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Die Erfindung betrifft eine Stromanschlusseinrichtung zum Anschluss eines Gebäudes an eine mit einer zentralen Stromversorgungseinrichtung verbundene Versorgungsleitung.
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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 Hausanschlusskasten, in dem für jeden Leiter der Versorgungsleitung eine Sicherung aufgenommen ist. Dem Hausanschlusskasten 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 eingespeist.
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Das führt im Stromversorgungsnetz zu einem unerwünschten „Erzeugerspiel“. Es kann 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 Stromversorgungsleitung 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 Stromanschlusseinrichtung zum Anschluss eines Gebäudes an eine mit einer zentralen Stromversorgungseinrichtung verbundene Versorgungsleitung angegeben werden, mit der ein unerwünschtes Erzeugerspiel im Stromversorgungsnetz reduziert oder vermieden werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 17.
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Nach Maßgabe der Erfindung wird eine Stromanschlusseinrichtung zum Anschluss eines Gebäudes an eine mit einer zentralen Stromversorgungseinrichtung verbundene Versorgungsleitung vorgeschlagen, umfassend:
- eine erste Umschalteinrichtung mit einem ersten Eingang zum Verbinden mit der Versorgungsleitung, wobei der erste Eingang entweder mit einem ersten Ausgang zum Verbinden mit einem ersten Stromspeicher oder mit einem zweiten Ausgang zum Verbinden mit einem zweiten Stromspeicher verbindbar ist,
- eine zweite Umschalteinrichtung mit einem dritten Ausgang zum Verbinden mit einem gebäudeseitigen Gebäudestromversorgungsnetz, wobei der dritte Ausgang entweder mit einem zweiten Eingang zum Verbinden mit dem ersten
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Stromspeicher oder einem dritten Eingang zum Verbinden mit dem zweiten Stromspeicher verbindbar ist, und
wobei die erste und die zweite Umschalteinrichtung so miteinander gekoppelt sind, dass (i) bei einer Verbindung des ersten Eingangs mit dem ersten Ausgang der dritte Eingang mit dem dritten Ausgang verbunden ist, und (ii) bei einer Verbindung des ersten Eingangs mit dem zweiten Ausgang der zweite Eingang mit dem dritten Ausgang verbunden ist.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Versorgungsleitung“ eine herkömmliche Versorgungsleitung zur Versorgung eines Gebäudes mit Strom verstanden. Es kann sich dabei um eine ein- oder mehrphasige Versorgungsleitung handeln.
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Unter einem „Eingang“ oder „Ausgang“ werden allgemein geeignete Anschlüsse für Gleich- oder Wechselstromleitungen verstanden. Die erste und die zweite Umschalteinrichtung werden bevorzugt in einer Gleichstromumgebung betrieben. In diesem Fall umfasst ein Eingang bzw. ein Ausgang jeweils zwei Anschlüsse für die betreffende Gleichstromleitung.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung müssen die Umschalteinrichtungen nicht unmittelbar mit der Versorgungsleitung, den Stromspeichern und/oder dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden sein. Zwischen die Versorgungsleitung, die Stromspeicher sowie das Gebäudestromversorgungsnetz und die jeweiligen Umschalteinrichtungen können elektrotechnische Bauelemente oder Baugruppen wie Umrichter, Sicherungen, Stromzähler, Gleichrichter und dgl. geschaltet sein.
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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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Eine „zentrale Stromversorgungseinrichtung“ kann eine lastabhängig steuerbare Stromerzeugungseinrichtung, beispielsweise ein herkömmliches mit fossilen Brennstoffen oder Kernkraft betriebenes Kraftwerk, eine Windturbine, photovoltaische Stromerzeugungseinrichtungen oder dgl. umfassen. 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 erfindungsgemäße Stromanschlusseinrichtung kann einem herkömmlichen Hausanschlusskasten nachgeschaltet sein. Die erfindungsgemäße Stromanschlusseinrichtung dient dem Anschluss von Gebäuden, in denen jeweils zwei Stromspeicher und ein Gebäudestromversorgungsnetz vorgesehen sind. Die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung dient der Herstellung vorgegebener Verbindungen zwischen der Versorgungsleitung, den beiden Stromspeichern sowie dem Gebäudestromversorgungsnetz.
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Erfindungsgemäß umfasst die Stromanschlusseinrichtung einen ersten Eingang zum Verbinden mit der Versorgungsleitung. Der erste Eingang ist Bestandteil einer ersten Umschalteinrichtung, mit welcher der erste Eingang entweder auf einen ersten Ausgang oder einen zweiten Ausgang der ersten Umschalteinrichtung geschaltet werden kann. Der erste Ausgang ist zum Verbinden mit einem ersten Stromspeicher, der zweite Ausgang ist zum Verbinden mit einem zweiten Stromspeicher vorgesehen.
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Erfindungsgemäß ist ferner eine zweite Umschalteinrichtung mit einem dritten Ausgang zum Verbinden mit dem Gebäudestromversorgungsnetz vorgesehen. Mit der zweiten Umschalteinrichtung kann der dritte Ausgang entweder auf einen zweiten Eingang zum Verbinden mit dem ersten Stromspeicher oder einen dritten Eingang zum Verbinden mit dem zweiten Stromspeicher geschaltet werden.
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Die erste und die zweite Umschalteinrichtung sind erfindungsgemäß ferner so miteinander zwangsgekoppelt, dass bei einer Verbindung des ersten Stromspeichers mit der Versorgungsleitung der zweite Stromspeicher ausschließlich mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden ist, und bei einer Verbindung der Versorgungsleitung mit dem zweiten Stromspeicher ausschließlich der erste Stromspeicher mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden ist. Infolgedessen ist der jeweils mit der Versorgungsleitung verbundene Stromspeicher galvanisch vollständig vom Gebäudestromversorgungsnetz und dem damit verbundenen anderen Stromspeicher getrennt. Die zentrale Stromversorgungseinrichtung ist also über die Versorgungsleitungen lediglich mit einem der gebäudeseitig vorgesehenen Stromspeicher verbunden. Infolgedessen ist auch bei einer Störung der Versorgungsleitung oder einer Unterbrechung derselben eine Stromversorgung des Gebäudes gewährleistet. Vorteilhafterweise kann auch durch einen im Gebäudestromversorgungsnetz verursachten Kurzschluss eine Störung der Versorgungsleitung vermieden werden. - Insbesondere wird ein durch das Zuschalten und Abschalten von gebäudeseitigen Verbrauchern bewirktes „Lastspiel“ im Stromversorgungsnetz 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 gewesen ist. Im Stromversorgungsnetz sind nach dem Gegenstand der Erfindung Spannungs- und Frequenzschwankungen tolerierbar. Zum Laden eines mit der Versorgungsleitung 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 können - falls erforderlich - gegen neue Versorgungsleitungen mit einem geringeren Querschnitt ausgetauscht werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Stromanschlusseinrichtung einen Stromzähler, welcher der ersten Umschalteinrichtung vorgeschaltet ist. Ferner kann der ersten Umschalteinrichtung ein erster Umrichter vorgeschaltet sein. Mit dem ersten Umrichter wird die von der Versorgungsleitung gelieferte ein- oder mehrphasige Wechselspannung in eine zum Laden der Stromspeicher geeignete Gleichspannung umgewandelt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweiten Umschalteinrichtung ein zweiter Umrichter nachgeschaltet. Der zweite Umrichter weist zweckmäßigerweise einen Gleichspannungsausgang, einen einphasigen Wechselspannungsausgang sowie einen Drehstromausgang auf. Damit können sämtliche gängigen Verbraucher in einem Gebäude betrieben werden.
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Die erste und die zweite Umschalteinrichtung können mechanisch oder elektromechanisch zwangsgekoppelt sein. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste und die zweite Umschalteinrichtung mittels einer Steuerung gekoppelt. Es kann sich dabei um eine Prozessrechnersteuerung handeln, welche programmierbar ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Messeinrichtung zur Messung des Ladezustands der Stromspeicher vorgesehen. Die Messeinrichtung ist zweckmäßigerweise mit einer Steuerung verbunden. Mit der Steuerung können die erste und die zweite Umschalteinrichtung in Abhängigkeit des Ladezustands derart gesteuert werden, dass jeweils der Stromspeicher mit der höheren Ladung mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden wird.
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Die Steuerung kann die erste und die zweite Umschalteinrichtung automatisch in Abhängigkeit des Ladezustands steuern. Es ist aber auch möglich, dass die Steuerung einen Empfänger zum Empfangen eines Steuersignals umfasst, so dass in Abhängigkeit des Steuersignals die erste und die zweite Umschalteinrichtung schaltbar sind. In diesem Fall kann der Ladezustand an eine zentrale Steuereinrichtung übermittelt werden, mit der eine Vielzahl von Gebäuden verbunden sind. Mit der zentralen Steuereinrichtung können die Umschalteinrichtungen der jeweiligen Gebäude bedarfsweise gesteuert werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Stromanschlusseinrichtung eine Schalteinrichtung zum Verbinden oder Trennen der Versorgungsleitung, wobei die Schalteinrichtung einen Empfänger zum Empfangen eines Steuersignals umfasst, so dass in Abhängigkeit des Steuersignals die Versorgungsleitung wahlweise mit dem ersten Eingang verbunden oder davon getrennt werden kann. Mit der vorgeschlagenen Schalteinrichtung ist es mittels einer zentralen Steuereinrichtung möglich, wahlweise Gebäude mit der zentralen Stromversorgungseinrichtung zu verbinden. Damit kann zentral die Anzahl und die Ladedauer der zu ladenden Stromspeicher der Gebäude gesteuert werden. Das ermöglicht es in einfacher Weise, das Stromversorgungsnetz dynamisch mit einer variablen Last zu beaufschlagen, welche dem Erzeugerspiel folgt. Es können damit insbesondere Erzeugerspitzen kompensiert werden, welche durch von 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. Die Schalteinrichtung kann auch mit der ersten Umschalteinrichtung kombiniert sein. D. h. die erste Umschalteinrichtung kann auch so ausgestaltet sein, dass damit nicht nur ein Umschalten vom ersten Ausgang auf den zweiten Ausgang möglich ist, sondern auch auf einen Schaltzustand, bei dem weder die erste noch der zweite Ausgang mit dem ersten Eingang verbunden sind, so dass die Versorgungsleitung von den Stromspeichern vollständig getrennt ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Stromanschlusseinrichtung eine dritte Umschalteinrichtung mit einem fünften Eingang zum Verbinden mit einer gebäudeseitigen Stromerzeugungsvorrichtung, einen vierten Ausgang zum Verbinden mit einem ersten Stromspeicher und einen fünften Ausgang zum Verbinden mit einem zweiten Stromspeicher umfassen. Bei der gebäudeseitigen Stromerzeugungsvorrichtung handelt es sich vorteilhafterweise um eine Photovoltaik-Anlage. Ein damit erzeugter Gleichstrom wird vorteilhafterweise ausschließlich zum Laden des Stromspeichers verwendet, welcher mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden ist. Die gebäudeseitige Stromerzeugungsvorrichtung bleibt stets von der Versorgungsleitung getrennt. Die dritte Umschaltvorrichtung ist vorteilhafterweise so mit der ersten und/oder zweiten Umschalteinrichtung gekoppelt, dass ausschließlich der jeweils mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbundene Stromspeicher mit der Stromerzeugungsvorrichtung verbunden ist. - Ein Erzeugerspiel durch ein Einspeisen von Strom in das Stromversorgungsnetz wird damit vermieden.
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In einer Ausgestaltung umfasst die erste Umschalteinrichtung einen dem ersten Stromspeicher zugeordneten ersten Schalter und einen dem zweiten Stromspeicher zugeordneten zweiten Schalter, wobei der erste und der zweite Schalter mit der Steuerung zum gleichzeitigen Öffnen oder zum wechselweisen Öffnen und Schließen gesteuert werden. Die zweite Umschalteinrichtung umfasst vorteilhafterweise einen dem ersten Stromspeicher zugeordneten dritten Schalter und einen dem zweiten Stromspeicher zugeordneten vierten Schalter, wobei der dritte und der vierte Schalter mit der Steuerung so gesteuert werden, dass bei geschlossenem ersten Schalter nur der dritte Schalter, und bei geschlossenem zweiten Schalter nur der vierte Schalter geöffnet ist. Mit der Steuerung können der dritte und der vierte Schalter für eine vorbestimmte Dauer gleichzeitig geschlossen werden, wenn gleichzeitig der erste und der zweite Schalter geöffnet sind. Damit kann eine unterbrechungsfreie Stromversorgung des Gebäudestromversorgungsnetzes gewährleistet werden. Die vorbestimmte Dauer ist kurz gewählt. Sie beträgt beispielsweise 0,1 bis 1,0 s.
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Mit der Steuerung können die Schalter, bei denen es sich um mechanische, elektromechanische oder elektronische Schalter handeln kann, so zwangsgesteuert werden, dass mit der Versorgungsleitung entweder keiner der beiden Stromspeicher oder ausschließlich einer der beiden Stromspeicher verbunden ist. Ferner kann mit der Steuerung zuverlässig gewährleistet werden, dass derjenige Stromspeicher, welcher nicht mit der Versorgungsleitung verbunden ist, mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden ist. Es kann ferner ausschließlich derjenige Stromspeicher mittels der gebäudeseitigen Stromversorgungsvorrichtung geladen werden, welcher mit dem Gebäudestromversorgungsnetz verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Stromanschlusseinrichtung ermöglicht die Schaffung mehrerer Versorgungsteilnetze im jeweiligen Gebäude. Dabei können ein Versorgungsteilnetz zur Versorgung mit Gleichspannung, ein weiteres Versorgungsteilnetz zur Versorgung mit Wechselspannung und ein weiteres Versorgungsteilnetz zur Versorgung mit Drehstrom vorgesehen sein.
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Bei den Stromspeichern handelt es sich zweckmäßigerweise um Batterien, insbesondere um Lithium-Ionen-Batterien, Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien, Blei-Batterien, eine Elektrolyseeinrichtung mit Gasspeicher bzw. Wasserstoffspeicher und einer Brennstoffzelle oder Gasturbine zur Rückverstromung, z. B. Carbazol, oder dgl. Die Batterien weisen zweckmäßigerweise ein gasdichtes Gehäuse auf. Jeder Stromspeicher hat vorzugsweise eine Kapazität von zumindest 2 kWh, vorzugsweise zumindest 4 kWh, insbesondere bevorzugt zumindest 6 kWh. Vorteilhafterweise dient die erfindungsgemäße Stromanschlusseinrichtung dem Anschluss von zumindest zwei Batterien. Die Verwendung von zumindest zwei Batterien erhöht deren Lebensdauer.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem ersten Ausgang und dem ersten Stromspeicher sowie zwischen dem zweiten Ausgang und dem zweiten Stromspeicher jeweils ein Gleichspannungswandler eingeschaltet. Ferner kann zwischen dem vierten Eingang und der gebäudeseitigen Stromversorgungseinrichtung ein Gleichspannungswandler eingeschaltet sein. Die Gleichspannungswandler dienen dazu, eine erste Gleichspannung, welche im Bereich der Umschalteinrichtungen anliegt, in eine zweite Gleichspannung umzuwandeln, welche der Betriebsspannung der Betriebsspeicher entspricht. In ähnlicher Weise kann mittels eines weiteren Gleichspannungswandlers eine von der gebäudeseitigen Stromerzeugungsvorrichtung bereitgestellte Spannung in eine erste Gleichspannung umgewandelt werden, welche im Bereich der Umschalteinrichtungen anliegt.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 schematisch eine erste Stromanschlusseinrichtung,
- 2 schematisch eine zweite Stromanschlusseinrichtung und
- 3 schematisch einen Umschaltabschnitt einer dritten Stromanschlusseinrichtung.
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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 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 Versorgungsteilnetzen eines Gebäudestromversorgungsnetzes (hier nicht gezeigt) verbunden.
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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 wird der Steuerung 15 zur Verfügung gestellt. 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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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
