DE102015001079A1

DE102015001079A1 - Schaltungsanordnung zur stufenlosen Leistungssteuerung eines Stromverbrauchers in Abhängigkeit von der momentanen Leistung einer Photovoltaik- oder Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102015001079A1
Application number: DE102015001079.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2016-07-28

Abstract

Technische Aufgabe und Zielsetzung der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, die den von einem an das öffentliche Stromnetz angeschlossenen Stromerzeuger gelieferten Strom bei Bedarf vollständig Verbrauchern im Gebäudestromnetz zuführt und damit den Eigenverbrauchsanteil des erzeugten Stroms erhöht und den in das öffentliche Stromnetz eingespeisten Strom minimiert. Lösung der technischen Aufgabe Erfindungsgemäß werden die angeschlossenen Verbraucher so gesteuert, dass zu jedem Zeitpunkt die von der Photovoltaikanlage erzeugte Leistung an die angeschlossenen Verbraucher in voller Höhe abgegeben wird. Eine besondere Ausührung der Erfindung ist in 1 dargestellt Anwendungsgebiet Die Erfindung betrifft vor allem netzgebundene Photovoltaikanlagen in Gebäuden mit Stromverbrauchern, die Strom in eine andere Energieform, z. B. Wärme, umwandeln und dabei einen hohen Leistungsbedarf haben. Dazu gehören sowohl elektrisch betriebene Fußbodenheizungen, Speicheröfen und Warmwasserspeicher. Die Erfindung verbessert durch Maximierung des Eigenverbrauchs die Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen. Zusätzlich wird durch die Minimierung der Netzeinspeisung ein Beitrag zur Stabilisierung des öffentlichen Stromnetzes geleistet.

Description

Photovoltaik- und Windkraftanlagenbetreiber stehen in der Regel vor der Situation, dass der von der Anlage erzeugte und in seiner Stärke stark schwankende Strom nur zu einem Teil selbst verbraucht werden kann, so dass der Überschuss mit geringer Vergütung in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird oder in besonderen Fällen durch Eingriff des Netzbetreibers die Anlage abgeregelt wird.
Um diesem Nachteil zu begegnen sind Vorrichtungen zur Laststeuerung entwickelt worden, die abhängig von der Größe des Leistungsüberschusses Verbraucher mit entsprechender Leistung zuschalten oder abschalten, wie sie in den Veröffentlichungen DE102010017264 und WO2013186282A2 beschrieben sind.
Diese Vorrichtungen, die z. B. mit elektro-mechanischen Schaltschützen oder Halbleiterrelais ausgerüstet sind, haben jedoch den Nachteil, dass die den Verbrauchern zugeführte Leistung nur entsprechend der Leistung der einzelnen geschalteten Verbraucher in festen Stufen verändert wird. Abhängig von der momentan erzeugten Leistung wird entweder zuviel Leistung zugeschaltet und dadurch Strom aus dem Netz bezogen oder zu wenig Leistung zugeschaltet und folglich Strom in das Netz eingespeist. In beiden Fällen ist der Betrieb der PV-Anlage hinsichtlich maximaler Nutzung des erzeugten PV-Stroms nicht optimal. Feinere Abstufungen könnten durch mehrere solcher Steuergeräte mit entsprechend kleineren Leistungsstufen erzielt werden, was jedoch regelungstechnisch zu komplexen und unwirtschaftlichen Lösungen führt.
Die genannten Nachteilen werden erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung vermieden, die den von einem an das öffentliche Stromnetz angeschlossenen Stromerzeuger gelieferten Strom bei Bedarf vollständig Verbrauchern im Gebäudestromnetz zuführt und damit den Eigenverbrauchsanteil des erzeugten Stroms erhöht und den in das öffentliche Stromnetz eingespeisten Strom minimiert.
Zu diesem Zweck wird die vom Stromerzeuger abgegebene Leistung oder der ihr proportionale Strom mittels eines Messumformers in eine proportionale Steuergröße umgewandelt, die einem oder mehreren Leistungsstellern zugeführt wird. Den an jedem Leistungssteller angeschlossenen Verbraucher wird eine der Steuergröße proportionale Leistung zugeführt.
Ein Interesse an einem möglichst hohen Eigenverbrauchsanteil des selbsterzeugten Stroms haben insbesondere Photovoltaik- oder Windkraftanlagenbetreiber, die leistungsstarke Verbraucher mit der Fähigkeit der Nutzung von überschüssigem Strom zur Erzeugung von Wärme installiert haben. Dazu gehören unter anderem Elektro-Fußbodenheizungen, Elektro-Speicherofenheizungen, Anlagen zur elektrischen Warmwasserbereitung und in der Leistungsaufnahme regelbare Wärmepumpen. Die Erfindung ermöglicht es, oben genannte Verbraucher so zu steuern, dass zu jedem Zeitpunkt die von der Photovoltaikanlage abgegebene Leistung vollständig an die Verbraucher abgegeben werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die elektrischen Heizanlagen bei Betrieb mit Photovoltaikanlagen bereits am Tage mit Strom aus der Photovoltaikanlage und nicht erst wie üblich in der Nacht mit Strom aus dem öffentlichen Netz geladen werden. Damit ist bereits bis zum Abend ein Teil der benötigten Wärmemenge gespeichert und kann genutzt werden. Nach Freigabe des Strombezugs zum Niedertarif in den späten Abendstunden kann bei Bedarf eine Nachladung in üblicher Weise erfolgen.
Eine besondere Ausführung der Erfindung besteht, wie in 1 dargestellt, aus einem Photovoltaikgenerator (1) mit nachgeschaltetem vom Stromnetz geführten Wechselrichter (2), einer dem der Anlage zugeordneten Gebäude entsprechenden Grundlast am Gebäude-Stromnetz (3), einem elektrischen Wärmeerzeugungsgerät als Verbraucher (4), einem vorgeschaltetem Leistungssteller (5), einem die Wechselrichter-Ausgangsleistung oder den ihr proportionalen Strom erfassenden Messumformer (6), dessen Ausgangssignal mit dem Eingang des Leistungsstellers (5) verbunden ist und einem öffentlichen Stromnetz (7).
In einer weiteren Ausführung der Erfindung, bei der Elektrospeicheröfen oder Elektrofußbodenheizungen stromtarifabhängig über ein Steuergerät geschaltet werden, wird bei zu geringer Leistung der Photovoltaik- oder Windkraftanlage oder bei höherem Wärmebedarf der Wärmeerzeuger vom Leistungssteller getrennt und durch Umschalten direkt auf das Netz in konventioneller Weise betrieben.
Zusammenfassend ergeben sich folgende Vorteile der Erfindung:

– stufenlose Steuerung der Leistung an die Verbraucher
– die den Lasten zugeführte Leistung entspricht zu jeder Zeit der erzeugten Leistung
– nur eine Messgröße zur Steuerung der Lasten nötig
– die Schaltungsanordnung ist eigenstabil, da keine Regelschleifen
– Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugungsanlage durch Maximierung des Eigenverbrauchanteils des erzeugten Stroms und Minimierung der gering vergüteten Einspeisung von Strom in das öffentliche Netz.

Bezugszeichenliste

1: Photovoltaik- oder Windgenerator
2: Wechselrichter
3: Grundlast am Gebäude-Stromnetz
4: Elektrisches Heizgerät oder Batteriespeichersystem als Verbraucher
5: Leistungssteller
6: Messumformer
7: Öffentliches Stromnetz

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

DE 102010017264 [0002]
WO 2013186282 A2 [0002]

Claims

Verfahren und Anordnung zur stufenlosen Leistungssteuerung eines oder mehrerer Stromverbraucher in Abhängigkeit von der momentanen Leistung einer Stromerzeugungsanlage, insbesondere einer Photovoltaik- oder Windkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Leistung der Stromerzeugungsanlage erfasst wird und in ein dieser Leistung proportionales Steuersignal umgewandelt wird, das einem oder mehreren Verbrauchern vorgeschalteten Leistungssteller bzw. Leistungsstellern zur Leistungsteuerung der einzelnen Verbraucher mit dem Ziel zugeführt wird, den Eigenverbrauchsanteil des erzeugten Stroms zu erhöhen.
Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Leistung am Eingang oder Ausgang des Wechselrichters erfasst wird.
Verfahren und Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal zur Steuerung des Leistungsstellers drahtgebunden oder drahtlos übertragen werden kann.
Verfahren und Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal zur Steuerung des Leistungsstellers in seiner Charakteristik sowohl der Grundlast als auch dem gewünschten Leistungsumfang der zu steuernden Verbraucher angepasst werden kann.