DE102012100864A1

DE102012100864A1 - Verfahren zur Verteilung einer Strommenge eines lokalen Stromerzeugers, Stromverteilungseinrichtung und ein Stromnetzwerk mit einer solchen Stromverteilungseinrichtung

Info

Publication number: DE102012100864A1
Application number: DE201210100864
Authority: DE
Inventors: Alexander Michael Sasse; Erwin Euler; Max Werlein; Wolfgang Kramer
Original assignee: Wagner and Co Solartechnik GmbH
Current assignee: Wagner and Co Solartechnik GmbH
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-08

Abstract

Stromeinspeisungsbegrenzungen für die Einspeisung von lokal erzeugtem Strom in das öffentliche Stromnetz führen zur nicht-Nutzbarkeit lokal produzierten Stroms. Die hierdurch entstehenden Nachteile sollen reduziert werden. Hierfür ist ein Verfahren zur Verteilung einer von einem Stromerzeuger in einem ersten Stromnetz erzeugten Gesamtstrommenge auf a) ein zweites Stromnetz, b) ein drittes Stromnetz mit Stromverbrauchern, und c) auf einen Überschussstromverbraucher, vorgesehen. Die Verteilung erfolgt mittels einer Stromverteilungseinrichtung mit einer Regeleinheit, in welcher ein Verbrauchsprogramm, ein Einspeisungsprogramm und ein Überschussprogramm hinterlegt sind. Weiterhin wird der Regeleinheit eine maximal in das zweite Stromnetz einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge vorgegeben. Mit dem Überschussprogramm ist eine Überschussstrommenge mittels des Überschussstromverbrauchers verbrauchbar, wobei diese der im ersten Stromnetz verfügbaren Gesamtstrommenge abzüglich einer in das zweite Stromnetz einzuspeisenden Einspeisungsstrommenge und abzüglich einer im dritten Stromnetz nachgefragten Strommenge entspricht. Verfahrensgemäß führt die Regeleinheit das Verbrauchsprogramm, das Einspeisungsprogramm und das Überschussprogramm durch. Außerdem betrifft die Erfindung ein Stromnetzwerk und eine Stromverteilungseinrichtung zur Verfahrensdurchführung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verteilung einer Gesamtstrommenge, die von einem Stromerzeuger in einem ersten Stromnetz erzeugt wird, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Stromnetzwerk mit einer Stromverteilungseinrichtung mit einer Regeleinheit zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 12, sowie eine Stromverteilungseinrichtung nach Anspruch 18.
Lokale Stromerzeuger wie Kleinkraftwerke (KKWs), Windkraft- und Photovoltaikanlagen sind im Stand der Technik bekannt. Außerdem ist es geläufig, seinen Eigenverbrauch soweit es geht mit selbst produziertem Strom zu decken. Der verbleibende Stromüberschuss wird in ein öffentliches Stromnetz eingespeist.
EP 1 914 857 A1 offenbart zum Beispiel ein Verfahren zur Erzeugung von Strom aus Sonnenkraft mittels Photovoltaikmodulen. Der erzeugte Gleichstrom wird mittels eines Wechselrichters in einen Wechselstrom umgewandelt. Dieser kann anschließend in einem lokalen Stromnetz verbraucht oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Für letzteres erhält der Einspeisende bspw. in Deutschland gemäß EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) eine Vergütung für die eingespeiste Strommenge.
Wirtschaftlich interessant wird es zunehmend, zumindest einen Teil des erzeugten Stromes nicht in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen, sondern selbst zu verbrauchen. Am Beispielland Deutschland wird dieser Eigenverbrauch durch eine im EEG enthaltene Regelung bezuschusst. Das bedeutet, dass die Summe aus der Ersparnis an Stromkosten und dem Zuschuss des Eigenverbrauchs höher ist, als eine alternative Vergütung der Einspeisung in das öffentliche Stromnetz und eine Bezahlung der dann aus dem öffentlichen Stromnetz bezogenen Strommenge.
Zur Abstimmung der Einspeisung in das öffentliche Stromnetz und des Eigenverbrauchs, sind Vorrichtungen und Verfahren notwendig. DE 10 2009 031 550 A1 beschreibt zum Beispiel eine Vorrichtung und eine Verfahren, welches den jeweils selbst benötigten Teil der elektrischen Energie einem lokalen Stromnetz zur Verfügung stellt und die verbleibende überschüssige Energie ins öffentliche Stromnetz einspeist. Eine solche Eigenverbrauchsregelung hat zum Ziel, einen möglichst hohen Anteil des lokalen Energiebedarfs durch lokal erzeugte Energie zu decken und damit einen möglichst hohen Gewinn zu erzielen. Ein solcher Vorteil eines möglichst hohen Eigenverbrauchs ist auch ohne Bezuschussung gegeben, wenn die Stromerzeugungskosten des lokalen Stromerzeugers geringer sind als die Stromkosten, welche der Verbraucher gegenüber einem Energieversorger zahlen müsste.
Eine aus DE 20 2011 003 152 U1 bekannte Maßnahme zur Erhöhung des Eigenstromverbrauchs ist eine Verlegung des Eigenstromverbrauchs in Zeiträume höherer Leistung des lokalen Stromerzeugers. Hierbei werden ohnehin notwendige Stromverbraucher wie beispielsweise Kühl-/Gefrierschränke und Waschmaschinen aktiviert, wenn ausreichend Eigenstrom für deren Betrieb vom lokalen Stromerzeuger verfügbar ist.
Problematisch ist die Zielerreichung eines maximalen Gewinns immer dann, wenn die in das öffentliche Stromnetz einspeisbare Strommenge begrenzt wird. Hierzu kommt es regelmäßig bei starker Belastung des öffentlichen Stromnetzes. Bei größeren lokalen Stromerzeugern erfolgt die Begrenzung über ein durch den Netzbetreiber ferngesteuertes Signal, welches die eingespeiste Strommenge mittels eines Wechselrichters des Stromerzeugers geregelt reduziert. Dabei umfasst die Regelung meist wenigstens vier Leistungsstufen die auf die Nennleistung des lokalen Stromerzeugers bezogen sind. So ist es bspw. bekannt, die Einspeisung bei Überlastung des öffentlichen Stromnetzes von unbegrenzt auf 60% der Nennleistung, 30% der Nennleistung oder 0% der Nennleistung zu begrenzen. Bei kleineren Anlagen wird alternativ auch eine generelle feste Begrenzung der maximal eingespeisten Leistung auf bspw. 70% der Nennleistung des lokalen Stromerzeugers vorgenommen. In Zeiträumen, in welchen der Stromerzeuger mehr als 70% der Nennleistung erbringt, muss die Überschussstrommenge entweder selbst verbraucht oder aber die erzeugte Strommenge gedrosselt werden. Damit sinken bei einer Einspeisungsbegrenzung die Einnahmen aus der Einspeisungsvergütung, ohne dass ein ausgleichender Mehrwert geschaffen wird.
Auch eine Zuschaltung eines beliebigen elektrischen Verbrauchers kann dieses Problem nicht beheben, da die verbraucherbedingte elektrische Energieaufnahme in keiner Beziehung zum Grad der überschüssigen Strommenge steht. Damit kann der Fall eintreten, dass weiterhin eine Überschussstrommenge vorliegt, die nicht genutzt werden kann. In einem alternativen zweiten Fall ist die Stromaufnahme der zugeschalten Verbraucher größer als die überschüssige Strommenge, sodass die maximale Stromeinspeisungsmenge durch den erhöhten Eigenverbrauch unterschritten wird. Entsprechend sinkt die Einspeisungsvergütung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik beseitigen und es ermöglichen, einen lokalen Stromerzeuger auch bei einer Begrenzung der in das öffentliche Stromnetz einspeisbaren Stromeinspeisungsmenge möglichst effizient und wirtschaftlich zu nutzen. Die Aufgabe soll dabei möglichst preiswert, einfach, komfortabel und zuverlässig gelöst werden.
Hauptmerkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 1, 12 und 18 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 11 und 13 bis 17.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Verteilung einer Gesamtstrommenge, die von einem Stromerzeuger in einem ersten Stromnetz erzeugt wird, auf

a) ein zweites Stromnetz,
b) ein drittes Stromnetz mit Stromverbrauchern, und
c) auf einen Überschussstromverbraucher, mittels einer Stromverteilungseinrichtung mit einer Regeleinheit, in welcher ein Verbrauchsprogramm, ein Einspeisungsprogramm und ein Überschussprogramm hinterlegt sind, wobei der Regeleinheit eine maximal in das zweite Stromnetz einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge vorgegeben wird,
• wobei mit dem Verbrauchsprogramm eine vom dritten Stromnetz nachgefragte Strommenge aus dem ersten Stromnetz entnehmbar und in das dritte Stromnetz einspeisbar ist,
• wobei mit dem Einspeisungsprogramm eine Einspeisungsstrommenge in das zweite Stromnetz einspeisbar ist, welche der Gesamtstrommenge abzüglich der nachgefragten Strommenge des dritten Stromnetzes, höchstens jedoch der maximalen Stromeinspeisungsmenge entspricht, und
• wobei mit dem Überschussprogramm eine Überschussstrommenge mittels des Überschussstromverbrauchers verbrauchbar ist, wobei diese der im ersten Stromnetz verfügbaren Gesamtstrommenge abzüglich der in das zweite Stromnetz einzuspeisenden Einspeisungsstrommenge und abzüglich der im dritten Stromnetz nachgefragten Strommenge entspricht,

• Durchführen des Verbrauchsprogramms;
• Durchführen des Einspeisungsprogramms;
• Durchführen des Überschussprogramms, bei dem die Überschussstrommenge mittels des Überschussstromverbrauchers verbraucht wird.

Erfindungsgemäß wird so die gesamte vom Stromerzeuger im ersten Stromnetz erzeugte Strommenge verwertet. Dabei schafft die Verwertung der Überschussstrommenge für Betreiber lokaler Stromerzeuger einen wirtschaftlichen Mehrwert. Es sei angemerkt, dass die Begriffe Strom und Strommenge auch im Sinne von elektrischer Energiemenge zu verstehen sind. Gleiches gilt für den Stromverbrauch, der eine Umwandlung von elektrischer Energie in eine andere Energieform (z.B. in Wärmeenergie oder kinetische Energie) umfasst.
Ein möglichst hoher Anteil an eigenverbrauchter Strommenge ist üblicherweise nur dann sinnvoll, wenn dieser Energieverbrauch effizient stattfindet. Dies ist nicht der Fall, wenn Alternativen zur Verfügung stehen, welche die gewünschte Wirkung zu Kosten erzielen, die geringer sind als die Einspeisungsvergütung abzüglich des Eigenverbrauchszuschusses für die hierfür ansonsten notwendige Strommenge. So ist beispielsweise die Erwärmung von Wasser mit eigenverbrauchtem Strom ineffizient, wenn eine thermische Solaranlage bereit steht, die Wärme fast kostenlos zur Verfügung stellt. In diesem Fall ist es betriebswirtschaftlich besser, auf die zusätzliche Vergütung von eigenverbrauchtem Strom zu verzichten, den Strom zur Einspeisungsvergütung zu verkaufen und die Wärme kostengünstig durch die thermische Solaranlage bereitzustellen.
Gerade in einer Begrenzungsphase der einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge macht jedoch auch eine erfindungsgemäße und unter regulären Umständen ineffiziente Eigennutzung von Strom aus einem lokalen Stromerzeuger Sinn. Dies gilt insbesondere bei regenerativen Stromerzeugern wie Photovoltaik- oder Windkraftanlagen, die nahezu keine laufenden Betriebskosten aufweisen. Die Überschussstrommenge ist hier ohnehin verfügbar.
Damit ist eine Drosselung der erzeugten Gesamtstrommenge solcher Stromerzeuger wirtschaftlich nicht sinnvoll. Hinzu kommt, dass Photovoltaik- und Windkraftanlagen mit stark schwankend zur Verfügung stehenden Naturressourcen betrieben werden. Gerade deren Leistungsspitzen werden durch eine Einspeisungsbegrenzung gegenüber einem öffentlichen zweiten Stromnetz abgefedert. Unter bestimmten Voraussetzungen trifft dies auch auf Wasserkraftwerke zu.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass mit dem Überschussstromverbraucher genau die Überschussstrommenge verbraucht werden kann. Hierfür sollte er einen veränderbaren Stromverbrauch aufweisen, der mit der verfügbaren Überschussstrommenge korreliert. So wird verhindert, dass der Verbrauch des Überschussstromverbrauchers zu einer Unterschreitung der maximal einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge führt. Damit wird eine Minderung der Einspeisungsvergütung wirksam vermieden. Hierfür sollte eine Regelung im Überschussprogramm erfolgen, bei der die tatsächliche vom Überschussstromverbraucher verbrauchte Strommenge auf maximal die berechnete Überschussstrommenge geregelt wird.
Die Überschussstrommenge kann nicht kleiner als null sein. Außerdem wird der Überschussstromverbraucher zumindest nicht im Überschussprogramm mit Strom aus dem zweiten Stromnetz gespeist. Derartiges könnte jedoch durch ein Sonderprogramm ermöglicht werden. So wäre zum Beispiel denkbar, eine Wassererwärmung mittels des Überschussstromverbrauchers in Ausnahmesituationen wie einem leeren Öltank, unterbrochener Gasleitung oder erloschener Feststoffverbrennung zu aktivieren. Außerdem kann eine Wassererwärmung bei besonders preiswerten temporären Stromtarifen durch Strombezug aus dem zweiten Stromnetz erfolgen.
Ferner kann erfindungsgemäß stets die nachgefragte Strommenge des dritten Stromnetzes aus dem ersten Stromnetz bedient werden, sofern diese nicht größer ist als die im ersten Stromnetz verfügbare Gesamtstrommenge.
Besonders geeignet ist das Verfahren somit für ein lokales erstes Stromnetz, ein öffentliches zweites Stromnetz, ein lokales drittes Stromnetz sowie ein lokales viertes Stromnetz. Entsprechend würden im lokalen ersten Stromnetz ein lokaler Stromerzeuger und im lokalen dritten Stromnetz lokale Stromverbraucher, sowie ein lokaler Überschussstromverbraucher vorgesehen sein.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Überschussprogramm eine Einspeisung der Überschussstrommenge in ein viertes Stromnetz vornimmt, in welchem der Überschussstromverbraucher angeordnet ist. Letzterer sollte dabei mit variablen Leistungen umgehen können. Damit braucht lediglich die entsprechende Überschussstrommenge in das vierte Stromnetz eingeleitet werden. Dies kann durch Regelung der Eingangsspannung des vierten Stromnetzes erfolgen, so zum Beispiel durch Taktung, Phasenanschnittsteuerung oder eine Pulsweitenmodulation. Der Stromverbrauch erfolgt dann ohne zusätzliches Zutun durch den Überschussstromverbraucher. Geeignet für variable Leistungen sind insbesondere Heizstäbe und andere elektrische Wärmeerzeuger. Mit diesen kann in Abhängigkeit von veränderbaren Eingangsspannungen unterschiedlich viel Wärme erzeugt werden.
Das vierte Stromnetz ermöglicht eine Fortbildung des Verfahrens, bei dem die Überschussstrommenge aus einem Wechselspannungsbereich des ersten Stromnetzes entnommen und in das vierte Stromnetz eingespeist wird, wobei das erste Stromnetz einen Gleichspannungsbereich und den Wechselspannungsbereich aufweist. Die Spannungsbereiche sind insbesondere über einen Wechselrichter verknüpft, der ausgangsseitig eine konstante Wechselspannung liefert. Für einen Betrieb des vierten Stromnetzes mit Wechselspannung spricht daher insbesondere eine flexible Auswahl an Überschussstromverbrauchern.
Alternativ kann das vierte Stromnetz gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Variante jedoch auch dazu eingesetzt werden, die Überschussstrommenge aus dem Gleichspannungsbereich zu entnehmen und in das vierte Stromnetz einzuspeisen. Damit wird die Überschussstrommenge schon vor dem Wechselrichter entnommen und Energieverluste bei der Wandlung fallen zumindest für die Überschussstrommenge nicht an.
Eine weitere erfindungsgemäße Abwandlung des Verfahrens sieht vor, dass das Überschussprogramm eine Verbrauchsregelung des Überschussstromverbrauchers im dritten Stromnetz auf maximal die Überschussstrommenge umfasst, wobei der Überschussstromverbraucher regelbar ist. Damit wird die Höhe des Eigenverbrauchs durch den Überschussstromverbraucher im dritten Stromnetz genau so geregelt, dass die Überschussstrommenge nahezu vollständig verbraucht wird, nicht jedoch eine über die Überschussstrommenge hinausgehende Strommenge. Entsprechend findet keine Verschwendung von erzeugtem Strom statt. Als Überschussstromverbraucher eignen sich hierfür regelbare Verbraucher wie elektrische Wärmeerzeuger und elektrische Motoren.
Gemäß einer bevorzugten näheren Ausgestaltung der Verbrauchsregelung wird die Höhe der Überschussstrommenge an den regelbaren Überschussstromverbraucher mittels eines Sollverbrauchgebers übermittelt. In Kenntnis der verfügbaren Überschussstrommenge kann die eigentliche Regelung des variablen Stromverbrauchers somit dezentral durch diesen selbst erfolgen. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Regeleinheit als solches nur den Wert der Überschussstrommenge ausgeben muss, nicht jedoch spezifisch auf den variablen Stromverbraucher programmiert sein muss. So können unterschiedliche variable Stromverbraucher mit der Regeleinheit bzw. der Stromverteilungseinrichtung kombiniert werden. Darauf abgestimmte Programmierungen der Regeleinheit sind jedoch nicht unbedingt erforderlich.
Eine weitere Ergänzung des Verfahrens sieht vor, dass die Vorgabe der maximal in das zweite Stromnetz einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge ein Empfangen eines Signals einer externen Einspeisungsbegrenzungseinrichtung umfasst. Solange diese maximal einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge höher ist als die verfügbare Gesamtstrommenge im ersten Stromnetz abzüglich der vom dritten Stromnetz nachgefragten Strommenge, kann die Gesamtstrommenge auf das zweite Stromnetz und das dritte Stromnetz aufgeteilt werden. Dies umfasst auch den Fall, dass die einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge keiner Begrenzung unterliegt. Für die Überschussstrommenge ergibt sich dann der Wert null. Hierdurch erlangt der Betreiber des Stromerzeugers einen maximalen Gewinn.
Nur wenn die einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge beschränkt wird, ergibt sich eine Situation, bei welcher sich eine Überschussstrommenge größer als null ergeben kann. Diese Überschussstrommenge wird dann so gut wie möglich durch den Überschussstromverbraucher verwertet. Eine Verschwendung des Stroms wird verhindert, sodass sich auch aus der Überschussstrommenge ein maximaler Mehrwert für den Betreiber des Stromerzeugers ergibt.
Bevorzugt umfasst das Signal dabei die maximal in das zweite Stromnetz einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge als stufenlose und sich verändernde Größe. Hierdurch werden die Begrenzung der Stromeinspeisungsmenge und damit auch die Entstehung von Überschussstrommengen auf ein Minimum reduziert. Der wirtschaftliche Nutzen des Betreibers ist so sehr hoch und das zweite Stromnetze bestmöglich ausgelastet. Alternativ kann jedoch auch ein Signal mit Stufen der einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge von der Regeleinheit verarbeitet werden.
Sofern die Regeleinheit über keine Empfangseinheit für derartige Signale verfügt oder das externe Signal der Regeleinheit nicht bereitgestellt wird, besteht insbesondere für kleinere insbesondere lokale Stromerzeuger die Möglichkeit, die maximal in das zweite Stromnetz einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge fest in der Regeleinheit zu hinterlegen. Hierdurch sind der Regelaufwand und die Kosten für technische Komponenten zur Umsetzung der Stromverteilung geringer, weswegen eine derartige Lösung bei einer gesamtwirtschaftlichen Betrachtung kleiner lokaler Stromerzeuger sinnvoll sein kann.
Zusätzlich kann das Verfahren dadurch ergänzt werden, dass die Regeleinheit im Überschussprogramm wenigstens einen Stromverbraucher im dritten Stromnetz aktiviert, wenn eine Überschussstrommenge verfügbar ist. Durch solch eine Aktivierung steigt die nachgefragte Strommenge im dritten Stromnetz und gleichzeitig sinkt die Überschussstrommenge. So wäre es beispielsweise möglich, einen Kühl- oder Gefrierschrank dann zu aktivieren, wenn eine Überschussstrommenge größer null vorliegt. Wenigstens bis zu einem gewissen Grad können so Überschussstrommengen vermieden werden.
Zusätzlich kann das Verfahren dadurch ergänzt sein, dass die Regeleinheit ein Entnahmeprogramm umfasst, bei dem eine Differenzstrommenge aus dem zweiten Stromnetz entnommen sowie dem dritten Stromnetz zugeführt wird, wobei die Differenzstrommenge der vom dritten Stromnetz nachgefragten Strommenge abzüglich der im ersten Stromnetz verfügbaren Gesamtstrommenge entspricht, minimal jedoch null ist. Somit kann die nachgefragte Strommenge des dritten Stromnetzes auch dann erfüllt werden, wenn die Gesamtstrommenge des Stromerzeugers im ersten Stromnetz nicht ausreichend ist. Dabei sollte das Entnahmeprogramm jedoch ausschließlich aktiviert werden, wenn die Überschussstrommenge null ist. Letzteres ist insbesondere dann zu berücksichtigen, wenn der Überschussstromverbraucher im dritten Stromnetz integriert ist. Eine Erfassung der nachgefragten Strommenge im dritten Stromnetz muss hier exklusive der Überschussstrommenge erfolgen.
Eine vor allem in absehbarer Zukunft vorteilhafte Ergänzung des Verfahrens sieht vor, dass die Regeleinheit eine aktuelle Einspeisungsvergütung pro Einspeisungsstrommenge empfängt und das Einspeisungsprogramm die in das zweite Stromnetz einzuspeisende Einspeisungsstrommenge auf null setzt, wenn die Einspeisungsvergütung geringer ist als die Kosten für eine technische Alternative zur Erzielung der gleichen technischen Wirkung wie die mit dem Überschussstromverbraucher und der Einspeisungsstrommenge erzielbare. Dabei sollten insbesondere die Kosten der technischen Alternative unter Berücksichtigung einer Eigenverbrauchsvergütung erfolgen, sofern eine solche vorgesehen ist. Somit ist es möglich, in Zeiten sehr geringer Einspeisungsvergütung den ansonsten eingespeisten Strom selbst zu verwerten. Damit wird ein größerer wirtschaftlicher Gewinn erzielt, als wenn der Strom zu der sehr geringen Einspeisungsvergütung verkauft wird. Hierzu kann es insbesondere dann kommen, wenn ein Überangebot an Strom im zweiten Stromnetz besteht und die Einspeisungsvergütung basierend auf Angebot und Nachfrage sinkt. Die aktuelle Einspeisungsvergütung könnte die Regeleinheit beispielsweise von einem elektronischen Stromzähler mit Tarifumschaltung erhalten, über welchen die Stromeinspeisung abgerechnet wird. Eine zusätzliche Regelung der technischen Alternative durch die Regeleinheit ist besonders vorteilhaft, da so beispielsweise eine gleichzeitige Wassererwärmung mittels fossiler Verbrennung und einem elektrisch betriebenen Wärmeerzeuger verhindert werden kann.
Zusätzlich bietet sich eine erfindungsgemäße Verfahrenserweiterung an, bei der die Regeleinheit einen aktuellen Strompreis für Strom aus dem zweiten Stromnetz empfängt, und eine Aktivierung von wenigstens einem Stromverbraucher und/oder dem Überschussstromverbraucher erfolgt, wenn die damit verbundenen Kosten geringer sind, als die Kosten für eine technische Alternative zur Erzielung der gleichen technischen Wirkung. Somit können insbesondere in Zeiten sehr hoher Belastungen des zweiten Stromnetzes und einem damit verbundenen hohen Angebot von Strom zu geringen Kosten, Einsparungen für den Betreiber der Stromverteilungseinrichtung erzielt werden. Die Betriebszeiten von Stromverbrauchern sind gezielt in Zeiträume von günstigen Strompreisen legbar, sofern deren Betrieb nicht durch die Gesamtstrommenge des Stromerzeugers erfolgen konnte. Zusätzlich wird die Belastung des zweiten Stromnetzes reduziert, wenn bei hoher Belastung Stromabnehmer hinzugeschaltet werden. Der aktuelle Strompreis ist beispielsweise von einem elektronischen Stromzähler mit Tarifumschaltung an die Regeleinheit übermittelbar, mit welchem die Stromentnahme aus dem zweiten Stromnetz abgerechnet wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Stromnetzwerk mit einer Stromverteilungseinrichtung mit einer Regeleinheit zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens, wobei die Stromverteilungseinrichtung über einen ersten Anschluss mit einem ersten Stromnetz mit einem Stromerzeuger, über einen zweiten Anschluss mit einem zweiten Stromnetz, über einen dritten Anschluss mit einem dritten Stromnetz mit Stromverbrauchern und über einen vierten Anschluss mit einem Überschussstromverbraucher verbunden ist.
Bei der Durchführung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem solchen Stromnetzwerk kann die gesamte Gesamtstrommenge verwertet werden. Dabei schafft die Verwertung der Überschussstrommenge für den Betreiber des Stromerzeugers einen wirtschaftlichen Mehrwert.
Ein möglichst hoher Anteil an eigenverbrauchter Strommenge ist grundsätzlich nur dann sinnvoll, wenn dieser Energieverbrauch effizient stattfindet. Gerade in einer Begrenzungsphase der einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge macht jedoch auch eine erfindungsgemäße und unter regulären Umständen ineffiziente Eigennutzung von Strom aus dem Stromerzeuger Sinn. Dabei liegt ein wichtiger Vorteil der Erfindung darin, dass der Überschussstromverbraucher durch seinen schwankenden Stromverbrauch genau die Überschussstrommenge verbrauchen kann. Dies wird insbesondere über die Verbindung der Stromverteilungseinrichtung mit dem Überschussstromverbraucher erreicht.
Gleichzeitig wird verhindert, dass der Verbrauch des Überschussstromverbrauchers zu einer Unterschreitung der maximal einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge führt. Damit kommt es zu keiner Minderung der Einspeisungsvergütung.
Ferner kann mit dem erfindungsgemäßen Stromnetzwerk die gesamte nachgefragte Strommenge des dritten Stromnetzes bedient werden, sofern diese nicht größer ist als die im ersten Stromnetz verfügbare Gesamtstrommenge.
Dabei kann die Stromverteilungseinrichtung beispielsweise einen von der Regeleinheit regelbaren Transformator umfassen, um die Verteilung der Gesamtstrommenge auf den Überschussstromverbraucher sowie das zweite und dritte Stromnetz zu ermöglichen. Ein Übersetzungsverhältnis des Transformators könnte dann mechanisch über einen Stellmotor an die im dritten Stromnetz nachgefragte Strommenge, an die in das zweite Stromnetz einzuspeisende Strommenge und an die Überschussstrommenge angepasst werden.
Alternativ oder ergänzend zu einem Transformator kann auch ein durch die Regeleinheit regelbarer Leistungshalbleiter eingesetzt werden, z.B. ein Insulated Gate Bipolar Transistor [IGBT]. Im Falle ergänzender Leistungshalbleiter kommt es zu einer Kombination aus steuerbaren Leistungshalbleitern mit wenigstens einem Transformator. Letzterer weist dann eine Mehrzahl von Wicklungsabgriffen auf, wobei die Regelung der Stromverteilungseinrichtung durch Regelung der unterschiedlichen Wicklungsabgriffe über Halbleiterschalter erfolgt.
Gemäß einer Variante des Stromnetzwerks verträgt der Überschussstromverbraucher variable Leistungen, ist in einem vierten Stromnetz angeordnet und ist über den vierten Anschluss mit der Stromverteilungseinrichtung verbunden. Damit kann genau die Überschussstrommenge in das vierte Stromnetz eingespeist werden. Am vierten Anschluss wird das vierte Stromnetz mit einer veränderbaren Eingangsspannung versorgt. Für die Regelung der Eingangsspannung eignen sich unter anderem eine Phasenanschnittsteuerung oder eine Pulsweitenmodulation. Die Leistungsaufnahme des Überschussstromverbrauchers lässt sich damit entsprechend steuern. Geeignet für die damit verbundene veränderbare Eingangsspannung sind insbesondere Heizstäbe und andere elektrische Wärmeerzeuger. Mit diesen kann in Abhängigkeit der Überschussstrommenge unterschiedlich viel Wärme erzeugt werden.
Alternativ bietet sich eine Variante des Stromnetzwerkes an, bei welcher der Überschussstromverbraucher regelbar und im dritten Stromnetz angeordnet ist, sowie die Verbindung zwischen dem vierten Anschluss und dem Überschussstromverbraucher eine Datenverbindung zur Regelung des Überschussstromverbrauchers durch die Regeleinheit ist. Somit kann eine Verbrauchsregelung des regelbaren Überschussstromverbrauchers im dritten Stromnetz auf maximal die Überschussstrommenge erfolgen. Damit wird die Höhe des Eigenverbrauchs durch den Überschussstromverbraucher im dritten Stromnetz so geregelt, dass die Überschussstrommenge nahezu vollständig verbraucht wird, nicht jedoch eine über die Überschussstrommenge hinausgehende Strommenge. Entsprechend findet keine Verschwendung von erzeugtem Strom statt. Es eignen sich hierfür insbesondere regelbare Verbraucher wie elektrische Wärmeerzeuger und elektrische Motoren als Überschussstromverbraucher.
Die Regelung des Überschussstromverbrauchers kann hierbei allein von der Regeleinheit ausgehen. Alternativ kann die Regeleinheit jedoch auch einen Sollverbrauchgeber aufweisen, der mit dem regelbaren Überschussstromverbraucher im dritten Stromnetz gekoppelt ist. Anhand des übermittelten Sollverbrauchs an den Überschussstromverbraucher, kann letzterer die eigentliche Regelung des Stromverbrauchs dann selbst regeln. Damit können auch Überschussstromverbraucher eingesetzt werden, deren Regelparameter nicht vollumfänglich in der Regeleinheit einprogrammiert sind.
Gemäß einer weiteren Fortbildung des Stromnetzwerkes ist die Regeleinheit mit einer externen Einspeisungsbegrenzungseinrichtung zur Begrenzung der maximal in das zweite Stromnetz einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge gekoppelt. Somit kann mit dem Stromnetzwerk stets die Gesamtstrommenge auf das öffentliche zweite Stromnetz und das dritte Stromnetz aufgeteilt werden, wenn die maximal einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge höher ist als die verfügbare Gesamtstrommenge im ersten Stromnetz abzüglich der vom dritten Stromnetz nachgefragten Strommenge. Dies umfasst auch den Fall, dass die einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge keiner Begrenzung unterliegt. Für die Überschussstrommenge ergibt sich dann der Wert null. Hierdurch erlangt der Betreiber des Stromerzeugers einen maximalen Gewinn.
Nur wenn die einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge beschränkt wird, ergibt sich eine Situation, bei welcher sich eine Überschussstrommenge größer als null ergeben kann. Diese Überschussstrommenge wird dann in dem Stromnetzwerk so gut wie möglich durch den Überschussstromverbraucher verwertet. Eine Verschwendung des Stroms wird verhindert, sodass sich auch aus der Überschussstrommenge ein maximaler Mehrwert für den Betreiber des Stromerzeugers ergibt.
In der Regeleinheit sollten zum Betrieb des Stromnetzwerkes ein Verbrauchsprogramm, ein Einspeisungsprogramm, ein Überschussprogramm und/oder ein Entnahmeprogramm hinterlegt sein, deren Funktionen obenstehend beschrieben sind. Die Stromverteilungseinrichtung kann dabei Teil eines Wechselrichters des Stromerzeugers sein oder sie ist separat vom Wechselrichter des Stromerzeugers ausgebildet.
Eine bevorzugte nähere Ausgestaltung umfasst ein Stromnetzwerk, bei dem der Stromerzeuger eine Photovoltaikanlage ist. Gerade Photovoltaikanlagen werden oftmals in räumlicher Nähe zu lokalen Stromnetzen mit lokalen Stromverbrauchern installiert. Dementsprechend gestaltet sich die Einspeisung von im lokalen ersten Stromnetz erzeugtem Strom in ein lokales drittes Stromnetz einfach. Außerdem ist die Leistungsabgabe von Photovoltaikanlagen stark schwankend, sodass mit einer automatisierten Regelung der Stromverteilung ein wirtschaftlicher Vorteil erlangt werden kann. Schließlich erzeugt eine Photovoltaikanlage nahezu ohne laufende Kosten Strom. Eine Drosselung ist daher ökonomisch nicht sinnvoll. In technischer Hinsicht kommen hierfür nur eine Beschattung der Photovoltaikpaneele oder aber eine Leistungsdrosselung über den Wechselrichter in Betracht. In erfindungsgemäßem Stromnetzwerk ist dies nicht erforderlich, da der Überschussstrom verwertet wird. Dies ist insbesondere dann erreichbar, wenn der Überschussstromverbraucher hinreichend groß ausgelegt ist. Vorzugsweise weicht die maximale Aufnahmeleistung des Überschussstromverbrauchers hierfür um maximal 20% von der Nennleistung des Stromerzeugers im ersten Stromnetz ab. Besonders bevorzugt beträgt die Abweichung maximal 10%. Damit kann in nahezu jedem auftretbaren Fall die gesamte erzeugte Gesamtstrommenge im ersten Stromnetz durch den Überschussstromverbraucher verwertet werden. Ein solches Szenario wäre beispielsweise eine Unterbrechung des zweiten Stromnetzes und keine nachgefragte Strommenge aus dem dritten Stromnetz.
Ferner ist eine Ergänzung des Stromnetzwerkes besonders günstig, bei welcher der Überschussstromverbraucher eine Heizeinrichtung für einen Wärmeträger ist. Da der Überschussstromverbraucher aufgrund des geforderten schwankenden Stromverbrauchs bevorzugt ein Widerstand oder ein Heizstab ist, in denen die Energie der Überschussstrommenge jeweils in Wärme gewandelt wird, macht eine Weiterverwertung dieser Wärme Sinn. Für Wärme besteht außerdem an vielen Orten ein Bedarf, der ohnehin zu decken ist. Wärmeträger können dabei unter anderem Wasser, Trinkwasser, Wärmeträgerfluide, Phasenwechselmaterialien oder Festkörper sein.
Außerdem ist Wärme gut speicherbar und kann entsprechend erst bei einem Vorliegen eines Bedarfs von einem Nachfrager abgerufen werden. Hierfür ist es zu bevorzugen, dass die Heizeinrichtung mit einem Wärmespeicher korrespondiert. In diesem kann ein Wärmeträger angeordnet sein. Bevorzugte Speicher sind insbesondere Pufferspeicher, Trinkwasserspeicher oder Feststoffspeicher.
Entsprechend einer weiteren Ergänzung der Erfindung ist ein Erfassungsmittel zum Erfassen der im dritten Stromnetz nachgefragten Strommenge vorgesehen. Sofern der Überschussstromverbraucher in diesem dritten Stromnetz liegt, sollte das Erfassungsmittel mit diesem oder der Regeleinheit derart gekoppelt sein, dass die Überschussstrommenge nicht mit in die nachgefragte Strommenge im dritten Stromnetz einfließt. Durch eine zyklische Erfassung der nachgefragten Strommenge kann die Verteilung der Gesamtstrommenge verfahrensgemäß zyklisch angepasst werden.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Stromverteilungseinrichtung mit einer Regeleinheit zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, und aufweisend

• einen ersten Anschluss zur Verbindung mit einem ersten Stromnetz mit einem Stromerzeuger,
• einen zweiten Anschluss zur Verbindung mit einem zweiten Stromnetz,
• einen dritten Anschluss zur Verbindung mit einem dritten Stromnetz mit Stromverbrauchern und
• einen vierten Anschluss zur Verbindung mit einem Überschussstromverbraucher,

• Verbrauchsprogramm, mit dem eine von dem dritten Stromnetz nachgefragte Strommenge aus dem ersten Stromnetz entnehmbar und in das dritte Stromnetz einspeisbar ist,
• Einspeisungsprogramm, mit dem eine Einspeisungsstrommenge in das zweite Stromnetz einspeisbar ist, welche der Gesamtstrommenge abzüglich der nachgefragten Strommenge des dritten Stromnetzes, höchstens jedoch einer maximal einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge entspricht, und
• ein Überschussprogramm, mit dem eine Überschussstrommenge mittels des Überschussstromverbrauchers verbrauchbar ist, wobei diese der im ersten Stromnetz verfügbaren Gesamtstrommenge abzüglich der in das zweite Stromnetz einzuspeisenden Einspeisungsstrommenge und abzüglich der im dritten Stromnetz nachgefragten Strommenge entspricht,

Mit einer solchen Stromverteilungseinrichtung sind die Vorteile des zuvor beschriebenen Verfahrens und Stromnetzwerkes realisierbar. Insbesondere ist die Stromverteilungseinrichtung als Produkt vermarktbar und anschließend in bestehende Stromnetze integrierbar.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 ein Stromnetzwerk mit einem geregelten Überschussstromverbraucher in einem lokalen dritten Stromnetz;
2 ein Stromnetzwerk mit einem Überschussstromverbraucher in einem lokalen vierten Stromnetz auf Seiten eines Wechselspannungsbereichs eines Wechselrichters; und
3 ein Stromnetzwerk mit einem Überschussstromverbraucher in einem lokalen vierten Stromnetz auf Seiten eines Gleichspannungsbereichs eines Wechselrichters.
1 zeigt ein Stromnetzwerk 1 mit einem geregelten Überschussstromverbraucher 4 in einem lokalen dritten Stromnetz S3. Das Stromnetzwerk 1 verfügt über eine Stromverteilungseinrichtung 8 mit einer Regeleinheit 5 und ist über einen ersten Anschluss 9 mit einem lokalen ersten Stromnetz S1 mit einem lokalen Stromerzeuger 2 verbunden. In dieser Verbindung sitzt ein Wechselrichter 13, welcher das lokale erste Stromnetz S1 in einen Gleichspannungsbereich B1 auf Seiten des lokalen Stromerzeugers 2 und einen Wechselspannungsbereich B2 auf Seiten der Stromverteilungseinrichtung 8 aufteilt. Der lokale Stromerzeuger 8 ist als Photovoltaikanlage 14 ausgebildet, die exponiert zur Sonne ausgerichtet ist. Mittels des lokalen Stromerzeugers 2 wird nunmehr eine Gesamtstrommenge M_ges erzeugt. Im Wechselrichter 13 wird diese von einer Gleichspannung in eine Wechselspannung gewandelt und schließlich an die Stromverteilungseinrichtung 8 geleitet.
Weiterhin ist die Stromverteilungseinrichtung 8 über einen zweiten Anschluss 10 mit einem öffentlichen zweiten Stromnetz S2 verbunden. In diesem ist exemplarisch ein weiterer Stromerzeuger in Form eines Kraftwerks 15 angeordnet. Dabei ist die Regeleinheit 5 mit einer externen Einspeisungsbegrenzungseinrichtung 7 zur Begrenzung der maximal in das öffentliche zweite Stromnetz S2 einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge M_max gekoppelt. Diese Einspeisungsbegrenzungseinrichtung 7 steht zudem mit dem Kraftwerk 15 in Verbindung. Hierdurch wird eine Vorgabe der maximal in das öffentliche zweite Stromnetz S2 einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge M_max durch ein Empfangen eines Signals der externen Einspeisungsbegrenzungseinrichtung 7 ermöglicht. Auf eine Darstellung von Stromverbrauchern in diesem öffentlichen zweiten Stromnetz S2 wurde verzichtet.
Über einen dritten Anschluss 11 ist die Stromverteilungseinrichtung 8 mit einem lokalen dritten Stromnetz S3 mit lokalen Stromverbrauchern 3 verbunden, zu deren Betrieb eine nachgefragte Strommenge M_nf erforderlich ist.
Schließlich findet sich auch noch ein Überschussstromverbraucher 4 mit veränderbarem Stromverbrauch in dem lokalen dritten Stromnetz S3. Insbesondere ist er parallel zu den übrigen Stromverbrauchern 3 geschaltet. Wie man erkennt, ist der Überschussstromverbraucher 4 regelbar. Hierfür ist er über einen vierten Anschluss 12 mit der Stromverteilungseinrichtung 8 verbunden. Diese Verbindung zwischen dem vierten Anschluss 12 und dem Überschussstromverbraucher 4 ist insbesondere eine Datenverbindung zur Regelung des Überschussstromverbrauchers 4 durch die Regeleinheit 5. Gemäß der gezeigten Ausführungsform weist die Regeleinheit 5 einen Sollverbrauchgeber 6 auf, der mit dem regelbaren Überschussstromverbraucher 4 gekoppelt ist. Durch Vorgabe des Sollverbrauchs an den Überschussstromverbraucher 4, regelt dieser seinen Verbrauch selbst auf maximal den geforderten Sollverbrauch, welcher der Überschussstrommenge M_üb entspricht.
In der Regeleinheit 5 sind ein Verbrauchsprogramm P1 zur Einspeisung einer vom lokalen dritten Stromnetz S3 nachgefragten Strommenge M_nf in dieses lokale dritte Stromnetz S3, ein öffentliches Einspeisungsprogramm P2 zur Einspeisung einer Strommenge M_öf in das öffentliche zweite Stromnetz S2 und ein Überschussprogramm P3 zum Verbrauchen einer Überschussstrommenge M_üb mittels des Überschussstromverbrauchers 4 hinterlegt.
Mit diesem Stromnetzwerk 1 ist nunmehr ein Verfahren durchführbar, bei dem eine Verteilung der vom lokalen Stromerzeuger 2 im lokalen ersten Stromnetz S1 erzeugten Gesamtstrommenge M_ges, auf

a) das öffentliche zweite Stromnetz S2,
b) das lokale dritte Stromnetz S3 mit den lokalen Stromverbrauchern 3, und
c) auf den Überschussstromverbraucher 4

5

_max

Beim Durchführen des Verbrauchsprogramms P1 sorgt die Regeleinheit 5 dafür, dass eine vom lokalen dritten Stromnetz S3 nachgefragte Strommenge M_nf aus dem lokalen ersten Stromnetz S1 entnommen und in das lokale dritte Stromnetz S3 eingespeist wird.
Das Einspeisungsprogramms P2 sorgt für eine Einspeisung einer Einspeisungsstrommenge M_öf in das öffentliche zweite Stromnetz S2, welche der Gesamtstrommenge M_ges abzüglich der nachgefragten Strommenge M_nf des lokalen dritten Stromnetzes S3 entspricht. Dabei ist die Einspeisungsstrommenge M_öf jedoch auf die maximal einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge M_max begrenzt. Die Begrenzung kann jedoch auch von der externen Einspeisungsbegrenzungseinrichtung 7 unendlich hoch angesetzt, bzw. aufgehoben sein. Bei letzterem kann die Regeleinheit die maximal einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge M_max eigenständig auf einen Wert oberhalb der Nennleistung des lokalen Stromerzeugers 2 hochsetzen.
Im Überschussprogramms P3 trägt die Regeleinheit 5 Sorge dafür, dass die Überschussstrommenge M_üb mittels des Überschussstromverbrauchers 4 verbraucht wird. Die Überschussstrommenge M_üb entspricht dabei der im lokalen ersten Stromnetz S1 verfügbaren Gesamtstrommenge M_ges abzüglich der in das öffentliche zweite Stromnetz S2 einzuspeisenden Einspeisungsstrommenge M_öf und abzüglich der im lokalen dritten Stromnetz S3 nachgefragten Strommenge M_nf. Minimal ist sie null. Insbesondere erfolgt die Verbrauchsregelung des regelbaren Überschussstromverbrauchers 4 im lokalen dritten Stromnetz S3 auf maximal die Überschussstrommenge M_üb. Somit ist die öffentlich eingespeiste Strommenge M_öf maximal und die Überschussstrommenge M_üb wird nahezu vollumfänglich verbraucht. Insbesondere umfasst die Verbrauchsregelung hierfür ein Übermitteln der Höhe der Überschussstrommenge M_üb an den regelbaren Überschussstromverbraucher 4 mittels des Sollverbrauchgebers 6.
Zusätzlich kann das Verfahren dadurch ergänzt werden, dass die Regeleinheit 5 im Überschussprogramm P3 wenigstens einen Stromverbraucher 3 im lokalen dritten Stromnetz S3 aktiviert, wenn eine Überschussstrommenge M_üb verfügbar ist.
Wie 1 entnehmbar, ist außerdem ein Entnahmeprogramm P4 in der Regeleinheit 5 hinterlegt. Mittels diesem wird eine Differenzstrommenge M_dif aus dem öffentlichen zweiten Stromnetz S2 entnommen sowie dem lokalen dritten Stromnetz S3 zugeführt, wobei die Differenzstrommenge M_dif der vom lokalen dritten Stromnetz S3 nachgefragten Strommenge M_nf abzüglich der im lokalen ersten Stromnetz S1 verfügbaren Gesamtstrommenge M_ges entspricht, minimal jedoch null ist.
Die 2 und 3 zeigen jeweils ein Stromnetzwerk 1 mit einem Überschussstromverbraucher 4 in einem lokalen vierten Stromnetz S4. Das Stromnetzwerk 1 verfügt über eine Stromverteilungseinrichtung 8 mit einer Regeleinheit 5 und ist über einen ersten Anschluss 9 mit einem lokalen ersten Stromnetz S1 mit einem lokalen Stromerzeuger 2 verbunden. In dieser Verbindung sitzt ein Wechselrichter 13, welcher das lokale erste Stromnetz S1 in einen Gleichspannungsbereich B1 auf Seiten des lokalen Stromerzeugers 2 und einen Wechselspannungsbereich B2 auf Seiten der Stromverteilungseinrichtung 8 aufteilt. Der lokale Stromerzeuger 8 ist als Photovoltaikanlage 14 ausgebildet, die exponiert zur Sonne ausgerichtet ist. Mittels des lokalen Stromerzeugers 2 wird nunmehr eine Gesamtstrommenge M_ges erzeugt. Im Wechselrichter 13 wird wenigstens ein Teil von dieser von einer Gleichspannung in eine Wechselspannung gewandelt.
Weiterhin ist die Stromverteilungseinrichtung 8 über einen zweiten Anschluss 10 mit einem öffentlichen zweiten Stromnetz S2 verbunden. In diesem ist exemplarisch ein weiterer Stromerzeuger in Form eines Kraftwerks 15 angeordnet. Ferner ist die Regeleinheit 5 mit einer externen Einspeisungsbegrenzungseinrichtung 7 zur Begrenzung der maximal in das öffentliche zweite Stromnetz S2 einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge M_max gekoppelt. Diese Einspeisungsbegrenzungseinrichtung 7 steht zudem mit dem Kraftwerk 15 in Verbindung. Hierdurch wird eine Vorgabe der maximal in das öffentliche zweite Stromnetz S2 einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge M_max durch ein Empfangen eines Signals der externen Einspeisungsbegrenzungseinrichtung 7 ermöglicht. Auf eine Darstellung etwaiger Stromverbraucher in diesem öffentlichen zweiten Stromnetz S2 wurde verzichtet.
Über einen dritten Anschluss 11 ist die Stromverteilungseinrichtung 8 mit einem lokalen dritten Stromnetz S3 mit lokalen Stromverbrauchern 3 verbunden, zu deren Betrieb eine nachgefragte Strommenge M_nf erforderlich ist. Schließlich findet sich auch noch ein Überschussstromverbraucher 4 mit veränderbarem Stromverbrauch in einem lokalen vierten Stromnetz S4. Insbesondere verträgt der Überschussstromverbraucher 4 schwankende Leistungen. Das lokale vierte Stromnetz S4 als solches ist wiederum über einen vierten Anschluss 12 mit der Stromverteilungseinrichtung 8 verbunden.
In der Regeleinheit 5 sind ein Verbrauchsprogramm P1 zur Einspeisung einer vom lokalen dritten Stromnetz S3 nachgefragten Strommenge M_nf in dieses lokale dritte Stromnetz S3, ein öffentliches Einspeisungsprogramm P2 zur Einspeisung einer Strommenge M_öf in das öffentliche zweite Stromnetz S2 und ein Überschussprogramm P3 zum Verbrauchen einer Überschussstrommenge M_üb mittels des Überschussstromverbrauchers 4 hinterlegt.
Mit diesem Stromnetzwerk 1 ist nunmehr ein Verfahren durchführbar, bei dem eine Verteilung der vom lokalen Stromerzeuger 2 im lokalen ersten Stromnetz S1 erzeugten Gesamtstrommenge M_ges auf

5

_max

7

Beim Durchführen des Verbrauchsprogramms P1 sorgt die Regeleinheit 5 dafür, dass eine vom lokalen dritten Stromnetz S3 nachgefragte Strommenge M_nf aus dem lokalen ersten Stromnetz S1 entnommen und in das lokale dritte Stromnetz S3 eingespeist wird.
Das Einspeisungsprogramms P2 sorgt für eine Einspeisung einer Einspeisungsstrommenge M_öf in das öffentliche zweite Stromnetz S2. Diese entspricht der Gesamtstrommenge M_ges abzüglich der nachgefragten Strommenge M_nf des lokalen dritten Stromnetzes S3. Dabei ist die Einspeisungsstrommenge M_öf jedoch auf die maximal einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge M_max begrenzt. Die Begrenzung kann allerdings von der externen Einspeisungsbegrenzungseinrichtung 7 unendlich hoch angesetzt, bzw. aufgehoben sein. Bei letzterem kann die Regeleinheit die maximal einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge M_max eigenständig auf einen Wert oberhalb der Nennleistung des lokalen Stromerzeugers 2 hochsetzen.
Im Überschussprogramms P3 trägt die Regeleinheit 5 Sorge dafür, dass die Überschussstrommenge M_üb mittels des Überschussstromverbrauchers 4 verbraucht wird. Die Überschussstrommenge M_üb entspricht dabei der im lokalen ersten Stromnetz S1 verfügbaren Gesamtstrommenge M_ges abzüglich der der in das öffentliche zweite Stromnetz S2 zu speisenden Einspeisungsstrommenge M_öf und abzüglich der im lokalen dritten Stromnetz S3 nachgefragten Strommenge M_nf. Minimal ist sie null. Der Verbrauch wird dabei allein dadurch geregelt, dass ein Einspeisen der Überschussstrommenge M_üb in das lokale vierte Stromnetz S4 erfolgt. Dabei korrespondiert der Stromverbrauch des Überschussstromverbrauchers 4 mit der Überschussstrommenge M_üb.
Zusätzlich kann das Verfahren dadurch ergänzt werden, dass die Regeleinheit 5 im Überschusssprogramm P3 wenigstens einen Stromverbraucher 3 im lokalen dritten Stromnetz S3 aktiviert, wenn eine Überschussstrommenge M_üb verfügbar ist. Hierdurch wird die Überschussstrommenge M_üb gesenkt.
Wie den 2 und 3 entnehmbar, ist außerdem ein Entnahmeprogramm P4 in der Regeleinheit 5 hinterlegt. Mittels diesem wird eine Differenzstrommenge M_dif aus dem öffentlichen zweiten Stromnetz S2 entnommen sowie dem lokalen dritten Stromnetz S3 zugeführt, wobei die Differenzstrommenge M_dif der vom lokalen dritten Stromnetz S3 nachgefragten Strommenge M_nf abzüglich der im lokalen ersten Stromnetz S1 verfügbaren Gesamtstrommenge M_ges entspricht, minimal jedoch null ist.
Die in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen unterscheiden sich hinsichtlich der Spannungsart, in welcher das lokale vierte Stromnetz S4 und damit der Überschussstromverbraucher 4 betrieben werden.
Gemäß 2 ist das lokale vierte Stromnetz S4 über die Stromverteilungseinrichtung 8 mit dem Wechselspannungsbereich B2 des lokalen ersten Stromnetzes S1 gekoppelt. Entsprechend wird die Überschussstrommenge M_üb aus dem Wechselspannungsbereich B2 des lokalen ersten Stromnetzes S1 entnommen und in das lokale vierte Stromnetz S4 eingespeist.
Dahingegen sieht die Variante nach 3 vor, dass das lokale vierte Stromnetz S4 über die Stromverteilungseinrichtung 8 mit dem Gleichspannungsbereich B2 des lokalen ersten Stromnetzes S1 gekoppelt ist. Hier wird die Überschussstrommenge M_üb aus dem Gleichspannungsbereich B1 des lokalen ersten Stromnetzes S1 entnommen und in das lokale vierte Stromnetz S4 eingespeist.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Stromnetzwerk
2: (lokaler) Stromerzeuger
3: (lokale) Stromverbraucher
4: Überschussstromverbraucher
5: Regeleinheit
6: Sollverbrauchgeber
7: externe Einspeisungsbegrenzungseinrichtung
8: Stromverteilungseinrichtung
9: erster Anschluss
10: zweiter Anschluss
11: dritter Anschluss
12: vierter Anschluss
13: Wechselrichter
14: Photovoltaikanlage
15: Kraftwerk
B1: Gleichspannungsbereich
B2: Wechselspannungsbereich
M_ges: Gesamtstrommenge
M_max: maximale Stromeinspeisungsmenge
M_nf: nachgefragte Strommenge
M_öf: eingespeiste Strommenge
M_üb: Überschussstrommenge
P1: Verbrauchsprogramm
P2: Einspeisungsprogramm
P3: Überschussprogramm
S1: (lokales) erstes Stromnetz
S2: (öffentliches) zweites Stromnetz
S3: (lokales) drittes Stromnetz
S4: (lokales) viertes Stromnetz

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

EP 1914857 A1 [0003]
DE 102009031550 A1 [0005]
DE 202011003152 U1 [0006]

Claims

Verfahren zur Verteilung einer Gesamtstrommenge (M_ges), die von einem Stromerzeuger (2) in einem ersten Stromnetz (S1) erzeugt wird, auf a) ein zweites Stromnetz (S2), b) ein drittes Stromnetz (S3) mit Stromverbrauchern (3), und c) auf einen Überschussstromverbraucher (4), mittels einer Stromverteilungseinrichtung (8) mit einer Regeleinheit (5), in welcher ein Verbrauchsprogramm (P1), ein Einspeisungsprogramm (P2) und ein Überschussprogramm (P3) hinterlegt sind, wobei der Regeleinheit (5) eine maximal in das zweite Stromnetz (S2) einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge (M_max) vorgegeben wird, • wobei mit dem Verbrauchsprogramm (P1) eine vom dritten Stromnetz (S3) nachgefragte Strommenge (M_nf) aus dem ersten Stromnetz (S1) entnehmbar und in das dritte Stromnetz (S3) einspeisbar ist, • wobei mit dem Einspeisungsprogramm (P2) eine Einspeisungsstrommenge (M_öf) in das zweite Stromnetz (S2) einspeisbar ist, welche der Gesamtstrommenge (M_ges) abzüglich der nachgefragten Strommenge (M_nf) des dritten Stromnetzes (S3), höchstens jedoch der maximalen Stromeinspeisungsmenge (M_max) entspricht, und • wobei mit dem Überschussprogramm (P3) eine Überschussstrommenge (M_üb) mittels des Überschussstromverbrauchers (4) verbrauchbar ist, wobei diese der im ersten Stromnetz (S1) verfügbaren Gesamtstrommenge (M_ges) abzüglich der in das zweite Stromnetz (S2) einzuspeisenden Einspeisungsstrommenge (M_öf) und abzüglich der im dritten Stromnetz (S3) nachgefragten Strommenge (M_nf) entspricht, und wobei die Regeleinheit (5) folgende Schritte ausführt: • Durchführen des Verbrauchsprogramms (P1); • Durchführen des Einspeisungsprogramms (P2); • Durchführen des Überschussprogramms (P3), bei dem die Überschussstrommenge (M_üb) mittels des Überschussstromverbrauchers (4) verbraucht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überschussprogramm (P3) folgenden Unterschritt umfasst: • Einspeisen der Überschussstrommenge (M_üb) in ein viertes Stromnetz (S4), in welchem der Überschussstromverbraucher (4) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überschussstrommenge (M_üb) aus einem Wechselspannungsbereich (B2) des ersten Stromnetzes (S1) entnommen und in das vierte Stromnetz (S4) eingespeist wird, wobei das erste Stromnetz (S1) einen Gleichspannungsbereich (B1) und den Wechselspannungsbereich (B2) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überschussstrommenge (M_üb) aus einem Gleichspannungsbereich (B1) des ersten Stromnetz (S1) entnommen und in das vierte Stromnetz (S4) eingespeist wird, wobei das erste Stromnetz (S1) den Gleichspannungsbereich (B1) und einen Wechselspannungsbereich (B2) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überschussprogramm (P3) folgenden Unterschritt umfasst: • Regelung des Stromverbrauchs des Überschussstromverbrauchers (4) im dritten Stromnetz (S3) auf maximal die Überschussstrommenge (M_üb), wobei der Überschussstromverbraucher (4) regelbar ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchsregelung folgenden Unterschritt umfasst: • Übermitteln der Höhe der Überschussstrommenge (M_üb) an den regelbaren Überschussstromverbraucher (4) mittels eines Sollverbrauchgebers (6).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgabe der maximal in das zweite Stromnetz (S2) einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge (M_max) ein Empfangen eines Signals einer externen Einspeisungsbegrenzungseinrichtung (7) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (5) im Überschussprogramm (P3) wenigstens einen Stromverbraucher (3) im dritten Stromnetz (S3) aktiviert, wenn eine Überschussstrommenge (M_üb) verfügbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (5) ein Entnahmeprogramm (P4) umfasst, bei dem eine Differenzstrommenge (M_dif) aus dem zweiten Stromnetz (S2) entnommen sowie dem dritten Stromnetz (S3) zugeführt wird, wobei die Differenzstrommenge (M_dif) der vom dritten Stromnetz (S3) nachgefragten Strommenge (M_nf) abzüglich der im ersten Stromnetz (S1) verfügbaren Gesamtstrommenge (M_ges) entspricht, minimal jedoch null ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (5) eine aktuelle Einspeisungsvergütung pro Einspeisungsstrommenge empfängt und das Einspeisungsprogramm (P2) die in das zweite Stromnetz (S2) einzuspeisende Einspeisungsstrommenge (M_öf) auf null setzt, wenn die Einspeisungsvergütung geringer ist als die Kosten für eine technische Alternative zur Erzielung der gleichen technischen Wirkung wie die mit dem Überschussstromverbraucher (4) und der Einspeisungsstrommenge (M_öf) erzielbare, wobei die Kosten der technischen Alternative unter Berücksichtigung einer Eigenverbrauchsvergütung bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (5) einen aktuellen Strompreis für Strom aus dem zweiten Stromnetz (S2) empfängt, und eine Aktivierung von wenigstens einem Stromverbraucher (3) und/oder dem Überschussstromverbraucher (4) erfolgt, wenn die damit verbundenen Kosten geringer sind, als die Kosten für eine technische Alternative zur Erzielung der gleichen technischen Wirkung.
Stromnetzwerk (1) mit einer Stromverteilungseinrichtung (8) mit einer Regeleinheit (5) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Stromverteilungseinrichtung (8) über einen ersten Anschluss (9) mit einem ersten Stromnetz (S1) mit einem Stromerzeuger (2), über einen zweiten Anschluss (10) mit einem zweiten Stromnetz (S2), über einen dritten Anschluss (11) mit einem dritten Stromnetz (S3) mit Stromverbrauchern (3) und über einen vierten Anschluss (12) mit einem Überschussstromverbraucher (4) verbunden ist.
Stromnetzwerk (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Überschussstromverbraucher (4) variable Leistungen verträgt, in einem vierten Stromnetz (S4) angeordnet ist und über den vierten Anschluss (12) mit der Stromverteilungseinrichtung (8) verbunden ist.
Stromnetzwerk (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Überschussstromverbraucher (4) regelbar und im dritten Stromnetz (S3) angeordnet ist, sowie die Verbindung zwischen dem vierten Anschluss (12) und dem Überschussstromverbraucher (4) eine Datenverbindung zur Regelung des Überschussstromverbrauchers (4) durch die Regeleinheit (5) ist.
Stromnetzwerk (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (5) mit einer externen Einspeisungsbegrenzungseinrichtung (7) zur Begrenzung der maximal in das zweite Stromnetz (S2) einzuspeisenden Stromeinspeisungsmenge (M_max) gekoppelt ist.
Stromnetzwerk (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromerzeuger (2) eine Photovoltaikanlage (14) ist.
Stromnetzwerk (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Überschussstromverbraucher (4) eine Heizeinrichtung für einen Wärmeträger ist.
Stromverteilungseinrichtung (8) mit einer Regeleinheit (5) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, und aufweisend • einen ersten Anschluss (9) zur Verbindung mit einem ersten Stromnetz (S1) mit einem Stromerzeuger (2), • einen zweiten Anschluss (10) zur Verbindung mit einem zweiten Stromnetz (S2), • einen dritten Anschluss (11) zur Verbindung mit einem dritten Stromnetz (S3) mit Stromverbrauchern (3) und • einen vierten Anschluss (12) zur Verbindung mit einem Überschussstromverbraucher (4), wobei die Regeleinheit (5) einen Speicher und einen Prozessor aufweist, wobei im Speicher ein mit dem Prozessor durchführbares • Verbrauchsprogramm (P1), mit dem eine von dem dritten Stromnetz (S3) nachgefragte Strommenge (M_nf) aus dem ersten Stromnetz (S1) entnehmbar und in das dritte Stromnetz (S3) einspeisbar ist, • Einspeisungsprogramm (P2), mit dem eine Einspeisungsstrommenge (M_öf) in das zweite Stromnetz (S2) einspeisbar ist, welche der Gesamtstrommenge (M_ges) abzüglich der nachgefragten Strommenge (M_nf) des dritten Stromnetzes (S3), höchstens jedoch einer maximal einzuspeisende Stromeinspeisungsmenge (M_max) entspricht, und • ein Überschussprogramm (P3), mit dem eine Überschussstrommenge (M_üb) mittels des Überschussstromverbrauchers (4) verbrauchbar ist, wobei diese der im ersten Stromnetz (S1) verfügbaren Gesamtstrommenge (M_ges) abzüglich der in das zweite Stromnetz (S2) einzuspeisenden Einspeisungsstrommenge (M_öf) und abzüglich der im dritten Stromnetz (S3) nachgefragten Strommenge (M_nf) entspricht, hinterlegt sind.