DE102012017631A1

DE102012017631A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Netz gekoppelten Eigenverbrauchs-Netzen mit einspeise fähigen Wechselspannungs-Generatoren, ohne Netz-Einspeisung und ohne elektrische Energie-Speicher, sowie mit optionalen Insel- bzw. Notstrom-Betrieb

Info

Publication number: DE102012017631A1
Application number: DE201210017631
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-03-06

Abstract

Das innovative Verfahren zur Regelung von Netz gekoppelten Eigenverbrauchs-Netzen mit lokalen Energieerzeugern und ohne Netzeinspeisung ist dadurch gekennzeichnet, dass bereits eine am Netz-Anschlusspunkt installierte Messeinrichtung, in Kombination mit einem nahe gelegenen Verbraucherkreis (z. B. Heizungen) bzw. der diesen steuernden Vorrichtung den vollständigen Eigenverbrauch von lokal erzeugter elektrischer Energie regeln kann, ohne separat Leistung aus den lokalen Energieerzeugern zu beziehen, zu bemessen oder mit diesen kommunikationstechnisch vernetzt zu sein. Das der Erfindung nach gemäße Verfahren ist eine, die dazu zweckmäßigen Komponenten vom Eigenverbrauchs-Netz steuernde Regelung nach dem Ziel-Kriterium der möglichst neutralen, aber stets mindestens leicht negativen Leistungsbilanz vom Eigenverbrauchs-Netz. Dies gezielt in verschiedensten Betriebszuständen zu ermöglichen wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorrichtung die Leistungsbilanz des Eigenverbrauchs-Netzes misst, und durch Zu- und Abschaltung von Verbrauchern und Erzeugern, in Verbindung mit dem Verbrauch eines dynamisch nach regelnden lokalen Verbraucherstranges dem Ziel-Kriterium entsprechende Betriebszustände einstellt. Die gegebenenfalls zeitlich variablen Leistungen der jeweiligen Erzeuger und Verbraucher können hierbei, zur gezielteren Betriebssteuerung über die Schaltvorgänge indirekt bemessen werden. Es können nach Erforderlichkeit in gezielten Kombinationen nicht direkt angeschlossene Energieerzeuger- und Verbraucher-Stränge teilweise oder ganz deaktiviert bzw. bedarfsgerecht gedrosselt oder zeitweise betrieben werden, so dass stets ein möglichst geringer aber stets geringfügig vorhandener Verbrauch von externer Leistung erzielt wird. Hierzu sind bedarfsgerecht, vom Leistungsangebot, Leistungsbedarf, bzw. Betriebszustand und Zeitraum abhängige Priorisierungs-Regeln für Verbraucher und Energieerzeuger vorzugeben, deren Konfiguration, zeitliche Ausführung und technische Umsetzung mit konventionellen Mitteln leicht realisiert werden können. In Verbindung mit einem Wechselkontakt-Netztrennungsrelais und Netz unabhängigen Wechselspannungs-Generatoren, kann mit Hilfe dieses Verfahrens zudem äußerst kostengünstig eine Notstrom- bzw. Insel-Betriebs-Lösung realisiert werden. Die technische Voraussetzung für die erfolgreiche Realisierung der Erfindung ist, dass entweder ein, das maximale, nicht reduzierbare Leistungsangebot stets überwiegendes Verbrauchs-Potential (z. B. hinreichende thermische Puffer) oder dazu die Möglichkeit zum Abkoppeln oder Drosseln von Erzeugern (z. B. Relais an Photovoltaik Gleichstrom-Strängen) einzuhalten ist.

Description

Technisches Gebiet:
Die Erfindung ermöglicht den koordinierten Einsatz von elektrischen Verbrauchern in Kombination mit dem Angebot von lokalen elektrischen Energiequellen, um beispielsweise ein durch das öffentliche Netz gestütztes, nicht in dieses einspeisendes Eigenverbrauchs-Netz auf einfache Weise realisieren zu können. Die hierzu verwendete Verfahrensweise bzw. die entsprechende Vorrichtung bietet die Möglichkeit einer zentral gesteuerten Verbrauchs- und Angebots-Balancierung und offenbart durch die Einsparung partieller Mess- und Kommunikation-Vorrichtungen deutliche Vorteile für den Betrieb kleiner, auch zeitweise Netz unabhängig zu betreibender Verbundsysteme, in die einspeise fähige Wechselspannungs-Generatoren mit einem schwankenden Leistungsangebot flexibel eingebunden werden können.
Stand der Technik:
Wenn man lokale Energiequellen wie Photovoltaik oder Windenergie zur Abdeckung von nennenswerten Teilen des eigenen Energiebedarfs nutzten mag, besteht zu Spitzenzeiten ein Leistungsüberschuss der weit über den eigenen Bedarf hinaus geht. Dieser wird in den meisten Fällen in das öffentliche Netz gepuffert bzw. eingespeist, oder beispielsweise wie in Inselanlagen über Akkumulatoren gepuffert bzw. gespeichert. Zur Erzeugung von elektrischer Energie, aus im Angebot schwankenden Quellen (z. B. Sonne, Wind & Mini-BHKW) ist bisher also entweder eine einspeise taugliche Netzankopplung oder eine Anlage mit kostenintensiven elektrischen Energiespeichern erforderlich, wenn nicht auf die Nutzung der Leistungsüberschüsse gänzlich verzichtet werden soll. Bei der üblichen Nutzung der Leistungsüberschüsse sind entweder spezielle Einspeise-Zähler und Netzanschlüsse, oder größere Akkukapazitäten, was in jedem Fall erheblichen Zusatzkosten entspricht erforderlich. Wünschenswertes Ziel ist es, eine technische Lösung zu finden die es höchst effizient, kostengünstig und flexibel ermöglicht, lokal erzeugte elektrische Energie stets frei von Überschüssen, und möglichst ohne externen Zusatzbedarf zu verbrauchen bzw. zu produzieren, sodass bei Netzankopplung volle Netzunterstützung verfügbar und zudem aber keine Einspeise-Zähler, entsprechende Vertrage oder gar Akkubatterien erforderlich sind.
Die bereits bestehenden Lösungen, welche auf Netzeinspeisung verzichten können indem sie mit Akkumulatoren gepufferte Eigenversorgungs-Netze über Wechselrichter betreiben und in Spitzenlast Fällen zusätzliche Leistung aus dem öffentlichen Netz beziehen oder auch nur vollständig auf dieses umschalten können sind demnach im Kostenaufwand recht ungünstig. Denn für derartige Kombinationslösungen (Netz-koppelbare Inselanlagen) sind nicht nur relativ große Akkukapazitäten, sondern auch spezielle Wechselrichter-Kombinationen und somit insgesamt sehr kostenintensive Anlagen Komponenten erforderlich. Aus dem Stand der Technik ist ersichtlich, dass ein Netz gekoppelter, einspeise freier, möglichst gut Last verteilter Eigenverbrauch von selbst erzeugter Energie, mit dem Angebot nach geführten Verbraucher Regelungen, bzw. mit dem maximalen Verbrauch nach gesteuerten Energiequellen nicht ohne Weiteres möglich erscheint. Die bisher bekannten Systeme können, selbst bei hinreichend dynamischen Schaltprozessen eine hohe Eigennutzungsquote sowie auch eine Überproduktionsvermeidung nur durch explizite Erzeuger- und Verbraucher-Mess- & Steuer-Netzwerke oder mit Unterstützung größerer elektrische Speicher ermöglichen. Die dem Stand der Technik nach bekannten einspeise freien, mit Akkumulatoren gepufferten Eigenversorgungs-Netz-Systeme sind zudem nur sehr bedingt mit anderen Energiequellen Standard Komponenten kombinier- und erweiterbar, da sie recht speziell auf einander abgestimmte, bzw. regelbare Komponenten erfordern. Informationen über, in Standartanwendungen vertretbar kostengünstig (keine elektrischen Energiespeicher, keine Sensor-Netzwerke oder Kommunikation spezieller Komponenten), in bestehende Systeme einfach integrierbare technische Lösungen zur Netz gestützten, Einspeise freien Eigenversorgung, die mit beliebigen im Angebot schwankenden, Netz einspeisenden Energiequellen flexibel erweiterbar ein kombiniertes Verbrauchs- und Erzeuger- Management, im Hinblick auf eine jederzeit ausgeglichene Leistungsbilanz ermöglichen konnten nicht gefunden werden. Die eben benannten Anforderungen bzw. Einschränkungen, in Ihrer Gesamtheit durch ein relativ günstige technische Lösung, die mit Standard mäßigen Wechselrichtern, Zählern und Verbrauchern, in bestehende Systeme einfach (zentral und ohne Sensor-Netzwerke) integriert werden kann zu ermöglichen, ist Aufgabe dieser Erfindung. Aus den angebotenen und bekannten Verfahren und Vorrichtungen für Netz-koppelbare Inselanlagen bzw. Eigenversorgungs-Systeme mit Netzunterstützung und der Möglichkeit die Netz Einspeisung zu vermeiden ist ersichtlich, das ein System das die beschriebenen Vorzüge, besonders im Hinblick auf die angestrebte einfache Integrierbarkeit bzw. Flexibilität der eingesetzten Komponenten sowie den geringen Aufwand gegenüber den Alternativen bietet, dem Stand der Technik nach bisher nicht verfügbar erscheint.
Aufgabenstellung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei voller Leistungsunterstützung durch das öffentliche Netz einen möglichst hohen Anteil an lokal erzeugter elektrischer Energie restlos selbst zu verbrauchen, ohne dass entsprechende elektrische Energiespeicher, bzw. die Möglichkeit zur Netz-Einspeisung oder die dazu jeweils erforderlichen Vorrichtungen in Anspruch genommen werden müssen. Außerdem soll der Einsatz spezieller und insgesamt dann teurer, über Datenkommunikation vernetzter Komponenten, seien es Geräte Kombinationen spezieller Hersteller oder vernetzte Mess- & Steuer-Komponenten durch die das Last- und Erzeugermanagement geregelt werden vermieden werden. Somit hat die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine zugehörige einfach (zentral und ohne Sensor-Netzwerke) integrierbare Vorrichtung zu offenbaren, durch welche die dem Stand der Technik zu entnehmenden Nachteile der bisher angewendeten und bekannten Verfahren und Vorrichtungen vermieden werden, und die Zielsetzung vom Betrieb der von großen elektrischen Energiespeichern unabhängigen, Netz gestützten, nicht einspeisenden Eigenversorgungs-Netze, unabhängig von den eingesetzten Systemkomponenten, unter Einsatz von kostengünstigen Standard-Komponenten flexibel ermöglicht wird. Zudem sollen bei der, ebenfalls durch Verwendung von kostengünstigen Standard-Komponenten realisierbaren Option zum Notstrom- bzw. Inselnetz-Betrieb deutlich reduzierte Systemspitzenanforderungen (Maximalleistung der dann Netz führenden Wechselspannungsquellen) erreicht werden. Um diese Ziele realisieren zu können wurde analysiert, welche technischen Möglichkeiten bestehen um ein stets bedarfsgerechtes Angebot an selbst erzeugter Energie, aus gegebenenfalls verschiedenen Quellen beziehen zu können, wobei von verschiedenen jeweils speziellen, jedoch in der Regel Netz einspeise fähigen Erzeugern ausgegangen werden kann. Die verschiedenen Erzeuger-Regelungen unterschiedlicher Hersteller vernetzt auf den Bedarf abzustimmen, ist in gemischten oder bestehenden Anlagen längst noch nicht mit vertretbaren Aufwand realisierbar. Bei Überproduktion einfache bedarfsgerecht komplette Erzeuger-Stränge abzuschalten ist derart grob abgestuft, dass zum einen stets ein erhebliches Maß an externer Leistung benötigt würde, und zudem die Generator-Kapazitäten der Anlage nur recht ineffizient genutzt werden könnten. Das Abschalten von Erzeuger-Strängen durch ein Steuersignal oder erforderlichen Falls auch über ein Relais, erscheint der Aufgabenstellung nach eine im Aufwand noch hinreichend einfache Maßnahme zu sein, ohne dass diese aber eine Information darüber gewährt, wie viel Erzeuger-Leistung dabei wegfällt. Ein weiterer entwickelter Lösungsansatz bestand darin, überschüssige Leistung vollständig durch beispielsweise eine geregelte Warmwasseraufbereitung verbrauchen zu können, was eben dann Probleme bereitet, wenn die entsprechenden Puffer ihre maximale Temperatur erreicht haben und weiterhin ein Leistungsüberschuss vorhanden ist, so dass dies für sich gesehen ebenfalls auch keine hinreichende Lösung der Aufgabe bietet. Unabhängig von der Zielsetzung einer einfachen Inselbetriebs-Option und den Leistungsüberschuss vermeiden oder den Leistungsüberschuss verbrauchen Ansätzen, ist es ein der Zielsetzung nach entstehendes weiteres technisches Problem, den tatsächlichen Ertrag bzw. Verbrauch exakt aufeinander anzupassen. Zum einen da in einem bestehenden vollständig miteinander verkoppelten Eigenverbrauchs-Netz in der Regel weder die insgesamt verbrauchte noch die von gegebenenfalls mehreren Erzeugern insgesamt erzeugte Leistung bekannt ist. Da zudem die Bedingung vom exakten Verbrauch der Leistungsüberschüsse, bzw. die Verbrauchsanpassung zum gegebenenfalls erforderlichen Abschalten oder Zuschalten von Erzeugern über sämtliche Lastschwankungen (z. B. E-Herd) hinweg mit hinreichender Dynamik geregelt bzw. eingehalten werden muss, besteht jedoch gerade an der exakten Bemessung von Verbraucher- und Erzeuger-Leistungen eine erhebliche technische Hürde. Bevor also absehbar zweckmäßig geeignet leistungsfähige Erzeuger-Steuerungen und Verbraucher-Regelungen betrieben werden können, müssen die gegebenenfalls schwankenden Leistungen der dabei einbezogenen Komponenten exakt und sehr schnell erfasst werden können, was um einen in der Regel nicht leicht realisierbaren zentralen Anschlusspunkt für alle Komponenten-Zweige vermeiden zu können ein verteiltes Netz, von zudem relativ aufwendigen Leistungsmessstellen erforderlich machen würde. Der Aufwand von mehreren, an verschiedenen Zweigen zu installierenden Leistungsmessstellen ist ebenso, wie die Zuleitungen zu einem zentralen Anschluss aller wesentlichen Komponenten der Zielsetzung dieser Erfindung nach dringend zu vermeiden. Unter der Rahmenbedingung, dass im Gegensatz zu Solar- und Wind-Wechselrichtern die Wärme für Brauchwasser und Heizung in den meisten vorgesehenen Anwendungsfällen (Einfamilienhäuser) nur wenige Meter vom Anschluss an das öffentliche Netz entfernt ist, soll ein technisches Verfahren offenbart werden, das durch eine zentrale Vorrichtung, ohne externe Messstellen, erforderlichen Falls durch einfache Steuersignale unterstützt die Erzeuger- und Verbraucher-Leistungen in Kombination miteinander stets derart exakt und schnell regeln kann, dass nie Leistungsüberschüsse eingespeist werden und möglichst wenig externe Leistung verbraucht wird, wozu stets alle lokal erzeugte Leistung zu verbrauchen ist. Zudem soll mit relativ geringem Aufwand und unter Verwendung von günstigen Standartkomponenten ein Notstrom- und Insel-Betrieb ermöglicht werden. Eben die Gesamtheit dieser Anforderungen soll durch ein Verfahren sowie über eine wenig aufwendige Vorrichtung (ohne komplexe Vernetzung der Komponenten oder deren Zuleitungen), in Kombination mit gegebenenfalls zuvor schon vorhandenen Standartkomponenten des Eigenversorgungs-Netzes realisiert werden können.
Darstellung der Erfindung:
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur dynamisch geregelten Energieverteilung, mit dem es über die umsetzende Vorrichtung ermöglicht wird, überschüssige Energie nach Verbrauchsregeln exakt in dem Maße zu verbrauchen, dass stets möglichst keine externe Leistung benötigt und zudem auch keine interne Leistung abgegeben wird, so dass die ansonsten zwingend erforderliche Pufferung von Bedarfsspitzen möglichst weit, und die Pufferung von Angebotsspitzen vollständig eingespart werden kann. Das Problem die Leistungen von Erzeugern und Verbrauchern mit relativ geringem Aufwand bemessen zu können wird hierzu erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einer zentralen Einheit die Leistungsbilanz des gesamten Eigenverbrauchs-Netzes am Anschlusspunkt vom öffentlichen Netz, oder bei Umschaltung durch Netzausfall zur Eigenverbrauchs-Netz führenden Wechselspannungsquelle hin gemessen wird. Das der Erfindung nach gemäße Verfahren ist eine Regelung nach dem Ziel-Kriterium der möglichst neutralen, aber stets mindestens leicht negativen Leistungsbilanz vom Eigenverbrauchs-Netz. Zur besseren Einhaltung dieser Zielsetzung können die betreffenden Leistungen der Komponenten hierbei auch durch die Gesamtleistungs-Differenzen in Folge von Umschaltungen indirekt bemessen werden. Die hierzu verwendete Vorrichtung muss dabei stets in der Lage sein, nahe gelegene, dynamisch steuerbare Verbraucher, deren Leistung über der maximalen Leistung aller zusammen aktiven Erzeuger liegt (z. B. Heizstäbe für Brauchwasser und Heizung), dem Leistungsbilanz-Ziel des Eigenverbrauchs-Netzes schnell genug nachregeln zu können. Durch die Steuerung bzw. in lokalen Fällen auch Regelung von Erzeuger- und Verbrauchersträngen, kann in Verbindung mit der Bemessung der Leistungsbilanz des Eigenverbrauchs-Netzes über Statusänderungen hinweg, jederzeit die momentane, gegebenenfalls auch schwankende Leistung von Erzeugern und Verbrauchern berücksichtigt werden, so dass nach vom Betriebszustand und Zeitraum abhängigen Priorisierungs-Regeln eine möglichst günstige Konfiguration, für den zweckmäßig geregelten Verbrauch von Überschussleistung eingestellt werden kann. Diese ermöglicht es, dass die das Eigenverbrauchs-Netz führende Wechselspannungsquelle möglichst wenig belastet wird und zudem keine Netz Einspeisung, bzw. im Insel-Betrieb keine Leistungs-Einspeisung in den, an Stelle des Netzes aufgeschalteten, das Eigenversorgungs-Netz führenden Generator auftreten kann. Daher ist es auch leicht möglich, dass ohne Versorgung vom öffentlichen Netz, beispielsweise im Insel-Betrieb die Einspeise-Wechselrichter lokaler Energieerzeuger einfach durch Standard mäßige Wechselspannungsquellen mit vergleichsweise geringer Leistung (z. B. mini Aggregat oder kleiner Batterie Sinus-Wechselrichter) betrieben werden können.
Eine Umschaltung, von mit Wechselkontakten ausgestatteten Netztrenn- bzw. Notstrom-Relais beim Netzausfall, ist alles was dann zur Realisierung einer vollständigen Notstromfunktion noch erforderlich wäre. Um in diesem Verfahren, bzw. beim Betrieb der entsprechenden Vorrichtung die Freiheitsgrade für alle möglichen Betriebsfälle gewährleisten zu können, ist entweder ein das maximale, nicht reduzierbare Leistungsangebot stets überwiegendes Verbrauchs-Potential (z. B. hinreichende thermische Puffer) oder die Möglichkeit zum Abkoppeln oder Drosseln von Erzeugern (z. B. Relais an Photovoltaik Gleichstrom-Strängen) vorzusehen. Der gewerblich zu verwertende technische Nutzen liegt hierbei in einer stark erhöhten Eigennutzung von lokalen Energiequellen, ohne dass hierzu noch eine Netz Einspeisung, komplexe Vernetzungen zum Energiemanagement aller Komponenten oder gar kostenintensive elektrische Energiespeicher erforderlich sind. Diese Verfahrens- und Vorrichtungs-Kombination ermöglicht die im technische Aufwandsniveau bisher unerreichbar günstige Realisierung von Netz gestützten Eigenverbrauchs-Netzen ohne Netzeinspeisung, die zudem einen Notstrom- und Insel-Betrieb durch Kombination mit am Massenmarkt befindliche Standard Komponenten (Aggregat oder Ladegeräte, Akkus und Batterie-Wechselrichter) gestattet. Dieser insgesamt bisher nur durch teure Spezialeinrichtungen zu ermöglichenden Leistungsumfang ist somit zu erheblich reduzierten Kosten, mit außergewöhnlich schwach dimensionierten Standartkomponenten bzw. verhältnismäßig geringen elektrischen Energiespeicher Kapazitäten verfügbar. Letzteres weil durch eine optimierte Lastverteilung, in Kombination mit einstellbaren Erzeugerleistungen die Spitzenanforderungen beim Lastaufkommen und bei Leistungsüberschüssen zugleich minimiert werden können, so dass lediglich der danach verbleibende Spitzen- und Überbedarf vom Akku gespeisten Sinus-Wechselrichter bzw. vom Aggregat zu erbringen ist. Aggregat Betrieb und Batterie-Wechselrichter Versorgung einer so aufgebauten Notstrom Anlage können dabei leicht nach Kriterien wie beispielsweise Batterie-Spannung im Kombination-Wechsel betrieben werden.
Beschreibung der Ausführung:
Im Wesentlichen besteht die Erfindung auf der, durch Analyse und Abwägung der Möglichkeiten zur Erreichung der gestellten Anforderungen entwickelten Kombinationslösung, dass an dem Indikator der leicht negativen Leistungsbilanz des Eigenverbrauchs-Netzes bemessen, für eine Angebots spezifische Nutzung von selbst erzeugter Energie, zunächst der Bedarf von diskret (I/O) und linear (%) steuerbaren elektrischen Verbrauchern nach Verbrauchsregeln miteinander koordiniert gesteuert wird, und noch vor einem verbleibenden Leistungsüberschuss hiermit koordiniert Erzeugerkreise abgetrennt bzw. gedrosselt werden (z. B. PV-Stränge oder einzelne Wechselrichter), woraufhin die Verbrauchsregelung von beispielsweise der Brauchwasser-Erwärmung so angepasst wird, dass trotz der reduzierten Erzeugerleistung die Energiebilanz der Zielsetzung (leicht negativ) entspricht. Anstelle eines öffentlichen Netzes kann dieses Eigenverbrauchs-Netz, nur aufgrund dieser Verfahrensweise beispielsweise durch einen handelsüblichen, Akku gespeisten Sinus-Wechselrichter auch sehr leicht im Insel- bzw. Notstrom-Betriebsmodus geführt werden, ohne dass hierbei üblich große Akkukapazitäten erforderlich sind oder die Wechselrichter der anderen Energieerzeuger dem Netz führenden Generator ggf. schädigende Leistungen einprägen können. Ergänzend kommt hinzu, dass die linear steuerbaren lokalen Verbraucher (z. B. Heizelemente) unter Umständen direkt aus lokalen Erzeugerkreisen über die Vorrichtung gespeist werden können, um einen vortrefflichen Wirkungsgrad bei der Eigenenergienutzung erreichen zu können. Die Einbindung von weiteren Steuerungsfunktionen, wie beispielsweise dem bedarfsgerechten Umwälzen von Wärmespeichern oder dem bedarfsgerechten Zuschalten von vollständig steuerbaren Energiequellen (z. B. mini-BHKW's) kommt bei der Beschreibung der technischen Ausführung der Erfindung keine nennenswerte Bedeutung zu, da es sich hierbei um offensichtliche Erweiterungsmöglichkeiten des erst durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise ermöglichten technischen Nutzens handelt. Die entsprechende Vorrichtung ist im, alle Optionen bietenden Fall dem nach bedarfsgerecht sowohl mit schalt- oder regelbaren Wechselstrom-Erzeuger- und schalt- oder regelbaren Wechselstrom-Verbraucherkreisen sowie auch mit schalt- oder regelbaren Gleichstrom-Erzeuger- und schalt- oder regelbaren Gleichstrom-Verbraucherkreisen auszustatten. Da die hinreichenden Freiheitsgrade als Grundlage dieser technischen Lösung stets das offenbarte, neuartige technische Verfahren zur Regelung der Leistungsbilanz des Eigenverbrauchs-Netzes über Leistungsmessung am Anschlusspunkt bzw. am führenden Generator, in Kombination mit den offenbarten Konfigurationsbedingungen von erforderlichen Maßnahmen voraussetzt, sind alle diese Lösung der technischen Aufgabenstellung vollständig verwendenden Vorrichtungen erst hierdurch derart kostengünstig nützlich einsetzbar. Daher ist die darauf aufbauende Möglichkeit, zum einfachen autarken Betrieb des Eigenversorgungs-Netzes, durch eine Netzausfall gesteuerte Umschaltung auf einen die Netz einspeisenden Wechselrichter führenden Generator, ein weiteres charakteristisches Merkmal dieser Erfindung.

Claims

Das innovative Verfahren zur Regelung von Netz gekoppelten Eigenverbrauchs-Netzen mit lokalen Energieerzeugern und ohne Netzeinspeisung ist dadurch gekennzeichnet, dass in Kombination mit den Netz-Anschlusspunkt nahe gelegenen, linear steuerbaren Verbraucherkreisen (z. B. Brauchwasser-Erwärmung) bzw. der diesen steuernden Vorrichtung der vollständige Eigenverbrauch von lokal erzeugter elektrischer Energie ermöglicht wird, ohne separat Leistung aus den lokalen Energieerzeugern zu beziehen, zu bemessen oder mit diesen kommunikationstechnisch vernetzt zu sein, wozu lediglich die Leistungsbilanz am Netz-Anschlusspunkt gemessen und dem Ziel-Kriterium der möglichst neutralen, aber stets mindestens leicht negativen Leistungsbilanz vom Eigenverbrauchs-Netz nachgehend geregelt wird, indem die Steuerung von Verbraucherkreisen in Kombination mit dem Abschalten bzw. Drosseln von Erzeugerkreisen koordiniert wird. Das hierbei in verschiedensten Betriebszuständen die Einhaltung vom Ziel-Kriterium der Regelung stets robust möglich ist wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass entweder ein, das maximal mögliche Leistungsangebot stets überwiegendes Verbrauchs-Potential (z. B. hinreichende thermische Puffer und Heizleistung) besteht, oder das die umsetzende Vorrichtung das maximal mögliche Leistungsangebot, durch Abkoppeln oder Drosseln von Erzeugern (z. B. Relais an Photovoltaik Gleichstrom-Strängen), bis zur Einhaltung der zuvor genannten Bedingung hin reduzieren kann. Zur erfindungsgemäßen Einhaltung vom Ziel-Kriterium der zu messenden Leistungsbilanz, sind nach Leistungsangebot, Leistungsbedarf, bzw. Betriebszustand und Zeitraum bedarfsgereche Priorisierungs- und Komponenten-Regel-Algorithmen zur Verbraucher- und Erzeuger-Steuerung aufzustellen, was dem Fachmann der Mess- und Regelungstechnik, durch verschiedene hinlänglich bekannte Methoden und Entwurfswerkzeuge (z. B. Statemachines oder Fuzzy-Logic), über handwerklich strukturiertes Vorgehen leicht möglich ist. Die für die Anwendung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung, ist in Kombination mit den aus bedarfsgerechten Regelalgorithmen resultierenden Anforderungen der Mess- und Steuerungsaufgaben, mit konventionellen technischen Mitteln (Spannungsprojektion, Ball-Stromsensoren, A/D-Wandlung, Mikrocontroller, Relais-Treiber & PWM-Leistungssteuerung), für den einschlägigen Fachmann der Energietechnik auf hinlänglich bekannte Weise realisierbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die temporäre Leistung, von nicht direkt angeschlossenen Energieerzeuger- und Verbraucher-Strängen indirekt bemessen wird, indem die dazu eingesetzte Vorrichtung über Umschaltung, den jeweiligen Leistungssprung durch einen in der Leistung bemessenen, linear steuerbaren lokalen Verbraucherstrang (z. B. Brauchwasserheizung) misst, da dieser dem Ziel-Kriterium des Verfahrens entsprechend nach geregelten wird. Die tatsächliche, vollständige Leistungsmessung der jeweils geschalteten Komponente ergibt sich hierbei dann aus der Summe der Leistungsänderungen am geregelten sowie bemessenen Ausgleichs-Verbraucher und der gegebenenfalls dennoch verbleibenden Leistungsänderung am Netz-Anschlusspunkt. So wird es ermöglicht, dass nicht direkt angeschlossene Energieerzeuger- und Verbraucher- Stränge, die zweckmäßig in Kombination aktiviert bzw. gedrosselt oder zeitweise verschachtelt betrieben werden, deutlich gezielter zur Erzielung eines stets möglichst geringen, aber dennoch stets geringfügig vorhandenen Verbrauchs von externer Leistung steuerbar sind. Durch dieses Verfahrensmerkmal können die bedarfsgerechten Regel-Algorithmen des Verfahrens das temporäre Leistungs-Niveau von Verbrauchern und Erzeugern, ohne externe Informationen zu den Komponenten oder direkte Leistungsmessungen, zudem auf technisch äußerst günstige Weise selbstständig identifizieren und für die Optimierung der Betriebssteuerung mit einbeziehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung der Betriebssteuerung, in bedarfsgerechten Regel-Algorithmen die auf die Erreichung vom Ziel-Kriterium Einfluss nehmenden externen Zustandsgrößen, wie beispielsweise Pufferspeichertemperaturen, Außentemperatur, Lichteintrag oder Jahreszeit zweckmäßig, das heißt für eine verbesserte Prognose der Angebots- und Bedarfsentwicklung verschiedener Komponenten berücksichtigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung vom Ziel-Kriterium geeignete Steuerungsaufgaben, wie beispielsweise Ventil- und Pumpen-Steuerungen zum Wärmemanagement sowie Fenster- und Rollo-Steuerungen zur zeitlichen Optimierung vom Leistungsbedarf für Klimatisierungskomponenten oder auch der bedarfsgerechte Betrieb von Brennern, BHKW, Brennstoffzellenanlagen, Stirling- und Dampfmaschinen in die bedarfsgerechten Regel-Algorithmen integriert werden. Hierbei ist besonders die zeitliche Verteilung vom Betrieb der Komponenten so zu gestalten, dass nach Möglichkeit weder zusammen große Energieüberschüsse erzeugende Generatoren, noch zusammen großen Überbedarf erzeugende Verbraucher gleichzeitig aktiv sind und zudem stets bedarfsgerechte Verbrauchs- und Versorgungs-Kapazitäten vorgehalten werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass es mit der Ergänzung durch eine Netzausfalldetektion und eine dazu geeignete Umschaltmöglichkeit, den im Aufwand äußerst günstigen autarken Notstrom- bzw. Insel-Betrieb vom Eigenversorgungs-Netz, mit die Einspeise-Wechselrichter dann führenden Standart-Generatoren gestattet. Dies ist nur durch die Kombination des dem Anspruch 1 zu Grunde liegenden Ziel-Kriteriums mit den dazugehörigen Anforderungen an die Ausgestaltung vom Eigenversorgungs-Netz zu erreichen, da erst hierdurch beispielsweise die zu verwendeten Batteriewechselrichter oder Kleinaggregate anstelle des öffentlichen Netzes stets möglichst geringfügig belastet, und vor allem nie von den Netz einspeisenden Komponenten mit Leistungsüberschüssen konfrontiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Optimierung vom Energiemanagement, der unterstützende Bezug von zeitabhängig vergünstigten Energiequellen wie Nachtstrom, zur optimierten Versorgung vorhandener Speicherkomponenten, durch die bedarfsgerechten Regel-Algorithmen, beispielsweise über konventionelle Umschaltglieder gesteuert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass es durch die Kombinationen mit mehreren, der über die Ansprüche 2 bis 6 offenbarten Erfindungsmerkmale realisiert wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens gemäß dem Anspruch 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Erreichen des Ziel-Kriteriums, in bedarfsgerecht geeigneten Umfang mit Leistungsmessschaltungen, mit schalt- oder regelbaren Wechselstrom-Erzeuger- und schalt- oder regelbaren Wechselstrom-Verbraucherkreisen sowie auch mit schalt- oder regelbaren Gleichstrom-Erzeuger- und schalt- oder regelbaren Gleichstrom-Verbraucherkreisen auszustatten ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Anspruch 8 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Netzausfallerkennung, sowie mit Wechselkontakt-Netztrennungsrelais ausgestattet ist, und dadurch der automatische Notstrombetrieb über die Umschaltung auf das Eigenverbrauchs-Netz versorgende und die Einspeise-Wechselrichter führenden Standart-Generatoren äußerst kostengünstig ermöglicht wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 8 oder 9 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie in der technischen Ausführung mit anderen Komponenten eines Eigenversorgungs-Netzes, wie beispielsweise Solar-Wechselrichtern, Brenner-Steuerungen sowie auch Wärmekraft-Anlagen zu kombinieren ist.