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Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung mit einem Energiespeicher, wobei die Energiespeicheranordnung mit mindestens einem lokalen Energieerzeuger verbunden ist und auf der DC-Seite eines Wechselrichters angeordnet ist, der Strom in ein Stromnetz einspeist.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine lokale Energieerzeugeranordnung mit einem lokalen Energieerzeuger und einem an das Stromnetz anschließbaren Wechselrichter.
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Elektrische Energie wird heutzutage zunehmend auch dezentral von kleinen Erzeugern, beispielsweise durch Photovoltaik-Anlagen auf den Dächern von Wohn- und Fabrikgebäuden, erzeugt. Die erzeugte Energie wird teilweise ohne Zwischenspeicherung direkt in das öffentliche Stromnetz abgegeben, wodurch es dort teilweise zu einem Überangebot an Strom kommt. In anderen Fällen, insbesondere für so genannte Insellösungen, bei denen der Stromerzeuger den erzeugten Strom selbst verbraucht, sind Akkumulatoren im Einsatz, die die erzeugte Energie zwischenspeichern, sofern der Strom nicht unmittelbar verbraucht werden kann. Reicht der selbsterzeugte Strom nicht aus, so kann der lokale Erzeuger nach wie vor Strom aus dem öffentlichen Stromnetz beziehen.
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Aus der nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2011 056 377.6 ist es bereits bekannt, einen Energiespeicher auf der DC-Seite eines Wechselrichters, der Strom in ein öffentliches Stromnetz einspeist, anzuordnen.
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Je nach Art des lokalen Energieerzeugers ist nicht exakt vorherbestimmbar, wann der lokale Energieerzeuger wie viel Energie erzeugt. Üblicherweise sind die lokalen Energieerzeuger an einen Wechselrichter angeschlossen, wobei der Wechselrichter nur Strom an das öffentliche Stromnetz liefert, wenn die Eingangsgleichspannung am Wechselrichter in einem vorgegebenen Bereich, typischerweise zwischen 500 und 850, Volt liegt. Wird durch den lokalen Energieerzeuger eine geringere Spannung erzeugt, kann keine Energie in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden und geht häufig verloren. Dadurch wird die Effektivität des lokalen Energieerzeugers deutlich beeinträchtigt.
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Weiterhin behalten sich die Betreiber des öffentlichen Stromnetzes vor, Strom, welcher durch einen lokalen Energieerzeuger erzeugt wurde, nicht abzunehmen. Die lokale Energieerzeugeranordnung kann somit einfach durch einen Netzbetreiber abgekoppelt werden. Auch in diesem Fall kann die erzeugte Energie verloren gehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Energiespeicheranordnung und eine lokale Energieerzeugeranordnung bereitzustellen, mit denen es möglich ist, Verlustenergie möglichst gering zu halten.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Energiespeicheranordnung mit einem Energiespeicher, wobei die Energiespeicheranordnung mit mindestens einem lokalen Energieerzeuger verbunden ist und auf der DC-Seite eines Wechselrichters angeordnet ist, der Strom in ein Stromnetz einspeist, wobei eine Spannungsmesseinrichtung vorgesehen ist, die mit einer Kontrolleinheit verbunden ist und über die Kontrolleinheit die Spannung über der Energiespeicheranordnung einstellbar ist. Dadurch ist es möglich, die Spannung über dem Energiespeicher in den Spannungsbereich zu bringen, in dem der Wechselrichter Energie abnimmt und in das öffentliche Stromnetz einspeist. Insbesondere kann zu Zeiten, in denen durch den lokalen Energieerzeuger relativ wenig Energie erzeugt wird, diese Energie dem Energiespeicher zugeführt werden und wenn ausreichend Energie im Energiespeicher vorhanden ist, kann die Spannung über dem Energiespeicher so eingestellt werden, dass Energie über den Wechselrichter in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann.
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Wenn andererseits erkannt wird, dass vom Netzbetreiber keine Energie abgenommen wird, kann die Spannung über dem Energiespeicher und somit an dem Wechselrichter so eingestellt werden, dass keine Energie über den Wechselrichter geliefert wird, sondern von dem lokalen Energieerzeuger erzeugte Energie in die Energiespeicheranordnung gelangt und dort gespeichert wird. Die dort gespeicherte Energie kann dann zu einem späteren Zeitpunkt, wenn der öffentliche Netzbetreiber Energie abnimmt, wieder in das öffentliche Netz eingespeist werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Energiespeicheranordnung einen Energiespeicher und einen Strombegrenzer aufweist, wobei der Strombegrenzer in Serie zu dem Energiespeicher geschaltet ist und mit der Kontrolleinheit verbunden ist. Bei dem Strombegrenzer kann es sich beispielsweise um einen regelbaren Widerstand handeln. Durch den Strombegrenzer kann eingestellt werden, wie viel Strom in den Energiespeicher fließt. Insbesondere kann die Spannung über dem Energiespeicher angehoben werden, indem der Stromfluss durch den Strombegrenzer begrenzt oder gänzlich aufgehoben wird. Alternativ kann die Spannung über dem Energiespeicher abgesenkt werden, indem der Strombegrenzer durchgeschaltet wird und ein höherer Stromfluss erlaubt wird. Die Steuerung des Strombegrenzers durch die Kontrolleinheit kann in Abhängigkeit der gemessenen Spannung über dem Energiespeicher erfolgen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Energiespeicher mehrere Speichermodule aufweist, die über eine Schaltmatrix variabel miteinander verschaltbar sind. Somit können die Speichermodule wahlweise in Serie und/oder parallel miteinander verschaltet werden. Auch dadurch kann die Spannung, die über dem Energiespeicher anliegt, eingestellt werden.
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Durch die variable Verschaltung der Speichermodule kann auch sichergestellt werden, dass möglichst viel Energie, die in den Speichermodulen gespeichert ist, an das öffentliche Stromnetz abgegeben wird.
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Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Schaltmatrix mit der Kontrolleinheit verbunden ist. Je nach Bedarf kann somit die Kontrolleinheit die Schaltmatrix und/oder den Strombegrenzer ansteuern, um die Spannung über dem Energiespeicher einzustellen.
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Die Speichermodule können jeweils mindestens einen Strang mit mehreren in Serie geschalteten Batteriezellen aufweisen. Derartige Speichermodule sind kostengünstig erhältlich und einfach miteinander in Serie oder parallel zueinander zu verschalten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Kontrolleinheit eine Datenschnittstelle zum Anschluss an ein Datennetzwerk aufweisen. Dadurch ist es möglich, die Kontrolleinheit mit der Steuerzentrale einer intelligenten Stromnetzverwaltung (Smart Grid) zu verbinden. Ein so genanntes Smart Grid integriert sämtliche Akteure auf dem Strommarkt und generiert durch das Zusammenspiel von Erzeugung, Speicherung, Netzmanagement und Verbrauch ein Gesamtsystem. Der Transfer von Strom in das öffentliche Netz kann von den Kontrollsystemen so gesteuert werden, dass Netzüberlastungen vermieden werden, indem nur solange Strom transferiert wird, solange die erforderliche Netzstabilität gesichert ist. Andernfalls kann der erzeugte Strom erfindungsgemäß gespeichert werden. Insbesondere kann die Kontrolleinheit eine Ethernet-Schnittstelle aufweisen. Weiterhin ist es denkbar, dass die Kontrolleinheit als Rechner ausgebildet ist, die über ein Display und eine Tastatur verfügt. Auf diese Weise lässt sich der Netzzugang auch programmieren.
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In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem eine lokale Energieerzeugeranordnung mit einem lokalen Energieerzeuger und einem an das Stromnetz anschließbaren Wechselrichter, wobei zwischen lokalem Energieerzeuger und Wechselrichter eine erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung vorgesehen ist. Dabei kann die Energiespeicheranordnung parallel zum lokalen Energieerzeuger und parallel zu den DC-Eingängen eines Wechselrichters angeordnet bzw. geschaltet sein. Der Wechselrichter kann so eingerichtet sein, dass eine Wechselrichtung bzw. Abgabe von Wechselstrom nur dann erfolgt, wenn die Eingangsgleichspannung in einem vorgegebenen Bereich, insbesondere in einem Bereich zwischen 500 und 850 Volt, liegt.
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Als lokaler Energieerzeuger kommen beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage, eine Windkraftanlage, etc. in Frage.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Wechselrichter mit der Kontrolleinheit verbunden ist. Auf diese Art und Weise kann die Kontrolleinheit besonders schnell erfassen, ob Energie von dem öffentlichen Stromnetz abgenommen wird oder nicht. Außerdem kann hierüber detektiert werden, in welchem Bereich die Eingangsspannung des Wechselrichters liegt. Die Eingangsspannung des Wechselrichters kann dabei der Spannung über der Energiespeicheranordnung entsprechen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann ein an das Stromnetz anschließbarer Gleichrichter vorgesehen sein, über den Strom aus dem Stromnetz in die Energiespeicheranordnung einspeisbar ist. So kann Strom beispielsweise zu Zeiten, in denen Strom aus dem Stromnetz günstig abnehmbar ist, beispielsweise nachts, in die Energiespeicheranordnung eingespeist werden. Insbesondere kann zu Zeiten, in denen der lokale Energieerzeuger keine oder wenig Energie erzeugt, Strom aus dem Stromnetz abgenommen und in den Energiespeicher eingespeist werden. Zu anderen Zeiten, in denen ein Bedarf im öffentlichen Stromnetz vorhanden ist, kann dann wiederum Energie aus dem Energiespeicher an das Stromnetz abgegeben werden. Somit kann eine dezentrale Speicherung von überschüssiger Energie des Stromnetzes stattfinden. Die Notwendigkeit für größere zentrale Energiespeicher kann dadurch entfallen.
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Vorzugsweise sind sowohl der Gleichrichter als auch der Wechselrichter über einen Datenbus mit der Kontrolleinheit verbunden.
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Um erfassen zu können, wie viel Strom aus dem öffentlichen Stromnetz abgenommen wird bzw. wie viel Strom von dem Energiespeicher an das öffentliche Stromnetz abgegeben wird, kann ein Stromzähler vorgesehen sein. Der Stromzähler kann innerhalb der Energiespeicheranordnung oder außerhalb der Energiespeicheranordnung angeordnet sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der erfindungsgemäßen Energieerzeugeranordnung der lokale Energieerzeuger zumindest eine Photovoltaik-Kette umfasst. Bei einem derart ausgebildeten lokalen Energieerzeuger kommt es besonders häufig zu Schwankungen der erzeugten Energie, da sich die erzeugte Energie nach dem Sonnenstand richtet. Insofern ist es bei einer solchen Anordnung besonders vorteilhaft, wenn die erzeugte Energie zwischengespeichert werden kann um dann quasi gesammelt an das öffentliche Stromnetz abgegeben werden zu können.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn eine den Rückfluss von Strom in den lokalen Energieerzeuger verhindernde Diode vorgesehen ist. Dadurch kann ein unbeabsichtigtes Entladen des Energiespeichers vermieden werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figur der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen, und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
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In der schematischen Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße lokale Energieerzeugeranordnung.
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Die in der einzigen Figur gezeigte lokale Energieerzeugeranordnung 1 umfasst einen lokalen Energieerzeuger 2, der mehrere Ketten 2a–2n von mehreren in Serie geschalteten Photovoltaik-Modulen 3a–3n umfasst. Parallel zum lokalen Energieerzeuger 2 ist eine Energiespeicheranordnung 4 vorgesehen. An einen Spannungsregelpunkt 5 ist ein Energiespeicher 6 angeschlossen, der wiederum in Serie zu einem Spannungsbegrenzer 7 geschaltet ist. Die Serienschaltung aus Energiespeicher 6 und Spannungsbegrenzer 7 ist somit zwischen den Spannungsregelpunkt 5 und Masse 8 geschaltet. Die Spannung zwischen dem Spannungsregelpunkt 5 und Masse 8 entspricht der Spannung über der Energiespeicheranordnung 4. Diese Spannung entspricht auch der Eingangsspannung eines Wechselrichters 9, dessen Ausgang 10 an ein öffentliches Stromnetz 11 angeschlossen ist.
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Der Energiespeicher 6 umfasst mehrere Speichermodule 6a–6n sowie eine Schaltmatrix 12, über die die Speichermodule 6a–6n je nach Bedarf in Serie und/oder parallel zueinander verschaltbar sind.
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Eine Kontrolleinheit 13 umfasst im Ausführungsbeispiel eine Spannungsmesseinrichtung 14 zur Erfassung der Spannung am Spannungsregelpunkt 5. Die Messeinrichtung 14 könnte jedoch auch außerhalb der Kontrolleinheit 13 angeordnet sein. In Abhängigkeit von der erfassten Spannung über der Energiespeicheranordnung 4 steuert die Kontrolleinheit 13 den Strombegrenzer 7 und/oder die Schaltmatrix 12 an. Beispielsweise wird der in die Energiespeicheranordnung 4 fließende Strom durch den Spannungsbegrenzer 7 begrenzt, um die Spannung am Spannungsregelpunkt 5 anzuheben und somit in einen Bereich zu bringen, in dem der Wechselrichter 9 Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und an das Stromnetz 11 liefert. Wird andererseits von dem öffentlichen Stromnetz 11 keine Leistung abgenommen, so kann der Strombegrenzer 7 so eingestellt werden, dass Strom in die Energiespeicheranordnung 4 fließt und insbesondere die Spannung am Spannungsregelpunkt 5 unterhalb des Bereichs zu liegen kommt, in dem der Wechselrichter 9 Strom an das Stromnetz abzugeben versucht. Das Anheben oder Absenken der Spannung am Spannungsregelpunkt 5 kann auch dadurch beeinflusst werden, dass die Speichermodule 6a–6n über die Schaltmatrix 12 unterschiedlich miteinander verschaltet werden.
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Weiterhin sind Dioden 15a, 15n vorgesehen, die einen Stromfluss in die Ketten 2a–2n verhindert. Auch ein Entladen der Energiespeicheranordnung 4 kann dadurch vermieden werden.
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Die lokale Energieerzeugeranordnung 1 umfasst weiterhin einen optionalen Gleichrichter 16, über den Strom aus dem Stromnetz 11 aufgenommen wird und in Gleichstrom gewandelt wird. Der Gleichstrom kann vom Gleichrichter 16 in die Energiespeicheranordnung 4 geleitet und dort gespeichert werden.
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Der Gleichrichter 16, der Wechselrichter 9, die Schaltmatrix 12 und der Strombegrenzer 7 sind über ein Bussystem 17 miteinander verbunden und insbesondere über das Bussystem 17 mit der Kontrolleinheit 13 verbunden. Somit kann ein Datenaustausch erfolgen bzw. kann die Kontrolleinheit 13 unterschiedliche Komponenten der lokalen Energieerzeugeranordnung 1 ansteuern. Die Kontrolleinheit 13 weist weiterhin eine Schnittstelle 18 auf, insbesondere eine Ethernet-Schnittstelle, über die eine Anbindung an ein Datennetz erfolgen kann. Insbesondere ist dadurch eine Verbindung zu einem Smart Grid-System möglich.
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Die Spannung über den Ketten 2a–2n kann mit der Messeinrichtung 14 oder einer anderen Messeinrichtung erfasst werden.
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Ein bidirektionaler Stromzähler 2a ist der Energiespeicheranordnung vorgeschaltet, um erfassen zu können, wie viel Strom in die Energiespeicheranordnung fließt und von dieser abgegeben wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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