DE102012002601A1

DE102012002601A1 - Energieerzeugungsanlage mit kostengünstigem Energiespeichersystem

Info

Publication number: DE102012002601A1
Application number: DE201210002601
Authority: DE
Inventors: Jochen Hantschel; Rainer Merz
Original assignee: Refusol GmbH
Current assignee: AEI Power GmbH
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2013-08-14

Abstract

Es ist eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere für regenerative Energie, offenbart, die einen Generator (3), der eine variable Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen liefert, einen Wechselrichter (9), der an den Generator (3) angeschlossen ist, um eingangsseitige Gleichspannungsleistung in ausgangsseitige Wechselspannungsleistung umzuwandeln, und ein Energiespeichersystem (8) aufweist, das eine bedarfsweise Zwischenspeicherung von Energie und Wiedergewinnung der gespeicherten Energie, um den Wechselrichter (9) zu speisen, ermöglicht. Das Energiespeichersystem (8) ist in Reihe zu dem Generator (3) angeschlossen und weist eine elektrische Speichereinrichtung (18), die in der Lage ist, elektrische Energie zu speichern, und eine schaltbare Verbindungseinrichtung (17) auf, die eingerichtet ist, um die Speichereinrichtung (18) wahlweise mit einer ersten Polung, um diese zu laden, oder mit einer entgegengesetzten zweiten Polung, um sie zu entladen, in Reihe mit dem Generator (3) zu verbinden. Ferner ist ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Energieerzeugungsanlage offenbart.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieerzeugungsanlage mit einem Wechselrichter und einem Energiespeichersystem.
Energieerzeugungsanlagen, die elektrische Energie aus regenerativer Energie, bspw. von Solargeneratoren, Windkraftgeneratoren, Brennstoffzellen und dgl. erzeugen, um sie in ein Netz, bspw. ein öffentliches Versorgungsnetz, einzuspeisen oder angeschlossene Verbraucher zu versorgen, sind allgemein bekannt. Die von dem jeweiligen Generator gelieferte Energie kann dabei je nach Umgebungs- und Betriebsbedingungen, einschließlich der Tageszeit und den Wetterbedingungen, stark variieren. Z. B. hängt die von einem Photovoltaikgenerator gelieferte Leistung stark von der Sonneneinstrahlung, Temperatur etc. ab. An warmen, sonnigen Sommertagen zu Mittagszeit liefert der Generator die maximale Leistung, während unter bewölkten oder abgeschatteten Bedingungen oder am Abend bei tief stehender Sonne die Generatorleistung absinkt. In den Nachtstunden liefert ein Photovoltaikgenerator gar keine Leistung.
Die von einem Generator gelieferte Leistung kann größer sein als die Leistung, die von angeschlossenen Verbrauchern abgenommen oder in ein Netz eingespeist werden kann. Es besteht aber der Wunsch, die Energieerzeugungsanlage stets leistungsoptimiert derart zu betreiben, dass der Generator immer die nach den momentanen Verhältnisses größtmögliche Leistung abgibt. Dieser Betriebspunkt mit dem momentan größten Leistungsertrag wird als MPP-Punkt (Maximum-Power-Point) bezeichnet. Eine Reglereinrichtung, der so genannte MPP-Tracker, stellt den Betriebspunkt des Generators im Betrieb stets auf den MPP-Punkt ein.
Soll nun die Energieerzeugungsanlage leistungs- und ertragsoptimiert arbeiten, muss eine eventuell überschüssige Generatorenergie zwischenzeitlich gespeichert werden. Die gespeicherte Energie kann dann in Zeiten geringerer Energielieferung genutzt werden.
Außerdem sollen nach einer neuen VDE-Anwendungsregel z. B. Photovoltaikanlagen unter bestimmten Voraussetzungen künftig nicht mehr ihre gesamte Leistung in ein bspw. öffentliches Stromversorgungsnetz einspeisen dürfen. Vielmehr sollen sie bei Überschreitung eines vorgegebenen maximalen Leistungswertes, z. B. 70% ihrer nominellen Peakleistung, abschalten oder ihre Einspeiseleistung begrenzen. Auch hier könnte eine vorübergehende Speicherung der Energie in Spitzenzeiten der Einspeiseleistung Leistungsverluste bzw. -einbußen reduzieren.
Deshalb sollten Photovoltaik- oder Windkraftanlagen vermehrt mit elektrischen Energiespeichersystemen ausgerüstet werden. Hierzu sind bereits unterschiedliche Konfigurationen und Verfahren bekannt, die einen parallel zu einem Generator auf der Gleichspannungsseite oder auf der Wechselspannungsseite eines Wechselrichters angeschlossenen Energiespeicher nutzen, der bedarfsweise ge- oder entladen wird.
Bspw. ist aus der EP 1 965 483 A1 eine Zusatzeinrichtung zur Schaltung zwischen einem öffentlichen Energieversorgungsnetz und einer Eigenerzeugungsanlage, z. B. Photovoltaikanlage, bekannt, wobei an die Zusatzeinrichtung mehrere Verbraucher angeschlossen sind, die wahlweise von der Eigenerzeugungsanlage oder von dem Versorgungsnetz mit Energie versorgt werden. Ferner ist an die Zusatzeinrichtung über einen auf der Wechselspannungsseite der Anlage angeschlossenen Umrichter ein Speicher in Form einer Batterie angeschlossen. Die Batterie wird in Zeiten hoher Energielieferung geladen und in Zeiten geringerer Energielieferung durch die Eigenerzeugungsanlage genutzt, um Energie für die Verbraucher bereitzustellen.
Die an die Energieerzeugungsanlage angekoppelte Batterie als Energiespeicher ermöglicht es, bedarfsweise die Differenzenergie zwischen der durch die Erzeugungsanlage erzeugten und der verbrauchten Energie einfach auszutauschen. Durch die Ankopplung an die Wechselspannungsseite der Energieerzeugungsanlage entstehen jedoch bei überwiegender Energieerzeugung durch die Energieerzeugungsanlage relativ hohe Wandlungsverluste. Zum Laden der Batterien muss z. B. die vom Photovoltaikgenerator bereitgestellte Gleichspannungsleistung durch einen Wechselrichter in eine Wechselspannungsleistung mit zu dem Versorgungsnetz konformer Spannung, z. B. mit der Amplitude von 230 V und der Frequenz von 50 Hz, und einem hierzu passenden Wechselstrom umgewandelt werden. Anschließend wird diese Spannung durch den der Batterie zugeordneten Gleichrichter auf eine für die Batterie passende Gleichspannung von bspw. nur 12 oder 24 V, im Allgemeinen maximal 48 V, zurückgewandelt. Dies führt zu hohen Wandlungsverlusten.
Außerdem ergibt z. B. ein dreiphasiges System mit einer wechselspannungsseitigen Ankopplung von Speicherbatterien ein komplexes System, das viele Einzelkomponenten aufweist und relativ kostspielig ist. Für jede Phase muss wenigstens eine Batterieeinheit mit zugehörigem Umrichter vorgehalten werden.
Aus der DE 100 18 943 A1 ist eine Photovoltaikanlage bekannt, bei der alle für ein Photovoltaikinselsystem erforderlichen Energiequellen und Energiesenken über Wandler ausschließlich an einen Gleichspannungsbus mit frei wählbarem Spannungsniveau angekoppelt sind. Ein Photovoltaikgenerator ist über einen Anpasswandler an den Gleichspannungsbus angeschlossen, an den auch eine Batterie über einen bidirektionalen Laderegler und ein Inselwechselrichter mit einem Verbraucher angeschlossen sind. Eine Steuer- und Regeleinrichtung ist für das Energiemanagement über die Auswertung des Spannungsniveaus des Gleichspannungsbusses angeschlossen.
Diese Anordnung, bei der die Batterie auf der Gleichspannungsseite des Inselwechselrichters an dem Gleichspannungsbus parallel über einen Gleichspannungswandler als Laderegler angeschlossen ist, ist relativ aufwendig und komplex. Ferner wird zur Schaffung des Gleichspannungsbusses zusätzlich ein Hochsetzsteller als Anpasswandler benötigt, der die bereits durch den Laderegler verursachten Umwandlungsverluste weiter vergrößert.
Was den Laderegler anbetrifft, ist hier, wie bei anderen aus der Praxis bekannten Lösungen mit parallel angeschlossenen Batterien insbesondere von Nachteil, dass mit einer niedrigen Batteriespannung gearbeitet wird. Typischerweise beträgt diese maximal 48 V und somit nur einen Bruchteil der Generatorspannung. Dies führt zu Umwandlungsverlusten, die durch das hohe erforderliche Maß an Tiefsetzung beim Laden als auch an Hochsetzung beim Entladen der Batterien bedingt sind.
Die bisher vorgeschlagenen Energiespeichersysteme sind meist hinsichtlich ihres Aufbaus, ihrer Installation und auch im Betrieb relativ komplex und kostspielig. Sie können Probleme bei der Regelung anderer Komponenten der Anlage nach sich ziehen. Ferner können sie oft nicht ohne weiteres mit beliebigen Anlagenkomponenten, wie Generatoren oder Wechselrichtern unterschiedlicher Bauarten, kombiniert oder in bereits bestehenden Anlagen nachgerüstet werden.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, die vorstehend erwähnten Nachteile und Unzulänglichkeiten herkömmlicher Systeme zu überwinden und eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere zur Nutzung regenerativer Energie, zu schaffen, die es ermöglicht, von einem Generator, der in Abhängigkeit von den jeweiligen Umgebungs- und/oder Betriebsbedingungen eine variable Gleichspannungsleistung liefert, bereitgestellte überschüssige Energie mit möglichst geringem Aufwand und unter Vermeidung bzw. Reduktion von Umwandlungsverlusten wahlweise zu speichern und zu nutzen. Insbesondere sollte die Energieerzeugungsanlage es ermöglichen, vorgebbare Grenzen für die Einspeiseleistung einzuhalten und dabei Leistungsertragseinbußen zu minimieren. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Energieerzeugungsanlage zu schaffen. Vorteilhafterweise sollte die Erfindung flexibel einsetzbar, leicht in unterschiedliche Neuanlagen integrierbar oder in bestehende Anlagen nachrüstbar sein.
Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Energieerzeugungsanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit dem Verfahren nach Anspruch 13 gelöst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere für regenerative Energie, geschaffen, die einen Generator, einen Wechselrichter und ein Energiespeichersystem aufweist. Der Generator liefert an seinem Ausgang eine variable Gleichspannungsleistung, die von den momentanen Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen abhängig ist. Der Wechselrichter ist an den Generator angeschlossen und zur Umwandlung einer eingangsseitigen Gleichspannungsleistung in eine ausgangsseitige Wechselspannungsleistung eingerichtet. Die Wechselspannungsleistung kann dann zur Einspeisung in ein Netz, z. B. öffentliches Stromversorgungsnetz, oder für angeschlossene Verbraucher verwendet werden. Das Energiespeichersystem ist zur bedarfsweisen Speicherung von Energie und Wiedergewinnung der gespeicherten Energie, um den Wechselrichter zu speisen, eingerichtet. Erfindungsgemäß ist das Energiespeichersystem in Reihe zu dem Generator angeschlossen und weist eine elektrische Speichereinrichtung, die in der Lage ist, elektrische Energie zu speichern, und eine schaltbare Verbindungseinrichtung auf, die eingerichtet ist, um die Speichereinrichtung wahlweise mit einer Polung oder mit einer entgegengesetzten Polung in Reihe mit dem Generator zu verbinden.
Der Erfindung liegt das Grundkonzept zugrunde, das Energiespeichersystem auf der Gleichspannungsseite der Energieerzeugungsanlage und insbesondere in Reihe zu dem Generator und somit auch in einem gemeinsamen Stromkreis mit dem Wechselrichter in Reihe zu diesem anzuordnen, um bedarfsweise einen überschüssigen Teil der Gleichspannungs-Generatorenergie leicht speichern zu können, indem die Speichereinrichtung mit dem Strangstrom in dem gemeinsamen Stromkreis geladen wird, und sie später wieder nutzbar machen zu können, indem die Speichereinrichtung in dem gemeinsamen Stromkreis entladen wird. Die in dem Energieerzeugungssystem integrierte schaltbare Verbindungseinrichtung sorgt dabei für die zum Laden bzw. Entladen erforderliche Umpolung und direkte Verbindung der Speichereinrichtung je nach Bedarf. Diese Anordnung ermöglicht es, auf besonders einfache Weise Neuinstallationen unabhängig von der Bauart des eingesetzten Wechselrichters mit einem Energiespeichersystem auszustatten. Auch können so bereits vorhandene Energieerzeugungsanlagen leicht mit einem Energiespeichersystem nachgerüstet werden, ohne den vorhandenen Wechselrichter hardware- oder softwaremäßig umrüsten, erweitern oder ersetzen zu müssen.
Die erfindungsgemäße Energieerzeugungsanlage ist insbesondere zur Nutzung regenerativer Energie vorgesehen. Die Anlage kann sowohl zum Einspeisen von Wechselstrom in ein bspw. öffentliches Netz als auch für den Inselbetrieb bestimmt sein. In einer besonders bevorzugten Anwendung ist die Anlage eine Photovoltaikanlage, die einen Photovoltaikgenerator mit einem oder mehreren miteinander verbundenen Photovoltaikmodulen aufweist. Jedenfalls kann Strom aus fluktuierend einspeisenden erneuerbaren Energien, wie z. B. der Photovoltaik-, Brennstoffzellen- oder Windenergie, bei der Anordnung des Energiespeichersystems auf der Gleichspannungsseite und in Reihenschaltung zu dem Generator verhältnismäßig aufwandsarm und verlustarm in der Speichereinrichtung gespeichert und andererseits bei unzureichender Erzeugung aus erneuerbaren Energien ein Netz stützen oder Verbraucher versorgen. Ebenfalls könnte das Energiespeichersystem helfen, kurzzeitige Leistungs- und Frequenzschwankungen in einem Stromnetz, in das eingespeist wird, auszugleichen.
Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Energiespeichersystem frei von einem der Speichereinrichtung zugeordneten Gleichspannungswandler zur Spannungsniveauanpassung. Das Energiespeichersystem kommt ohne derartigen Laderegler aus. Die Speichereinrichtung, z. B. eine elektrische Batterieeinheit, wird über die Verbindungseinrichtung direkt, festverdrahtet mit den zugehörigen Anschlüssen des Wechselrichters und des Generators verbunden. Dadurch können Aufwand und Kosten für den Aufbau, die Installation und den Betrieb des Energiespeichersystems deutlich reduziert werden. Die Speichereinrichtung wird unmittelbar mit dem durch den Generator und den Wechselrichter vorgegebenen Strangstrom geladen und speist wiederum beim Entladen unmittelbar in den gemeinsamen Stromkreis ein, ohne dass ihre Spannung umgewandelt wird. Umwandlungsverluste werden vermieden.
Der Wechselrichter weist vorzugsweise eine ein- bis dreiphasige elektronische Wechselrichterschaltung mit hochfrequent taktbaren Schalterelementen, wie MOS-Feldeffekttransistoren, IGBTs oder dgl., auf, die mit einem vorgegebenen Muster, bspw. pulsweitenmoduliert, angesteuert werden können, um die Wechselrichtung zu verrichten. Hierzu geeignete Wechselrichterschaltungen, z. B. in Halb- oder Vollbrückenbauweise, sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Der Wechselrichter arbeitet vorzugsweise transformatorlos, um hohe Wirkungsgrade zu ermöglichen. Es sind aber prinzipiell beliebige Wechselrichterarten verwendbar.
Der Wechselrichter kann eine integrierte Steuer- und Regeleinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung seines Betriebs, einschließlich eines MPP-Trackers, aufweisen, der den Wechselrichter im Sinne einer möglichst maximalen Einspeiseleistung regelt. Der zusätzliche Betrieb des Energiespeichersystems beeinflusst die Regelung des Wechselrichters als solchen und der Anlage im Ganzen nicht, insbesondere weil erfindungsgemäß die Ladeleistung weder geregelt noch gestellt wird.
Die erfindungsgemäße Speichereinrichtung ist vorzugsweise durch eine wiederaufladbare Batterieeinheit gebildet, die auch als Akkumulatoren bezeichnet werden kann. Es können elektrochemische Zellen, wie bspw. Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Nickel-Cadmium-Akkumulatoren oder Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren, herkömmliche Bleiakkumulatoren und dgl. verwendet werden. Geeignete Akkumulatoren weisen eine hohe Energieaufnahmekapazität bei geringer Selbstentladung auf. Prinzipiell sind auch Speicherkondensatoren, wie bspw. sog. UltraCaps, verwendbar. Die Batterieeinheit kann aus einem oder mehreren Akkumulatoren bestehen, die vorzugsweise in Reihe miteinander verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich können sie auch parallel miteinander verbunden sein. Es können auch zusätzliche Akkumulatoren bei Bedarf in Reihe oder parallel zuschaltbar sein, um die gesamte Speicherkapazität bedarfsweise zu variieren.
Jedenfalls weist die gesamte Speichereinrichtung oder Batterieeinheit einen ersten Pol und einen entgegengesetzten zweiten Pol auf, und die Verbindungseinrichtung ist dazu eingerichtet, wahlweise entweder den ersten oder den zweiten Pol der Speichereinrichtung mit einem bestimmten Anschluss des Generators und den anderen von dem ersten oder zweiten Pol mit einem Anschluss des Wechselrichters direkt zu verbinden. So kann z. B. die Batterieeinheit mit ihrer bspw. durch das chemische Potential vorgegebenen Spannung ohne Wandlerverluste wahlweise bei gleichsinniger Polung zu dem Generator dessen Spannung ergänzen, um eine vergrößerte Eingangsgleichspannung für den Wechselrichter bereitzustellen, oder bei umgekehrter Polung direkt mit dem Strangstrom des Anlage geladen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die schaltbare Verbindungseinrichtung eine H-Brückenschaltung mit einem ersten Brückenanschluss, der mit einem Anschluss des Wechselrichters verbunden bzw. festverdrahtet ist, mit einem zweiten Brückenanschluss, der mit einem Anschluss des Generators verbunden bzw. festverdrahtet ist, und mit dazwischen befindlichen Brückenzweigen auf. Die Brückenzweige weisen ansteuerbare Schalterelemente zur Umschaltung von Strompfaden zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenanschluss auf.
In einer vorteilhaften Realisierung weist die Verbindungseinrichtung z. B. einen ersten Brückenzweig einer H- oder Vollbrücke auf, der zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenanschluss verläuft und eine Reihenschaltung aus einem ersten und einem zweiten ansteuerbaren Schalter aufweist. Ferner weist die Verbindungseinrichtung einen hierzu parallelen zweiten Brückenzweig der H- oder Vollbrücke auf, der zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenanschluss verläuft und eine Reihenschaltung aus einem dritten und einem vierten ansteuerbaren Schalter aufweist. Die Speichereinrichtung ist in einem Speicherzweig zwischen dem Verbindungspunkt des ersten mit dem zweiten Schalter und dem Verbindungspunkt des dritten mit dem vierten Schalter angeschlossen. Mit einer derartigen Schaltung des Energiespeichersystems sind alle relevanten Betriebsmodi, wie Laden oder Entladen, je nach den gegebenen Leistungen des Generators, des Wechselrichters und der Speichereinrichtung oder sonstigen Betriebsbedingungen realisierbar.
Die verwendeten Schalter sind vorzugsweise ansteuerbare elektromagnetische oder elektromechanische Schalter, wie Schütze, Relais oder auch Thyristoren oder Leistungsschalter, die jedenfalls hinreichend rückwärtssperrend sind, um im Öffnungszustand der Schalter einen Stromfluss und Kurzschluss sicher zu vermeiden.
Es sind vorzugsweise Mittel vorgesehen, die während einer Umschaltung der Verbindungseinrichtung kurzfristig den Strangstrom übernehmen. Z. B. kann das Energiespeichersystem eine zu der Verbindungseinrichtung parallele Leitung mit einer darin eingefügten Kapazität aufweisen, die, wenn alle Schalter der Verbindungseinrichtung vorübergehend geöffnet sind, einen kontinuierlichen Strangstrom kurzzeitig aufrechterhält, bis ein anderer Strompfad der Verbindungseinrichtung geschlossen wird. Dadurch kann der Wechselrichter ungestört weiterarbeiten. Natürlich können zu diesem Zweck auch andere Schaltungen, z. B. auch auf Induktivitätsbasis, mit Umleitpfaden und Schaltern, verwendet werden. Ein zu der Verbindungseinrichtung, z. B. der Vollbrücke parallel geschalteter Kondensator stellt jedoch eine äußerst einfache und wirksame Lösung dar.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Bypasseinrichtung mit einer Bypassleitung vorgesehen sein, die einen Anschluss des Wechselrichters mit einem Anschluss des Generators unter Umgehung des Energiespeichersystems verbindet und ein steuerbares Stromventil aufweist, das einen vorgebbaren Stromdurchfluss durch die Bypassschaltung ermöglicht. Der Stromdurchfluss durch die Bypassschaltung kann vorzugsweise je nach Bedarf zwischen Null und einem maximalen Stromfluss eingestellt werden, so dass der Strangstrom für einen kontrollierten Lade- oder Entladevorgang beliebig auf die Speichereinrichtung und die Bypassleitung aufgeteilt werden kann. Im Extremfall kann die Bypassleitung den gesamten Strangstrom übernehmen, so dass das Energiespeichersystem umgangen bzw. außer Wirkung gesetzt werden kann.
Ein derartiger Bypass kann aber auch mittels der in Vollbrückenweise ausgeführten Verbindungseinrichtung realisiert werden, indem z. B. beide Schalter in dem ersten Brückenzweig geschlossen werden, während die beiden Schalter in dem zweiten Brückenzweig offen sind, oder umgekehrt.
Zur Steuerung des Betriebs des Energiespeichersystems sind eine Sensoreinrichtung und eine Steuereinrichtung vorgesehen. Die Sensoreinrichtung ist dazu eingerichtet, Parameter der Energieerzeugungsanlage zu erfassen, zu denen die von dem Generator gelieferte Spannung, der Strangstrom in dem gemeinsamen Stromkreis, in dem der Generator, der Wechselrichter und das Energiespeichersystem angeordnet sind, und die Spannung der Speichereinrichtung gehören. Optional kann auch die Temperatur an der Speichereinrichtung gemessen werden, um ein Laden und Entladen der Speichereinrichtung genau nach der jeweiligen temperaturabhängigen Kennlinie zu ermöglichen.
Die Steuereinrichtung ist zur Steuerung des Betriebs des Energiespeichersystems in Abhängigkeit von den von der Sensoreinrichtung erfassten Parametern eingerichtet. Sie ist hierzu mit der Sensoreinrichtung geeignet kommunikationsmäßig gekoppelt, um die die erfassten Parameterwerte kennzeichnenden Signale zu empfangen, und mit den Schalterelementen betriebsmäßig verbunden, um diese geeignet anzusteuern. Die Steuereinrichtung kann vorteilhafterweise von der Steuerung für den Wechselrichter unabhängig und gesondert ausgeführt sein, um unterschiedliche Kombinationen zu ermöglichen. Beide Steuerungen können aber prinzipiell auch integriert realisiert sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Steuereinrichtung eine Logik auf, die anhand der von der Sensoreinrichtung erfassten Parameter ein Überschreiten einer vorgebbaren maximalen Grenze für die Einspeiseleistung des Wechselrichters erkennt und daraufhin die Verbindungseinrichtung ansteuert, um diese zu veranlassen, die Speichereinrichtung mit einer für einen Ladevorgang geeigneten Polung mit dem Generator zu verbinden. Dadurch kann vorteilhafterweise überschüssige Generatorenergie zwischenzeitlich gesammelt und später genutzt werden, ohne vergeudet zu werden.
Durch die Erfindung ist es möglich, elektrische Energie sehr effizient und flexibel zu speichern. Es ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, zu denen z. B. die Eigenverbrauchsoptimierung, Insel-/Backuplösungen, Netzdienstleistungen für Energieversorgungsunternehmen, wie bspw. Bereitstellung der Regelenergie oder Kappung von Lastspitzen, etc. gehören. So können insgesamt höhere Leistungserträge erzielt und gesetzliche oder sonstige Vorschriften bzgl. maximaler Einspeiseleistung eingehalten werden. All diese Anwendungen und Vorteile können leicht und mit geringem technischen Aufwand realisiert werden. Die erfindungsgemäße Speicherlösung ermöglicht einen flexiblen Einsatz in Verbindung mit unterschiedlichen Wechselrichterbauarten. Sie lässt sich in bereits bestehenden Systemen leicht nachrüsten. Durch eine passende Wahl der Betriebsmodi je nach den gegebenen Betriebsbedingungen können optimierte Einsätze der Energieerzeugungsanlage mit hohen Wirkungsgraden ermöglicht werden.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Energieerzeugungsanlage, insbesondere zur Nutzung regenerativer Energie, geschaffen, wobei die Energieerzeugungsanlage einen Generator, der eine variable Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen liefert, einen Wechselrichter, der parallel an den Generator angeschlossen ist, um eine eingangsseitige Gleichspannungsleistung in eine ausgangsseitige Wechselspannungsleistung umzuwandeln, und ein Energiespeichersystem mit einer elektrischen Speichereinrichtung zur bedarfsweisen Zwischenspeicherung von Energie und Wiedergewinnung der gespeicherten Energie, um den Wechselrichter zu speisen, aufweist. Das Verfahren weist auf, dass momentane Betriebsbedingungen in der Energieerzeugungsanlage erfasst und mit vorgegebenen Kriterien verglichen werden. Das Verfahren weist ferner auf, dass die Speichereinrichtung mit einer ersten Polung in Reihe mit dem Generator verbunden wird, um ein Laden der Speichereinrichtung unmittelbar in dem gemeinsamen Stromkreis mit dem Generator und dem Wechselrichter zu ermöglichen, wenn die momentanen Betriebsbedingungen bestimmte erste Kriterien erfüllen. Außerdem weist das Verfahren auf, dass die Speichereinrichtung mit einer umgekehrten zweiten Polung in Reihe mit dem Generator und dem Wechselrichter verbunden wird, um ein Entladen der Speichereinrichtung direkt in dem Reihenstromkreis zu ermöglichen, wenn die momentanen Betriebsbedingungen bestimmte zweite Kriterien erfüllen, die sich von den ersten Kriterien unterscheiden. Sowohl beim Laden als auch beim Entladen der Speichereinrichtung kann der Wechselrichter normal, von dem Energiespeichersystem ungestört und weitgehend unabhängig weiter betrieben werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die ersten Kriterien auf, dass die momentane Einspeiseleistung des Wechselrichters eine vorgebbare maximale Grenze übersteigt, während die zweiten Kriterien aufweisen, dass die von dem Generator gelieferte Leistung eine vorgebbare untere Grenze unterschreitet. So kann vorteilhafterweise die überschüssige Leistung des Generators bei Leistungsspitzen gekappt und bei unzureichender Generatorleistung zur Ergänzung derselben genutzt werden. Dies geschieht vorzugsweise automatisiert, durch die vorstehend erwähnte Steuereinrichtung, die die Verbindungseinrichtung geeignet ansteuert, um die Speichereinrichtung, insbesondere eine Batterieeinheit, mit der jeweils passenden Polarität in den gemeinsamen Stromkreis in Reihe zu den anderen Komponenten zu schalten.
Im Übrigen gelten die obigen Ausführungen in Bezug auf die erfindungsgemäße Energieerzeugungsanlage auch für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren entsprechend, wie auch die Vorteile der Energieerzeugungsanlage dem Betriebsverfahren in gleichem Maße zu gute kommen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung und der Patentansprüche. In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht, wobei die Zeichnung lediglich der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung dient und diese in keiner Weise beschränkt. Gleiche Bezugszeichen in der Zeichnung werden verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile zu bezeichnen. In der Zeichnung zeigen:
1 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild einer Energieerzeugungsanlage mit einem Wechselrichter und einem Energiespeichersystem gemäß der Erfindung;
2a ein Ersatzschaltbild der Energieerzeugungsanlage nach 1 für den Ladevorgang, in stark vereinfachter Darstellung;
2b eine Ersatzschaltung für die Energieerzeugungsanlage nach 1 für den Entladevorgang, in stark vereinfachter Darstellung;
3a und 3b Schaubilder, die in stark vereinfachter Form eine Strangleistung als Funktion der Zeit für eine beispielhafte Photovoltaikanlage ohne Energiespeicherung bzw. für eine erfindungsgemäße Energieerzeugungsanlage, wie die nach 1, veranschaulichen;
4 eine vereinfachte Darstellung der Energieerzeugungsanlage nach 1 mit einer beispielhaften Schaltungsanordnung eines Energiespeichersystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5a und 5b Weiterbildungen der Schaltungsanordnung eines Energiespeichersystems für die Energieerzeugungsanlage nach 1 gemäß der Erfindung in vereinfachten, ausschnittsweisen Darstellungen; und
6 ein vereinfachtes Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben einer einen Energiespeicher aufweisenden Energieerzeugungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist eine Energieerzeugungsanlage 1 zur Nutzung regenerativer Energie, um daraus elektrische Energie zu erzeugen, veranschaulicht. Die Energieerzeugungsanlage 1 ist hier insbesondere eine Photovoltaikanlage, die Solarenergie in elektrische Wechselstromenergie umwandelt, die dann entweder in ein Netz 2, insbesondere ein öffentliches Versorgungsnetz, eingespeist oder zur Versorgung lokaler Verbraucher verwendet wird. Es versteht sich jedoch, dass die Energieerzeugungsanlage auch eine Windkraftanlage, eine Wasserkraftanlage, eine auf Brennstoffzellen basierende Anlage oder eine sonstige geeignete Anlage sein kann, die Strom vorzugsweise aus erneuerbaren Energien erzeugt.
Die Energieerzeugungsanlage 1 weist einen Generator 3 auf, der in Abhängigkeit von Umgebungs- und/oder Betriebsbedingungen eine variable Gleichspannungsleistung an seinem Ausgang 4 liefert. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist der Generator 3 ein Photovoltaikgenerator, der Solarenergie in elektrische Energie umwandelt, deren Größe von der Sonneneinstrahlung, abhängig von der Bewölkung, Abschattung, Jahreszeit, Tageszeit, Temperatur und sonstigen Umgebungsfaktoren und dem jeweiligen Betriebszustand variiert. Der Photovoltaikgenerator kann durch einen oder mehrere, vorzugsweise in Reihe und/oder parallel miteinander verbundene Photovoltaikmodule gebildet sein, die gemeinsam die Ausgangsgleichspannung U_S des Photovoltaikgenerators an dem Ausgang 4 sowie einen Ausgangsstrom I_s liefern. Der Ausgang des Generators 3 ist hier durch eine erste und eine zweite Anschlussklemme 6, 7 gekennzeichnet.
Ferner weist die Energieerzeugungsanlage 1 ein Energiespeichersystem 8 und einen Wechselrichter 9 auf, die in einem gemeinsamen Stromkreis in Reihe zueinander an dem Ausgang 4 des Generators 3 angeschlossen sind. Das Energiespeichersystem 8 dient dazu, die von dem Generator 3 bereitgestellte Energie wahlweise zwischenzuspeichern, um sie zum späteren Zeitpunkt nutzbar zu machen. Ferner dient das Energiespeichersystem 8 dazu, den Generator 3 bei der Bereitstellung von Eingangsenergie für den Wechselrichter 9 zu unterstützen, falls die Energie des Generators 3 zur alleinigen Speisung des Wechselrichters 9 nicht ausreicht. Das Energiespeichersystem 8 ist in größeren Einzelheiten nachstehend erläutert.
Der Wechselrichter 9 ist vorzugsweise durch eine elektronische Wechselrichterschalteranordnung gebildet, die einen grundsätzlich üblichen Aufbau mit Komponenten bzw. Baugruppen und Funktionsweisen umfassen kann, die es ihm ermöglichen, die an seinem Eingang oder Zwischenkreis 11, zwischen den Eingangsanschlüssen 12, 13 bereitgestellte Eingangsgleichspannung U_WR und den eingespeisten Gleichstrom I_S in Wechselspannung und Wechselstrom an seinem Ausgang 14 zu wandeln, die bezüglich der Amplitude, Frequenz und Phase bspw. an die Wechselspannung des an den Wechselrichterausgang 14 angeschlossenen Netzes 2 bzw. entsprechende Größen von Verbrauchern angepasst sind.
Wenngleich verschiedene Realisierungsformen eines Wechselrichters 9 mit oder ohne Transformator in ein- oder dreiphasiger Ausbildung, je nach Anwendung, zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung möglich sind, sollte erwähnt werden, dass der Wechselrichter eine ihm zugeordnete, vorzugsweise in diesem integrierte Steuer- und Regeleinrichtung 16 aufweist, die seinen Betrieb in Abhängigkeit von den momentanen Umgebungs- und Betriebsparametern der Energieerzeugungsanlage 1 steuert. Hierzu werden die Umgebungs- und Betriebsparameter der Anlage, wie die Spannung U_WR an dem Wechselrichtereingang 11 oder der Strangstrom I_S sowie gegebenenfalls weitere Einflussfaktoren, wie die momentane Umgebungstemperatur des Generators 3 oder dgl. von einer hier nicht näher dargestellten Sensoreinrichtung erfasst und an die Steuer- und Regeleinrichtung 16 gemeldet, die basierend auf den erfassten Werten den Betrieb des Wechselrichters 9 überwacht und steuert.
Die Steuer- und Regeleinrichtung 16 kann auch einen hier nicht näher dargestellten MPP(Maximum-Power-Point)-Tracker enthalten, der den Wechselrichter in seinem jeweils individuellen maximalen Leistungspunkt im Sinne einer maximalen Einspeiseleistung regelt. Es versteht sich, dass, nachdem der Wechselrichter 9 hier in Reihenschaltung mit dem Energiespeichersystem 8 an den Photovoltaikgenerator 3 angeschlossen ist, der MPP-Punkt des Wechselrichters 9 von demjenigen des Generators 3 geringfügig abweichen kann.
Wie bereits erwähnt, ist das Energiespeichersystem 8 dazu vorgesehen, in Zeiten eines ausreichenden Energieangebots des Generators 3 einen Teil der von diesem bereitgestellten Gleichspannungsleistung zwischenzeitlich zu speichern, um sie später in Zeiten geringeren Energieangebots verfügbar zu machen. Eine derartige Energiespeicherung und -wiedergewinnung sollte möglichst effizient, bei möglichst geringen Verlusten, insbesondere Umwandlungsverlusten erfolgen. In herkömmlichen Anlagen treten zum Teil erhebliche Umwandlungsverluste auf, wenn hohe Spannungen in geringe Ladespannungen für Batterien umgewandelt oder niedrige Batteriespannungen in relativ hohe Spannungen transformiert werden müssen. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung des Energiespeichersystems 8 in Reihe zu dem Generator 3 und dem Wechselrichter 9, ist keine Umwandlung der Spannungsniveaus für bzw. von der Batteriespannung U_B erforderlich und die damit verbunden Umwandlungsverluste beseitigt.
Wie aus 1 ersichtlich, weist das Energiespeichersystem 8 eine umschaltbare Verbindungseinrichtung 17 und eine Speichereinrichtung 18 auf. Die Speichereinrichtung 18 ist vorzugsweise durch eine wiederaufladbare Batterieeinheit gebildet, die im Allgemeinen als Akkumulator bezeichnet wird und eine Reihe von seriell geschalteten elektrischen Batterien aufweisen kann. Die Batterieeinheit 18 kann mit einer niedrigen Batteriespannung von im Allgemeinen maximal 48 Volt oder sogar nur 12 Volt oder 24 Volt, wie sie allgemein üblich sind, arbeiten. Eine geringe Batterienennspannung ist hier, nachdem keine Spannungsumsetzung erfolgt, nicht von Nachteil.
Die Speichereinrichtung 18 ist in dem mit dem Wechselrichter 9 gemeinsamen Stromkreis oder Strang 19 angeordnet, in dem der Strangstrom I_S fließt, der gleichermaßen den Wechselrichter 9 und die Speichereinrichtung 18 durchfließt. Die Speichereinrichtung oder Batterieeinheit 18 weist einen ersten Pol 21, insbesondere Pluspol, und einen zweiten, entgegengesetzten Pol 22, insbesondere Minuspol, auf.
Die umschaltbare Verbindungseinrichtung 17 ist dazu eingerichtet, die Speichereinrichtung 18 wahlweise mit beliebiger Polung in den Stromkreis 19 einzukoppeln. Die Verbindungseinrichtung 17 weist hierzu geeignete Leiterzweige und Schaltermittel auf, die es ermöglichen, wahlweise den ersten oder Pluspol 21 der Speichereinrichtung mit dem Wechselrichtereingangsanschluss 13 und den zweiten bzw. Minuspol 22 mit der Anschlussklemme 7 des Generators 3 oder umgekehrt zu verbinden.
Wie ferner aus 1 ersichtlich, weist das Energiespeichersystem 8 außerdem eine Sensoreinrichtung 23 und eine Steuereinrichtung 24, die diesem zugeordnet sind, auf. Die Sensoreinrichtung 23 und die Steuereinrichtung 24 sind vorzugsweise unabhängig von der Sensoreinrichtung und der Steuer- und Regeleinrichtung 16 des Wechselrichters 9, so dass das Energiespeichersystem 8 an keine bestimmte Bauart eines Wechselrichters gebunden ist. Vielmehr kann es mit unterschiedlichen Wechselrichterbauarten eingesetzt und auch in verschiedene bestehende Anlagen ohne weiteres nachgerüstet werden. Die Hard- und Software für die Sensoreinrichtung 23 und die Steuereinrichtung 24 können in einer gemeinsamen Baugruppe mit der Schaltungsanordnung für die Verbindungseinrichtung 17 integriert sein. Prinzipiell können diese aber auch gemeinsam mit der Hard- und Software der Steuer- und Regeleinrichtung 16 des Wechselrichters 9 integriert sein.
Die Sensoreinrichtung 23 weist in 1 angedeutete Sensormittel, wie Strom- und Spannungsfühler auf, die es ermöglichen, Signale an unterschiedlichen Stellen der Energieerzeugungsanlage 1 zu erfassen. Es können insbesondere eine oder mehrere der Größen erfasst werden, zu denen die von dem Generator 3 an seinem Ausgang 4 bereitgestellte Ausgangsgleichspannung U_S, der Generator- oder Strangstrom I_S, die Wechselrichtereingangs- bzw. Zwischenkreisspannung U_WR und die Batteriespannung U_B gehören. Optional, jedoch vorteilhafterweise kann auch die Temperatur T in der Nähe der Speichereinrichtung bzw. Batterieeinheit 18 erfasst werden, wie dies in 1 angedeutet ist. Es können auch andere Parameter, die für eine effiziente Energiespeicherung relevant sein können, gemessen werden.
Die Sensoreinrichtung 23 ist mit der Steuereinrichtung 24 kommunikationsmäßig verbunden und liefert die erfassten Messwerte zu dieser. Die Steuereinrichtung 24 steuert in der hier veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform den Betrieb der Verbindungseinrichtung 17 und der Speichereinrichtung 18 in Abhängigkeit von von der Sensoreinrichtung 23 gelieferten Signalen. Hierzu verarbeitet die Steuereinrichtung 28 die empfangenen Signale gemäß vorbestimmten logischen Regeln, um geeignete Steuersignale auszugeben.
2a und 2b zeigen vereinfachte Ersatzschaltbilder der Energieerzeugungsanlage 1 aus 1 für den Fall, dass die Batterieeinheit 18 gleichzeitig mit dem Betrieb des Wechselrichters 9 geladen wird (2a), bzw. für den Fall, dass die Batterieeinheit 18 entladen wird, um gemeinsam mit dem Generator 3 den Wechselrichter 9 zu speisen. Wie veranschaulicht, ist in dem ersten Beispiel des Ladens der Batterieeinheit 18 diese mit der in 2 dargestellten Polung, also im Wesentlichen mit der gleichen Polarität wie der Wechselrichter 9 und der entgegengesetzten Polarität zu derjenigen des Generators 3, an den Stromkreis 19 angeschlossen. Dann ist der Pluspol 21 der Batterieeinheit 18 mit demjenigen Wechselrichtereingangsanschluss 13 verbunden, der nicht mit einer Anschlussklemme des Generators 3 verbunden ist. Der Minuspol 22 der Batterieeinheit 18 ist wiederum mit der Anschlussklemme 7 des Generators direkt verbunden. Natürlich könnte die Batterieeinheit 18 auch an einer anderen Stelle in dem Stromkreis 19 angeordnet sein, so dass z. B. der Pluspol 21 mit Anschlussklemme 6 des Generators 3 und der Minuspol 22 mit dem Wechselrichtereingangsanschluss 12 verbunden wird.
In dem in 2b gezeigten Entlademodus ist die Polung umgekehrt, so dass die Batterieeinheit 18 nun mit gleichsinniger Polarität wie der Generator 3 an den Stromkreis 19 angeschlossen ist. Nun ist hier der Pluspol 21 der Batterieeinheit 18 mit der Anschlussklemme 7 des Generators 3 direkt verbunden, während der Minuspol 22 mit dem Wechselrichtereingangsanschluss 13 verbunden ist.
Die insoweit beschriebene Energieerzeugungsanlage 1 funktioniert wie folgt: Im Betrieb wird, wenn die Generatorleistung ausreicht, der Wechselrichter 9 von dem Generator 3 mit der Generatorspannung U_S und dem Generatorstrom I_S gespeist, um an seinem Ausgang 14 Wechselstrom zu liefern. Bei Energieüberschuss des Generators 3, also wenn die Generatorleistung von angeschlossenen Verbrauchern nicht abgenommen oder nicht vollständig in ein Netz 2 eingespeist werden kann bzw. darf, kann parallel zu dem Betrieb des Wechselrichters 9, also gleichzeitig damit, die Batterieeinheit 19 geladen werden. Hierzu steuert die Steuereinrichtung 24 die Verbindungseinrichtung 17 geeignet an, um die Batterieeinheit 18 mit der in 2a gezeigten, mit der Eingangsspannung U_WR des Wechselrichters gleichen Polarität in Reihe zu diesem anzuschließen. Die Generatorspannung U_S = U_WR + U_B teilt sich auf die Wechselrichtereingangsspannung U_WR und die Batteriespannung U_B auf. Der Strangstrom I_S fließt gleichermaßen durch den Wechselrichter 9 und die Batterieeinheit 18. Letztere kann somit mit dem Strangstrom I_S geladen werden.
Es kann ein geeigneter Bypassschaltkreis mit einer oder mehreren Bypassleitungen und Schaltern vorgesehen sein, um die Batterieeinheit 18 wahlweise aus dem Stromkreis 19 herauszunehmen, wenn diese vollständig oder nahezu vollständig aufgeladen ist. Hierzu kann die Sensoreinrichtung 23 bspw. die Batteriespannung U_B überwachen um festzustellen, wenn die Batteriespannung U_B nahezu maximal wird. Die Überwachung kann auch anhand des Batterieladestroms erfolgen.
Durch Umpolen der Batterieeinheit 18 mittels der Verbindungseinrichtung 17, so dass die Batterieeinheit 18 nunmehr in der in 2b gezeigten Anordnung mit zu der Wechselrichterspannung U_WR gegensinnigen Polarisierung an den Stromkreis 19 angekoppelt ist, ist ferner ein Entladen der Batterie bedarfsweise möglich. Dann kann, wenn die Energie des Generators 3 zur Speisung des Wechselrichters 9 nicht ausreicht, ergänzend die Batterieenergie herangezogen werden. Der Wechselrichter 9 wird dann durch die Reihenschaltung des Photovoltaikgenerators 3 und des Energiespeichersystems 8, insbesondere der Batterieeinheit 18 gespeist.
Die erfindungsgemäße Anordnung des Energiespeichersystems 8 sieht vor, Batterieeinheiten von der Gleichspannungsseite von Wechselrichtern in Reihe zu diesen zu laden und zu entladen. Dies ermöglicht es, bereits vorhandene Photovoltaikanlagen oder andere Anlagen, die regenerative Energien nutzen, auf einfache Weise mit einem elektrischen Speicher auszurüsten, ohne den vorhandenen Wechselrichter umrüsten oder ersetzen zu müssen. Ferner kann das erfindungsgemäße Energiespeichersystem leicht bei Neuinstallationen, unabhängig von jeweils eingesetzten Wechselrichterfabrikaten, eingebaut werden.
Die Energieerzeugungseinrichtung kann insbesondere auch dazu verwendet werden, gesetzlichen oder anderen regulatorischen Vorschriften zu genügen, die die Einspeiseleistung begrenzen, ohne den darüber hinausgehenden Anteil der vom Generator bereitgestellten Einspeiseleistung zu vergeuden. Bspw. sollen Photovoltaikanlagen zukünftig nur noch maximal 70% ihrer nominalen Peakleistung in ein Netz einspeisen dürfen. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung des Energiespeichersystems 8 kann der Anteil der Leistung, der nicht in das Netz eingespeist werden darf, vorübergehend gespeichert und dann am Abend oder Morgen, wenn der Generator weniger als 70% seiner nominalen Peakleistung liefert, durch Schalten der Batterieeinheit 18 in Reihe zu dem Photovoltaikgenerator 3 wieder abgegeben werden.
3a und 3b veranschaulichen diese Zusammenhänge. In 3a ist in stark vereinfachter Form ein idealer Verlauf der Strangleistung einer Photovoltaikanlage über einen Tag veranschaulicht. Es ist auch die nominale Spitzenleistung oder Peakleistung P_{S, MAX} eines Photovoltaikgenerators angezeigt, die der Generator an warmen Sonnentagen bspw. in etwa zur Mittagszeit wenigstens nahezu erreichen kann.
Ferner ist hier die maximal zulässige Einspeiseleistung P_{E, MAX} angezeigt, die bspw. 70% der Peakleistung P_{S, MAX} betragen oder ein anderer vorgebbarer Wert sein kann. Mit Bezugszeichen 26 ist die in der Leistungsspitzenzeit auf den maximal zulässigen Wert P_{E, MAX} reduzierte oder gekappte Einspeiseleistung der Anlage angezeigt. Der darüber liegende schraffierte und mit dem Bezugszeichen 27 versehene Bereich kennzeichnet die Energiemenge, die durch die Kappung der zulässigen Einspeiseleistung normalerweise verschwendet würde.
3b veranschaulicht in stark vereinfachter Form die Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahme. In Spitzenzeiten, wenn die Generatorleistung die vorgegebene Maximalgrenze P_{E, MAX} für die Einspeiseleistung überschreitet, kann die Einspeiseleistung reduziert werden, wobei die überschüssige Leistung verwendet wird, um die Speichereinrichtung 18 zu laden. Die Kurve der Strangleistung P_S wird dadurch insgesamt abgesenkt. Die gespeicherte Energie kann nachträglich genutzt werden, um am Morgen und/oder am Abend die Einspeiseleistung zu erhöhen, wie dies in 3b durch die Bezugszeichen 28 bzw. 29 gekennzeichnet ist. Dadurch kann die Zeitdauer, in der der Wechselrichter 9 mit hinreichender Gleichstromenergie versorgt wird, um in das Netz 2 bzw. einen Verbraucher speisen zu können, insgesamt vergrößert. Ferner wird auch die gesamte eingespeiste Energiemenge, wie sie sich über den gesamten Tag aufintegriert ergibt, vergrößert.
4 zeigt eine vereinfachte Darstellung der Energieerzeugungsanlage nach 1 mit einer beispielhaften konkretisierten Schaltungsanordnung eines Energiespeichersystems 8 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Es ist der gemeinsame Stromkreis 19 mit dem Generator 3, insbesondere Photovoltaikgenerator, dem Wechselrichter 9 und dem Energiespeichersystem 8 veranschaulicht. Das Energiespeichersystem 8 weist eine Batterieeinheit 18 auf, die einen Pluspol 21 und einen Minuspol 22 aufweist. Die Batterieeinheit 18 ist über die umschaltbare Verbindungseinrichtung 17 in den Stromkreis 19 einkoppelbar.
Die umschaltbare Verbindungseinrichtung 17 ist in der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform in Form einer H- oder Vollbrückenschaltung mit ansteuerbaren statischen Schaltern, z. B. Relais, ausgeführt. Insbesondere weist die Schaltungsanordnung 31 einen ersten Brückenanschluss 32, der mit dem Wechselrichtereingangsanschluss 13 fest verdrahtet ist, und einen zweiten Brückenanschluss 33 auf, der mit der Anschlussklemme 7 des Generators 3 fest verdrahtet ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenanschluss 32, 33 befinden sich ein erster und ein zweiter Brückenzweig 34, 35, die jeweils die bereits erwähnten ansteuerbaren Schalterelemente 36–39 zur Umschaltung von Strompfaden zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenanschluss 32, 33 aufweisen.
Insbesondere enthält der erste Brückenzweig 34 eine Reihenschaltung aus zwei Schaltern 36, 37, wobei hier der erste Brückenschalter 36 mit dem ersten Brückenanschluss 32 und der zweite Brückenschalter 37 mit dem zweiten Brückenanschluss 33 verbunden ist. Der zu dem ersten parallele zweite Brückenzweig 35 weist entsprechend einen dritten und einen vierten Brückenschalter 38, 39 auf, wobei der dritte Brückenschalter 38 mit dem ersten Brückenanschluss 32 und der vierte Brückenschalter 39 mit dem zweiten Brückenanschluss 39 verbunden sind.
Die Speichereinrichtung 18 in Form einer Batterie ist hier in einem Speicherzweig 41 angeordnet, der den Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter 36, 37 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem dritten und dem vierten Schalter 38, 39 verbindet. Die Batterieeinheit 18 kann in dem Speicherzweig mit beliebiger Polarität angeschlossen sein.
Mit der dargestellten Verbindungseinrichtung 17 kann das Laden oder Entladen der Batterieeinheit 18 während des Einspeisebetriebsmodus des Wechselrichters 9 in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen einfach realisiert werden. Z. B. kann die Steuereinrichtung 24, wenn sie mittels der Sensoreinrichtung 23 feststellt, dass der Generator 3 überschüssige, vom Wechselrichter nicht einspeisbare Leistung liefert, die Verbindungseinrichtung 17 ansteuern, um ein Laden der Batterieeinheit 18 zu ermöglichen. Hierzu werden die entsprechenden auf einer Brückendiagonalen der H-Brückenschaltung 31 liegenden Schalter, nämlich der zweite und der dritte Brückenschalter 37, 38 geschlossen, während die Schalter 36, 39 auf der anderen Brückendiagonale geöffnet werden oder bleiben. Die Batterieeinheit 18 ist dann mit ihrem Pluspol 21 über den ersten Brückenanschluss 32 mit dem Wechselrichtereingangsanschluss 13 und mit ihrem Minuspol 22 über den zweiten Brückenanschluss 33 mit der Anschlussklemme 7 des Generators 3 unmittelbar verbunden und wird durch den Strangstrom I_S geladen.
Die Steuereinrichtung 24 überwacht vorzugsweise die momentane Batteriespannung U_B (optional in Bezug zur Batterietemperatur T) um festzustellen, wenn die Batterie vollständig oder nahezu vollständig aufgeladen ist, um dann die Batterieeinheit 18 aus dem Stromkreis 19 herauszunehmen. Zu diesem Zweck können die in einem gemeinsamen Brückenzweig 34 oder 35 befindlichen Brückenschalter, also entweder der erste und der zweite Brückenschalter 36, 37 oder der dritte und der vierte Brückenschalter 38, 39 jeweils geschlossen werden, während die Brückenschalter in dem anderen Brückenzweig geöffnet bleiben. Der Strangstrom I_S fließt dann über den geschlossenen Brückenzweig 34 bzw. 35 an der Batterieeinheit 18 vorbei zu der Anschlussklemme 7 des Generators ab.
Zum Entladen der Batterieeinheit 18 werden der erste und der vierte Brückenschalter 36, 39 geschlossen, während die Brückenschalter 37, 38 in der anderen Brückendiagonale geöffnet werden. Nun ist der Minuspol 22 über den ersten Brückenanschluss 32 mit dem Wechselrichtereingangsanschluss 13 direkt verbunden, während der Pluspol 21 über den geschlossenen vierten Brückenschalter 39 und den zweiten Brückanschluss 33 mit der Anschlussklemme 7 des Generators fest verbunden ist. Die Batterieeinheit 18 ist dann mit gleicher Polarität wie der Generator 3 in Reihe zu diesem geschaltet, so dass die Summenspannung U_WR = U_S + U_B verwendet werden kann, um unter Ausnutzung der zuvor gespeicherten Energie den Wechselrichter 9 bspw. am Morgen oder am Abend mit erhöhter Gleichspannungsleistung zu versorgen und somit eine erhöhte Einspeiseleistung zu ermöglichen.
In den 5a und 5b sind Weiterbildungen der Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems 8 für die Energieerzeugungsanlage 1 nach 1 bzw. 4 gemäß der Erfindung stark vereinfacht, ausschnittsweise dargestellt. Es ist lediglich der das Energiespeichersystem 8 veranschaulichende Ausschnitt mit der Verbindungseinrichtung 17 und der Speichereinrichtung 18 veranschaulicht.
Die Ausführungsform nach 5a unterscheidet sich von derjenigen nach 4 lediglich dadurch, dass zusätzlich eine zu der Verbindungseinrichtung 17 parallele Leitung 42 vorgesehen ist, die im Wesentlichen zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenanschluss 32, 33 angeschlossen ist. In der Leitung 42 ist eine Kapazität 43 zur Ladungsspeicherung angeordnet. Die Leitung 42 und die Kapazität 43 bilden gemeinsam Mittel 44 zur kurzzeitigen Stromübernahme während einer Umschaltung der Verbindungseinrichtung 17. Z. B. müssen beim Übergang vom Lade- zum Entlademodus die gemeinsamen Schalter 37, 38 auf der aktiven Brückendiagonale geöffnet und die anderen Brückenschalter 36, 39 auf der anderen Brückendiagonale anschließend geschlossen werden. Dies muss nacheinander geschehen, damit die Batterieeinheit 18 nicht kurzgeschlossen wird. Die Mittel 44, insbesondere die Kapazität 43, ermöglicht es, durch Aufladung während der Umpolung der Batterieeinheit 18 einen kontinuierlichen Stromfluss des Strangstroms I_S aufrechtzuerhalten, damit der Wechselrichter 9 auch in dieser Zeit ungestört weiterarbeiten kann. Analoges gilt auch für den umgekehrten Fall, wenn von dem Entlade- zu dem Lademodus gewechselt wird, sowie den Fall, dass die Batterieeinheit 18 aus dem Stromkreis 19 herausgenommen bzw. überbrückt wird.
5b zeigt eine weitere Modifikation des Energiespeichersystems, die alternativ oder zusätzlich zu derjenigen nach 5a verwendet werden kann. Hier ist eine Bypasseinrichtung 46 vorgesehen, die ebenfalls parallel zu der Verbindungseinrichtung 17 angeordnet ist. Die Bypasseinrichtung 46 weist eine Bypassleitung 48, die sich von dem ersten Brückenanschluss 32 zu dem zweiten Brückenanschluss 33 erstreckt, und ein steuerbares Stromventil 49 auf, das in der Bypassleitung 48 angeordnet ist. Das Stromventil 49 kann durch die Steuereinrichtung 24 eingestellt werden, um einen vorgebbaren Stromdurchfluss durch die Bypassleitung 48 zu ermöglichen. Somit kann ein beliebiger Teil des Strangstroms I_S bedarfsweise an der Batterieeinheit 18 vorbei geleitet werden. Wenngleich die Bypasseinrichtung 46 hier im Zusammenhang mit der Verbindungseinrichtung 17 in Form der Vollbrückenschaltung 31 nach 4 veranschaulicht ist, versteht es sich, dass die Bypasseinrichtung 46 in Verbindung mit beliebigen Ausführungsformen einer erfindungsgemäß funktionsfähigen Verbindungseinrichtung verwendet werden kann und insbesondere dann sinnvoll ist, wenn die Verbindungseinrichtung selbst keine derartige Bypassmöglichkeit bietet.
Insbesondere kann die Steuereinrichtung 24 das Stromventil geeignet ansteuern, um bei der jeweils gegebenen, erfassten Batteriespannung den Lade- bzw. Entladestrom der Batterieeinheit 18 entsprechend der zugehörigen Strom-Spannungs-Lade- bzw. -Entladekennlinie vorzugeben. Der restliche Strom wird über das Stromventil 49 umgeleitet. Das Stromventil 49 könnte auch gesteuert werden, um den gesamten Strangstrom I_S zu übernehmen, so dass die Batterieeinheit 18 bedarfsweise stromlos geschaltet werden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Weiterbildung nach 5b erfasst die Sensoreinrichtung 23 auch die Temperatur T an der Batterieeinheit 18 (vgl. 4). Die Steuereinrichtung 24 kann dann die erfasste Temperatur T gemeinsam mit den anderen erfassten Parametern dazu verwenden, um über eine geeignete Einstellung des Stromventils 49 die jeweils richtige Strommenge für das Laden bzw. Entladen der Batterieeinheit 18 genau vorzugeben. Dies kann wichtig sein, weil die Lade- und Entladekennlinien vieler Batteriearten, z. B. einer Bleibatterie, zum Teil extrem temperaturabhängig sind. Durch Einhalten der jeweiligen Lade- und Entladekennlinien wird die Batterie im Betrieb geschont, um eine möglichst lange Lebensdauer der Batterie sicherzustellen.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer einen Energiespeicher aufweisenden Energieerzeugungsanlage, insbesondere der Energieerzeugungsanlage 1, wie sie vorstehend beschrieben und in den Figuren dargestellt ist, veranschaulicht.
Das Verfahren beginnt mit dem Schritt S1, wonach eine Speichereinrichtung zur bedarfsweisen Speicherung von Energie, insbesondere die Batterieeinheit 18, bereitgestellt wird. Die Batterieeinheit 18 ist für die jeweilige Anwendung passend ausgewählt, so dass sie eine möglichst hohe Energieaufnahmekapazität bei geringer Selbstentladung aufweist.
Im Schritt S2 wird ferner eine umschaltbare Verbindungseinrichtung, z. B. die Verbindungseinrichtung 17 gemäß den 4, 5a und/oder 5b, bereitgestellt, die derart eingerichtet ist, dass sie eine Ankopplung der Speichereinrichtung an einen Generator, bspw. den Generator 3, in Reihe zu diesem und einem Wechselrichter, bspw. den Wechselrichter 9, ermöglicht.
Das Verfahren weist ferner im Schritt S3 ein Erfassen von Betriebsparametern auf, zu denen wenigstens die von dem Generator gelieferte Eingangsgleichspannung U_S, der von dem Generator gelieferte Gleichstrom I_S, die momentane Eingangsgleichspannung U_WR des Wechselrichters 9 und die momentane Spannung der Speichereinrichtung gehören. Ferner wird vorzugsweise die momentane Stromstärke in dem Reihenstromkreis und die Temperatur an der Speichereinrichtung erfasst. Es können auch weitere Betriebsparameter für den Betrieb des Wechselrichters und/oder des Energiespeichersystems erfasst werden.
Im Schritt S4 werden ferner die erfassten Betriebsbedingungen mit vorgegebenen Kriterien verglichen. Hierzu kann bspw. die momentane Einspeiseleistung des Wechselrichters bestimmt und mit einer vorgebbaren maximalen Grenze der Einspeiseleistung verglichen werden. Somit können erste Kriterien bspw. das Kriterium aufweisen, dass die momentane Einspeiseleistung des Wechselrichters die vorgebbare maximale Einspeiseleistungsgrenze übersteigt. Beispielhafte zweite Kriterien können dann z. B. aufweisen, dass die von dem Generator gelieferte Leistung eine vorgebbare untere Grenze unterschreitet. Die untere Grenze liegt vorzugsweise in der Nähe bzw. leicht über dem minimalen Leistungswert, den der Generator liefern muss, damit der Wechselrichter ordnungsgemäß funktionieren kann. Vereinfacht kann auch nur die Generatorspannung U_S dahingehend überprüft werden, ob sie zur Bereitstellung der erforderlichen Zwischenkreisspannung U_WR für den Wechselrichter ausreicht.
Wenn in Schritt S5 festgestellt wird, dass die ersten Kriterien erfüllt sind, der Generator also überschüssige Leistung liefert, die nicht eingespeist werden kann, wird im nachfolgenden Schritt S6 die Speichereinrichtung mit einer ersten Polung in Reihe mit dem Generator und dem Wechselrichter derart angeschlossen, dass ein Laden der Speichereinrichtung mittels des Strangstroms I_F erzielt wird. Der Ladestrom kann entsprechend einer Spannung-Strom-Ladekennlinie, auch unter Berücksichtigung der momentanen Temperatur an der Speichereinrichtung, z. B. unter Verwendung des Stromventils 49 gemäß der Schaltungsanordnung nach 5b, genau vorgegeben werden.
Wenn im Schritt S7 festgestellt wird, dass die zweiten Kriterien erfüllt sind, die momentane Generatorleistung also irgendwie unzureichend ist, wird im anschließenden Schritt S8 die Speichereinrichtung mit einer umgekehrten zweiten Polung in Reihe zu dem Generator und dem Wechselrichter in dem gemeinsamen Stromkreis geschaltet, um ein Entladen der Speichereinrichtung zu erzielen. Somit wird die in der Speichereinrichtung gespeicherte Energie mit zur Stromerzeugung herangezogen. Dadurch kann die Einspeiseleistung erhöht, die Einspeisedauer am Tag verlängert und die insgesamt genutzte Generatorenergiemenge vergrößert werden.
Die Speichereinrichtung kann entsprechend einer vorgegebenen Entladekennlinie entladen werden, wenn z. B. die Bypasseinrichtung 46 nach 5b oder andere gleichwirkende Mittel verwendet werden. Jedenfalls erfolgt sowohl das Laden als auch das Entladen der Speichereinrichtung vorteilhafterweise ohne Zwischenschaltung von Ladereglern oder dgl., so dass Umwandlungsverluste vermieden werden.
Natürlich sind nach weitere Verfahrensschritte möglich, wie sie sich insbesondere aus der obigen Beschreibung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage 1 oder ansonsten erschließen. Z. B. kann in einem betriebsparameterabhängigen Zustand, z. B. bei vollständig aufgeladener Speichereinrichtung, bewirkt werden, dass die Speichereinrichtung weder ge- noch entladen wird, sondern der gesamte Strangstrom in einer Bypassschaltung um diese herum umgeleitet wird.
Es ist eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere für regenerative Energie, offenbart, die einen Generator 3, der eine variable Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen liefert, einen Wechselrichter 9, der an den Generator 3 angeschlossen ist, um eingangsseitige Gleichspannungsleistung in ausgangsseitige Wechselspannungsleistung umzuwandeln, und ein Energiespeichersystem 8 aufweist, das eine bedarfsweise Zwischenspeicherung von Energie und Wiedergewinnung der gespeicherten Energie, um den Wechselrichter 9 zu speisen, ermöglicht. Das Energiespeichersystem 8 ist in Reihe zu dem Generator 3 angeschlossen und weist eine elektrische Speichereinrichtung 18, die in der Lage ist, elektrische Energie zu speichern, und eine schaltbare Verbindungseinrichtung 17 auf, die eingerichtet ist, um die Speichereinrichtung 18 wahlweise mit einer ersten Polung, um diese zu laden, oder mit einer entgegengesetzten zweiten Polung, um sie zu entladen, in Reihe mit dem Generator 3 zu verbinden. Ferner ist ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Energieerzeugungsanlage offenbart.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1965483 A1 [0007]
DE 10018943 A1 [0010]

Claims

Energieerzeugungsanlage, insbesondere für regenerative Energie, mit einem Generator (3), der eine variable Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen liefert; mit einem Wechselrichter (9), der an den Generator (3) angeschlossen ist, um eingangsseitige Gleichspannungsleistung in ausgangsseitige Wechselspannungsleistung umzuwandeln; und mit einem Energiespeichersystem (8) zur bedarfsweisen Zwischenspeicherung von Energie und Wiedergewinnung der gespeicherten Energie, um den Wechselrichter (9) zu speisen, wobei das Energiespeichersystem (8) in Reihe zu dem Generator (3) angeschlossen ist und aufweist: eine elektrische Speichereinrichtung (18), die in der Lage ist, elektrische Energie zu speichern, und eine schaltbare Verbindungseinrichtung (17), die eingerichtet ist, um die Speichereinrichtung (18) wahlweise mit einer Polung oder mit einer entgegengesetzten Polung in Reihe mit dem Generator (3) zu verbinden.
Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichersystem (8) in Reihe zu dem Wechselrichter (9) angeschlossen ist.
Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Photovoltaikanlage mit einem Photovoltaikgenerator (3) ist, der durch einen oder mehrere miteinander verbundene Photovoltaikmodule gebildet ist.
Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichersystem (8) frei von einem der Speichereinrichtung (18) zugeordneten Gleichspannungswandler zur Spannungsniveauanpassung ist.
Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (18) durch eine wideraufladbare Batterieeinheit gebildet ist, die aus einem oder mehreren vorzugsweise in Reihe miteinander verbundenen elektrischen Akkumulatoren besteht.
Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (18) einen ersten Pol (21) und einen zweiten Pol (22) aufweist und dass die Verbindungseinrichtung (17) eingerichtet ist, um wahlweise entweder den ersten oder den zweiten Pol (21, 22) mit einem Anschluss (7) des Generators (3) und den anderen von dem ersten oder zweiten Pol (21, 22) mit einem Anschluss (13) des Wechselrichters (9) direkt zu verbinden.
Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (17) eine H-Brückenschaltung (31) mit einem ersten Brückenanschluss (32), der mit einem Anschluss (13) des Wechselrichters verbunden ist, mit einem zweiten Brückenanschluss (33), der mit einem Anschluss (7) des Generators (3) verbunden ist, und mit dazwischen befindlichen Brückenzweigen (34, 35), die ansteuerbare Schalterelemente (36–39) zur Umschaltung von Strompfaden zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenanschluss (32, 33) aufweisen.
Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (17) einen ersten Brückenzweig (34), der zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenanschluss (32, 33) verläuft und eine Reihensohaltung aus einem ersten und einem zweiten ansteuerbaren Schalter (36, 37) aufweist, und einen zweiten Brückenzweig (35) aufweist, der zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenanschluss (32, 33) verläuft und eine Reihenschaltung aus einem dritten und einem vierten ansteuerbaren Schalter (38, 39) aufweist, wobei die Speichereinrichtung (18) in einem Speicherzweig (41) zwischen dem Verbindungspunkt des ersten mit dem zweiten Schalter (36, 37) und dem Verbindungspunkt des dritten mit dem vierten Schalter (38, 39) angeschlossen ist.
Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichersystem (8) Mittel (44) zur Stromübernahme während einer Umschaltung der Verbindungseinrichtung (17) aufweist.
Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassleitung (48) vorgesehen ist, die einen Anschluss (13) des Wechselrichters (9) mit einem Anschluss (7) des Generators (3) unter Umgehung des Energiespeichersystems (8) verbindet und ein steuerbares Stromventil (49) aufweist, das einen vorgebbaren Stromdurchfluss durch die Bypassleitung (48) ermöglicht.
Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoreinrichtung (23) dazu eingerichtet ist, Parameter der Energieerzeugungsanlage (1) zu erfassen, zu denen die von dem Generator (3) gelieferte Spannung, der von dem Generator gelieferte Strom, die Spannung der Speichereinrichtung (18) und optional die Temperatur an der Speichereinrichtung (18) gehören, und dass eine Steuereinrichtung (24) zur Steuerung des Betriebs des Energiespeichersystems (8) in Abhängigkeit von den von der Sensoreinrichtung (23) erfassten Parametern eingerichtet ist.
Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (24) eine Logik aufweist, die anhand der von der Sensoreinrichtung erfassten Parametern ein Überschreiten einer vorgebbaren maximalen Grenze für die Einspeiseleistung des Wechselrichters (9) erkennt und daraufhin die Verbindungseinrichtung (17) ansteuert, um diese zu veranlassen, die Speichereinrichtung (18) mit einer für einen Ladevorgang geeigneten Polung mit dem Generator (3) zu verbinden
Verfahren zum Betreiben einer Energieerzeugungsanlage, insbesondere für regenerative Energie, die einen Generator (3), der eine variable Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen liefert, einen Wechselrichter (9), der an den Generator (3) angeschlossen ist, um eingangsseitige Gleichspannungsleistung in ausgangsseitige Wechselspannungsleistung umzuwandeln, und ein Energiespeichersystem (8) mit einer elektrischen Speichereinrichtung (18) zur bedarfsweisen Zwischenspeicherung von Energie und Wiedergewinnung der gespeicherten Energie, um den Wechselrichter (9) zu speisen, aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Erfassen von Betriebsbedingungen in der Energieerzeugungsanlage (S3); Vergleichen der Betriebsbedingungen mit vorgegebenen Kriterien (S4), und Verbinden der Speichereinrichtung mit einer ersten Polung in Reihe mit dem Generator, um ein Laden der Speichereinrichtung zu ermöglichen (S6), wenn die momentanen Betriebsbedingungen bestimmte erste Kriterien erfüllen (S5), oder Verbinden der Speichereinrichtung mit einer entgegengesetzten zweiten Polung in Reihe mit dem Generator, um ein Entladen der Speichereinrichtung zu ermöglichen (S8), wenn die momentanen Betriebsbedingungen bestimmte zweite Kriterien erfüllen (S7), die sich von den ersten Kriterien unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kriterien aufweisen, dass die momentane Einspeiseleistung des Wechselrichters eine vorgebbare maximale Grenze übersteigt, und die zweiten Kriterien aufweisen, dass die von dem Generator gelieferte Leistung eine vorgebbare untere Grenze unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden der Speichereinrichtung mit einer ersten oder zweiten Polung in Reihe mit dem Generator, um ein Laden bzw. Entladen der Speichereinrichtung zu ermöglichen, von einer Steuereinrichtung automatisch bewerkstelligt wird, die eine umschaltbare Verbindungseinrichtung ansteuert, um eine entsprechende Polung zu bewirken.