DE102015109113B4

DE102015109113B4 - Speichereinheit für einen Verbraucher, Speichersystem sowie Verfahren zur Steuerung eines Speichersystems

Info

Publication number: DE102015109113B4
Application number: DE102015109113.5A
Authority: DE
Inventors: Tobias Mader
Original assignee: Volllast GmbH
Current assignee: Volllast GmbH
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: US10454274B2; CN107743671A; AU2016274564B2; EP3308441A1; EP3308441B1; NZ738057A; WO2016198458A1; DE102015109113A1; CA2988021C; AU2016274564A1; US20180166879A1; JP2018517393A; JP7219616B2; CA2988021A1; ES2845675T3; DK3308441T3; CN107743671B

Abstract

Speichereinheit (10) für einen Verbraucher, mit
a) einem Energiespeicher (12), in dem elektrische Energie gespeichert werden kann,
b) einer Stromschnittstelle (16), über die die Speichereinheit (10) an ein mit einem Versorgungsnetz verbundenen Stromnetz (20) angeschlossen werden kann,
c) einer Schaltungsanordnung (14), die in Stromflussrichtung zwischen dem Energiespeicher (12) und der Stromschnittstelle (16) angeordnet ist, sodass die Speichereinheit (10) elektrische Energie aus dem Stromnetz (20) speichern und bei Bedarf gespeicherte elektrische Energie in das Stromnetz (20) einspeisen kann, und
d) einer Steuerungsschnittstelle (18) zur Steuerung der Speichereinheit (10), wobei die Speichereinheit (10) nur über die Steuerungsschnittstelle (18) steuerbar ist, die nur mit einer externen Steuerungseinrichtung (48) kommuniziert, sodass weder der Verbraucher noch eine unbefugte Person Zugriff auf die Steuerung der Speichereinheit (10) und die im Energiespeicher (12) gespeicherte Energie hat,
und wobei die Speichereinheit (10) über die Steuerungsschnittstelle (18) die Steuerungssignale erhält, wann die Speichereinheit (10) Energie aus dem Energiespeicher (12) ins Stromnetz (20) einspeisen und/oder Energie aus dem Stromnetz (20) im Energiespeicher (12) Zwischenspeichern soll.

Description

Die Erfindung betrifft eine Speichereinheit für einen Verbraucher, ein Speichersystem mit wenigstens einer Speichereinheit sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Speichersystems.
In den letzten Jahren ist das Ökologiebewusstsein der Menschen gestiegen, weswegen immer mehr Energie durch erneuerbare Energiequellen bereitgestellt wird, um den steigenden Energiebedarf der Menschen abzudecken und den Anteil der fossilen Energiequellen zu reduzieren. Bei den erneuerbaren Energiequellen kann es sich beispielsweise um Windkraft oder Solarenergie handeln. Es werden Windkrafträder oder Solarmodule verwendet; um bei Wind bzw. Sonnenschein Energie zu erzeugen.
Da der Energiebedarf unabhängig von den Wetterbedingungen ist, müssen Möglichkeiten geschaffen werden, mit denen aus erneuerbaren Energiequellen erzeugte Energie gespeichert und bedarfsweise abgerufen werden kann.
Typischerweise werden Pumpspeicherkraftwerke verwendet, um derartige Kapazitäten zu schaffen und Energie zwischen zu speichern. Sofern über die erneuerbaren Energiequellen mehr Energie erzeugt als benötigt wird, kann die überschüssige Energie genutzt werden, um Wasser auf ein höheres potentielles Energieniveau zu pumpen. Sobald der Energiebedarf steigt und nicht mehr von der aktuell erzeugten Energie gedeckt wird, kann das hochgepumpte Wasser abgelassen werden, um elektrische Energie über Turbinen zu erzeugen. Mit den Pumpspeicherkraftwerken können so Schwankungen im Versorgungsnetz ausgeglichen bzw. Überkapazitäten abgebaut werden.
Als nachteilig hat sich hierbei herausgestellt, dass Pumpspeicherkraftwerke viel Platz brauchen und der Bau sowie die Wartung teuer sind.
Ein weiterer Aspekt betrifft die flächendeckende Versorgung, die mit einem stabilen Versorgungsnetz einhergeht. Aufgrund von geographischen Gegebenheiten kann beispielsweise in Süddeutschland weniger Energie aus Windkraft als in Norddeutschland erzeugt werden. Hieraus resultiert ein Gefälle hinsichtlich der zur Verfügung stehenden Kapazitäten, die für eine stabile Netzversorgung essentiell sind.
Im Stand der Technik sind ferner dezentrale Speichereinheiten bekannt, die bei Verbrauchern zum Einsatz kommen, beispielsweise wenn ein Solarmodul auf dem Dach eines Gebäudes des Verbrauchers vorgesehen ist. Diese Speichereinheiten werden verwendet, um das hausinterne Stromnetz direkt mit gewonnener Solarenergie zu versorgen. Erzeugte Überkapazitäten können die Speichereinheiten zudem direkt in ein Versorgungsnetz einspeisen. Der Privatanwender kann bei derartigen Speichereinheiten entscheiden, wie viel Energie in das Versorgungsnetz eingespeist oder direkt genutzt werden soll. Demnach variiert die in das Versorgungsnetz eingespeiste Energie, ohne dass der Netzbetreiber bzw. der Energieversorger hierauf Einfluss nehmen kann. Demnach stellen derartige Speichereinheiten keine verlässliche Möglichkeit dar, Schwankungen im Versorgungsnetz auszugleichen.
Eine solche Speichereinheit ist beispielsweise in der WO 2014/019606 A1 beschrieben, bei der der Energieversorger zudem Parameter der Speichereinheit auslesen kann.
Ferner ist in der DE 10 2013 207 697 A1 eine dezentral vorgesehene Speichereinheit beschrieben, die im öffentlichen Versorgungsnetz eingebunden ist, um die Netzstabilität zu gewährleisten.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Möglichkeit bereitzustellen, mit der Schwankungen im Versorgungsnetz kostengünstig und in effizienter Weise ausgeglichen werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Speichereinheit für einen Verbraucher gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Aufgabe wird ferner durch ein erfindungsgemäßes Speichersystem nach Anspruch 8 gelöst.
Zudem wird die Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung eines Speichersystems nach Anspruch 10 gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, eine dezentrale, für einen Verbraucher verwendbare Speichereinheit bereitzustellen, die als Zwischenspeicher fungiert und in einfacher Weise an das Stromnetz angeschlossen werden kann. Bei der Speichereinheit handelt es sich demnach um ein sogenanntes „Plug and Play“-Gerät, das sich von einem Verbraucher selbst anschließen lässt. Die Speichereinheit ist Teil eines Schwarmspeichers, der durch das Speichersystem gebildet wird, das die Steuerungseinrichtung und mehrere Speichereinheiten umfassen kann, über die ein großer virtueller Speicher ausgebildet wird.
Da die Speichereinheit nur mit der externen Steuerungseinrichtung kommuniziert und nur über diese steuerbar ist, ist sichergestellt, dass weder der Verbraucher noch eine unbefugte Person Zugriff auf die Steuerung der Speichereinheit hat. Die externe Steuerungseinrichtung kann bei einem Energieversorger oder Netzbetreiber eines Versorgungsnetzes vorgesehen sein, der mit dem Stromnetz verbunden ist. Der Energieversorger oder der Netzbetreiber hat über die Steuerungsschnittstelle Zugriff auf die wenigstens eine dezentrale Speichereinheit, sodass er die Speichereinheit von außerhalb steuern kann. Hierdurch ist es möglich, dass der Energieversorger oder der Netzbetreiber entscheidet, ob Energie aus dem Versorgungsnetz in der Speichereinheit zwischengespeichert oder ob zwischengespeicherte Energie von der Speichereinheit in das Stromnetz eingespeist werden soll. Der Energieversorger oder der Netzbetreiber betreibt somit den Schwarmspeicher. Es kann auch vorgesehen sein, dass die gespeicherte Energie von der Speichereinheit in das Versorgungsnetz eingespeist wird. Vorzugsweise wird die zwischengespeicherte Energie im Stromnetz des Verbrauchers genutzt, um Bezugslasten zu minimieren.
Die Steuerung des Zugriffs auf den Schwarmspeicher kann vom Energieversorger oder vom Netzbetreiber auch auf einen externen Dienstleister übertragen werden. Dieser Steuerungs-Dienstleister steuert dann den Zugriff auf den Schwarmspeicher nach Vorgaben seines Auftraggebers, also nach Vorgaben des Energieversorgers oder des Netzbetreibers.
Bei dem Energieversorger kann es sich gleichzeitig um den Netzbetreiber handeln, der das Versorgungsnetz betreibt und unterhält. Dies ist jedoch nicht zwingend der Fall. Unabhängig davon, wer das Netz betreibt, kann die Steuerung des Schwarmspeichers von einem Steuerungs-Dienstleister übernommen werden, der nach Vorgaben des „Eigentümers“ der Schwarmspeicher diese ansteuert.
Alternativ können der Netzbetreiber und der Energieversorger gleichzeitig Zugriff auf die Speichereinheit haben. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Netzbetreiber und der Energieversorger unterschiedliche Bereiche ansteuern können. Um sich widersprechende Ansteuerungen auszuschließen, kann vorgesehen sein, dass der Netzbetreiber dem Energieversorger Zugriffsrechte zuteilt oder umgekehrt. Im Regelfall wird jedoch nur einer der beiden Zugriff auf die Speichereinheit haben.
Gemäß einer weiteren Alternative oder ergänzend kann die externe Steuerungseinrichtung bei einem ausgewählten Dienstleister vorgesehen sein, der die Steuerung für den Energieversorger und/oder den Netzbetreiber übernimmt.
Im Folgenden wird zur besseren Lesbarkeit auf den Energieversorger oder den Netzbetreiber verwiesen. Aus oben genannten Szenarien geht jedoch hervor, dass andere Konstellationen möglich sind.
Sofern im Stromnetz Überkapazitäten vorliegen, kann die Speichereinheit von der externen Steuerungseinrichtung derart angesteuert werden, dass sie elektrische Energie zwischenspeichert. Sollte die zur Verfügung stehende elektrische Energie im Stromnetz nicht ausreichen, um den Energiebedarf abzudecken, kann die Steuerungseinrichtung die Speichereinheit derart ansteuern, dass sie die zwischengespeicherte elektrische Energie in das Stromnetz speist.
Da nur der Netzbetreiber oder der Energieversorger Zugriff auf die Speichereinheit hat, kann die Speichereinheit in zuverlässiger Weise genutzt werden, um Energie zwischen zu speichern, die der Netzbetreiber oder der Energieversorger bei Bedarf abrufen kann. Entsprechend steht dem Netzbetreiber oder dem Energieversorger ein zuverlässiger Energiespeicher zur Verfügung, über den nur der Netzbetreiber oder der Energieversorger verfügen kann. Insbesondere ist die Speichereinheit bzw. die Steuerung nicht derart ausgebildet, dass sie selbsttätig zwischengespeicherte Energie in das Versorgungsnetz einspeist oder aus dem Versorgungsnetz zwischenspeichert.
Generell handelt es sich bei dem Strom in der Speichereinheit um sogenannten Grauström, der nur vom Energieversorger in das Versorgungsnetz eingespeist werden kann. Die elektrische Energie, die in der wenigstens einen Speichereinheit gespeichert wird, wird über das Stromnetz aus dem Versorgungsnetz lediglich zwischengespeichert und steht dem Verbraucher nicht direkt zur Verfügung.
Ein Aspekt sieht vor, dass das Stromnetz ein einphasiges Niederspannungsnetz oder ein dreiphasiges Drehstromnetz ist. Demnach kann es sich bei dem Stromnetz, an das die Speichereinheit angeschlossen wird, um ein häusliches Stromnetz handeln, das mit einem Versorgungsnetz gekoppelt ist. Das häusliche Stromnetz ist typischerweise über einen Hausanschlusskasten mit dem Versorgungsnetz verbunden. Aufgrund der unterschiedlichen Anschlussmöglichkeiten kann die Speichereinheit an verschiedenen Orten aufgestellt werden, wodurch die Flexibilität entsprechend hoch ist.
Die Speichereinheiten können in Privathaushalten oder in Industriegebäuden untergebracht werden, sofern diese nicht zur Speicherung von elektrischer Energie ausgerichtet sind. Demnach kann eine Speichereinheit beispielsweise auch in einem mittelständischen Betrieb vorgesehen sein.
Gemäß einem Aspekt umfasst die Schaltungsanordnung einen Wechselrichter und einen Gleichrichter, wobei der Gleichrichter über die Stromschnittstelle empfangenen Strom in Gleichstrom für den Energiespeicher umwandelt und/oder der Wechselrichter über die Stromschnittstelle ins Stromnetz einzuspeisenden Strom in Wechselstrom umwandelt. Über die Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ist sichergestellt, dass die Speichereinheit Strom aus dem Stromnetz speichern und bei Bedarf gespeicherte elektrische Energie in das Stromnetz einspeisen kann.
Der Energiespeicher kann eine Speicherkapazität zwischen 1 kWh und 10 kWh haben, vorzugsweise 2 kWh. Ferner kann es sich bei dem Energiespeicher um einen Blei-, Blei-Gel-, Lithium-Ionen-, LiFEPO-, Lipo-, NiCd-, NiFe- oder NiMH-Akkumulator handeln. Durch die kleine Speicherkapazität des Energiespeichers ist sichergestellt, dass es sich bei der Speichereinheit um ein Gerät handelt, welches bei einem Verbraucher verwendet werden kann. Hieraus ergibt sich zudem, dass mit einer Speichereinheit lediglich ein Bruchteil des typischerweise vorliegenden Tagesbedarfs eines Privathaushalts abgedeckt werden kann.
Dementsprechend handelt es sich bei der Speichereinheit um eine mobile Einheit, mit der der Energieversorger schnell auf sich verändernde Situationen am Versorgungsmarkt reagieren kann. Dies betrifft einerseits die Schwankungen des Versorgungsnetzes und andererseits den Strompreis. Die Speichereinheit lässt sich demnach im Tagesverlauf mehrmals mit Energie laden und entladen, sofern dies nötig ist.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Steuerungsschnittstelle eine drahtlose Schnittstelle oder eine kabelgebundene Schnittstelle ist, die auch zur Datenübertragung ausgebildet ist. Bei der Steuerungsschnittstelle kann es sich insbesondere um eine WLAN-, Z-Wave-, ZigBee-, Enocean-, Bluetooth-, Funk-, LAN-, Ethernet-, Powerline-, Koaxial- oder Glasfaser-Schnittstelle handeln. Über die entsprechende Steuerungsschnittstelle kann die Steuerungseinrichtung die Speichereinheit von extern ansteuern. Über die Ausbildung der Steuerungsschnittstelle als drahtlose Schnittstelle ist zudem sichergestellt, dass die Speichereinheit beim Verbraucher an einem Ort aufgestellt werden kann, an dem sonst kein Kabelanschluss außer dem Stromanschluss vorliegt.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass sich weitere Geräte an die Speichereinheit anschließen lassen. Insbesondere weist die Speichereinheit hierzu weitere Kommunikationsschnittstellen auf. Bei den weiteren Geräten kann es sich beispielsweise um Multimediageräte und/oder Haushaltsgeräte handeln, welche sich über die Steuerungsschnittstelle mit der Speichereinheit verbinden lassen. Hierbei können die weiteren Geräte die Speichereinheit jedoch nicht ansteuern. Diese Ausführungsvariante ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn es sich bei der Steuerungsschnittstelle um eine drahtlose Schnittstelle handelt, über die mehrere Geräte gleichzeitig angeschlossen werden können. Bei den weiteren, optionalen Kommunikationsschnittstellen kann es sich beispielsweise um USB-, LAN-, Ethernet-, HDMI- oder NFC-Schnittstellen handeln. Generell kann die Speichereinheit zur zentralen Kommunikationseinheit beim Verbraucher, insbesondere in einem Privathaushalt, ausgebildet werden, über die sämtliche Multimediageräte und/oder Haushaltsgeräte kommunizieren. Die mit der Speichereinheit verbundenen Geräte können unter anderem Verbrauchswerte an die Speichereinheit übermitteln, die vom Energieversorger direkt ausgelesen werden. Die Speichereinheit kann hierzu unter anderem ein Bus-System ausbilden.
Insbesondere ist die Speichereinheit Teil eines übergeordneten Speichersystems. Das Speichersystem stellt sicher, dass Schwankungen im Versorgungsnetz ausgeglichen werden können, da eine einzige Speichereinheit eine verhältnismäßig geringe Speicherkapazität aufweist, die nicht ausreichen würde, um die typischerweise auftretenden Schwankungen im Versorgungsnetz auszugleichen bzw. genügend Energie in Bedarfsfällen bereitzustellen. Über eine Vielzahl von Speichereinheiten ist es möglich, den Schwarmspeicher auszubilden, also einen großen virtuellen Speicher, der in der Realität durch die vielen kleinen Speichereinheiten gebildet ist. Hieraus ergibt sich zudem die Möglichkeit für den Energieversorger oder den Netzbetreiber schnell und präzise zu reagieren, da er einzelne kleine Speichereinheiten ansteuern kann.
Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung eine zentrale, externe Steuerungseinrichtung, über die mehrere Speichereinheiten steuerbar sind. Die Steuerungseinrichtung kann, wie bereits erläutert, bei einem Energieversorger oder einem Netzbetreiber des Versorgungsnetzes vorgesehen sein, der sämtliche Speichereinheiten ansteuern kann, die zu seinem Einzugsgebiet gehören. Hierdurch ist es möglich, dass der Netzbetreiber das Versorgungsnetz überwacht und Schwankungen im Versorgungsnetz entsprechend ausgleicht. Alternativ kann dies auch ein Dienstleister oder der Energieversorger machen, dem der Netzbetreiber einen entsprechenden Zugang zum Versorgungsbereich gibt. Kapazitätsspitzen im Versorgungsnetz lassen sich so in einfacher Weise über die Vielzahl an Speichereinheiten puffern. Ferner können die Speichereinheiten Strom ins Versorgungsnetz einspeisen, sofern der Energiebedarf die zur Verfügung stehende Energie im Versorgungsnetz übersteigt. Dies gewährleistet ein stabiles Versorgungsnetz, da sich der Energieversorger darauf verlassen kann, dass die Speichereinheiten die von ihm vorgesehenen Kapazitäten bereitstellen können, wenn dies gewünscht ist. Die vielen, dezentral angeordneten Speichereinheiten, die jeweils nur eine verhältnismäßig kleine Speicherkapazität aufweisen, bilden einen großen virtuellen Speicher aus, der sich nur vom Energieversorger, vom Netzbetreiber oder von einem beauftragen Dienstleister kontrollieren und steuern lässt. Insbesondere trägt dies zur Stabilisierung des Versorgungsnetzes bei, da die vielen kleinen, dezentralen Speichereinheiten überall vorgesehen werden können.
Wenn Energie aus den Speichereinheiten in Netz eingespeist wird, erfolgt dies auf der Kundenseite des Zählers. Somit wirkt sich die Einspeisung im Gesamtnetz als Lastreduzierung aus. Die Rückspeisung kann in das öffentliche Stromnetz erfolgen; sie ist aber nicht zwingend notwendig, um Netzlasten zu reduzieren.
Da der Zugriff auf die Speichereinheit, insbesondere deren Steuerung, für den Verbraucher begrenzt ist, verbleibt die Speichereinheit vorzugsweise im Eigentum des Energieversorgers oder des Netzbetreibers, der das Versorgungsnetz betreibt, auch wenn die Speichereinheit beim Verbraucher vorgesehen ist. Alternativ kann die Speichereinheit auch im Besitz eines anderen Energieversorgers sein. Beispielsweise kann eine Speichereinheit von einem Energieversorger A angeboten werden, obwohl der Energieversorger B den Verbraucher mit Energie beliefert und hierauf auf das Versorgungsnetz des Netzbetreibers C zurückgreift. Die Speichereinheit kann auch Eigentum des Netzbetreibers C sein, obwohl der Energieversorger B den Verbraucher mit Energie beliefert. Dem Verbraucher kann die Speichereinheit beispielsweise kostenlos oder in Zusammenhang mit einer modernen Kommunikationsdienstleistung angeboten werden, sodass ein zentrales Bus-System ohne Mehrkosten aufgebaut werden kann. Der Energieversorger hat durch den Schwarmspeicher den Vorteil, dass er aktiv am Strommarkt teilnehmen kann und Energie günstig einkaufen und zwischenspeichern kann, wobei sich diese Energie später teuer verkaufen lässt. Dagegen hat der Netzbetreiber ein Interesse am Schwarmspeicher, da er aufgrund der netzintegrierten Speichereinheiten u.a. Momentan-Reserven vorhalten kann, Möglichkeiten zur Spannungs- und Frequenzerhaltung erhält und der Versorgungswiederaufbau erleichter ist.
Gemäß einem Aspekt puffert die Speichereinheit Schwankungen in einem Versorgungsnetz, an das das Stromnetz angeschlossen ist. Die Speichereinheit kann demnach als Energiepuffer für das Versorgungsnetz angesehen werden, der vom Energieversorger oder dem Netzbetreiber angesteuert wird, sodass die Speichereinheit zum stabilen Betrieb des Versorgungsnetzes beiträgt bzw. der Netzbetreiber das Versorgungsnetz stabil betreiben kann. Da nur der Energieversorger oder der Netzbetreiber Zugriff auf die Speichereinheit hat, ist zudem eine zuverlässige Steuerung sichergestellt, über die das Versorgungsnetz dauerhaft und zuverlässig stabil betrieben werden kann. Sollten die Verbraucher selbst Zugriff auf die Speichereinheiten haben, so wäre dies nicht der Fall, da dann möglicherweise keine elektrische Energie mehr zur Verfügung steht, die in das Versorgungsnetz eingespeist werden könnte.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Speichersystem mehrere Speichereinheiten umfasst, die gleichzeitig von der Steuerungseinrichtung angesteuert werden. Hierdurch ist es möglich einen großen virtuellen Speicher zu bilden, der auch als Schwarmspeicher bezeichnet wird, da er mehrere reale Speichereinheiten umfasst. Die einzelnen Speichereinheiten lassen sich ansteuern, um Schwankungen im Versorgungsnetz auszugleichen und somit für die Stabilität des Versorgungsnetzes zu sorgen.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Speichereinheit,
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Speichersystems, und
- 3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In 1 ist eine Speichereinheit 10 für einen Verbraucher gezeigt, die einen Energiespeicher 12, eine Schaltungsanordnung 14, eine Stromschnittstelle 16 sowie eine Steuerungsschnittstelle 18 umfasst, die generell auch zur Datenübertragung ausgebildet ist. Bei dem Verbraucher handelt es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel um einen Privathaushalt.
Die Speichereinheit 10 ist über die Stromschnittstelle 16 an ein Hausstromnetz 20 angeschlossen, indem die Stromschnittstelle 16 in der gezeigten Ausführungsform mit einer Haushaltssteckdose 22 elektrisch gekoppelt ist. Demnach handelt es sich bei der Speichereinheit 10 um ein sogenanntes „Plug and Play“-Gerät, das einfach in die Haushaltssteckdose 22 eingesteckt wird, um in Betrieb genommen zu werden.
Das Haushaltsstromnetz 20 ist über einen Anschluss 24 mit einem hier nicht dargestellten Versorgungsnetz verbunden. Der Anschluss 24 kann an einem Hausanschlusskasten 26 vorgesehen sein. Generell weist das Haushaltsstromnetz 20 zwischen dem Anschluss 24 und der Haushaltssteckdose 22 unter anderem einen Stromzähler 28, einen NZ-Widerstand 30 sowie einen FI-Schutzschalter 32 auf.
Die Speichereinheit 10 kann Energie über das Hausstromnetz 20 aus dem Versorgungsnetz zwischenspeichern, wobei die Schaltungsanordnung 14 hierzu einen Gleichrichter 34 umfasst, der den im Hausstromnetz 20 vorgesehenen Wechselstrom in einen Gleichstrom umwandelt, sodass die elektrische Energie dem Energiespeicher 12 zugeführt und dort gespeichert werden kann.
Bei dem Energiespeicher 12 handelt es sich um einen kleinen bis mittelgroßen Energiespeicher, der eine Speicherkapazität zwischen 1 kWh und 10 kWh hat, vorzugsweise 2 kWh. Dies entspricht lediglich einem Bruchteil des typischen Tagesbedarfs eines Privathaushalts. Der Energiespeicher 12 kann als ein Blei-, Blei-Gel-, Lithium-Ionen-, LiFEPO-, Lipo-, NiCd-, NiFe- oder NiMH-Akkumulator ausgebildet sein.
Da die Speichereinheit 10 lediglich zum Zwischenspeichern der elektrischen Energie aus dem Hausstromnetz 20 bzw. dem das Hausstromnetz 20 speisenden Versorgungsnetz vorgesehen ist, kann die Speichereinheit 10 zwischengespeicherte elektrische Energie vom Energiespeicher 12 in das Hausstromnetz 20 und somit in das nicht dargestellte Versorgungsnetz einspeisen. Hierzu weist die Schaltungsanordnung 14 einen Wechselrichter 36 auf, der den vom Energiespeicher 12 ausgehenden Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, sodass die elektrische Energie in das Hausstromnetz 20 eingespeist werden kann.
Der Gleichrichter 34 und der Wechselrichter 36 sind gestrichelt dargestellt, da sie integrale Bestandteile der Schaltungsanordnung 14 sind.
Die Steuerung der Speichereinheit 10 erfolgt nur über die Steuerungsschnittstelle 18, welche mit einer externen Steuerungseinrichtung kommuniziert, wie nachfolgend noch erläutert wird. Über die Steuerungsschnittstelle 18 erhält die Speichereinheit 10 die Steuerungssignale, wann die Speichereinheit 10 Energie aus dem Energiespeicher 12 ins Hausstromnetz 20 einspeisen bzw. Energie aus dem Hausstromnetz 20 im Energiespeicher 12 zwischenspeichern soll.
Ferner weist die Speichereinheit 10 in der gezeigten Ausführungsform zwei Kommunikationsschnittstellen 38, 40 auf, über die weitere Geräte 42, 43 mit der Speichereinheit 10 verbunden sind, bei denen es sich um Multimedia- und/oder Haushaltsgeräte handeln kann. Die weiteren Kommunikationsschnittstellen 38, 40 können kabelgebundene oder drahtlose Kommunikationsschnittstellen sein, beispielsweise eine USB-, WLAN- oder LAN-Schnittstelle. Alternativ kann es sich um Z-Wave-, ZigBee-, Enocean-, Bluetooth-, Funk-, Ethernet-, Powerline-, Koaxial- oder Glasfaser-Schnittstellen handeln.
Ein weiteres Gerät 44, das ebenfalls ein Multimedia- und/oder Haushaltsgerät sein kann, ist mit der Steuerungsschnittstelle 18 gekoppelt, die zur Datenübertragung ausgebildet ist, wie eingangs beschrieben wurde.
Dementsprechend kann es sich bei den weiteren Geräten 42 bis 44 um ein Multimedia-Gerät wie ein TV-Gerät, einen Computer, ein Notebook, ein Tablet oder ein Handy handeln. Ferner lassen sich kommunikationsfähige Haushaltsgeräte mit der Speichereinheit 10 über die entsprechenden Schnittstellen 18, 38, 40 verbinden. Kommunikationsfähige Haushaltsgeräte können Waschmaschinen, Wäschetrockner, Kaffeemaschinen, Kühlschränke, Geschirrspüler, Backöfen usw. sein. Die weiteren Geräte 42 bis 44 können Informationen an die im Haushalt zentrale Speichereinheit 10 übermitteln, wobei es sich beispielsweise um Energieverbrauchsdaten handeln kann. Diese Daten lassen sich über die Steuerungsschnittstelle 18 übertragen.
Der Besitzer des Privathaushalts kann die weiteren Geräten 42 bis 44 über die Speichereinheit 10 steuern. Ein Zugriff auf den Energiespeicher 12 und die gespeicherte Energie besteht jedoch nicht.
In 2 ist ein Speichersystem 46 gezeigt, das in der gezeigten Ausführungsform zwei Speichereinheiten 10 aufweist, die jeweils über ihre Steuerungsschnittstelle 18 mit einer gemeinsamen zentralen Steuerungseinrichtung 48 verbunden sind.
Die Speichereinheiten 10 sind jeweils in einem eigenen Hausstromnetz 20 eingebunden, wobei die beiden Hausstromnetze 20 über ihre jeweiligen Anschlüsse 24 mit einem gemeinsamen Versorgungsnetz 50 verbunden sind. Demnach werden beide Hausstromnetze 20 von dem Versorgungsnetz 50 versorgt, das von einem Netzbetreiber betrieben wird, bei dem die Steuerungseinrichtung 48 vorgesehen sein kann. Alternativ kann die Steuerungseinrichtung 48 bei einem Energieversorger vorgesehen sein, der das Hausstromnetz 20 mit Energie über das Versorgungsnetz 50 versorgt. Hierbei tritt der Netzbetreiber als Dienstleister für den Energieversorger auf.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung 48 bei einem ausgewählten Steuerungs-Dienstleister steht, der die Steuerung des Speichersystems 46 übernimmt, insbesondere für den Energieversorger oder den Netzbetreiber.
Bildlich gesprochen sind in 2 zwei getrennte Privathaushalte, beispielsweise zwei Einfamilienhäuser in einer Siedlung, gezeigt, die ihr eigenes Hausstromnetz 20 haben, die jeweils am gemeinsamen Versorgungsnetz 50 des Netzbetreibers angeschlossen sind, der die zentrale Steuerungseinrichtung 48 bedient. Beide Privathaushalte können zudem von einem gemeinsamen Energieversorger mit Energie versorgt werden.
Die zentrale Steuerungseinrichtung 48 ist ebenfalls mit dem Versorgungsnetz 50 gekoppelt, um das Versorgungsnetz 50 zu überwachen. Hierbei stellt die Steuerungseinrichtung 48 fest, ob Kapazitätsspitzen im Versorgungsnetz 50 vorliegen, die gepuffert werden müssen. Darüber hinaus stellt die zentrale Steuerungseinrichtung 48 fest, ob der Energiebedarf die im Versorgungsnetz 50 zur Verfügung stehende Energie übersteigt. Generell können somit Schwankungen im Versorgungsnetz 50 ausgeglichen werden.
Den Energiebedarf kann die zentrale Steuerungseinrichtung 48 ermitteln, da sie vorzugsweise mit den Speichereinheiten 10 verbunden ist, sodass die zentrale Steuerungseinrichtung 48 den Energiebedarf eines jeden Privathaushalts und somit den gesamten Energiebedarf aller am Versorgungsnetz 50 angeschlossenen Hausstromnetze 20 auf direktem Wege ermitteln kann. Andernfalls kann dies über das Versorgungsnetz 50 selbst festgestellt werden.
Die zentrale Steuerungseinrichtung 48 ermittelt dann, ob der gesamte Energiebedarf höher als die zur Verfügung stehende elektrische Energie im Versorgungsnetz 50 ist. Sofern dies der Fall ist, steuert die zentrale Steuerungseinrichtung 48 die einzelnen Speichereinheiten 10 derart an, dass in den jeweiligen Energiespeichern 12 zwischengespeicherte elektrische Energie in das der Speichereinheit 10 zugeordnet Hausstromnetz 20 und somit in das gemeinsame Versorgungsnetz 50 eingespeist wird, um den Energiebedarf zu decken.
Sollte die zentrale Steuerungseinrichtung 48 feststellen, dass der Energiebedarf niedriger als die im Versorgungsnetz 50 zur Verfügung stehende elektrische Energie ist, kann es die Speichereinheiten 10 derart ansteuern, dass die überschüssige elektrische Energie aus dem Versorgungsnetz 50 über die Hausstromnetze 20 in den jeweiligen Energiespeichern 12 der Speichereinheiten 10 zwischengespeichert wird.
Eine Einspeisung in das Hausstromnetz 20 ist auch möglich, wenn der Energieversorger Energie günstig erwerben kann und zu einem späteren Verbrauch in der Speichereinheit 10, insbesondere dem Energiespeicher 12, zwischenlagert.
Ferner steht dem Energieversorger hierdurch Energie für einen anderen Kunden bzw. Verbraucher zur Verfügung, sofern dieser einen entsprechenden Bedarf hat.
Die Speicherung von elektrischer Energie in den Speichereinheiten 10 und die Entladung der Speichereinheiten 10 können somit unabhängig von der Netzsituation erfolgen.
Die Steuerung der jeweiligen Speichereinheiten 10 erfolgt demnach lediglich über die zentrale Steuerungseinrichtung 48. Die Besitzer der Privathaushalte können nicht die Speichereinheiten 10 derart ansteuern, dass sie Zugriff auf die Energiespeicher 12 haben. Es ist lediglich möglich, die weiteren Geräte 42 bis 44 anzusteuern, die an den Kommunikationsschnittstellen 38, 40 und der Steuerungsschnittstelle 18 angeschlossen sind.
Mit dem Speichersystem 46 kann somit ein Schwarmspeicher ausgebildet werden, sofern viele dezentrale Speichereinheiten 10 in möglichst vielen Privathaushalten des Versorgungsnetzes 50 vorgesehen sind.

Claims

Speichereinheit (10) für einen Verbraucher, mit a) einem Energiespeicher (12), in dem elektrische Energie gespeichert werden kann, b) einer Stromschnittstelle (16), über die die Speichereinheit (10) an ein mit einem Versorgungsnetz verbundenen Stromnetz (20) angeschlossen werden kann, c) einer Schaltungsanordnung (14), die in Stromflussrichtung zwischen dem Energiespeicher (12) und der Stromschnittstelle (16) angeordnet ist, sodass die Speichereinheit (10) elektrische Energie aus dem Stromnetz (20) speichern und bei Bedarf gespeicherte elektrische Energie in das Stromnetz (20) einspeisen kann, und d) einer Steuerungsschnittstelle (18) zur Steuerung der Speichereinheit (10), wobei die Speichereinheit (10) nur über die Steuerungsschnittstelle (18) steuerbar ist, die nur mit einer externen Steuerungseinrichtung (48) kommuniziert, sodass weder der Verbraucher noch eine unbefugte Person Zugriff auf die Steuerung der Speichereinheit (10) und die im Energiespeicher (12) gespeicherte Energie hat, und wobei die Speichereinheit (10) über die Steuerungsschnittstelle (18) die Steuerungssignale erhält, wann die Speichereinheit (10) Energie aus dem Energiespeicher (12) ins Stromnetz (20) einspeisen und/oder Energie aus dem Stromnetz (20) im Energiespeicher (12) Zwischenspeichern soll.
Speichereinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromnetz (20) ein einphasiges Niederspannungsnetz oder ein dreiphasiges Drehstromnetz ist.
Speichereinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (14) einen Gleichrichter (34) und einen Wechselrichter (36) umfasst, wobei der Gleichrichter (34) über die Stromschnittstelle (16) empfangenen Strom in Gleichstrom für den Energiespeicher (12) umwandelt und/oder der Wechselrichter (36) über die Stromschnittstelle (16) ins Stromnetz (20) einzuspeisenden Strom in Wechselstrom umwandelt.
Speichereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (12) eine Speicherkapazität zwischen 1kWh und 10kWh hat.
Speichereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsschnittstelle (18) eine drahtlose Schnittstelle oder eine kabelgebundene Schnittstelle ist, die auch zur Datenübertragung ausgebildet ist.
Speichereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Speichereinheit (10) weitere Geräte (42, 43, 44) angeschlossen sind.
Speichereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (10) Teil eines übergeordneten Speichersystems (46) ist.
Speichersystem (46) mit einer Steuerungseinrichtung (48) und wenigstens einer Speichereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung (48) die Speichereinheit (10) steuert.
Speichersystem (46) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (48) eine zentrale, externe Steuerungseinrichtung ist, über die mehrere Speichereinheiten (10) steuerbar sind.
Verfahren zur Steuerung eines Speichersystems (46) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die wenigstens eine Speichereinheit (10) von der Steuerungseinrichtung (48) derart angesteuert wird, dass die Speichereinheit (10) elektrische Energie aus einem Stromnetz (20) im Energiespeicher (12) zwischenspeichert und/oder elektrische Energie vom Energiespeicher (12) in das Stromnetz (20) speist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (10) Schwankungen in einem Versorgungsnetz (50) puffert, an das das Stromnetz (20) angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichersystem (46) mehrere Speichereinheiten (10) umfasst, die gleichzeitig von der Steuerungseinrichtung (48) angesteuert werden.