DE102012013339A1

DE102012013339A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Energieversorgung eines einem Gebäude zugeordneten lokalen Versorgungsnetzes

Info

Publication number: DE102012013339A1
Application number: DE201210013339
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-01-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zur Energieversorgung eines einem Gebäude zugeordneten lokalen Versorgungsnetzes (2), wobei das lokale Versorgungsnetz (2) über die Vorrichtung (1) sowohl mit einem öffentlichen Energieversorgungsnetz (3) als auch mit mindestens einer lokalen Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie (4) und/oder mindestens einem lokalen Energiespeicher (5) verbindbar ist. Um zu erreichen, dass die von der Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie (4) erzeugte Überschussenergie, unabhängig von ihrer Höhe zum Aufladen des Energiespeichers (5) verwendet werden kann, schlägt die Erfindung vor, mittels der Vorrichtung (1) kontinuierlich, oder in vorgegebenen zeitlichen Abständen, sowohl die durch das lokale Versorgungsnetz (2) verbrauchte Energie als auch die von der Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie (4) erzeugte Energie zu messen und aus diesen Werten kontinuierlich oder in vorgegebenen zeitlichen Abständen (vorzugsweise < 1 s) Differenzwerte zu ermitteln, die eine Ladestromregelung einer Ladeeinrichtung (12) des Energiespeichers (5) bewirken, derart, dass im Falle, dass die durch die Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie erzeugte Energie größer ist als die von dem lokalen Versorgungsnetz benötigte Energie, diese Überschussenergie durch entsprechende Regelung des Ladestromes der Ladeeinrichtung (12) in den Energiespeicher (5) einspeicherbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieversorgung eines einem Gebäude zugeordneten lokalen Versorgungsnetzes, wobei das lokale Versorgungsnetz über die Vorrichtung sowohl mit einem öffentlichen Energieversorgungsnetz als auch mit mindestens einer lokalen Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie und/oder mindestens einem lokalen Energiespeicher verbindbar ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung.
Bei Wohngebäuden mit einer eigenen (lokalen) Anlage zur Erzeugung regenerativen Energie (Photovoltaikanlagen, Windstromanlagen, Biogasanlagen etc.) wird die nicht selbst benötigte Energie entweder in das öffentliche Stromnetz eingespeist und/oder zum Laden eines Energiespeichers (in der Regel einer Batterie) verwendet. Die zum Laden der Batterie eingesetzten Ladeeinrichtungen sind dabei derart aufgebaut, dass die jeweilige Batterie mit einem an die Batterie angepassten, fest vorgegebenen konstanten Ladestrom aufgeladen wird. Ist daher die durch die Anlage zur Erzeugung regenerativen Energie erzeugte Energie zwar größer als die von dem lokalen Netz benötigte Energie, die Überschussenergie aber kleiner als die (durch den fest vorgegebenen Ladestrom) zum Laden der Batterie benötigte Energie, so kann die Batterie nicht aufgeladen werden und die Überschussenergie wird in das öffentliche Energieversorgungsnetz eingespeist. Will man die Batterie trotzdem aufladen, muss die entsprechende Energie zum Laden der Batterie aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz gekauft werden.
Aus der DE 20 2011 003 799 A1 ist eine Vorrichtung zur Energieversorgung eines einem Gebäude zugeordneten Versorgungsnetzes bekannt, die sowohl eine Energieversorgung aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz als auch aus einer lokalen Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie und/oder einem lokalen Energiespeicher sicherstellt. Allerdings soll mit dieser Vorrichtung verhindert werden, dass die durch die Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie erzeugte Überschussenergie zur Einspeisung in das öffentliche Energieversorgungsnetz verwendet wird, und zwar selbst dann, wenn der Energiespeicher vollständig aufgeladen ist.
Bei dieser bekannten Vorrichtung wird über eine Messeinrichtung zur Ermittlung der von dem lokalen Versorgungsnetz verbrauchten Energie eine Regeleinrichtung betätigt, die bei zunehmendem Energieverbrauch entweder die Anzahl der an das Versorgungsnetz angeschlossenen Verbraucher vermindert oder zusätzlich zu einer an das Versorgungsnetz bereits angeschlossenen Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie eine weitere derartige Anlage, den Energiespeicher und/oder das öffentliche Energieversorgungsnetz hinzuschaltet. Über den Ladevorgang des Energiespeichers durch die Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie offenbart diese Druckschrift keine Einzelheiten. Insbesondere wird nicht näher auf die Funktion der dem Energiespeicher zugeordneten Ladeeinrichtung eingegangen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der einerseits die Möglichkeit erhalten bleibt, die durch die Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie erzeugte Überschussenergie auch in das öffentliche Energieversorgungsnetz einzuspeisen, und bei der andererseits die Überschussenergie, unabhängig von ihrem Wert, zum Aufladen eines Energiespeichers verwendbar ist. Die Erfindung soll ferner ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung offenbaren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbart der Unteranspruch 2.
Die Erfindung beruht im wesentlichen auf dem Gedanken, eine Vorrichtung anzugeben, mittels derer kontinuierlich, oder in vorgegebenen zeitlichen Abständen, sowohl die durch das lokale Versorgungsnetz verbrauchte Energie als auch die von der Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie erzeugte Energie gemessen werden. Aus diesen Werten werden dann kontinuierlich oder in vorgegebenen zeitlichen Abständen (vorzugsweise < 1 s) Differenzwerte ermittelt, welche eine Ladestromregelung der Ladeeinrichtung des Energiespeichers bewirken, derart, dass im Falle, dass die durch die Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie erzeugte Energie größer ist als die von dem lokalen Versorgungsnetz benötigte Energie, diese Überschussenergie durch entsprechende Regelung des Ladestromes der Ladeeinrichtung in den Energiespeicher einspeicherbar ist.
Um den Energiespeicher zu laden, regelt die erfindungsgemäße Vorrichtung also auf wenige Watt genau, in Bruchteilen einer Sekunde und abhängig von der Höhe der Überschussenergie den Ladestrom der Ladeeinrichtung des Energiespeichers.
Vorzugsweise sollte die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Berechnung der Überschussenergie alle 3 Phasen der mit der Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie verbundenen Wechselstromleitungen sowie der mit dem lokalen Versorgungsnetz verbundenen Leitungen heranziehen. Dadurch wird berücksichtigt, dass trotz eines erhöhten Strombedarfs einer der Phasen des lokalen Versorgungsnetzes dieser dadurch ausgeglichen werden kann, dass die beiden anderen Phasen weniger Energie benötigen und in der Gesamtbetrachtung mehr Energie zur Verfügung steht als gebraucht wird.
Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn in Abhängigkeit von den gemessenen Energieüberschusswerten das gesamte lokale Versorgungsnetz von dem öffentlichen Energieversorgungsnetz mittels einer Schaltungseinrichtung trennbar ist, um das lokale Versorgungsnetz nur aus dem Energiespeicher zu versorgen.
Für den Fall, dass von dem lokalen Versorgungsnetz eine höhere Energie benötigt wird als über den Energiespeicher zur Verfügung gestellt werden soll, schaltet die erfindungsgemäße Vorrichtung beim Erreichen eines vorgegebenen Schwellenwertes automatisch auf das öffentliche Energieversorgungsnetz zurück. Dieses Abschalten des Energiespeichers von dem lokalen Versorgungsnetz dient dem Schutz des im Energiespeicher eingesetzten Inverters sowie der Verlängerung der Lebensdauer des Energiespeichers (Vermeidung einer ungleichmäßigen Entladung der Batterie sowie Vermeidung von hohen Stromspitzen und Entladeströmen).
Der Wert der Überlastschwelle, bei der in Sekundenbruchteilen vom Energiespeicher zum öffentlichen Energieversorgungsnetz umgeschaltet wird, ist vorzugsweise einstellbar.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen
1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das lokale Versorgungsnetz mit einer Photovoltaikanlage, welche gleichzeitig einen Energiespeicher auflädt, und dem öffentlichen Energieversorgungsnetz verbunden ist und
2 das in 1 dargestellte Blockschaltbild, wobei das lokale Versorgungsnetz mit dem Energiespeicher und die Photovoltaikanlage mit dem öffentlichen Energieversorgungsnetz verbunden sind.
In den 1 und 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieversorgung eines einem Gebäude (nicht dargestellt) zugeordneten lokalen Versorgungsnetzes 2 bezeichnet. Dabei ist das lokale Versorgungsnetz 2 über die Vorrichtung 1 sowohl mit einem öffentlichen Energieversorgungsnetz 3 als auch mit einer lokalen Photovoltaikanlage 4 und einem lokalen Energiespeicher (bestehend aus mehreren Batterien) 5 verbindbar. Außerdem enthält die Vorrichtung 1 mehrere elektronische Schalteinrichtungen 7, 8 und 10.
Die Vorrichtung 1 umfasst sowohl eine einen Mikrokontroller enthaltende elektronische Auswerte- und Steuereinrichtung 11 als auch eine von der Auswerte- und Steuereinrichtung regelbare Ladeeinrichtung 12. Mit Hilfe dieser Ladeeinrichtung 12 ist der Energiespeicher 5 von der Photovoltaikanlage 4 mit einem konstanten Ladestrom aufladbar. Dabei wird die Höhe des Konstantstromes kontinuierlich an die vorhandene Überschussenergie angepasst.
Die elektronische Auswerte- und Steuereinrichtung 11 ist mit einer ersten Messeinrichtung 13 zur Ermittlung der von dem lokalen Versorgungsnetz 2 verbrauchten Energie, mit einer zweiten Messeinrichtung 14 zur Ermittlung der von der Photovoltaikanlage 4 erzeugten Energie sowie über eine Steuerleitung 15 mit der Ladeeinrichtung 12 verbunden,
Im Folgenden wird mit Hilfe der 1 und 2 näher auf die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eingegangen:
Ermittelt die Auswerte- und Steuereinrichtung 11 aufgrund der ihr von den Messeinrichtungen 13 und 14 zugeführten Werte, dass die von der Photovoltaikanlage 4 erzeugte Energie größer ist als die von dem lokalen Versorgungsnetz 2 benötigte Energie, so wird der Schalter der ersten Schalteinrichtung 7 geschlossen und der Schalter der dritten Schalteinrichtungen 10 geöffnet (vgl. 1).
Der von der Photovoltaikanlage 4 gelieferte Gleichstrom gelangt daher einerseits über einen Stromwandler 16 zu dem lokalen Versorgungsnetz 2. Andererseits gelangt die nicht von dem lokalen Versorgungsnetz 2 benötigte Überschussenergie über die Schalteinrichtung 7 und die Ladeeinrichtung 12 zu dem Energiespeicher 5 und lädt diesen auf. Sollte immer noch zu viel Energie produziert werden, wird diese an das Energieversorgungsnetz abgegeben.
Hierzu ermittelt die Auswerte- und Steuereinrichtung 11 aufgrund der von den Messeinrichtungen 13 und 14 gemessenen Energiewerten die zur Verfügung stehende Überschussenergie und legt die Höhe des mit der Ladeeinrichtung 12 erzeugbaren Ladestromes fest. Dabei kann die Regelung des Ladestromes in Abhängigkeit von der ermittelten Überschussenergie kontinuierlich erfolgen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Werte von den Messeinrichtungen 13 und 14 in vorgegebenen Zeitabständen, etwa alle 10 ms, von der Auswerte- und Steuereinrichtung 11 abgerufen und dann weiterverarbeitet werden, so dass ein Nachregeln des Ladestromes im Millisekundenbereich erfolgt.
Stellt die in der Ladeeinrichtung 12 integrierte Ladekontrolleinrichtung fest, dass der Energiespeicher 5 geladen ist, so signalisiert die Ladekontrolleinrichtung der Auswerte- und Steuereinrichtung 11 dieses über die Verbindungsleitung 17 und Letztere bewirkt ein Herunterregeln des Ladestromes auf Null, so dass nun die Überschussenergie dem öffentlichen Energieversorgungsnetz 3 vollständig zugeführt wird.
Bei aufgeladenem Energiespeicher 5 kann vorgesehen werden, dass dieser alleine zur Energieversorgung des lokalen Versorgungsnetzes 2 verwendet wird, so dass das lokale Versorgungsnetz 2 von dem öffentlichen Energieversorgungsnetz 3 getrennt ist.
Hierzu wird der Schalter der Schalteinrichtungen 10 geschlossen und die Schalter der Schalteinrichtungen 7 und 8 geöffnet (vgl. 2). Die Photovoltaikanlage 4 bleibt in diesem Fall vorzugsweise mit dem öffentlichen Energieversorgungsnetz 3 verbunden und speist die von ihr erzeugte Energie in das öffentliche Energieversorgungsnetz 3 ein.
In dem Fall, dass das lokale Versorgungsnetz 2 eine höhere Energie anfordert als über den Energiespeicher 5 zur Verfügung gestellt werden soll (Einschalten eines Backofens etc.), schaltet die Auswerte- und Steuereinrichtung 11 auf das öffentliche Energieversorgungsnetz 3 zurück (vgl. 1).
Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehend beschriebene und in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So können die dargestellten Verbindungsleitungen beispielsweise zwischen der Auswerte- und Steuereinrichtung und den Messeinrichtungen sowie zu den Schalteinrichtungen etc. auch als drahtlose Verbindungen ausgebildet sein. Dieses empfiehlt sich insbesondere dann, wenn die Abstände zwischen den einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr lang sind.
Ferner braucht es sich bei den Schaltern der Schalteinrichtungen nicht um mechanische Schalter zu handeln, sondern es können auch elektronische Schalter (z. B. Thyristoren) verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: lokale Versorgungsnetz
3: öffentliche Energieversorgungsnetz
4: Photovoltaikanlage, Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie
5: (lokaler) Energiespeicher
7: (erste) Schalteinrichtung
8: (zweite) Schalteinrichtung
10: (dritte) Schalteinrichtung
11: (elektronische) Auswerte- und Steuereinrichtung
12: Ladeeinrichtung
13: (erste) Messeinrichtung
14: (zweite) Messeinrichtung
15: Steuerleitung
16: Stromwandler
17: Verbindungsleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202011003799 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Energieversorgung eines einem Gebäude zugeordneten lokalen Versorgungsnetzes (2), wobei das lokale Versorgungsnetz (2) über die Vorrichtung (1) sowohl mit einem öffentlichen Energieversorgungsnetz (3) als auch mit mindestens einer lokalen Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie (4) und/oder mindestens einem lokalen Energiespeicher (5) verbindbar ist, mit den Merkmalen: a) die Vorrichtung (1) umfasst sowohl eine einen Mikrokontroller enthaltende elektronische Auswerte- und Steuereinrichtung (11) als auch eine Ladeeinrichtung (12), über die der Energiespeicher (5) von der Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie (4) mit einem regelbaren Konstantstrom (Ladestrom) aufladbar ist; b) die elektronische Auswerte- und Steuereinrichtung (11) ist mit einer ersten Messeinrichtung (13) zur Ermittlung der von dem lokalen Versorgungsnetz (2) verbrauchten Energie, mit einer zweiten Messeinrichtung (14) zur Ermittlung der von der Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie erzeugten Energie und über eine Steuerleitung (15) mit der Ladeeinrichtung (12) verbunden, c) der durch die Ladeeinrichtung (12) erzeugte Ladestrom ist durch die elektronische Auswerte- und Steuereinrichtung (11) regelbar, derart, dass im Falle, dass die durch die Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie (4) erzeugte Energie größer ist als die von dem lokalen Versorgungsnetz (2) benötigte Energie, diese Überschussenergie durch entsprechende Regelung des Ladestromes der Ladeeinrichtung (12) in den Energiespeicher (5) einspeicherbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der elektronischen Auswerte- und Steuereinrichtung (11) schaltbare Schalteinrichtungen (7, 8, 10) vorgesehen sind, derart, dass das lokale Versorgungsnetz (2) von dem öffentlichen Energieversorgungsnetz (3) abtrennbar ist, wobei der Energiespeicher (5) mit dem lokalen Versorgungsnetz (2) und die Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie (4) mit dem öffentlichen Energieversorgungsnetz (3) verbunden bleiben.
Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Auswerte- und Steuereinrichtung (11) kontinuierlich oder in vorgebbaren zeitlichen Abständen die vom lokalen Versorgungsnetz (2) verbrauchte und die von der Anlage zur Erzeugung regenerativer Energie (4) erzeugte Energien misst und jeweils ein der Differenz der gemessenen Energiewerte entsprechenden Differenzwert ermittelt und der Ladeeinrichtung (12) zuführt, und dass der Ladestrom der Ladeeinrichtung (12) zum Aufladen des Energiespeichers (5) in zeitlichen Abständen < 1 s entsprechend dem ermittelten Differenzwert korrigiert wird.