DE102013003469B4 - Method for heating rooms or buildings using renewable, volatile electrical energy - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Raum- oder Gebäudebeheizung unter zumindest teilweiser Nutzung von regenerativer, volatiler elektrischer Energie aus einer einem Raum oder Gebäude lokal zugeordneten Erzeugungsanlage solcher Energie, wobeidiese elektrische Energie über eine Steuerung vorrangig in mehrere elektro-thermische Speicher zur Beheizung des Raumes oder Gebäudes eingespeist wird und nachrangig in ein externes Stromnetz eingespeist wird,die elektro-thermischen Speicher bei nicht ausreichender Deckung eines thermischen Energiebedarfs der elektro-thermischen Speicher oder des dadurch beheizten Raumes oder Gebäudes durch die lokale Erzeugungsanlage durch extern in den Raum oder das Gebäude eingespeisten elektrischen Strom aus einem externen Stromnetz versorgt oder mitversorgt werden,ein voraussichtliches Energieangebot und ein voraussichtlicher Energieüberschuss der lokalen Erzeugungsanlage ermittelt wird,durch Programmierung von Parametern bei der Installation,durch Berücksichtigung einer Wettervorhersage,durch Berücksichtigung von Vergangenheitsdaten, unddurch Berücksichtigung eines Rhythmus des Energiebedarfs von Verbrauchern, undein voraussichtlicher Energiebedarf des mindestens einen Raumes oder Gebäudes ermittelt wirddurch Fortschreibung des Bedarfs der Vergangenheit, mit Erlernen von Zyklen und/oder,wenn der Verbraucher zur Raumbeheizung dient, durch Analyse der Raumtemperatur und deren Verlauf, Analyse der Außentemperatur und deren Verlauf, Berücksichtigung der vom Nutzer einprogrammierten Nutzungszeiten und/oder Berücksichtigung einer Wettervorhersage,die elektro-thermischen Speichermindestens ein zentraler Speicher, oder ein Warmwasser- oder Latentwärmespeicher, und mehrere dezentrale Speicher sind, undbei einem selbsttätigen Abfluss der Heizenergie von den elektro-thermischen Speichern in den von ihm beheizten Raum oder das Gebäudezumindest die minimal und/oder die maximal zulässige Speichertemperatur und/oderder minimale und/oder der maximale Energieinhalt der Speicher,aus dem Wärmefluss von den Speichern in Richtung Raum oder Gebäude, dem aktuellen Wärmebedarf des Raumes oder Gebäudes und/oder der zulässigen minimalen und/oder der maximalen Raum- oder Gebäudetemperatur berechnet wird.Method for heating rooms or buildings with at least partial use of renewable, volatile electrical energy from a generating system of such energy locally assigned to a room or building, this electrical energy being fed via a control system primarily into several electro-thermal storage units for heating the room or building and is fed subordinately into an external power grid, the electro-thermal storage if the thermal energy requirements of the electro-thermal storage or the room or building heated thereby are not sufficiently covered by the local generation system by electrical power fed externally into the room or building from an external Electricity network is supplied or co-supplied, an expected energy supply and an expected energy surplus of the local generation plant is determined, by programming parameters during the installation, by taking into account a weather forecast, by taking into account past data, and by taking into account a rhythm of the energy requirements of consumers, and an expected energy requirement of the at least one room or building is determined by updating the needs of the past, with learning cycles and/or, if the consumer is used for room heating, by analyzing the room temperature and its progression, analyzing the outside temperature and its progression, taking into account the usage times programmed in by the user and /or taking into account a weather forecast, the electro-thermal storage is at least one central storage, or a hot water or latent heat storage, and several decentralized storage, and in the event of an automatic outflow of heating energy from the electro-thermal storage into the room or building heated by it, at least the minimum and/or the maximum permissible storage temperature and/or the minimum and/or the maximum energy content of the storage, from the heat flow from the storage towards the room or building, the current heat requirement of the room or building and/or the permissible minimum and/or the maximum room or building temperature is calculated.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach ist vorgesehen, zur Raum- oder Gebäudebeheizung zumindest teilweise regenerative, volatile elektrische Energie zu nutzen, die aus einer dem Raum oder Gebäude lokal zugeordneten Erzeugungsanlage für elektrischen Strom aus einer Quelle regenerative, volatile Energie stammt.The invention relates to a method with the features of
TECHNOLOGISCHER HINTERGRUNDTECHNOLOGICAL BACKGROUND
Verschiedene Systeme respektive Konzepte zur Erzeugung bzw. Handhabung elektrischer und/oder Wärme-Energie in einem Gebäude werden beispielsweise beschrieben in der
Im kleintechnischen Maßstab wird für die dezentrale Versorgung von Gebäuden mit regenerativer, volatiler elektrischer Energie ein Anreiz zur Errichtung entsprechender Erzeugungsanlagen wie beispielsweise Photovoltaik-Anlagen über eine Förderung durch die öffentliche Hand geschaffen. Bei vorhandener regenerativer, volatiler Energie und geringerem Verbrauch derselben in dem mit einer solchen Anlage ausgestatteten Gebäude oder Gebäudekomplex wird diese elektrische ÜberschussEnergie in das allgemeine Stromnetz eingespeist.On a small scale, an incentive to set up appropriate generation systems such as photovoltaic systems is created through public funding for the decentralized supply of buildings with renewable, volatile electrical energy. If renewable, volatile energy is available and its consumption is lower in the building or building complex equipped with such a system, this excess electrical energy is fed into the general power grid.
Bei nahezu allen Photo-Voltaik(PV)-Anlagen auf Privathäusern erfolgt die Einspeisung in das öffentliche Netz automatisch nach ebenso automatischem Abzug des Eigenverbrauchs. PV-Wechselrichter, Zwei-Richtungs-Zähler und alle Haushaltsverbraucher hängen im selben Haus-Stromnetz. Was der Wechselrichter erzeugt und nicht über die lokalen Verbraucher abgenommen wird, geht sofort in das öffentliche Netz. Wenn der Wechselrichter zu wenig erzeugt, wird der Rest automatisch aus dem öffentlichen Netz dazu geholt. Die Reihenfolge der Versorgung ist bisher also so: erst normale Haushaltsverbraucher, dann Einspeisung in das öffentliche Stromnetz.With almost all photovoltaic (PV) systems on private houses, the feed into the public grid occurs automatically after the self-consumption is also automatically deducted. PV inverters, two-way meters and all household consumers are connected to the same house power grid. What the inverter generates and is not consumed by local consumers immediately goes into the public grid. If the inverter generates too little, the rest is automatically drawn from the public grid. The order of supply so far is as follows: first normal household consumers, then feeding into the public power grid.
Je nach Fördermodell ist jedoch die Vergütung für eingespeisten Strom niedriger als für zeitgleich mit der Erzeugung selbst verbrauchten Strom (z.B. Deutschland) oder die Vergütung für eingespeisten Strom ist deutlich niedriger als die Kosten für extern bezogenen Strom (z.B. Österreich). Weiterhin soll durch die Förderung dieses sogenannten Eigenverbrauchs das Stromtransportnetz entlastet werden. Ungünstig wirkt sich aus, dass die zur Versorgung von Gebäuden mit elektrischem Strom und/oder Wärme bevorzugt genutzte Sonnenenergie häufig dann vorhanden ist, wenn der Energieverbrauch in dem Gebäude vergleichsweise gering ist, wie während der Tageszeiten, wenn z.B. Wohngebäude von weniger Personen benutzt werden als in den Morgen-, Abend- und Nachtstunden. Die gerade in den mittleren Tagesstunden verhältnismäßig mehr zur Verfügung stehende Sonnenenergie muss daher in Form der lokal erzeugten elektrischen Energie in das allgemeine Stromnetz eingespeist werden, wobei ebensolche elektrische Energie zu anderen Zeiten wiederum zur Deckung des Heizbedarfs aus dem Stromnetz bezogen wird.Depending on the funding model, however, the remuneration for electricity fed in is lower than for electricity consumed at the same time as generation (e.g. Germany) or the remuneration for electricity fed in is significantly lower than the costs for electricity purchased externally (e.g. Austria). Furthermore, the promotion of this so-called self-consumption is intended to relieve the burden on the electricity transport network. A disadvantageous effect is that the solar energy, which is preferably used to supply buildings with electrical power and/or heat, is often available when the energy consumption in the building is comparatively low, such as during times of day when, for example, residential buildings are used by fewer people than in the morning, evening and night hours. The solar energy, which is relatively more available in the middle hours of the day, must therefore be fed into the general power grid in the form of locally generated electrical energy, with the same electrical energy being drawn from the power grid at other times to cover heating requirements.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zu optimieren und der Raumbeheizung des Gebäudes, Gebäudekomplexes oder einzelner Räume zugänglich zu machen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Demnach ist es bei einem gattungsgemä-ßen Verfahren vorgesehen, die in der - dem Raum oder Gebäude lokal zugeordneten - Erzeugungsanlage regenerativ erzeugte Energie - bzw. den Überschuss nach Versorgung von ggf. vorhandenen anderen Verbrauchern innerhalb des Gebäudes - über eine Steuerung vorrangig in mehrere elektro-thermische Speicher einzuspeisen. Nachrangig wird diese elektrische Energie in das externe Stromnetz eingespeist. Die elektro-thermischen Speicher wurden nur bei nicht ausreichender Deckung des thermischen Energiebedarfs der elektro-thermischen Speicher durch die lokale Erzeugungsanlage durch extern in den Raum oder das Gebäude eingespeisten elektrischen Strom aus dem externen Stromnetz versorgt oder mitversorgt. Durch die Erfindung wird unter anderem ein effizienter Einsatz lokal erzeugter regenerativer, volatiler elektrischer Energie durch die Raum- oder Gebäudebeheizung erreicht. Die Einspeisung in das allgemeine Stromnetz und der Bezug von Energie aus diesem Netz wird so minimiert, wodurch auch die im Versorgungsnetz vorzuhaltenden Energiespeicher entlastet werden. Durch die Nutzung der dezentral erzeugten regenerativen, volatilen elektrischen Energie in dem Gebäude, dem die Erzeugungsanlage lokal zugeordnet ist, in der Form thermische Speicherung wird dieser Energieeintrag optimiert. Die thermische Speicherung sorgt für eine Verschiebung des Energiebedarfs von Zeiten ohne oder mit wenig regenerativem Energieertrag hin zu Zeiten, in denen der regenerative Ertrag ausreichend vorhanden ist. Die bevorzugte Reihenfolge der Versorgung ist: 1. normale Haushaltsverbraucher, 2. thermische Speicher, 3. Einspeisung in das Netz. Es findet eine Unterscheidung der Verbrauchertypen im Haus in „verschiebbare“ Verbraucher (die mit Speicher) und „nicht verschiebbare“ (alle anderen) statt, obwohl sie am gleichen Hausstromnetz hängen.Based on this, the invention is based on the task of optimizing and making the room heating of the building, building complex or individual rooms accessible. To solve this problem, a method with the features of
Unter „volatiler“ regenerativer elektrischer Energie wird im Sinne der Erfindung solche regenerative Energie verstanden, die zeitlich nicht steuerbar ist, d.h. Sonnen- und Windenergie, aber auch die Kraft strömenden Wassers, und aus der elektrischer Strom erzeugt worden ist.For the purposes of the invention, “volatile” regenerative electrical energy is understood to mean regenerative energy that cannot be controlled over time, i.e. solar and wind energy, but also the power of flowing water, and from which electrical current has been generated.
Die Erfindung kann nun auf verschiedene Weise ausgeführt werden:
- Die elektro-thermischen Speicher umfassen mindestens einen zentralen Speicher wie z.B. einen Warmwasser- oder Latentwärmespeicher, und mehrere dezentrale Speicher, wie z.B. Speicheröfen, und/oder mindestens einen Flächenheizungsspeicher, wie einen Speicherestrich und/oder ein Speicherputz umfassen. Mehrere solcher Speicher oder Speichersysteme können mit gleichen oder unterschiedlichen Leistungen, wie z.B. bei Elektrospeicheröfen, Wand- oder Bodenwärmespeichern, vorgesehen sein.
- The electro-thermal storage includes at least one central storage, such as a hot water or latent heat storage, and several decentralized storage, such as storage ovens, and/or at least one surface heating storage, such as a storage screed and/or a storage plaster. Several such storage or storage systems can be provided with the same or different performances, such as in electric storage heaters, wall or floor heat storage.
Die elektro-thermischen Speicher können durch einen aber insbesondere auch durch mehrere elektrische Heizstäbe, z.B. solche für Warmwasser, mit elektrischer Energie versorgt werden. Mehrere vergleichsweise nicht zu leistungsstarke Heizstäbe, die je nach Energieangebot eingeschaltet werden, haben sich als vorteilhaft erwiesen.The electro-thermal storage can be supplied with electrical energy by one or more electric heating elements, e.g. those for hot water. Several comparatively not too powerful heating elements, which are switched on depending on the energy supply, have proven to be advantageous.
Die lokale Erzeugungsanlage für elektrische Energie aus einer regenerativen, volatilen Energiequelle kann eine Photovoltaik-Anlage, eine Windkraft- oder Wasserkraftanlage, eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage und/oder eine Biogas-Anlage umfassen.The local generation system for electrical energy from a renewable, volatile energy source can include a photovoltaic system, a wind power or hydroelectric power system, a combined heat and power system and/or a biogas system.
Andere Verbraucher elektrischer Energie in dem Raum oder Gebäude können vorrangig von den elektro-thermischen Speichern mit elektrischer Energie aus der lokal zugeordneten Erzeugungsanlage versorgt werden.Other consumers of electrical energy in the room or building can be primarily supplied with electrical energy from the locally assigned generation system by the electro-thermal storage.
Das voraussichtliche Energieangebot und/oder der voraussichtliche Energieüberschuss der lokalen Erzeugungsanlage wird ermittelt. Dies kann bei der Installation durch Programmierung von Parametern, wie Nennleistung, Ausrichtung und/oder Ortsfaktor einer Photovoltaikanlage, und/oder durch Berücksichtigung einer Wettervorhersage und/oder durch Berücksichtigung von Vergangenheitsdaten, wie dem Tagesrhythmus einer Photovoltaikanlage und/oder durch Berücksichtigung des Rhythmus des Energiebedarfs der anderen Verbraucher erfolgen.The expected energy supply and/or the expected energy surplus of the local generation plant is determined. This can be done during installation by programming parameters such as nominal power, orientation and/or location factor of a photovoltaic system, and/or by taking into account a weather forecast and/or by taking into account past data, such as the daily rhythm of a photovoltaic system and/or by taking into account the rhythm of energy requirements the other consumers.
Der voraussichtliche Energiebedarf des mindestens einen Raumes oder Gebäudes wird ermittelt. Dies geschieht durch Fortschreibung des Bedarfs der Vergangenheit ggf. mit Erlernen von Zyklen und/oder, wenn der thermische Verbraucher eine Raumbeheizung ist, durch Analyse der Raumtemperatur und deren Verlauf, Analyse der Außentemperatur und deren Verlauf, Berücksichtigung der vom Nutzer einprogrammierten Nutzungszeiten und/oder Berücksichtigung einer Wettervorhersage.The expected energy requirements of at least one room or building are determined. This is done by updating past requirements, if necessary by learning cycles and/or, if the thermal consumer is a room heater, by analyzing the room temperature and its progression, analyzing the outside temperature and its progression, taking into account the usage times programmed in by the user and/or Taking a weather forecast into account.
Bei einem selbsttätigen Abfluss der Heizenergie von elektro-thermischen Speichern in den von ihnen beheizten Raum oder Gebäudeteil, beispielweise bei einem Flächenheizungsspeicher, wird die minimal und/oder die maximal zulässige Speichertemperatur und/oder der minimale und/oder der. maximale Energieinhalt der Speicher, aus dem Wärmefluss von den Speichern in Richtung Raum, dem aktuellen Wärmebedarf des Raumes und/oder der zulässigen minimalen und/oder der maximalen Raumtemperatur berechnet. Der Betrieb einer eigentlich für das Ein-/Aus-Verfahren geplanten Speicherheizungen (Freigabe nur nachts und 2 Stunden am Nachmittag) weicht also einer Art Puffer-Betrieb.In the event of an automatic outflow of heating energy from electro-thermal storage into the room or part of the building heated by them, for example in the case of a surface heating storage, the minimum and/or the maximum permissible storage temperature and/or the minimum and/or the. Maximum energy content of the storage, calculated from the heat flow from the storage towards the room, the current heat requirement of the room and/or the permissible minimum and/or the maximum room temperature. The operation of a storage heater that was actually planned for the on/off process (release only at night and 2 hours in the afternoon) gives way to a kind of buffer operation.
Bei Verwendung mindestens eines mit elektrischer Energie betriebenes Heizelement zum Aufheizen der elektro-thermischen Speicher kann dessen/deren Anschlussleistung/en als Parameter bei der Inbetriebnahme programmiert werden. Die Anschlussleistungen können bei der Inbetriebnahme und/oder im laufenden Betrieb automatisch durch Messungen ermittelt werden.When using at least one heating element powered by electrical energy to heat up the electro-thermal storage, its connected load(s) can be programmed as a parameter during commissioning. The connected loads can be determined automatically through measurements during commissioning and/or during ongoing operation.
Der Leistungsertrag der lokalen Erzeugungsanlage und der Leistungsverbrauch der ggf. vorhandenen anderen Verbraucher kann über geeignete Zähler oder Messeinrichtungen ermittelt werden.The power output of the local generation system and the power consumption of any other consumers can be determined using suitable meters or measuring devices.
Die durch die Liegenschaft von einem externen Stromnetz bezogene und die von ihr in das externe Stromnetz eingespeiste Leistung kann gemessen werden, insbesondere mittels eines Zwei-Richtungs-Zählers, wie beispielsweise eines Smart-Meters. Einer oder mehrere der verwendeten Zähler können als Zwei-Tarif-Zähler ausgeführt werden, wie z.B. die heute vorhandenen HT-NT-Zähler für die Nachspeicherheizungen.The power drawn by the property from an external power grid and the power fed into the external power grid by it can be measured, in particular using a two-directional meter, such as a smart meter. One or more of the used Meters can be designed as two-tariff meters, such as the HT-NT meters currently available for secondary storage heaters.
Es ist egal, wie viel die Erzeugungsanlage produziert und die anderen Haushaltsverbraucher abnehmen. Entscheidend ist, dass der Überschuss so gut wie nicht in das Netz eingespeist wird, weil der für die Heizung genutzt wird. Ein Zwei-Richtungs-Zähler mit den entsprechenden Zählausgängen ist bei praktisch jedem Haus mit PV-Anlage schon da. Aufgabe der Steuerung ist es, die Gruppierung der Heizelemente jeweils so einzustellen, dass der Energiefluss über diesen Zähler möglichst nahe bei 0 liegt. Unter „Liegenschaft“ wird hier verstanden, dass die lokale Erzeugungsanlage und alle Verbraucher (thermische Speicher und die anderen Verbraucher) zusammen gemeint sind.It doesn't matter how much the generating plant produces and the other household consumers consume. What is crucial is that almost no surplus is fed into the grid because it is used for heating. A two-way meter with the corresponding counting outputs is already available in practically every house with a PV system. The task of the control is to set the grouping of the heating elements so that the energy flow via this counter is as close to 0 as possible. “Property” is understood here to mean the local generation plant and all consumers (thermal storage and other consumers) together.
Der aktuelle Energieinhalt der elektro-thermischen Speicher kann ermittelt werden, insbesondere durch Messung, ständige Bilanzierung und/oder ähnliche Verfahren.The current energy content of the electro-thermal storage can be determined, in particular through measurement, constant balancing and/or similar methods.
Der voraussichtliche Bedarf der thermischen Verbraucher in einer Zukunft kann vorausberechnet werden, insbesondere in einem Zeitraum der dem zeitlichen Speichervermögen der thermischen Speicher entspricht.The expected demand of the thermal consumers in a future can be calculated in advance, especially in a period that corresponds to the temporal storage capacity of the thermal storage.
Die Beheizung der elektro-thermischen Speicher kann unter Berücksichtigung des voraussichtlichen zeitlichen Bedarfs und der aktuell verfügbaren Energie leistungsmäßig und/oder zeitlich so gesteuert werden, dass der Anteil der aus der lokalen Energieerzeugungsanlage kommenden Energie an der insgesamt in einem Zeitraum in die thermischen Speicher einfließenden Energie möglichst hoch ist.The heating of the electro-thermal storage can be controlled in terms of performance and/or time, taking into account the expected time requirement and the currently available energy, so that the proportion of the energy coming from the local energy generation system in the total energy flowing into the thermal storage in a period of time is as high as possible.
Bei Verwendung von mit elektrischer Energie betriebenen Heizelementen zum Aufheizen mehrerer elektro-thermischer Speicher können bei bestehendem Wärmebedarf die Heizelemente, insbesondere zu jedem Zeitpunkt, in einer solchen Gruppierung eingeschaltet werden, dass ihr gemeinsamer Leistungsverbrauch der von der dem Raum oder Gebäude lokal zugeordneten Erzeugungsanlage erzeugten Leistung oder, bei Vorhandensein anderer Verbraucher, dem Leistungsüberschuss, möglichst nahe kommt. Es wird also an Stelle eines einzigen Anschlusses einer sehr leistungsstarken Heizung eine Aufspaltung in kleine Anschlussleistungen, die nach Wärmebedarf und Energieverfügbarkeit eingeschaltet werden, vorgenommen. Bei der Bildung der Gruppierung kann die im jeweiligen Speicher vorhandene Wärmeenergie und/oder die voraussichtlich in der Zukunft von dem vom jeweiligen Speicher versorgten Raum oder Gebäude(teil) benötigte Energie berücksichtigt werden. Es wird also eine vorausschauende Speicherung nach Angebot und Nachfrage vorgenommen.When using heating elements operated with electrical energy to heat up several electro-thermal storage units, if there is a heat requirement, the heating elements can be switched on, in particular at any time, in such a grouping that their combined power consumption corresponds to the power generated by the generating system locally assigned to the room or building or, if other consumers are present, comes as close as possible to the excess power. So instead of a single connection to a very powerful heater, it is split into small connected loads that are switched on according to heat requirements and energy availability. When forming the group, the thermal energy present in the respective storage and/or the energy likely to be required in the future by the room or building (part) supplied by the respective storage can be taken into account. Predictive storage is therefore carried out according to supply and demand.
Durch eine Parametrierung kann festgelegt werden, ob und/oder wie weit die eingestellte Heizleistung das Leitungsangebot bzw. den Leistungsüberschuss überschreiten darf.Parameterization can be used to determine whether and/or to what extent the set heating output may exceed the line supply or the excess power.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Grö-ße, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.The aforementioned and the claimed components to be used according to the invention described in the exemplary embodiments are not subject to any special exceptional conditions in terms of their size, shape, material selection and technical conception, so that the selection criteria known in the field of application can be used without restriction.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - ein Ausführungsbeispiel eines elektro-thermischen Speichersystems dargestellt ist. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden.Further details, features and advantages of the subject matter of the invention result from the subclaims, as well as from the following description and the associated drawing, in which - by way of example - an exemplary embodiment of an electro-thermal storage system is shown. Individual features of the claims or the embodiments can also be combined with other features of other claims and embodiments.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
In der Zeichnung zeigen
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1 ein allgemeines Blockschaltbild eines elektro-thermischen Speichersystems zur Nutzung regenerativer, volatiler elektrischer Energie; -
2 ein Blockschaltbild eines elektro-thermischen Speichersystems zur Nutzung regenerativer, volatiler elektrischer Energie am Beispiel eines Einfamilienhauses mit Elektro-Speicherheizung.
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1 a general block diagram of an electro-thermal storage system for using renewable, volatile electrical energy; -
2 a block diagram of an electro-thermal storage system for the use of renewable, volatile electrical energy using the example of a single-family home with electric storage heating.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Die Ausführungsbeispiele nach
Die durch die Liegenschaft bezogene bzw. von ihr in das Versorgungsnetz eingespeiste Energie kann gemessen werden. Der aktuelle Energieinhalt der Speicher kann durch Messung, ständige Bilanzierung oder ähnliche Verfahren ermittelt werden. Der voraussichtliche Bedarf der thermischen Verbraucher in einer Zukunft, die dem zeitlichen Speichervermögen der thermischen Speicher entspricht, kann gewünschten Falls vorausberechnet werden. Die Beheizung der Speicher kann unter Berücksichtigung des voraussichtlichen zeitlichen Bedarfs und der aktuell verfügbaren (bei Vorhandensein anderer Verbraucher: überschüssigen) Energie leistungsmäßig und zeitlich so gesteuert werden, dass der Anteil der aus dem Energieerzeuger kommenden Energie an der insgesamt in einem Zeitraum in den thermischen Speicher einfließenden Energie möglichst hoch ist.The energy consumed by the property or fed into the supply network can be measured. The current energy content of the storage can be determined through measurement, constant balancing or similar methods. The expected demand of the thermal consumers in a future that corresponds to the temporal storage capacity of the thermal storage can be calculated in advance if desired. The heating of the storage can be controlled in terms of performance and time, taking into account the expected time requirement and the currently available (if other consumers are present: excess) energy, so that the share of the energy coming from the energy generator in the total in a period of time in the thermal storage incoming energy is as high as possible.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach
Bei der Installation parametrierter Anschlussleistung der einzelnen Heizöfen kann eine Berechnung vorgenommen werden, die z.B. den voraussichtlichen Energiebedarf in den kommenden 12 bis 24h für das Haus bzw. jeden Raum aus der Außentemperatur, ggf. der Wettervorhersage und den Nutzungszeiten umfasst. Ferner kann die minimal bzw. maximal zulässige Speicherbeladung je Speicherofen aus dem Energiebedarf, der oberen und unteren Komfortgrenze für die Raumtemperatur und der ungesteuert an den Raum abgegebenen Energiemengen berechnet werden.When installing the parameterized connected load of the individual heating stoves, a calculation can be made that includes, for example, the expected energy requirements in the next 12 to 24 hours for the house or each room based on the outside temperature, if necessary the weather forecast and the times of use. Furthermore, the minimum or maximum permissible storage load per storage heater can be calculated from the energy requirement, the upper and lower comfort limits for the room temperature and the uncontrolled amounts of energy released into the room.
Ferner kann eine Zu- oder Abschaltung der Energieaufnahme einzelner Speicheröfen vorgesehen sein, wenn die individuelle minimale Speicherbeladung unterschritten ist, wenn die maximale Speicherbeladung überschritten ist, und/ oder wenn die aktuelle Speicherladung zwischen den beiden Grenzen liegt, und zwar in dem Maße, in dem überschüssige Energie vom lokalen Erzeuger vorhanden ist, aber von den sonstigen Verbrauchern nicht benötigt wird. Hierzu können von der Steuerung in dem Maße die Speicheröfen zugeschaltet werden, dass die Einspeisung in das EVU-Netz möglichst gegen Null geht, aber noch kein Energiebezug auftritt. Ein beispielhaftes normales Einfamilienhaus (BJ etwa 70er Jahre) hat eine Anschlussleistung für die Heizung von etwa 10 bis 20kW und kann eine PV-Anlage von etwa 4-6kWpeak auf dem Dach aufnehmen. Es wird einer Aufteilung der Heizleistung in kleine Teile vorgenommen, z.B. in vorhandene ElektroSpeicherheizungen, sei es als einzelne Heizöfen von etwa 1 bis 6 kW Anschlussleistung oder bei Fußboden-Speicherheizungen durch die einzelnen Heizkreise in den Räumen. Die Steuerung muss die Leistungen der einzelnen Heizelemente kennen, um eine optimale Gruppierung berechnen zu können.Furthermore, the energy consumption of individual storage heaters can be switched on or off if the individual minimum storage load is undershot, if the maximum storage load is exceeded, and/or if the current storage load lies between the two limits, to the extent that Excess energy is available from the local producer but is not needed by other consumers. For this purpose, the storage heaters can be switched on by the control system to the extent that the feed into the utility network is as close to zero as possible, but no energy is yet consumed. An example of a normal single-family house (built around the 1970s) has a connected load for the heating of around 10 to 20 kW and can accommodate a PV system of around 4-6 kW peak on the roof. The heating output is divided into small parts, e.g. in existing electric storage heaters, be it as individual heating stoves with a connected power of around 1 to 6 kW or in the case of underfloor storage heating through the individual heating circuits in the rooms. The control must know the performance of the individual heating elements in order to be able to calculate an optimal grouping.
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