DE102013013427A1

DE102013013427A1 - Verfahren und Anordnung zur Energieverteilung

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Publication number: DE102013013427A1
Application number: DE102013013427.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2015-02-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung mit dem/der Strom von einem Quellnetz vorzugsweise mit geringen Stromkosten in mindestens ein Zielnetz mit höheren Stromkosten umgespeist wird. Im Quellnetz soll sich vorzugsweise mindestens ein System zu Eigenstromerzeugung wie z. B. eine Photovoltaik-Anlage, eine Windkraftanlage oder ein Blockheizkraftwerk befinden. Denkbar sind auch Quellnetze, die im Schwerpunkt ausschließlich der Eigenstromerzeugung dienen (Windpark, Freilandsolaranlage). In einer Variante soll es auch möglich sein, Quellnetz und Zielnetz und damit die Energieflussrichtung temporär, beispielsweise nach Strombedarf zu tauschen. Die Umspeisung erfolgt mit Wechselrichtern, die in der Einspeise-/Umspeiseleistung regelbar sind bzw. geregelt werden und denen ein in der Regel eine Funktionseinheit Gleichstromerzeugung vorgeschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Energieverteilung mit Wechselrichtern.
Nach dem Stand der Technik sind Wechselrichter bekannt.
Ihre häufigste Anwendung ist die Einspeisung von Solarstrom (Gleichstrom) in das öffentliche Stromnetz. Bei weiteren Anwendungen sind Windkraftanlagen, Blockheizkraftwerke oder auch Batterien die Stromquellen. Wechselrichter können ihre Einspeiseleistung unabhängig vom Angebot am Gleichstromeingang stufenlos variieren.
Wechselrichter nach dem Stand der Technik werden nicht zur Verteilung von Strom verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zu entwickeln, mit dem/der Strom von einem Quellnetz vorzugsweise mit geringen Stromkosten in mindestens ein Zielnetz mit höheren Stromkosten umgespeist wird. Denkbar sind aber auch andere Einsatzmöglichkeiten wie z. B. eine Zuspeisung zur Vermeidung von Lastspitzen. Im Quellnetz soll sich vorzugsweise mindestens ein System zur Eigenstromerzeugung wie z. B. eine Photovoltaik Anlage, eine Windkraftanlage oder ein Blockheizkraftwerk befinden. Denkbar sind auch Quellnetze die im Schwerpunkt ausschließlich der Eigenstromerzeugung dienen (Windpark, Freilandsolaranlage). In einer Variante soll es auch möglich sein, Quellnetz und Zielnetz und damit die Energieflussrichtung temporär (beispielsweise nach Strombedarf) zu tauschen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anordnung wird durch die Merkmale des ersten anordnungsbezogenen Anspruchs charakterisiert. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind durch Unteransprüche gegeben.
Das Grundsystem der Erfindung ist in 1 dargestellt. Dargestellt sind hier zwei Stromnetze A 5 und B 10, die über jeweils einen Zähler 2, 13 mit dem öffentlichen Stromnetz 1 verbunden sind. Die Stromerzeugungsanlage 4 im Netz A 5 soll in diesem Beispiel ein Blockheizkraftwerk mit einer Leistung von 6 kW sein. In dem Beispiel ist die elektrische Leistung für das Netz A 5 zu groß, da im Hausnetz 6 nur eine Dauerleistung von 4 kW benötigt wird. Erfindungsgemäß wird nun mit dem Start des Bockheizkraftwerks ein Wechselrichter 8 mit einer vorgeschalteten Funktionseinheit Gleichstromerzeugung 7 angeschaltet/gestartet. Die Funktionseinheit Gleichstromerzeugung 7 besteht im wesentlichen aus einem Gleichrichter; ggf. werden Mittel zu Glättung der Gleichspannung (Drosseln, Kondensatoren) sowie Störfilter zusätzlich angeordnet. Sie kann sowohl als separate Einheit in einem eigenen Gehäuse als auch als integraler Bestandteil von speziell für diese Erfindung gebauten Kombinationseinheiten ausgeführt werden.
Der Wechselrichter soll in diesem Beispiel ein Solarwechselrichter mit einer Leistung von 2 kW wie beispielsweise ein Sunny Boy 2000HF der Firma SMA sein. Der Powerpoint-Tracker des Wechselrichters wird hier nicht benötig. Bei speziell für diese Erfindung entwickelten Geräten kann er entfallen bzw. in der Software modifiziert/deaktiviert werden. In diesem Beispiel wird der Wechselrichter 8 bedingt durch die Verhältnisse an der Gleichstromquelle sofort eine Leistung von 2 kW (seine Maximalleistung) in das Zielnetz B 10 einspeisen. Die 2 kW werden hier entweder durch das Hausnetz 11 verbraucht oder über den Zähler 13 in das öffentliche Netz eingespeist. Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass zu hohe Leistung im Netz A 5 nicht über den Zähler 2 für beispielsweise 8 Cent/kWh in das öffentliche Netz eingespeist wird, sondern für 25 Cent/kWh an die Nachbarfirma (Netz B 10) verkauft wird.
Das o. a. Beispiel hat den Nachteil, dass immer eine konstante Leistung umgespeist wird. Wenn im Netz B 10 temporär keine 2 kW benötigt werden, wird die Überschussmenge auch hier zum geringen Preis ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Um dies zu vermeiden wird nun ständig die Leistungsaufnahme der Verbraucher im Netz B 10 mit einem Leistungsmessgerät 14 gemessen. Der Messwert wird an einen Steuerrechner 9 übertragen. Alternativ kann er hier auch zu Wechselrichter 8 direkt übertragen werden. Die Schnittstellen vom Leistungsmessgerät und Steuerrechner können in Bezug auf Hardware und Protokoll beliebig ausgeführt werden (vorzugsweise Ethernet/TCP/IP oder auch Funklösungen). Am Wechselrichter wird eine Schnittstelle angeordnet oder entsprechend angepasst, mit der die eingespeiste/umgespeiste Leistung direkt stufenlos eingestellt werden kann. Bekannt sind Wechselrichter bei denen z. B. über eine RS485 Schnittstelle eine stufenweise Abreglung gesteuert werden kann. Für die erfindungsgemäße Lösung wird dem Wechselrichter vorzugsweise direkt die Leistung über die Schnittstelle übermittelt, die er einzuspeisen/umzuspeisen hat.
Wenn nun im Stromnetz B 10 durch die Verbraucher 11 eine Leistung von 1450 Watt benötigt wird, wird dies mit dem Leistungsmessgerät 14 gemessen und der Messwert direkt oder über den Steuerrechner 9 zum Wechselrichter 8 übertragen. Im Wechselrichter wird darauf hin die Einspeise-/Umspeiseleistung auf 1450 Watt eingestellt. Die Einspeise-/Umspeiseleistung entspricht somit genau der im Netz B durch die Verbraucher 11 benötigten Leistung. Eine Einspeisung ins öffentliche Stromnetz findet nicht mehr statt. Die Einspeise-/Umspeiseleistung wird nun ständig dem Verbrauch der Verbraucher 11 angepasst. Die Anpassung sollte möglichst schnell erfolgen (1 Mal pro Sekunde oder mit ggf. zu modifizierenden Wechselrichtern schneller), um beispielsweise die Zeiten zu hoher Umspeisung möglichst gering zu halten. Alternativ zur Messung des Verbrauchs im Netz B 10 mit dem Leistungsmessgerät 14 kann auch ein Leistungsmessgerät 12 (ggf. als integrierter Bestandteil des Zählers 13 mit D0 Schnittstelle als Beispiel) zur Bestimmung der Verbrauchsleistung genutzt werden, wobei hier aber auch die Leistung- bzw. Stromflussrichtung zu beachten ist.
Wenn nun im Stromnetz A 5 temporär durch die Verbraucher 6 eine Leistung von 5 kW benötigt wird müssen bei dem o. a. Beispiel bei einer angenommenen Umspeiseleistung von 1450 Watt über den Zähler 2 450 Watt Leistung aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen werden. Auch in einer derartigen Situation ist der Wert der Umspeiseleistung ungünstig, denn die 450 Watt könnten (ohne Wechselrichterverluste) im Stromnetz B 10 direkt über den Zähler 13 zu gleichen Kosten bezogen werden. Wenn der Betreiber des Netzes A den Strom zu Preisen unter den Netzbezugskosten an den Bertreiber des Netzes B verkaufen würde, was bei Eigenstromerzeugung durchaus möglich ist, würde er hier den Unterschiedsbetrag dazu zahlen. Eine derartige Situation kann auch entstehen, wenn die Stromerzeugungsanlage 4 eine Photovoltaikanlage oder eine Windkraftanlage ist, bei der sich das Stromangebot ständig ändert. Um diesen Nachteil zu vermeiden wird im Stromnetz A 5 ein Leistungsmessgerät 3 angeordnet. Das Messgerät 3 ist vergleichbar mit dem Messgerät 14 mit dem Steuerrechner 9 verbunden. Es muss dem Steuerrechner zusätzlich Informationen über die Leistungsrichtung liefern, damit dieser auswerten kann, ob aktuell Strom bezogen oder eingespeist wird. Die aktuell verfügbare Leistung für die Umspeisung entspricht der zurzeit eingespeisten Leistung. Wenn dass Leistungsmessgerät 3 300 Watt Einspeiseleistung misst, wird die Umspeiseleistung des Wechselrichters 8 um 300 Watt erhöht. Wird eine Bezugsleistung von 400 Watt gemessen, wird die Umspeiseleistung des Wechselrichters 8 um 400 Watt reduziert bzw. auf 0 Watt gesetzt.
Alternativ kann der Wert für die Umspeiseleistung mit einem Leistungsmessgerät 15 für die Produktion und einem Leistungsmessgerät 16 für den Stromverbrauch im Stromnetz A 5, die beide mit dem Steuerrechner 9 verbunden sind, bestimmt werden. Im Steuerrechner 9 wird die Differenz aus dem Messwert für die Produktion und dem für den Verbrauch berechnet. Ein positiver Wert von z. B. 300 Watt entspricht einer Überproduktion bzw. Einspeisung. Die Umspeiseleistung wird um 300 Watt erhöht. Ein negativer Wert von z. B. –400 Watt entspricht einer Unterversorgung bzw. einem Netzbezug. Die Umspeiseleistung wird um 400 Watt abgesenkt.
Die Umspeiseleistung wird hier also zum einen durch den Bedarf im Zielnetz B 10 und zum anderen durch das Angebot im Quellnetz A 5 bestimmt.
In einem weiteren Anwendungsbeispiel ist die Stromerzeugungsanlage 4 im Netz A 5 eine Photovoltaikanlage in Ost-Richtung. Im Netz B 10 ist eine Photovoltaikanlage in West-Richtung (nicht in 1 gezeichnet) angeordnet und mit Punkt 17 verbunden. In dem Beispiel sollen beide Anlagen eine Leistung von 10 KW haben. Vormittags leistet die Ost-Anlage im Netz A 5 in diesem Beispiel 7 kW und die West-Anlage im Netz B 10 0,7 kW. Die erfindungsgemäße Lösung kann wie bisher beschrieben angewendet werden.
Nachmittags ist das Leistungsangebot umgekehrt. Die Ost-Anlage im Netz A 5 leistet 0,7 kW und die West-Anlage im Netz B 10 7 kW. Um die erfindungsgemäße Lösung auch in dieser Situation zu nutzen, wird im einfachsten Fall eine Kombination aus Wechselrichter 8a und Funktionseinheit Gleichstromerzeugung 7a der Kombination aus Wechselrichter 8 und Funktionseinheit Gleichstromerzeugung 7 entgegengesetzt parallel geschaltet und ebenfalls mit dem Steuerrechner 9 verbunden.
Durch den Steuerrechner 9 wird dann vormittags bei Stromüberschuss im Netz A 5 die Kombination 7, 8 mit entsprechender Umspeiseleistung aktiviert. Nachmittags bei Stromüberschuss im Netz B 10 wird die Kombination 7a, 8a aktiviert. In der Mittagszeit, wenn die Stromproduktion in beiden Netzen ca. gleich groß ist, werden durch den Steuerrechner 9 die Kombinationen 7, 8 und 7a, 8a im schnellen Wechsel entsprechend der Lastsituation betrieben. Die Inbetriebnahme einer Kaffeemaschine im Netz A mit einer Leistung von 700 W kann z. B. eine Umsteuerung der der Leistungsrichtung (7, 8 aus, 7a, 8a an) mit einer Umspeiseleistung von 400 Watt auslösen.
Denkbar ist auch anstelle der Antiparallelschaltung von 7, 8 und 7a, 8a eine Anordnung nach 4 zu verwenden. Hier erfolgt eine Richtungsumschaltung mit den Umschalteinrichtungen 53, 54. In der Position a 57 und a 58 ist der Eingang der Funktionseinheit Gleichstromerzeugung 7 mit dem Netz A 5 und der Ausgang des Wechselrichters 8 mit dem Netz B 10 verbunden. Die Umspeisung erfolgt von A nach B. Nach Umschaltung auf die Positionen b 55 und b 56 ist der Eingang der Funktionseinheit Gleichstromerzeugung 7 mit dem Netz B 10 und der Ausgang des Wechselrichters 8 mit dem Netz A 5 verbunden. Die Umspeisung erfolgt von B nach A. Ein Steuerrechner 59, der mit dem Wechselrichter 8 und den beiden Umschalteinrichtungen 53, 54 verbunden ist, erhält in diesem Fall seine Steuerinformationen vom Steuerrechner 9. Die Steuerinformation muss mindestens Informationen zur Umspeiseleistungshöhe und zur Umspeiserichtung enthalten. Steuerrechner 59 separiert diese Informationen und führt sie dem Wechselrichter 8 und Umschalteinrichtungen 53, 54 zu. Für den Fall, das eine Umschaltung der Umspeiserichtung betriebsbedingt nur selten erfolgt, können die Umschalteinrichtungen 53, 54 als mechanische Leistungsrelais ausgeführt werden. Hierbei kann der Steuerrechner 59 zur Schonung der Relaiskontakte vor Umschaltung der Umspeiserichtung die Umspeiseleistung herunterfahren. Nach der Umschaltung wird sie entsprechend der Vorgaben wieder hochgefahren. Bei häufigen Umschaltungen sind elektronische Schalter (vorzugsweise Nulldurchgangsschalter), wie sie 4 61 beispielhaft zeigt, zu bevorzugen. Hier kann im Prinzip bei jedem Nulldurchgang umgeschaltet werden. Der Steuerrechner 59 kann auch als integraler Bestandteil des Steuerrechners 9 ausgeführt werden.
In der folgenden Anwendungsvariante ist die Stromerzeugungsanlage 4 im Netz A 5 ein Blockheizkraftwerk. Das Blockheizkraftwerk wird sinnvoller Weise nur im Winterhalbjahr betrieben. Im Netz B 10 ist eine Photovoltaikanlage (nicht in 1 gezeichnet) angeordnet und mit Punkt 17 verbunden. Im Sommerhalbjahr, wenn die Photovoltaikanlage viel leistet, wird nun bevorzugt entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung Strom vom Netz B 10 zum Netz A 5 umgespeist. Im Winterhalbjahr, wenn das Blockheizkraftwerk betrieben wird und die Photovoltaikanlage weniger leistet, wird Strom vom Netz A 5 zum Netz B 10 übertragen. Der Betreiber vom Netz B verleiht im Prinzip im Sommerhalbjahr z. B. 5000 kWh an den Betreiber von Netz A und bekommt die 5000 kWh im Winterhalbjahr zurück. Der Steuerrechner 9 unterstützt hier die finanzielle Abrechnung in dem er für einen Ausgleich in einem vorgegebenen Zeitraum sorgt. Für den Fall, dass beispielsweise der Blockheizkraftswerkstrom als wertvoller angesehen wird, weil er stetiger zur Verfügung steht, wird dem Steuerrechner 9 ein bestimmtes Ausgleichsverhältnis vorgegeben. In einem vorgegeben Zeitraum werden dann beispielsweise 5000 kWh von A 5 geliehener Strom mit 4000 kWh ausgeglichen. Beide Netzbetreiber gewinnen dadurch, dass sie die schlechter vergütete Einspeisung ins öffentliche Stromnetz weitgehend vermeiden.
In den bisherigen Beispielen wurde die Erfindung zur Optimierung der Stromverteilung bei 2 Netzen A, B eingesetzt. Wie in 2 und 3 gezeigt, ist die erfindungsgemäße Lösung auch bei einem Zentralnetz 34 mit zentraler Stromerzeugung 32 und mehreren Teilnetzen D 40a, E 40b und F 40c einsetzbar. Das Zentralnetz 34 ist zur Einspeisung von Überschussstrom über den Zähler 30 mit dem öffentlichen Stromnetz 1 verbunden. Denkbar ist auch ein Betrieb ohne direkten Anschluss an das öffentliche Stromnetz. Hier muss die Leistung der zentralen Stromerzeugungsanlage 32 entsprechend des Bedarfs der Teilnetze D 40a, E 40b und F 40c durch den Steuerrechner 33 geregelt werden. Selbstverständlich sind auch im Zentralnetz 33 Verbraucher wie beispielsweise 6 in 1 möglich. Deren Verbrauch ist dann entsprechend im Steuerrechner 33 zu berücksichtigen.
Die Beispiele in 2 und 3 unterscheiden sich dadurch, dass in 3 Wechselstrom zu den einzelnen Teilnetzen D 40a, E 40b und F 40c fließt, der vor Ort durch separate oder in den Wechselrichtern 35a, 35b, 35c integrierten Funktionseinheiten Gleichstromerzeugung 41a, 41b, 41c in Gleichstrom umgewandelt wird.
In 2 ist eine zentrale Funktionseinheit Gleichstromerzeugung 31 angeordnet. Hier fließt Gleichstrom zu den einzelnen Teilnetzen D 40a, E 40b und F 40c. Die lokalen Funktionseinheiten Gleichrichterschaltung 41a, 41b, 41c entfallen. Eine direkte Gleichstromversorgung beispielsweise aus dem Gleichstromzwischenkreis einer Windkraftanlage ist ebenfalls denkbar. Hier kann dann die zentrale Funktionseinheit Gleichstromerzeugung 31 entfallen.
Die Leistungsmessgeräte 36a, 36b, 36c und die Wechselrichter 35a, 35b, 35c sind mit dem Steuerrechner 33 des Zentralnetzes 34 verbunden. Die Art der Verbindung ist beliebig. Bei einer Verbindung über das Internet oder ein Inranet können als Konzentratoren 38a, 38b, 38c als einfache Switche verwendet werden, die ggf. auch im Wechselrichter oder im Leistungsmessgerät integriert sind. Denkbar ist aber auch, dass die Konzentratoren Schnittstellenanpassungen (RS485) usw. enthalten. Die Leistungsmessgeräte 36a, 36b, 36c messen nun ständig die Aufnahmeleistung der Verbraucher 39a, 39b, 39c und geben die Messwerte an den Steuerrechner 33 weiter. Eine direkte Weitergabe an die Wechselrichter zur direkten Steuerung der Einspeiseleistung wäre auch möglich, wobei aber der Nachteil besteht, dass das Stromangebot im Zentralnetz 34 nicht berücksichtigt werden kann.
Im Steuerrechner werden nun die Leistungsmesswerte der Leistungsmessgeräte 36a, 36b, 36c, die den Leistungsanforderungen der Teilnetze D 40a, E 40b, F 40c entsprechen, addiert und mit Produktionsleistung der zentralen Stromerzeugungsanlage 32 verglichen. Die zentrale Stromerzeugungsanlage 32 enthält ebenfalls ein Leistungsmessgerät (in 2 und 3 nicht gezeichnet) dass mit dem Steuerrechner 33 verbunden ist und die Messwerte ständig, bei Änderung oder auf Abruf überträgt. Wenn die Produktionsleistung der zentralen Stromerzeugungsanlage 32 nun gleich oder größer der Summe der angeforderten Leistungen der Teilnetze D 40a, E 40b, F 40c ist, werden die Umspeiseleistungen der Wechselrichter 35a, 35b, 35c entsprechend eingestellt, so dass der direkte Strombezug aus dem öffentlichen Stromnetz 1 über die Zähler 37a, 37b, 37c kompensiert/gestoppt wird. Die Umspeiseleistungen werden ständig den Messwerten der Leistungsmessgeräte 36a, 36b, 36c angepasst, so dass nur die Leistung umgespeist wird die auch durch die Verbraucher 39a, 39b, 39c aktuell verbraucht wird.
Wenn nun die Produktionsleistung der zentralen Stromerzeugungsanlage 32 nicht ausreicht, kann der Steuerrechner 33 dann, wenn es wirtschaftlich ist, ein Blockheizkraftwerk starten und dessen Leistung entsprechend der aktuellen Fehlleistung ständig nachregeln. Denkbar ist auch den Start zu verzögern, um anhand des zeitlichen Verlaufs und des Betrags der Fehlleistung zu prüfen, ob der Start sinnvoll ist. Möglich ist auch eine temporäre Zuspeisung von Strom aus anderen Netzen (Windpark) nach der erfindungsgemäßen Lösung. Die Netze D, E, F könnten hier ebenfalls zu Produzenten werden.
Alternativ wird die Umspeiseleistung der Wechselrichter 35a, 35b, 35c abgeregelt. In den folgenden Varianten hierzu wird davon ausgegangen, dass das die angeforderten Leistungen der Teilnetze D 40a, E 40b und F 40c nicht absinken.
Beispielhafte Ausgangssituation:

Produktionsleistung Stromerzeugungsanlage 32: 60 kW
Derzeitige Umspeiseleistung zu Netz D 40a: 10 kW
Derzeitige Umspeiseleistung zu Netz E 40b: 20 kW
Derzeitige Umspeiseleistung zu Netz F 40c: 30 kW

Nun sinkt die Produktionsleistung um 30 kW auf 30 kW Die Abregelung kann nach folgenden Schemen erfolgen:

1. Symmetrisch; die Umspeiseleistung wird bei jedem Teilnetz um den gleichen Betrag (10 kW) gekürzt. Sich daraus ergebende neue Situation: Produktionsleistung Stromerzeugungsanlage 32: 30 kW Derzeitige Umspeiseleistung zu Netz D 40a: 00 kW Derzeitige Umspeiseleistung zu Netz E 40b: 10 kW Derzeitige Umspeiseleistung zu Netz F 40c: 20 kW
2. Im Verhältnis der Anforderung; die Umspeiseleistung wird bei jedem Teilnetz um 50% entsprechend der Absenkung der Produktionsleistung abgesenkt. Sich daraus ergebende neue Situation: Produktionsleistung Stromerzeugungsanlage 32: 30 kW Derzeitige Umspeiseleistung zu Netz D 40a: 5 kW Derzeitige Umspeiseleistung zu Netz E 40b: 10 kW Derzeitige Umspeiseleistung zu Netz F 40c: 15 kW
3. Nach Tarif/Vergütung; für das folgende Beispiel werden folgende Verkaufs-/Bezugspreise angenommen: Netzbezugskosten 25 Cent/kWh für alle, Netzbetreiber D 40a zahlt 22 Cent/kWh an Netzbetreiber 34 Netzbetreiber E 40b zahlt 18 Cent/kWh an Netzbetreiber 34 Netzbetreiber F 40c zahlt 12 Cent/kWh an Netzbetreiber 34 Sich daraus ergebende neue Situation: Produktionsleistung Stromerzeugungsanlage 32: 30 kW Derzeitige Umspeiseleistung zu Netz D 40a: 30 kW Derzeitige Umspeiseleistung zu Netz E 40b: 0 kW Derzeitige Umspeiseleistung zu Netz F 40c: 0 kW

Der Netzbetreiber F 40c hat mit 12 Cent/kWh zwar den günstigsten Tarif, wird aber bei der Verteilung am wenigsten berücksichtigt und muss von daher viel Strom für 25 Cent/kWh aus dem öffentlichen Netz beziehen. Denkbar ist die Konfiguration von Mindestleistungen für bestimmte Netze im Steuerrechner 33.
Der Betreiber einer Windkraftanlage bekommt für in das öffentliche Netz eingespeisten Strom beispielsweise 8 Cent/kWh. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann dieser die Grundproduktion (angenommen 20%), die über einen langen Zeitraum zur Verfügung steht, direkt in der Nachbarschaft über private Kabel für beispielsweise 22 Cent/kWh vermarkten.
Wenn die Windkraftanlage (oder PV-Anlage) dann, wenn zuviel Strom im Netz ist, durch den Energieversorger abgeschaltet wird, besteht die Möglichkeit die Windkraftanlage nicht abzuschalten sondern die Leistung, gesteuert durch den Steuerrechner 33 so weit herunter zu fahren, dass kein Strom über den Zähler 30 (Einspeisepunkt) mehr ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Die Windkraftanlage produziert dann nur noch Strom für die Netze D 40a, E 40b, F 40c.
Die Leistung wird durch den Steuerrechner 33 ständig angepasst, so dass auch hier keine Einspeisung ins öffentliche Netz stattfindet.
Bei o. a. Abschaltung durch den Energieversorger oder bei hoher Stromproduktion (Starkwind) kann auch der Stromverbrauch durch die Netze D 40a, E 40b, F 40c automatisch erhöht werden. Hierzu werden in den Netzen D 40a, E 40b, F 40c vor den Funktionseinheiten Gleichstromerzeugung 41a, 41b, 41c spezielle Zähler z. B. nach DPMA Aktenzeichen 10 2011 011 812.8 angeordnet (in 3, 4 nicht gezeichnet) und mit dem Steuerrechner 33 verbunden. Bei hohem Stromangebot senkt der Steuerrechner 33 in den Zählern den Strompreis (neu beispielsweise 11 Cent/kWh), was über deren Schnittstellen an Gerätesteuerungen in den Netzen D 40a, E 40b, F 40c ausgegeben wird. Daraufhin werden dann beispielsweise Brauchwasserheizungen, Kältemaschinen, ... direkt gestartet. Der Netzbetreiber des Zentralnetzes 34 kann somit den Stromabsatz in gewissen Grenzen über den Strompreis steuern.
Denkbar ist, dass in den Netzen D 40a, E 40b, F 40c in Zukunft durch die Energieversorger nicht saldierende Zähler 37a, 37b, 37c einsetzt werden. Für einen optimierten Betrieb übertragen die Leistungsmessgeräte 36a, 36b, 36c dann die gemessene Leistung für jede einzelne Phase an den Steuerrechner 33. Zur Einspeisung/Umspeisung zu den Netzen D 40a, E 40b, F 40c wird dann pro Phase mindestens ein Wechselrichter 35a, 35b, 35c angeordnet und vom Steuerrechner 33 entsprechend des Strombedarfs in dieser Phase angesteuert.
Denkbar sind auch 3-phasige Wechselrichter, bei denen die Leistung der einzelnen Phasen separat geregelt werden kann.
Wechselrichter arbeiten mit einem Wirkungsgrad von z. Z. ca. 93–98%. Die Einspeise-/Umspeiseleistungen sind durch die Steuerrechner 9, 33 entsprechend anzupassen. Zur Optimierung können Werte für den Wirkungsgrad (auch mehrere Werte in Bezug zur jeweiligen Leistung) in den Steuerrechnern per Konfiguration gespeichert werden.
Bezugszeichenliste

1: öffentliches Stromnetz
2: Zähler Stromnetz A
3: Messgerät für die Bezugsleistung/Einspeiseleistung Stromnetz A
4: Stromerzeugungsanlage (z. B. Photovoltaikanlage, Windkraftanlage, Blockheizkraftwerk, ...)
5: Stromnetz A
6: Hausnetz/Verbraucher im Stromnetz A
7: Funktionseinheit Gleichstromerzeugung
7a: Funktionseinheit Gleichstromerzeugung
8: Wechselrichter/Transferwechselrichter
8a: Wechselrichter/Transferwechselrichter
9: Steuerrechner
10: Stromnetz B
11: Hausnetz/Verbraucher im Stromnetz B
12: Messgerät für die Bezugsleistung/Einspeiseleistung Stromnetz B
13: Zähler Stromnetz B
14: Leistungsmessgerät Stromverbrauch Netz B
15: Leistungsmessgerät Stromproduktion Netz A
16: Leistungsmessgerät Stromverbrauch Netz A
17: Anschaltepunkt
30: Einspeisezähler
31: Zentrale Funktionseinheit Gleichstromerzeugung
32: Zentrale Stromerzeugungsanlage (z. B. Photovoltaikanlage, Windkraftanlage, Blockheizkraftwerk oder Kombination)
33: Steuerrechner
34: Zentralnetz
35a, b, c: Wechselrichter/Transferwechselrichter
36a, b, c: Leistungsmessgerät für die Bezugsleistung
37a, b, c: Zähler
38a, b, c: Konzentrator/Switch
39a, b, c: Hausnetz/Verbraucher
40a, b, c: Teilnetze Firmen/Verbraucher D, E, F
41a, b, c: Funktionseinheit Gleichstromerzeugung
50: Funktionseinheit Wechselrichter/Transferwechselrichter für 2 Richtungen
51: Eingang Funktionseinheit Gleichstromerzeugung
52: Ausgang Wechselrichter
53: Umschalteinrichtung 1
54: Umschalteinrichtung 2
55: Umschalteinrichtung 1 Position b
56: Umschalteinrichtung 2 Position b
57: Umschalteinrichtung 1 Position a
58: Umschalteinrichtung 2 Position a
59: Steuerrechner
60: Steuereingang
61: Ausführungsbeispiel Umschalter

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

DE 102011011812 [0031]

Claims

Verfahren zur Energieverteilung mit Wechselrichtern dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wechselrichter (8) in einem ersten Stromnetz A (5) mit Strom versorgt wird und dass der Wechselrichter (8) diesen Strom in ein zweites Stromnetz B (10) hinter einem Zähler (13) einspeist und damit den Strombezug des Stromnetzes (10) über den Zähler (13) aus dem öffentlichen Stromnetz (1) reduziert.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Stromnetz A (5) hinter einem Zähler (2) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleistung des Wechselrichters (8) in das Stromnetz (10) durch den Stromverbrauch der Verbraucher 11 im Stromnetz B (10) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseleistung des Wechselrichters (8) in das Stromnetz (10) durch den Stromverbrauch der Verbraucher 11 im Stromnetz B (10) und durch die Leistung der Stromerzeugungsanlage (4), die durch den Verbrauch im Hausnetz (6) nicht benötigt wird, mit Hilfe eines Steuerrechners (9) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionseinheit aus Wechselrichter (8) und Funktionseinheit Gleichstromerzeugung (7) mit Hilfe von Umschalteinrichtungen (53, 54) umgeschaltet werden kann um die Strom- bzw. Energieflussrichtung zu drehen.
Anordnung zur Energieverteilung mit Wechselrichtern dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang mindestens eines Wechselrichter (8) über eine vorgeschaltete, separate bzw. integrierte Funktionseinheit Gleichstromerzeugung (7) mit einem Stromnetz A (5) verbunden ist und dass der Wechselrichter (8) mit seinem Ausgang mit einem weiteren Stromnetz (10) hinter einem Zähler (13) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Stromnetz (5) über einen Zähler (2) mit dem öffentlichen Stromnetz (1) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 6 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Messgerät (3, 15, 16) im Netz A (5), mindestens ein Messgerät (12, 14) vom Netz B (10) und mindestens ein Wechselrichter (8) mit einem Steuerrechner (9) verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselrichter (8) mit vorgeschalteter Funktionseinheit Gleichstromerzeugung (7) mit seinem Ausgang (52) über eine Umschalteinrichtung (54) mit einem Stromnetz (B) verbunden ist, dass der Eingang (51) der Funktionseinheit Gleichstromerzeugung (7) über eine Umschalteinrichtung (53) mit einem Stromnetz (A) verbunden ist, dass ein Wechselrichter (8) mit vorgeschalteter Funktionseinheit Gleichstromerzeugung (7) mit seinem Ausgang (52) über eine Umschalteinrichtung (54) über die Schaltposition b (56) mit einem Stromnetz (A) verbindbar ist, dass der Eingang (51) der Funktionseinheit Gleichstromerzeugung (7) über eine Umschalteinrichtung (53) über die Schaltposition b (55) mit einem Stromnetz (B) verbindbar ist und dass ein Steuerrechner (59) mit den Umschalteinrichtungen (53, 54), dem Wechselrichter (8) und einem Eingang (60) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 6 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass an den Wechselrichtern den bzw. Kombinationen aus Wechselrichter und Funktionseinheit Gleichstromerzeugung ein Anschluss zur stufenlosen Einstellung der Einspeiseleistung angeordnet ist.