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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Versorgung eines Gebäudes mit Strom sowie die Verwendung einer Batterie in einer solchen Anordnung.
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Die US 2013 / 0 334 880 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Energietransport von einer Wechselspannungsquelle an wenigstens eine Last, wobei ein Batteriefeld mit einer ersten und eine zweiten Batterie verwendet wird. Ein DC-Schalter der Vorrichtung umfasst einen DC-Eingang, einen DC-Ausgang, eine Vielzahl von DC-Ladeeingängen/-ausgängen zum Verbinden des Batteriefelds und eine DC-Schaltmatrix zum selektiven Koppeln zwischen dem DC-Eingang, dem DC-Ausgang und den DC-Ladeeingängen/-ausgängen. Eine Steuerung erlaubt, die erste Batterie zu laden, während die zweite Batterie durch eine Verbindung mit der Last entladen wird, und die zweite Batterie zu laden, während die erste Batterie durch eine Verbindung mit der Last entladen wird.
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Nach dem Stand der Technik sind Gebäude zur Versorgung mit elektrischem Strom mit einer Versorgungsleitung verbunden. Die Versorgungsleitung ist ihrerseits mit einer zentralen Stromversorgungseinrichtung, beispielsweise einem Kraftwerk, verbunden. Die Versorgungsleitung endet im Gebäude in einem Hausanschluss. Dort ist für jeden Leiter der Versorgungsleitung eine Sicherung vorgesehen. Dem Hausanschluss ist üblicherweise ein Sicherungskasten nachgeordnet, in dem u. a. zumindest ein Stromzähler und Sicherungsautomaten aufgenommen sind. Vom Sicherungskasten erstrecken sich Leitungsäste eines Gebäudestromversorgungsnetzes.
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Nach dem Stand der Technik sind Gebäude mitunter mit Photovoltaik-Anlagen zur Erzeugung von elektrischem Strom ausgestattet. Der damit erzeugte elektrische Strom wird meist über einen Wechselrichter in die Versorgungsleitung bzw. das Stromversorgungsnetz eingespeist. Das führt im Stromversorgungsnetz zu einem unerwünschten „Erzeugerspiel“. Es kann auch vorkommen, dass mehr elektrische Energie als tatsächlich benötigt in das Stromversorgungsnetz eingespeist wird. Das kann zu einer Instabilität des Stromversorgungsnetzes und infolgedessen zu einem Stromausfall führen.
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Zur Stabilisierung des Stromversorgungsnetzes ist es nach dem Stand der Technik auch bekannt, das Erzeugerspiel, welches insbesondere durch die fluktuierende Einspeisung von regenerativen Energiequellen verursacht wird, durch eine Fernsteuerung von Verbrauchern zu kompensieren. Zu diesem Zweck werden Stromversorgungsnetze mit Informationsübertragungsnetzen kombiniert. Derartige „SmartGrids“ sind komplex aufgebaut und infolgedessen störanfällig. Durch einen Angriff von Hackern kann ein SmartGrid und damit die Stromversorgung eines damit versorgten Bereichs unterbrochen werden. Abgesehen davon besteht bei einem ferngesteuerten Inbetriebnehmen eines Verbrauchers, beispielsweise einer Waschmaschine oder eines Trockners, die Gefahr, dass versehentlich darauf abgestellte Gegenstände herunterfallen, einen Wärmestau hervorrufen und es in der Folge zu Schäden kommen kann.
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Die WO 2012 / 108 987 A2 offenbart eine Vorrichtung zur Versorgung eines Gebäudes mit Strom, bei der im Gebäude eine Batterie aufgenommen ist. Eine Versorgungsleitung kann wahlweise entweder mit der Batterie oder unmittelbar mit dem Stromverbraucher im Gebäude verbunden werden. Zum Umschalten von der unmittelbaren Stromversorgung des Verbrauchers zur mittelbaren Stromversorgung über die Batterie ist ein extern steuerbares Kommunikationsmodul vorgesehen.
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Die
EP 2 026 440 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Regelleistung im Energieversorgungsbereich eines Energieversorgers. Zur Frequenzstabilisierung wird vorgeschlagen, dass eine gebäudeseitig vorgesehene Batterie über ein Steuergerät wahlweise an ein Übertragungsnetz angeschlossen oder davon getrennt werden kann. Die von der Batterie bereitgestellte elektrische Energie kann als Regelleistung in das Übertragungsnetz eingespeist werden. Bei der Nachfrage von negativer Regelleistung kann die Batterie mittels des Steuergeräts an das Übertragungsnetz angeschlossen werden.
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Die WO 2013 / 016 535 A2 offenbart eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. Dabei ist ein gebäudeseitig vorgesehener Verbraucher üblicherweise mit einem Stromversorgungsnetz verbunden. Im Gebäude wird weiterhin eine Batterie vorgehalten, welche bei einem Ausfall des Stromversorgungsnetzes die Versorgung des Verbrauchers mit Strom übernimmt. Zwischen den Verbraucher und die Batterie ist ein Wechselrichter geschaltet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine Anordnung zur Versorgung eines Gebäudes mit Strom angegeben werden, mit der ein unerwünschtes Erzeugerspiel im Stromversorgungsnetz reduziert oder vermieden werden kann. Ferner soll für die Anordnung eine Verwendung angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 und 3 sowie und 5 bis 9.
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Nach Maßgabe der Erfindung wird eine Anordnung zur Versorgung eines Gebäudes mit Strom vorgeschlagen, bei welcher ein erster und ein zweiter Stromspeicher jeweils mit einer Umschalteinrichtung verbunden sind,
wobei die Umschalteinrichtung ferner mit einem Gebäudestromversorgungsnetz und einem Hausanschluss zur Verbindung mit einem externen Stromversorgungsnetz verbunden ist,
und wobei die Umschalteinrichtung so ausgestaltet ist, dass entweder (i) der erste Stromspeicher mit dem Hausanschluss und der zweite Stromspeicher mit dem Gebäudestromversorgungsnetz oder (ii) der zweite Stromspeicher mit dem Hausanschluss und der erste Stromspeicher mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden wird.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Hausanschluss“ das gebäudeseitige Ende einer mit dem externen Stromversorgungsnetz verbundenen Versorgungsleitung verstanden. Bei der Versorgungsleitung kann es sich um eine ein- oder mehrphasige Versorgungsleitung handeln. Jede Phase des Hausanschlusses ist mit einer Sicherung abgesichert. Die Umschalteinrichtung ist über die zumindest eine Sicherung an den Hausanschluss angeschlossen.
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Unter dem Begriff „Gebäude“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung allgemein ein Stromverbraucher verstanden. Bei dem Gebäude kann es sich um ein Ein- oder Mehrfamilienhaus, eine Wohnanlage, ein Hochhaus, eine Industrieanlage oder dgl. handeln.
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Das „externe Stromversorgungsnetz“ bzw. „Stromversorgungsnetz“ kann zur Stromversorgung mit einer lastabhängig steuerbaren Stromerzeugungseinrichtung, beispielsweise einem herkömmlichen mit fossilen Brennstoffen oder Kernkraft betriebenen Kraftwerk, einer Windturbine, einer Photovoltaikanlage oder dgl., verbunden sein. Insbesondere regenerative Energiequellen, wie Windturbinen und/oder photovoltaische Stromerzeugungseinrichtungen, erzeugen Strom in Abhängigkeit der Tageszeit und/oder des Wetters. Regenerative Energiequellen speisen elektrische Energie fluktuierend und mitunter nicht vorhersehbar in das Stromversorgungsnetz ein. Sie bewirken hinsichtlich der Strommenge im Stromversorgungsnetz ein „Erzeugerspiel“.
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Die vorgeschlagene Anordnung ist so ausgestaltet, dass das Stromversorgungsnetz ausschließlich mit einem der gebäudeseitig vorgesehenen Stromspeicher verbunden ist. Vorteilhafterweise ist der jeweils mit dem Stromversorgungsnetz verbundene Stromspeicher vom anderen Stromspeicher galvanisch getrennt. Das Stromversorgungsnetz ist also lediglich mit einem gebäudeseitig vorgesehenen Stromspeicher verbunden. Infolgedessen ist bei einer Störung im Stromversorgungsnetz eine Stromversorgung des Gebäudes stets gewährleistet. Vorteilhafterweise kann auch durch einen im Gebäudestromversorgungsnetz verursachten Kurzschluss eine Störung im Stromversorgungsnetz vermieden werden. - Insbesondere wird im Stromversorgungsnetz ein durch das Zuschalten und Abschalten von gebäudeseitigen Verbrauchern bewirktes „Lastspiel“ vermieden. Das Gebäudestromversorgungsnetz und die daran angeschlossenen Verbraucher sind stets vom Stromversorgungsnetz vollständig getrennt.
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Erfindungsgemäß werden über das Stromversorgungsnetz lediglich Stromspeicher mit elektrischer Energie versorgt. Im Stromversorgungsnetz müssen Spannung und Frequenz nicht mehr in einem so engen vorgegebenen Bereich konstant gehalten werden, wie es nach dem Stand der Technik wegen der damit verbundenen Verbraucher erforderlich ist. Im Stromversorgungsnetz sind nach dem Gegenstand der Erfindung Spannungs- und Frequenzschwankungen tolerierbar. Zum Laden eines mit dem Stromversorgungsnetz verbundenen Stromspeichers genügt eine vorgegebene maximale Leistung. Die vorgegebene maximale Leistung kann deutlich unterhalb einer nach dem Stand der Technik notwendigen vorzuhaltenden Spitzenleistung liegen. Infolgedessen können seitens des Stromversorgungsnetzes Betriebsmittel zur Bereitstellung der nach dem Stand der Technik erforderlichen Spitzenlasten eingespart werden. Herkömmliche Versorgungsleitungen des Stromversorgungsnetzes können - falls erforderlich - gegen neue Versorgungsleitungen mit einem geringeren Querschnitt ausgetauscht werden.
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Die Umschaltungseinrichtung ist vorteilhafterweise so ausgestaltet, dass bei einer Verbindung des ersten Stromspeichers mit dem Stromversorgungsnetz der zweite Stromspeicher ausschließlich mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden ist, und bei einer Verbindung des Stromversorgungsnetzes mit dem zweiten Stromspeicher ausschließlich der erste Stromspeicher mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Anordnung eine zentrale Steuerung zur Herstellung und Unterbrechung der Verbindung des jeweiligen Stromspeichers mit dem Stromversorgungsnetz in Abhängigkeit einer aktuell bereitstehenden Strommenge. Die zentrale Steuerung kann eine Schalteinrichtung zum Verbinden oder Trennen der Umschalteinrichtung vom Stromversorgungsnetz, vorzugsweise vom Hausanschluss, umfassen. Die Schalteinrichtung kann einen Empfänger zum Empfangen eines Steuersignals aufweisen, so dass in Abhängigkeit des Steuersignals die Versorgungsleitung des Stromversorgungsnetzes wahlweise mit der Umschalteinrichtung verbunden oder davon getrennt werden kann. Mittels der zentralen Steuerung ist es möglich, das Gebäude wahlweise mit dem Stromversorgungsnetz zu verbinden. Damit kann zentral die Anzahl und die Ladedauer der zu ladenden Stromspeicher einer Vielzahl mit dem Stromversorgungsnetz verbundener Gebäude gesteuert werden. Das ermöglicht es in einfacher Weise, das Stromversorgungsnetz dynamisch mit einer variablen Last zu beaufschlagen, welche dem Erzeugerspiel folgt. Es können insbesondere Erzeugerspitzen kompensiert werden, welche durch Windkraftanlagen, Photovoltaik-Anlagen und dgl. verursacht werden.
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Der Empfänger kann ein Rundsteuerempfänger zum Empfang eines von einem Rundsteuersender über die Versorgungsleitung gesendeten Steuersignals sein. Insoweit kann auf eine herkömmliche robuste Technologie zurückgegriffen werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird als erster und/oder zweiter Stromspeicher in der erfindungsgemäßen Anordnung zumindest eine Batterie verwendet.
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Unter dem Begriff „Batterie“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein wiederaufladbares Speicherelement verstanden. Derartige Speicherelemente speichern elektrische Energie auf elektrochemischer Basis. Mehrere zusammengeschaltete Speicherelemente werden auch als „Akkumulator“ bezeichnet.
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Vorzugsweise werden für sämtliche Stromspeicher Batterien verwendet. Batterien sind robust und unempfindlich. Sie benötigen relativ wenig Stauraum. Der besondere Vorteil der Verwendung einer Batterie in der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, dass damit die Kapazität des ersten und/oder zweiten Stromspeichers auf einen Wert in einem relativ engen vorgegebenen Bereich eingestellt werden kann. Wenn an das Stromversorgungsnetz eine Vielzahl der erfindungsgemäßen Anordnungen angeschlossen ist, ergibt sich durch die Summe der jeweils an das Stromversorgungsnetz angeschlossenen Stromspeicher ein Gesamtstromspeicher mit einer großen Kapazität. Besonders vorteilhaft ist es, dass die Kapazität des Gesamtstromspeichers durch die Steuerung skalierbar ist. D. h. es können dynamisch so viele Stromspeicher mit dem Stromnetz verbunden oder davon getrennt werden, dass damit ein Erzeugerspiel kompensiert werden kann.
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Um die Kapazität der Batterie im vorgegebenen Bereich zu halten, ist die Batterie vorteilhafterweise in einem Raum des Gebäudes untergebracht, dessen durchschnittliche Temperatur zumindest 10°C beträgt. Damit kann sicher und zuverlässig eine temperaturbedingte Kapazitätsverminderung vermieden werden.
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Die Batterie weist zweckmäßigerweise ein gasdichtes Gehäuse auf. Es kann sich insbesondere um eine Lithium-Ionen-Batterie, einen Lithium-Polymer-Akkumulator oder eine Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie handeln. Auch die Verwendung einer herkömmlichen Blei-Batterie ist denkbar.
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Die Batterie weist zweckmäßigerweise eine Energiedichte von zumindest 80 Wh/kg, vorzugsweise zumindest 100 Wh/kg, auf. Zweckmäßigerweise liegt die Energiedichte der verwendeten Batterie im Bereich von 100 bis 260 Wh/kg. Ein Ladewirkungsgrad beträgt zweckmäßigerweise zumindest 90%.
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Vorzugsweise wird erfindungsgemäß eine Batterie verwendet, deren Lebensdauer 5000 Zyklen bei einer jeweiligen Entladetiefe von 70% (Depth of Discharge - DOD), vorzugsweise 7500 Zyklen bei einer Entladetiefe von 80%, aufweisen.
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Die Batterie weist zweckmäßigerweise eine Kapazität von zumindest 2 kWh, vorzugsweise zumindest 4 kWh, insbesondere bevorzugt zumindest 6 kWh auf. Es können mehrere Batterien zu einer Batteriebank zusammengeschaltet werden. Eine Batteriebank bildet dann einen Stromspeicher.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden als Batterie Gelbatterien verwendet. Derartige Batterien weisen bei einem besonders geringen Platzbedarf eine hohe Kapazität auf. Sie sind überdies wartungsfrei.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine erste Anordnung,
- 2 schematisch eine zweite Anordnung und
- 3 schematisch einen Umschaltabschnitt einer dritten Anordnung.
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Bei den in Figuren gezeigten Anordnungen ist die Umschalteinrichtung Bestandteil einer „Stromanschlusseinrichtung“. Die Umschalteinrichtung umfasst eine erste Umschalteinrichtung 4 und eine zweite Umschalteinrichtung 5. Sie kann ferner eine dritte Umschalteinrichtung 6 umfassen.
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Bei der in 1 gezeigten Stromanschlusseinrichtung 3 ist eine zentrale Stromversorgungseinrichtung 1 über eine Versorgungsleitung V mit einem Gebäude G verbunden, welches mit einer Strich-Punkt-Strich-Linie schematisch dargestellt ist. Bei der zentralen Stromversorgungseinrichtung 1 kann es sich um ein beispielsweise mit Kohle, Öl oder Gas betriebenes Kraftwerk oder ein Kernkraftwerk handeln. An die Versorgungsleitung V können ferner regenerative Stromerzeugungseinrichtungen 2, beispielsweise Windkraftanlagen und dgl., angeschlossen sein.
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Im Gebäude G ist eine Stromanschlusseinrichtung 3 aufgenommen, welche mit der unterbrochenen Linie gekennzeichnet ist. Die Stromanschlusseinrichtung 3 umfasst eine erste Umschalteinrichtung 4 mit einem Eingang E1, einem ersten Ausgang A1 sowie einem zweiten Ausgang A2. Eine zweite Umschalteinrichtung 5 umfasst einen zweiten Eingang E2, einen dritten Eingang E3 sowie einen dritten Ausgang A3. Eine dritte Umschalteinrichtung 6 weist einen vierten Eingang E4 auf, welcher mit einer gebäudeseitigen Stromerzeugungsvorrichtung 7 verbunden ist. Bei der gebäudeseitigen Stromerzeugungsvorrichtung 7 kann es sich beispielsweise um eine Photovoltaik-Anlage handeln. Die dritte Umschalteinrichtung 6 weist ferner einen vierten Ausgang A4 sowie einen fünften Ausgang A5 auf.
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Mit dem Bezugszeichen 8 ist ein erster Stromspeicher bezeichnet, welcher sowohl mit dem ersten Ausgang A1 der ersten Umschalteinrichtung 4 als auch mit dem zweiten Eingang E2 der zweiten Umschalteinrichtung 5 verbunden ist. Mit dem Bezugszeichen 9 ist ein zweiter Stromspeicher bezeichnet, welcher sowohl mit dem zweiten Ausgang A2 der ersten Umschalteinrichtung 4 als auch mit dem dritten Eingang E3 der zweiten Umschalteinrichtung 5 verbunden ist. Der vierte Ausgang A4 der dritten Umschalteinrichtung 6 ist mit dem ersten Stromspeicher 8 verbunden, der fünfte Ausgang A5 der dritten Umschalteinrichtung 6 ist mit dem zweiten Stromspeicher 9 verbunden.
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Der ersten Umschalteinrichtung 4 ist ein erster Umrichter 10, z. B. ein selbstgeführter Gleichrichter, vorgeschaltet. Dem ersten Umrichter 10 sind ein Stromzähler 11 sowie eine Schalteinrichtung 12 vorgeschaltet. Die Schalteinrichtung 12 umfasst einen (hier nicht gezeigten) Empfänger zum Empfangen eines Schaltsignals von einer zentralen Steuereinrichtung 13. Bei der zentralen Steuereinrichtung 13 kann es sich um einen Rundsteuersender handeln, welcher als Schaltsignal über die Versorgungsleitung V bzw. das Stromversorgungsnetz ein Rundsteuersignal sendet. Mit dem Schaltsignal kann die Schalteinrichtung 12 geöffnet oder geschlossen werden.
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Der zweiten Umschalteinrichtung 5 ist ein zweiter Umrichter 14, z. B. eine selbstgeführter Wechselrichter, nachgeschaltet, welcher einen Gleichspannungsausgang A6, einen einphasigen Wechselspannungsausgang A7 sowie einen Drehstromausgang A8 aufweisen kann. Die Ausgänge A6, A7 und A8 sind mit einem Gebäudestromversorgungsnetz (hier nicht gezeigt) verbunden. Das Stromversorgungsnetz kann Versorgungsteilnetze umfassen.
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Mit dem Bezugszeichen 15 ist eine Steuerung bezeichnet, welche über Steuerleitungen S mit der ersten Umschalteinrichtung 4, der zweiten Umschalteinrichtung 5 sowie der dritten Umschalteinrichtung 6 verbunden ist. Eine Messeinrichtung 16 ist sowohl mit dem ersten Stromspeicher 8 als auch mit dem zweiten Stromspeicher 9 verbunden. Sie ist ferner über die Steuerleitung S mit der Steuerung 15 verbunden.
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Die Stromanschlusseinrichtung 3 kann ferner Gleichspannungswandler 15a umfassen, mit denen eine über die erste Umschalteinrichtung 4 bereitgestellte erste Gleichspannung in eine zum Betrieb der Stromspeicher 8, 9 geeignete zweite Gleichspannung umgewandelt wird. Bei der ersten Gleichspannung kann es sich beispielsweise um 300 bis 600 V, bei der zweiten Gleichspannung um 10 bis 50 V, handeln. - Auch zwischen die gebäudeseitige Stromerzeugungsvorrichtung 7 und den vierten Eingang E4 der dritten Umschalteinrichtung 6 kann ein Gleichspannungswandler 15a eingeschaltet sein.
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Die Funktion der ersten Stromanschlusseinrichtung ist wie folgt:
- Durch Aussenden eines Rundsteuersignals mittels der zentralen Steuereinrichtung 13 kann die Schalteinrichtung 12 geschlossen und damit die erste Stromanschlusseinrichtung an die Versorgungsleitung V angeschlossen werden. Von der Versorgungsleitung V entnommener Strom wird mit dem Stromzähler 11 erfasst und nachfolgend mit dem ersten Umrichter 10 gleichgerichtet.
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Die erste Umschalteinrichtung 4 ist so ausgestaltet, dass damit der erste Eingang E1 entweder mit dem ersten Ausgang A1 oder mit dem zweiten Ausgang A2 verbunden werden kann. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Eingang E1 mit dem ersten Ausgang A1 verbunden.
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Die erste Umschalteinrichtung
4 ist mittels der Steuerung
15 zwangsgekoppelt mit der zweiten Umschalteinrichtung
5 sowie mit der dritten Umschalteinrichtung
6, welche fakultativ vorgesehen sein kann. Es sind insgesamt zwei Schaltzustände möglich, welche der nachfolgenden Tabelle entnommen werden können.
Tabelle 1:
| Umschalteinrichtung | Schaltzustand 1 | Schaltzustand 2 |
| 4 | E1-A1 | E1 - A2 |
| 5 | E3 - A3 | E2 - A3 |
| 6 | E4 - A5 | E4 - A4 |
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Bei dem in 1 gezeigten ersten Schaltzustand ist die Versorgungsleitung V ausschließlich mit dem ersten Stromspeicher 8 verbunden. Der zweite Stromspeicher 9 ist über den zweiten Umrichter 14 mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden. Ferner ist die Photovoltaik-Anlage 7 mit dem zweiten Stromspeicher 9 verbunden. Beim zweiten Schaltzustand ist der zweite Stromspeicher 9 ausschließlich mit der Versorgungsleitung V verbunden. Der erste Stromspeicher 8 ist in diesem Fall mit dem Gebäudestromversorgungsnetz sowie mit der Photovoltaik-Anlage 7 verbunden. Die ersten und zweiten Schaltzustände sind so gewählt, dass die Versorgungsleitung V stets galvanisch vollständig vom Gebäudestromversorgungsnetz und dem damit jeweils verbundenen Stromspeicher 8, 9 getrennt ist.
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Mittels der Messeinrichtung 16 kann ein Ladezustand des ersten 8 und des zweiten Stromspeichers 9 gemessen werden. Das Messergebnis kann der Steuerung 15 zur Verfügung gestellt werden. Mit der Steuerung 15 kann infolge des Messergebnisses - ausschließlich bei geöffneter Schalteinrichtung 12 - zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand gewählt werden, so dass jeweils derjenige Stromspeicher 8, 9 mit der geringeren Ladung mit der Versorgungsleitung V verbunden wird, wenn die Schalteinrichtung 12 geschlossen wird.
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Die Schalteinrichtung 12 muss nicht Bestandteil der Stromanschlusseinrichtung 3 sein. Es ist auch möglich, dass die Schalteinrichtung 12 außerhalb des Gebäudes G in eine Versorgungsleitung V eingeschaltet ist, mit der gleichzeitig eine Vielzahl von Gebäuden G versorgt werden.
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Die Stromanschlusseinrichtung 3 kann ferner ein cos phi-Gerät (hier nicht gezeigt) zur Regelung der Blindleistung umfassen. Ferner können in herkömmlicher Weise Sicherungen, insbesondere an den Ausgängen A6, A7, A8 vorgesehen sein.
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Bei der in 2 schematisch gezeigten zweiten Stromanschlusseinrichtung ist die erste Umschalteinrichtung 4 aus einem ersten 17 und einem zweiten Schalter 18 gebildet, welche über die Steuerleitung S mit der Steuerung 15 verbunden sind. Die zweite Umschalteinrichtung 5 ist aus einem dritten 19 und einem vierten Schalter 20 gebildet, welche ebenfalls über die Steuerleitung S mit der Steuerung 15 verbunden sind.
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Die dritte Umschalteinrichtung 6 ist aus einem fünften 21 und einem sechsten Schalter 22 gebildet, welche ebenfalls über die Steuerleitung S mit der Steuerung 15 verbunden sind.
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Bei der zweiten Stromanschlusseinrichtung ist die Steuerung
15 mit einem Empfänger (hier nicht gezeigt) zum Empfangen eines Schaltsignals versehen, welches von der zentralen Steuereinrichtung
13 gesendet wird. In Abhängigkeit des Steuersignals können mit der Steuerung
15 die in der nachfolgenden Tabelle gezeigten ersten und zweiten Schaltzustände geschaltet werden:
Tabelle 2:
| Schalter Nr. | Schaltzustand 1 | Schaltzustand 2 | Schaltzustand 3 | Schaltzustand 4 | Schaltzustand 5 |
| 17 | geschlossen | offen | offen | offen | offen |
| 18 | offen | geschlossen | offen | offen | offen |
| 19 | offen | geschlossen | geschlossen | offen | geschlossen |
| 20 | geschlossen | offen | geschlossen | geschlossen | offen |
| 21 | offen | geschlossen | offen | offen | geschlossen |
| 22 | geschlossen | offen | offen | geschlossen | offen |
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Beim ersten Schaltzustand ist die Versorgungsleitung V ausschließlich mit dem ersten Stromspeicher 8 verbunden, so dass dieser geladen wird. Der zweite Stromspeicher 9 und die Photovoltaik-Anlage 7 sind in diesem Fall von der Versorgungsleitung V galvanisch getrennt und ausschließlich mit dem zweiten Umrichter 14 und dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden.
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Beim zweiten Schaltzustand ist der zweite Stromspeicher 9 ausschließlich mit der Versorgungsleitung V verbunden. Der erste Stromspeicher 8 und die Photovoltaik-Anlage 7 sind mit dem zweite Umrichter 14 und dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden.
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Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, lässt sich unter Verwendung der Schalter 17, 18, 19 und 20 sowie der Steuerung 15 ein dritter Schaltzustand realisieren. Dabei sind kurzzeitig beide Stromspeicher 8, 9 mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden, so dass das Gebäudestromversorgungsnetz auch bei einem Umschalten zwischen den Stromspeichern 8, 9 stets mit Strom versorgt wird. In diesem Fall sind die ersten 17 und zweiten Schalter 18 geöffnet, so dass die zweite Stromanschlusseinrichtung von der Versorgungsleitung V getrennt ist. Ferner können in diesem Fall zweckmäßigerweise auch der fünfte Schalter 21 und der sechste Schalter 22 geöffnet sein.
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Der dritte Schaltzustand ist ein Übergangszustand, welcher entweder vom vierten Schaltzustand oder vom fünften Schaltzustand gefolgt wird. Dabei sind jeweils einer der Stromspeicher 8, 9 mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden. Die Versorgungsleitung V ist in diesem Fall allerdings nicht mit dem jeweils anderen Stromspeicher 8, 9 verbunden.
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Der vierte Schaltzustand korrespondiert zum ersten Schaltzustand. Beim Empfang eines Steuersignals wird bei vorliegendem viertem Schaltzustand der erste Schalter 17 geschlossen, so dass der galvanisch vom Gebäudestromversorgungsnetz getrennte erste Stromspeicher 8 mit der Versorgungsleitung V verbunden wird.
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Der fünfte Schaltzustand korrespondiert zum zweiten Schaltzustand. Beim Empfang eines Steuersignals wird der zweite Schalter 18 geschlossen, so dass der galvanisch vom Gebäudestromversorgungsnetz getrennte zweite Stromspeicher 9 mit der Versorgungsleitung V verbunden wird.
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Mit der Messeinrichtung 16 kann ein Ladezustand der Stromspeicher 8, 9 gemessen und das dabei erzielte Messergebnis auch an die zentrale Steuereinrichtung 13 übermittelt werden. In diesem Fall können mittels spezifischer Rundsteuersignale spezifisch bestimmte Stromanschlusseinrichtungen 3 angesteuert werden, so dass weitgehend entladene Stromspeicher 8, 9 bei Bedarf geladen werden. Außerdem kann damit ein Erzeugerspiel im Stromversorgungsnetz durch Verbinden oder Trennen von Stromspeichern 8, 9 in engen Grenzen gehalten werden.
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3 zeigt einen Umschaltabschnitt einer dritten Stromanschlusseinrichtung. Der Umschaltabschnitt befindet sich zwischen dem ersten Umrichter 10 und dem zweiten Umrichter 14. Die dritte Stromanschlusseinrichtung ist so ausgestaltet, dass daran eine Mehrzahl an Batterien B1, B2, B3 und B4 angeschlossen werden können. Der ersten Batterie B1 ist ein erster Umschalter U1 zugeordnet, mit dem die beiden Pole der ersten Batterie B1 alternativ mit dem ersten Umrichter 10 oder dem zweiten Umrichter 14 verbunden werden können. In analoger Weise weist die zweite Batterie B2 einen zweiten Umschalter U2 auf, mit dem die Pole der zweiten Batterie B2 alternativ mit dem ersten Umrichter 10 oder dem zweiten Umrichter 14 verbunden werden können. Dasselbe gilt für die dritte Batterie B3, welcher ein dritter Umschalter U3 zugeordnet ist, und für die vierte Batterie B4, welcher ein vierter Umschalter U4 zugeordnet ist.
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Die Umschalter U1, U2, U3, U4 sind mit einer (hier nicht gezeigten) Steuerung derart zwangsgesteuert, dass jeweils zumindest eine der Batterien B1, B2, B3, B4 mit dem ersten Umrichter 10 bzw. der Versorgungsleitung V verbunden ist, und jeweils zumindest eine der verbleibenden Batterien B1, B2, B3, B4 mit dem zweiten Umrichter 14 bzw. dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden ist. Die Steuerung ist in jedem Fall so ausgestaltet, dass die Versorgungsleitung V stets vom Gebäudestromversorgungsnetz getrennt ist.
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Die vorgenannten Umschalter, Umschalteinrichtungen und/oder Schalter können mechanische, elektromechanische oder elektronische Schaltmittel umfassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- zentrale Stromversorgungseinrichtung
- 2
- regenerative Stromerzeugungseinrichtung
- 3
- Stromanschlusseinrichtung
- 4
- erste Umschalteinrichtung
- 5
- zweite Umschalteinrichtung
- 6
- dritte Umschalteinrichtung
- 7
- Photovoltaik-Anlage
- 8
- erster Stromspeicher
- 9
- zweiter Stromspeicher
- 10
- erster Umrichter
- 11
- Stromzähler
- 12
- Schalteinrichtung
- 13
- zentrale Steuereinrichtung
- 14
- zweiter Umrichter
- 15
- Steuerung
- 15a
- Gleichspannungswandler
- 16
- Messeinrichtung
- 17
- erster Schalter
- 18
- zweiter Schalter
- 19
- dritter Schalter
- 20
- vierter Schalter
- 21
- fünfter Schalter
- 22
- sechster Schalter
- A1
- erster Ausgang
- A2
- zweiter Ausgang
- A3
- dritter Ausgang
- A4
- vierter Ausgang
- A5
- fünfter Ausgang
- A6
- Gleichstromanschluss
- A7
- einphasiger Wechselstromanschluss
- A8
- Drehstromanschluss
- B1
- erste Batterie
- B2
- zweite Batterie
- B3
- dritte Batterie
- B4
- vierte Batterie
- E1
- erster Eingang
- E2
- zweiter Eingang
- E3
- dritter Eingang
- E4
- vierter Eingang
- G
- Gebäude
- S
- Steuerleitung
- U1
- erster Umschalter
- U2
- zweiter Umschalter
- U3
- dritter Umschalter
- U4
- vierter Umschalter
- V
- Versorgungsleitung
