Wasserkraft, etc. Die Anlage dient zur Verteilung der Energie auf die z. B. in einem Hausnetz angeordneten Verbraucher derart, dass möglichst kein Fremdbezug von Energie aus dem öffentlichen Stromnetz notwendig wird. Typischer Weise wird die von der PV-Anlage bereitgestellte Gleichspannung durch einen Wechselrichter in Wechselspannung umgewandelt und an mindestens einer Phase bereitgestellt. Es versteht sich aber, dass auch andere strombegrenzende Vorrichtungen zur Bereitstellung der Leistung der Energiequelle verwendet werden können.
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Bevorzugt umfasst die Anordnung mindestens einen einer jeweiligen Phase zugeordneten Stromzähler zur Messung der an der jeweiligen Phase von der Energiequelle bereitgestellten Energie. Der Stromzähler stellt ein Signal für einen Messwandler bereit, der aus der gemessenen Energie bzw. dem gemessenen Strom einen Ist-Leistungs-Wert berechnet.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und verwendeten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
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Zeichnungen und detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Schaltplan einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Zuführung von elektrischer Leistung einer PV-Anlage an mehrere Verbraucher,
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2 eine Tabelle mit den Schaltzuständen von drei Relais in Abhängigkeit von einem jeweiligen Ist-Leistungs-Wert,
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3 einen Schaltplan einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem Messumwandler zur Umwandlung von Signalen, die von Stromzählern geliefert werden, in Ist-Leistungs-Werte.
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1 zeigt eine Anordnung 1, welche eine Energiequelle in Form einer Photovoltaikanlage 2 (PV-Anlage) aufweist, die mehrere (nicht gezeigte) Photovoltaikelemente umfasst. Der von der PV-Anlage 2 gelieferte Gleichstrom wird einem Wechselrichter 3 zugeführt, welcher den Gleichstrom der PV-Anlage 2 in Wechselstrom wandelt, der an drei unterschiedlichen Phasen 4, 5, 6 zur Verfügung gestellt wird. In 1 wird beispielhaft die Verteilung der von dem Wechselrichter 3 bereitgestellten Leistung nur für die erste Phase 4 dargestellt. Die von dem Wechselrichter 3 bereitgestellte Leistung kann im vorliegenden Beispiel über drei Relais 8, 9, 10 einem von drei Verbrauchern 12, 13, 14 zur Verfügung gestellt werden.
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Die erste Phase 4 des Wechselrichters 3 ist mit den drei Relais 8, 9, 10 verbunden, die in 1 in einem ersten Schaltzustand dargestellt sind, bei dem die drei Verbraucher 12, 13, 14 nicht mit der ersten Phase 4 des Wechselrichters 3 verbunden sind. Bei diesem in 1 gezeigten Fall wird die gesamte Leistung der PV-Anlage in das (nicht dargestellte) öffentliche Stromnetz eingespeist.
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Am ersten Relais 8 ist (gestrichelt) ein zweiter Schaltzustand angedeutet, bei dem der erste Verbraucher 12 über einen Kontakt eines Klemmenblocks 11 mit der ersten Phase 4 verbunden ist. Die Verbindung der weiteren Verbraucher 13, 14 über die Relais 9, 10 erfolgt entsprechend.
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Die Anordnung 1 umfasst eine Einrichtung 17 (PV-Power-Manager) zur Verteilung der durch die PV-Anlage 2 bzw. vom Wechselrichter 3 zur Verfügung gestellten Leistung auf die Verbraucher 12, 13, 14. Zu diesem Zweck weist die Einrichtung 17 eine Steuereinrichtung 18 zum Schalten der Relais 8, 9, 10 zwischen den beiden Schaltzuständen auf. Für den Schaltvorgang sind Steuerstromkreise 19, 20, 21 vorgesehen, die unabhängig voneinander über eine Relais-Schnittstelle 15 angesteuert und durch die Steuereinrichtung 18 geschlossen oder geöffnet werden können.
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Um festzulegen, welchen Schaltzustand die Steuereinrichtung 18 an den Relais 8, 9, 10 einstellen soll, ist in der Einrichtung 17 eine Vergleichseinrichtung 22 vorgesehen. Diese vergleicht kontinuierlich einen Ist-Leistungs-Wert der momentan von der PV-Anlage 2 gelieferten Leistung mit einem Soll-Leistungs-Wert für einen bzw. für mehrere Verbraucher.
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Der Ist-Leistungs-Wert wird bei der in 1 gezeigten Einrichtung 17 ermittelt, indem der Einrichtung 17 phasenbezogen von dem Wechselrichter 3 bereitgestellte Daten-Telegramm-Signale an einem jeweiligen Daten-Eingang 23, 24, 25 zur Verfügung gestellt werden. Die Einrichtung 17 ist ausgebildet, aus dem jeweiligen phasenbezogenen Daten-Telegramm-Signal den phasenbezogenen Ist-Leistungs-Wert zu extrahieren. Beispielhaft ist eine Verbindung eines Daten-Telegramm-Ausgangs 33 des Wechselrichters 3 mit dem der ersten Phase 4 zugeordneten Daten-Eingang 23 der Einrichtung 17 dargestellt.
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Der Soll-Leistungs-Wert für einen jeweiligen Verbraucher 12, 13, 14 wird bei der in 1 gezeigten Anordnung von einem Bediener manuell eingegeben, wozu dem Bediener ein Taster-Anordnung 26 mit beispielhaft vier Tastern zur Verfügung steht, die über eine Taster-Schnittstelle 26a abgefragt werden können. Seine Eingabe kann der Bediener über ein LCD-Display 27 überprüfen, welches über ein Display-Interface 27a angesteuert wird. Es versteht sich, dass an Stelle einer Taster-Anordnung 26 und eines Displays 27 z. B. auch ein Touchscreen verwendet werden kann.
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Werden mehrere Verbraucher 12, 13, 14 mit der Einrichtung 17 betrieben, ist die Eingabe jeweils eines Soll-Leistungs-Wert pro Verbraucher 12, 13, 14 erforderlich. Zur Speicherung der Soll-Leistungs-Werte ist ein Flash-Speicher 29 vorgesehen. Die Stromversorgung der Einrichtung 17 wird durch ein Netzteil 28 gewährleistet, welches über einen (nicht gezeigten) Klemmenblock mit einer Netzspannungsversorgung in Verbindung steht. Der Flash-Speicher 29 sorgt dafür, dass die eingegebenen Soll-Leistungs-Werte auch bei einer Spannungsunterbrechung am Netzteil 28 nicht verloren gehen.
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Zur Ansteuerung der Relais 8, 9, 10 vergleicht die Vergleichs-Einrichtung 22 kontinuierlich den Ist-Leistungs-Wert mit dem Soll-Leistungs-Wert zumindest eines Verbrauchers, beispielsweise des ersten Verbrauchers 12. Liegt der Ist-Leistungs-Wert während einer einstellbaren Zeitdauer konstant über dem Soll-Leistungs-Wert, wird das erste Relais 8 aktiviert, d. h. vom ersten in den zweiten Schaltzustand umgeschaltet, so dass der erste Verbraucher 12 mit der Leistung der ersten Phase 4 des Wechselrichters 3 beaufschlagt wird.
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Liegt der Ist-Leistungs-Wert während eines vorgegebenen, ebenfalls einstellbaren Zeitraums unterhalb des Soll-Leistungs-Werts, schaltet das Relais 8 vom zweiten in den ersten Schaltzustand und der erste Verbraucher 8 wird nicht mehr von der PV-Anlage 2 sondern durch das öffentliche Stromnetz mit Leistung versorgt. Ein Umschalten vom zweiten in den ersten Schaltzustand des Relais 8 findet auch statt, wenn das Daten-Protokoll-Signal des Wechselrichters 3 über einen vorgegebenen Zeitraum ausbleibt.
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Um die momentan verfügbare Leistung der PV-Anlage 2 in geeigneter Weise auf mehrere Verbraucher zu verteilen, weist die Einrichtung 17 eine Prioritäts-Steuerung 30 auf, welche ausgelegt ist, die Relais 8, 9, 10 in einer vorgegebenen Reihenfolge zu schalten.
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2 zeigt die unterschiedlichen Schaltzustände und die Schaltreihenfolge der drei Relais 8, 9, 10 aus 1 zu unterschiedlichen Zeitpunkten t1 bis t4. Dabei steht „0” für den ersten Schaltzustand der Relais 8, 9, 10, also einem vom Wechselrichter 3 bzw. von der ersten Phase 4 (1) getrennten Verbraucher, und „1” für den zweiten Schaltzustand, also einen mit der ersten Phase 4 verbundenen Verbraucher.
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Der Schwellwert 1 entspricht dem Soll-Leistungs-Wert des ersten Verbrauchers 12, d. h. der Leistung, die der dem ersten Relais 8 zugeordnete Verbraucher 12 für seinen Betrieb benötigt. Der Schwellwert 2 entspricht der Summe der Soll-Leistungs-Werte des ersten und zweiten Verbrauchers 12, 13 und der Schwellwert 3 stellt die Summe aus den Soll-Leistungs-Werten der drei Verbraucher 12, 13, 14 dar, die den drei Relais 8, 9, 10 von 1 zugeordnet sind.
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Die standardmäßig vorgegebene Schaltreihenfolge priorisiert das erste Relais 8 vor dem zweiten Relais 9 und das zweite vor dem dritten Relais 10. Die in 2 in der linken Spalte dargestellten Pfeile stellen unterschiedliche Ist-Leistungs-Werte zu den unterschiedlichen Zeitpunkten t1 bis t4 dar.
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Beim ersten Zeitpunkt t1 liegt der Ist-Leistungs-Wert unter dem ersten Schwellwert 1 und damit unter dem Soll-Leistungs-Wert des ersten Verbrauchers 12, z. B. einer Waschmaschine. Somit befinden sich alle Relais 8, 9, 10 im ersten Schaltzustand „0”. Zum zweiten Zeitpunkt t2 überschreitet der Ist-Leistungs-Wert den Schwellwert 1 und damit den Soll-Leistungswert des ersten Verbrauchers 12. Da das erste Relais 8 die höchste Priorität in der Schaltreihenfolge aufweist, wird es zuerst geschaltet und befindet sich als einziges Relais im Schaltzustand „1”.
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Zu einem dritten Zeitpunkt t3 liegt der Ist-Leistungs-Wert über dem zweiten Schwellwert 2 und damit über der Summe der Soll-Leistungs-Werte des ersten und zweiten Verbrauchers 12, 13 (1). Da das zweite Relais 9 in der Schaltreihenfolge nach dem ersten Relais 8 geschaltet wird, befinden sich zum dritten Zeitpunkt t3 das erste und zweiten Relais 8, 9 im Schaltzustand „1”, d. h. der zweite Verbraucher, z. B. ein Trockner, wird zugeschaltet.
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Zu einem vierten Zeitpunkt t4 überschreitet der Ist-Leistungs-Wert den dritten Schwellwert 3 und damit die Summe der Soll-Leistungs-Werte aller drei Verbraucher 12, 13, 14. Da das dritte Relais 10 in der Schaltreihenfolge nach den ersten beiden Relais 8, 9 geschaltet wird, befinden sich alle drei Relais 8, 9, 10 im Schaltzustand „1” und auch der dritte Verbraucher 14, z. B. eine Warmwasser-Aufbereitung, wird zugeschaltet.
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Es versteht sich, dass ein jeweiliger Verbraucher 12, 13, 14 die bereitgestellte Leistung nicht zu jedem Zeitpunkt nutzen kann, z. B. weil momentan kein Bedarf am Betrieb des Verbrauchers 12, 13, 14 besteht. Um dies zu erkennen und die verfügbare Leistung nicht unnötiger Weise Verbrauchern zur Verfügung zu stellen, die diese nicht benötigen, weist die Einrichtung 17 (vgl. 1) mehrere Steuereingänge auf, von denen in 1 beispielhaft ein Steuereingang 31 gezeigt ist. Den Steuereingängen wird ein von einem jeweiligen Verbraucher 12, 13, 14 geliefertes Steuersignal zugeführt, wie dies in 1 beispielhaft für den ersten Verbraucher 12 gezeigt ist. Das Steuersignal enthält Informationen über den aktuellen Leistungs-Bedarf des jeweiligen Verbrauchers 12, 13, 14.
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Wird beispielsweise vom ersten Verbraucher 12 signalisiert, dass dieser momentan keinen Leistungsbedarf hat, kann von der vorgegebenen Schaltreihenfolge der Relais 8, 9, 10 abgewichen werden, d. h. die Verbindung zum ersten Verbraucher 12 wird unterbrochen und die Leistung der PV-Anlage 2 wird dem zweiten bzw. dem dritten Verbraucher 13, 14 zugeführt, indem das zugehörige zweite bzw. dritte Relais 9, 10 in den zweiten Schaltzustand übergeführt wird. Es versteht sich, dass jeder der Verbraucher 12, 13, 14 mit einem jeweiligen Steuereingang der Einrichtung 17 verbunden werden kann, um die Verteilung der verfügbaren Leistung zu den jeweiligen Verbrauchern 12, 13, 14 zu optimieren.
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In 3 ist eine zweite Ausführungsform der Einrichtung 17 dargestellt, welche sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass das phasenbezogene Ist-Leistungs-Signal nicht von einem Daten-Protokoll-Signal des Wechselrichters 3 geliefert wird. Vielmehr sind bei der in 3 gezeigten Anordnung drei Stromzähler 32, 33, 34 in einer jeweiligen vom Wechselrichter ausgehenden Phase 4, 5, 6 angeordnet, um die der jeweiligen Phase 4, 5, 6 zugeführte Energie zu messen. Bei den Stromzählern 32, 33, 34 handelt es sich um herkömmliche, geeichte Stromzähler, welche eine hohe Messgenauigkeit aufweisen. Jeder Stromzähler 32, 33, 34 verfügt über einen Ausgang, welcher ein Ausgangssignal (Impuls-Signal) liefert, das die vom jeweiligen Stromzähler 32, 33, 34 aufgenommene Energie anzeigt.
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Die drei Ausgangssignale der Stromzähler 32, 33, 34 werden einem Messwandler 35 zugeführt, welcher aus diesen ein die momentan von der jeweiligen Phase 4, 5, 6 gelieferte Leistung anzeigendes Signal, d. h. den Ist-Leistungs-Wert, berechnet. Bei dieser Berechnung wird im Wesentlichen das die phasenbezogen gemessene Energie anzeigende Ausgangssignal der Stromzähler 32, 33, 34 nach der Zeit abgeleitet. Die jeweiligen von dem Messwandler 35 gelieferten phasenbezogenen Ist-Leistungs-Werte werden einem jeweiligen Eingang 23, 24, 25 der Einrichtung 17 zugeführt, wo diese der Vergleichseinrichtung 22 für den Vergleich mit einem jeweiligen Soll-Leistungs-Wert zur Verfügung stehen.
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An der in 3 gezeigten Einrichtung 17 ist eine Daten-Schnittstelle 36 vorgesehen, welche zum Austauschen von Daten mit einer externen Datenverarbeitungsanlage ausgebildet ist. Die Daten-Schnittstelle 36 kann eine Funkschnittstelle sein und/oder einen kabelgebundenen Datenaustausch ermöglichen. Über die Daten-Schnittstelle 36 können Informationen über die Lastverteilung, die Energie-Bereitstellung an die Verbraucher etc. an eine Datenverarbeitungseinheit, beispielsweise an einen PC, übertragen werden.
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Die Daten-Schnittstelle 36 kann insbesondere auch genutzt werden, um von einem externen Speichermedium, z. B. von einem USB-Stick, Daten auszulesen und diese in die Einrichtung 17 zu übertragen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein automatisches Update der in der Einrichtung 17 vorgesehenen Software durchgeführt werden.
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In den vorstehenden Beispielen wurde die Einrichtung 17 zur Verteilung der Leistung einer PV-Anlage 2 verwendet. Es versteht sich aber, dass die Einrichtung 17 auch in Kombination mit anderen Energiequellen eingesetzt werden kann, z. B. mit Kraft-Wärme-Kopplung, Wasserkraft, etc.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://kaconewenergy.de [0003]
