DE102013203598B3 - Screw-in heating device for an energy converting system, has electrically operated heating unit and data transmission unit for receiving instantaneous feed power from feed counter - Google Patents

Screw-in heating device for an energy converting system, has electrically operated heating unit and data transmission unit for receiving instantaneous feed power from feed counter Download PDF

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Abstract

The screw-in heating device (1) has an electrically operated heating unit and a data transmission unit (4) for receiving an instantaneous feed power from a feed counter. A control unit (3) controls the heater power of the electrically operated heating unit depending on the received instantaneous feed power. The electrically operated heating unit is a tubular heating element (2) or a resistance-heating device.

Description

Die Erfindung betrifft einen Einschraubheizkörper und ein System mit einem Einschraubheizkörper.The invention relates to a screw-in and a system with a screw-in.

Bei der Verwendung von Photovoltaik- oder Windkraftanlagen ist es wünschenswert, den Eigenverbrauch der erzeugten elektrischen Energie zu maximieren.When using photovoltaic or wind power plants, it is desirable to maximize the self-consumption of the generated electrical energy.

Die DE 10 2011 052 452 B4 zeigt einen Heißwasserspeicher mit einem elektrischen Widerstandsheizelement, das mittels einer Photovoltaik-Anlage mit elektrischer Energie versorgt wird.The DE 10 2011 052 452 B4 shows a hot water tank with an electrical resistance heating element, which is powered by a photovoltaic system with electrical energy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einschraubheizkörper und ein System mit einem solchen Einschraubheizkörper zur Verfügung zu stellen, die eine einfache Realisierung eines Systems mit Eigenverbrauchsmaximierung ermöglichen und die insbesondere einen vergleichsweise geringen Verkabelungsaufwand erfordern.The invention has for its object to provide a screw-in and a system with such a screw-in heating available that allow easy implementation of a system with self-consumption maximization and in particular require a relatively low cabling.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Heizkörper und/oder Einschraubheizkörper nach Anspruch 1 und ein System nach Anspruch 7.The invention solves this problem by a radiator and / or screw-in heater according to claim 1 and a system according to claim 7.

Der Heizkörper bzw. Einschraubheizkörper (auch als einschraubbare Heizvorrichtung bezeichnet) umfasst zunächst herkömmliche Mittel, wie ein Gewinde und/oder einen Bajonettverschluss, Dichtungen, usw, die ein Einschrauben in beispielsweise einen hierfür vorgesehenen Warmwasserspeicher ermöglichen. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.The radiator or Einschraubheizkörper (also referred to as screw-in heating device) initially comprises conventional means, such as a thread and / or a bayonet, gaskets, etc., which allow screwing into, for example, a designated hot water tank. In that regard, reference is also made to the relevant specialist literature.

Der Einschraubheizkörper umfasst weiter ein elektrisch betriebenes Heizmittel, das beispielsweise zur Erwärmung von Wasser in einem Warmwasserspeicher vorgesehen ist.The screw-in heater further comprises an electrically operated heating means, which is provided for example for heating water in a hot water tank.

Eine Datenübertragungseinrichtung bzw. Schnittstelle des Einschraubheizkörpers ist dazu ausgebildet, eine momentane Einspeiseleistung bzw. einen Wert einer momentanen Einspeiseleistung (oder einer davon abgeleiteten Größe) von einem herkömmlichen Einspeisezähler zu empfangen, wobei der Einspeisezähler eine korrespondierende Datenübertragungseinrichtung bzw. Schnittstelle aufweist.A data transmission device or interface of the screw-in heating element is designed to receive a current feed-in power or a value of a current feed-in power (or a variable derived therefrom) from a conventional feed-in counter, the feed-in counter having a corresponding data transmission device or interface.

Der Einspeisezähler (auch Zähler oder Energie- und/oder Leistungsmesseinrichtung) ist dazu ausgebildet, eine momentan bzw. aktuell an einem Netzübergabepunkt in ein öffentliches Netz eingespeiste elektrische (Wirk-)Leistung zu messen und über der Zeit zu integrieren, wobei die eingespeiste elektrische Leistung beispielsweise mittels eines Energiewandlers erzeugt wird, der Energie aus regenerativen Energiequellen, wie beispielsweise Sonnenenergie oder Windenergie, in elektrische Energie wandelt. Der Einspeisezähler kann Bestandteil eines so genannten Zweirichtungszählers sein, der einen herkömmlichen Bezugsszähler für aus dem Versorgungsnetz bezogenen Strom und den Einspeisezähler für den in das Versorgungsnetz eingespeisten Strom umfasst. Im Übrigen sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.The feed-in meter (also counter or energy and / or power measuring device) is designed to measure a current or currently fed at a grid transfer point in a public grid electrical (active) power and to integrate over time, the fed electrical power is generated for example by means of an energy converter, the energy from renewable energy sources, such as solar or wind energy, converts into electrical energy. The feed-in meter can be part of a so-called bidirectional meter, which comprises a conventional reference meter for electricity drawn from the supply network and the feed meter for the current fed into the supply grid. It should also be noted in the relevant literature to avoid repetition.

Eine Steuereinrichtung des Einschraubheizkörpers ist dazu ausgebildet, eine Heizleistung des elektrisch betriebenen Heizmittels in Abhängigkeit von der empfangenen momentanen Einspeiseleistung derart zu steuern (bzw. zu regeln oder zu optimieren), dass ein Eigenverbrauch optimiert wird. Für den Fall, dass momentan elektrische Leistung in das öffentliche Netz eingespeist wird, kann die Steuereinrichtung beispielsweise die Heizleistung des elektrisch betriebenen Heizmittels derart einstellen bzw. erhöhen, dass die Einspeiseleistung reduziert wird, im Idealfall in etwa Null ist. Die Steuereinrichtung kann die Heizleistung stufenlos oder gestuft, beispielsweise in sieben Stufen, einstellen. Für den Fall, dass momentan keine elektrische Leistung in das öffentliche Netz eingespeist wird, kann die Steuereinrichtung die Heizleistung des elektrisch betriebenen Heizmittels auf Null reduzieren.A control device of the Einschraubheizkörpers is adapted to control a heating power of the electrically operated heating means in dependence on the received instantaneous feed power in such a way (or to regulate or optimize) that self-consumption is optimized. In the event that electrical power is currently being fed into the public grid, the control device can for example set or increase the heating power of the electrically operated heating means in such a way that the feed-in power is reduced, ideally to approximately zero. The controller can adjust the heating power continuously or stepped, for example, in seven stages. In the event that currently no electrical power is fed into the public grid, the controller can reduce the heating power of the electrically operated heating means to zero.

Bei herkömmlichen Lösung zur Eigenverbrauchsoptimierung wird ein elektrischer Verbraucher, wie beispielsweise ein herkömmlicher nicht fernsteuerbarer Einschraubheizkörper, unmittelbar von einer Energiemanagementvorrichtung elektrisch gespeist, d. h. die Energiemanagementvorrichtung und der elektrische Verbraucher sind mit netzspannungsführenden Leitungen miteinander verbunden. Die elektrischen Schaltfunktionen, die Heizleistungseinstellung und die entsprechende Bereitstellung von elektrischer Energie erfolgen überwiegend oder vollständig in der Energiemanagementvorrichtung.In a conventional self-consumption optimization solution, an electrical load, such as a conventional non-remotely controllable screw-in heater, is directly powered electrically by an energy management device, i. H. the power management device and the electrical load are connected together with mains voltage carrying lines. The electrical switching functions, the heating power setting and the corresponding provision of electrical energy take place predominantly or completely in the energy management device.

Aufgrund der Datenübertragungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Einschraubheizkörpers und seiner Eigenintelligenz kann dieser in Abhängigkeit von einer momentanen Einspeiseleistung autonom eine Eigenverbrauchsoptimierung durchführen. Es ist daher nicht notwendig, eine zentrale Energiemanagementvorrichtung vorzusehen, die mit dem Einschraubheizkörper mit netzspannungsführenden Leitungen zu verbinden ist. Daher reduziert sich der Verkabelungsaufwand verglichen mit herkömmlichen Lösungen deutlich.Due to the data transmission capability of the screw-in heater according to the invention and its Eigenintelligenz this can autonomously perform self-consumption optimization in response to a current feed-in. It is therefore not necessary to provide a central energy management device, which is to be connected to the screw-in with mains voltage-carrying lines. Therefore, the cabling effort is significantly reduced compared to conventional solutions.

Das elektrisch betriebene Heizmittel kann ein herkömmlicher Rohrheizkörper sein. Alternativ kann das elektrisch betriebene Heizmittel ein Dünnschicht- oder Dickschicht-Widerstandsheizelement sein.The electrically operated heating means may be a conventional tubular heater. Alternatively, the electrically powered heating means may be a thin film or thick film resistive heating element.

Die Datenübertragungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die momentane Einspeiseleistung drahtlos, beispielsweise über Bluetooth, Zig-Bee, WiFi (WLAN), etc., von dem Einspeisezähler zu empfangen. Alternativ ist auch eine drahtgebundene Datenübertragung, beispielsweise über Powerline, S0-Schnittstelle, usw. möglich. The data transmission device can be designed to receive the instantaneous feed-in power wirelessly, for example via Bluetooth, Zig-Bee, WiFi (WLAN), etc., from the feed-in counter. Alternatively, a wired data transmission, for example via powerline, S0 interface, etc. possible.

Der Einschraubheizkörper kann einen oder mehrere, mit der Steuereinrichtung gekoppelte Temperatursensoren umfassen, so dass beispielsweise ein thermostatischer Betrieb bzw. eine Thermostatfunktion realisierbar ist. Für den Fall, dass momentan elektrische Leistung in das öffentliche Netz eingespeist wird, kann die Steuereinrichtung beispielsweise Heizleistung mittels des elektrisch betriebenen Heizmittels erzeugen, solange ein Temperatursollwert nicht überschritten ist. Wenn der Temperatursollwert überschritten ist, kann die Steuereinheit die Heizleistungserzeugung beenden.The Einschraubheizkörper may include one or more, coupled to the controller temperature sensors, so that, for example, a thermostatic operation or a thermostat function can be realized. In the event that electrical power is currently being fed into the public grid, the control device can generate, for example, heating power by means of the electrically operated heating means as long as a temperature setpoint is not exceeded. If the temperature set point is exceeded, the control unit can stop heating power generation.

Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine Selbstüberwachung durchzuführen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Selbstüberwachung mittels eines in den Einschraubheizkörper integrierten mechanischen STB oder eines integrierten elektronischen Sicherheitselements erfolgen.The control device can be designed to carry out a self-monitoring. Alternatively or additionally, self-monitoring can take place by means of a mechanical STB integrated in the screw-in heater or an integrated electronic security element.

Das System weist einen Energiewandler auf, beispielswiese in Form eines Photovoltaikmoduls, einer Windkraftanlage, eines Blockheizkraftwerks, usw., der Energie aus nicht-elektrischen Energieformen bzw. regenerativen Energiequellen, wie beispielsweise Sonnenenergie oder Windenergie, in elektrische Energie wandelt.The system includes an energy converter, such as a photovoltaic module, a wind turbine, a combined heat and power plant, etc. that converts energy from non-electrical or regenerative energy sources, such as solar or wind energy, into electrical energy.

Das System weist weiter einen Warmwasserspeicher und einen oben genannten Einschraubheizkörper auf, der mit dem Warmwasserspeicher gekoppelt und zur Erwärmung des Warmwasserspeichers vorgesehen ist.The system further includes a hot water tank and a above-mentioned screw-in, which is coupled to the hot water tank and provided for heating the hot water tank.

Das System weist weiter einen Einspeisezähler auf, der dazu ausgebildet ist, eine momentane Einspeiseleistung zu dem Einschraubheizkörper zu übertragen, so dass der Einschraubheizkörper einen Eigenverbrauch der mittels des Energiewandlers gewandelten Energie optimiert.The system further has a feed-in counter, which is designed to transmit an instantaneous feed-in power to the screw-in heating element, so that the screw-in heating element optimizes self-consumption of the energy converted by means of the energy converter.

Ein Einschraubheizkörper kann aufweisen: ein elektrisch betriebenes Heizmittel, eine Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Betrieb des Einschraubheizkörpers in Abhängigkeit von vorgebbaren Betriebsparametern zu steuern, und eine Datenübertragungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die vorgebbaren Betriebsparameter von einer Energiemanagementvorrichtung zu empfangen.A screw-in heating element may comprise: an electrically operated heating means, a control device which is designed to control the operation of the screw-in heating element as a function of predefinable operating parameters, and a data transmission device which is designed to receive the presettable operating parameters from an energy management device.

Die Energiemanagementvorrichtung kann ein Einspeisezähler sein und die vorgebbaren Betriebsparameter können eine von dem Einspeisezähler erfasste momentane Einspeiseleistung umfassen.The energy management device may be a feed-in meter and the predeterminable operating parameters may include a current feed-in power detected by the feed-in counter.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigt schematisch:The invention will be described in more detail below with reference to the drawings. This shows schematically:

1 einen intelligenten Einschraubheizkörper mit einer Datenübertragungseinrichtung und 1 a smart Einschraubheizkörper with a data transmission device and

2 ein System mit einer Photovoltaikanlage und einem in 1 gezeigten Einschraubheizkörper. 2 a system with a photovoltaic system and an in 1 Screw-in radiator shown.

1 zeigt einen Einschraubheizkörper 1 mit einem elektrisch betriebenen Heizmittel in Form eines Rohrheizkörpers 2 oder eines alternativen Widerstandsheizelements. 1 shows a screw-in radiator 1 with an electrically operated heating means in the form of a tubular heater 2 or an alternative resistance heating element.

Weiter ist eine Steuereinrichtung in Form eines Mikrocontrollers 3 vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, den Betrieb des Einschraubheizkörpers 1 zu steuern und eine Selbstüberwachung durchzuführen. Weiter kann ein nicht gezeigter integrierter mechanischer/elektronischer STB zur Sicherheitsabschaltung im Fehlerfall vorgesehen sein.Next is a control device in the form of a microcontroller 3 provided, which is adapted to the operation of the Einschraubheizkörpers 1 to control and self-monitor. Furthermore, an integrated mechanical / electronic STB (not shown) may be provided for safety shutdown in the event of a fault.

Eine Bluetooth-Datenübertragungseinrichtung 4 des Einschraubheizkörpers 1 ist dazu ausgebildet, eine momentane elektrische Einspeiseleistung an einem Netzeinspeisepunkt 14 von einer korrespondierenden Bluetooth-Datenübertragungseinrichtung 13 eines Einspeisezählers 12 (siehe 2) drahtlos zu empfangen.A Bluetooth data transmission device 4 of the screw-in heater 1 is designed to provide instantaneous electrical feed power at a grid feed point 14 from a corresponding Bluetooth data transmission device 13 a feed-in meter 12 (please refer 2 ) to receive wirelessly.

Um eine thermostatische Regelung zu ermöglichen, umfasst der Einschraubheizkörper 1 einen Temperatursensor 7, der eine Temperatur einer mittels des Rohrheizkörpers 1 erwärmten Flüssigkeit erfasst, wobei ein Temperatursollwert mittels eines Drehwahlschalters oder Potentiometers 5 vorgebbar ist.To allow a thermostatic control, the screw-in radiator includes 1 a temperature sensor 7 , which is a temperature of one by means of the tubular heater 1 detected heated fluid, with a temperature setpoint by means of a rotary selector switch or potentiometer 5 can be specified.

An einem Netzspannungsanschluss 6 kann eine herkömmliche einphasige oder dreiphasige Netzspannung angeschlossen werden, wobei das Heizmittel 2 mit einer aus der Netzspannung beispielswiese durch Schalten gewonnenen Spannung beaufschlagt wird.At a mains voltage connection 6 a conventional single-phase or three-phase mains voltage can be connected, wherein the heating means 2 is acted upon by a voltage obtained, for example, by switching from the mains voltage.

2 zeigt ein System mit einem Energiewandler in Form eines Photovoltaikmoduls 9, das Sonnenenergie in elektrische Energie wandelt, einem nachgeschalteten, herkömmlichen PV-Wechselrichter 11, einem Warmwasserspeicher oder Standspeicher 10, einem oben beschriebenen Einschraubheizkörper 1, der in den Warmwasserspeicher 10 eingeschraubt und zur Erwärmung des Warmwasserspeichers 10 vorgesehen ist, und dem Einspeisezähler 12. 2 shows a system with a power converter in the form of a photovoltaic module 9 , which converts solar energy into electrical energy, a downstream conventional PV inverter 11 , a hot water tank or stand storage 10 , a screw-in radiator described above 1 in the hot water tank 10 screwed in and to warm the hot water tank 10 is provided, and the feed-in meter 12 ,

Ein Ausgang des PV-Wechselrichters 11, ein Anschluss des Einspeisezählers 12 und der Netzspannungsanschluss 6 des Einschraubheizkörpers 1 sind über eine Netzspannung führende Leitung/Leitungen miteinander verbunden.An output of the PV inverter 11 , a connection of the feed-in meter 12 and the mains voltage connection 6 of the screw-in heater 1 are connected via a line voltage leading line / lines.

Der Einspeisezähler 12 ist weiter herkömmlich mit einem anderen Anschluss mit einem Hausanschlusspunkt bzw. Netzeinspeisepunkt 14 verbunden, wobei der Hausanschlusspunkt 14 mit einem Wechselspannungsnetz 15 eines Netzbetreibers verbunden ist.The feed-in counter 12 is still conventional with another connection with a house connection point or feed-in point 14 connected, the house connection point 14 with an alternating voltage network 15 a network operator is connected.

Wenn ein Überschuss an erzeugter elektrischer Leistung vorhanden ist, was mittels des Einspeisezählers 12 detektierbar ist, wird diese teilweise oder vollständig mittels des Heizmittels 2 in Heizleistung umgewandelt, wodurch eine Eigenverbrauchserhöhung bewirkt wird.When there is an excess of generated electric power, by means of the feed-in counter 12 is detectable, this is partially or completely by means of the heating medium 2 converted into heating power, whereby a self-consumption increase is effected.

Der Einschraubheizkörper 1 kann beispielsweise mehrere programmierbare bzw. vorgebbare Leistungsstufen von 1 kW, 2 kW und 3 kW bei 230 V AC aufweisen. Alternativ kann die Heizleistung stufenlos vorgegeben werden, wenn der Einschraubheizkörper 1 eine getaktete Ansteuerung mittels eines Relais oder eine Leistungssteuerung mit Halbleitern, wie z. B. Triac, vorsieht.The screw-in radiator 1 For example, it can have several programmable or predefinable power levels of 1 kW, 2 kW and 3 kW at 230 V AC. Alternatively, the heating power can be specified continuously, if the screw-in 1 a clocked control by means of a relay or a power control with semiconductors, such. B. triac, provides.

Die Datenübertragungseinrichtung 4 kann beispielsweise als Bluetooth- oder ZigBee-Interface zur Anbindung an Solar-Wechselrichter bzw. Smart Home Automation vorgesehen sein. Selbstverständlich sind auch weitere Datenübertragungssysteme bzw. Datenübertragungsstandards verwendbar.The data transmission device 4 can be provided, for example, as a Bluetooth or ZigBee interface for connection to solar inverters or smart home automation. Of course, other data transmission systems or data transmission standards can be used.

Der Einschraubheizkörper 1 kann weitere Temperatursensoren zur Ermittlung eines Ladezustandes des Standspeichers 10 aufweisen.The screw-in radiator 1 can further temperature sensors to determine a state of charge of the state memory 10 exhibit.

Claims (7)

Einschraubheizkörper (1), aufweisend: – ein elektrisch betriebenes Heizmittel (2), – eine Datenübertragungseinrichtung (4), die dazu ausgebildet ist, eine momentane Einspeiseleistung von einem Einspeisezähler (12) zu empfangen, und – eine Steuereinrichtung (3), die dazu ausgebildet ist, eine Heizleistung des elektrisch betriebenen Heizmittels (2) in Abhängigkeit von der empfangenen momentanen Einspeiseleistung zu steuern.Screw-in radiator ( 1 ), comprising: - an electrically operated heating means ( 2 ), - a data transmission device ( 4 ), which is adapted to a current feed-in power from a feed-in counter ( 12 ), and - a control device ( 3 ), which is adapted to a heating power of the electrically operated heating means ( 2 ) in response to the received instantaneous feed-in power. Einschraubheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch betriebene Heizmittel ein Rohrheizkörper oder ein Widerstandsheizelement ist.Screw-in heating element according to claim 1, characterized in that the electrically operated heating means is a tubular heater or a resistance heating element. Einschraubheizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die momentane Einspeiseleistung drahtlos von dem Einspeisezähler zu empfangen.Screw-in heating element according to claim 1 or 2, characterized in that the data transmission device is adapted to receive the instantaneous feed power wirelessly from the feed meter. Einschraubheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Temperatursensor (7).Screw-in heating element according to one of the preceding claims, characterized by at least one temperature sensor ( 7 ). Einschraubheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Thermostatfunktion zu realisieren.Screw-in heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is designed to realize a thermostat function. Einschraubheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Selbstüberwachung durchzuführen.Screw-in heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the control device is designed to carry out a self-monitoring. System, aufweisend: – einen Energiewandler (9), der nicht-elektrische Energie in elektrische Energie wandelt, – einen Warmwasserspeicher (10), – einen Einschraubheizkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mit dem Warmwasserspeicher gekoppelt und zur Erwärmung des Warmwasserspeichers vorgesehen ist, und – einen Einspeisezähler (12), der dazu ausgebildet ist, eine momentane Einspeiseleistung zu dem Einschraubheizkörper zu übertragen.System comprising: - an energy converter ( 9 ), which converts non-electrical energy into electrical energy, - a hot water storage tank ( 10 ), - a screw-in radiator ( 1 ) according to one of the preceding claims, which is coupled to the hot water tank and provided for heating the hot water tank, and - a feed-in counter ( 12 ), which is adapted to transmit an instantaneous feed power to the screw-in heater.
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DE102011052452B4 (en) * 2010-08-17 2013-01-31 Florian M. Krenner Hot water storage

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