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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrangschaltung zum Koppeln zumindest eines Verbraucherausgangs mit zumindest zwei Quelleneingängen. Vorrangschaltungen sind aus dem Stand der Technik als Netzvorrangschaltungen bekannt. An jeden Quelleneingang kann jeweils eine elektrische Leistungsquelle angeschlossen werden, und an dem zumindest einen Verbraucherausgang kann dann die elektrische Leistung einer der Leistungsquellen bereitgestellt werden. Fällt diese Leistungsquelle aus, so kann auf einen anderen Quelleneingang umgeschaltet und somit die daran angeschlossene Leistungsquelle für die Versorgung des zumindest einen Verbraucherausgangs genutzt werden. Zu der Erfindung gehört auch eine Vorrangschaltung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Netzvorrangschaltungen nach dem Stand der Technik können innerhalb einer Umschaltzeit von weniger als 100 Millisekunden zwischen zwei elektrischen Leistungsquellen umschalten. Die primäre oder vorrangige Leistungsquelle ist dabei eine öffentliches elektrisches Stromnetz. Jede andere Leistungsquelle muss dabei Kennwerte des Stromnetzes aufweisen, also eine Wechselspannung im Bereich von 100 Volt bis 300 Volt und eine Frequenz von 50 Hertz oder 60 Hertz erzeugen.
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Das Umschalten kann mit Schützschaltern oder Leistungsschützen erfolgen. Dabei ist sichergestellt, dass die Leistungsquellen oder eben die Quellenanschlüsse auch während eines Umschaltvorgangs galvanisch getrennt bleiben, sodass die jeweiligen Leistungsquellen immer sich betrieben werden können. Die Schützschalter stellen hierbei die Schalteinrichtung der Vorrangschaltung dar. Eine Schalteinrichtung für eine Netzvorrangschaltung ist beispielsweise aus der
DE 26 54 145 C2 bekannt. Sie dient zum Umschalten eines Verbrauchers von einer regulären Stromversorgung auf die Stromversorgung durch ein Notstromaggregat und umgekehrt.
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Durch die kurzen Umschaltzeiten der Vorrangschaltung kann es bei einem Betrieb von induktiven Lasten an einem Verbraucherausgang, beispielsweise bei einem Betrieb einer Waschmaschine, Bohrmaschine oder allgemein einem Elektromotor, zu Spannungsspitzen beim Umschalten im Stromnetz kommen. Die Höhe der Spannungsspitzen, die dabei an dem jeweiligen Verbrauch an dem zumindest einen Verbraucheranschluss ankommen, können abhängig sein von den folgenden Parametern: der Induktivität der geschalteten Last, der Dämpfung im Stromnetz, der geschalteten Stromstärke.
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Als Schutzmaßnahme kann in einem Haushaltsnetz, das als Verbraucher an den zumindest einen Verbraucherausgang einer Netzvorrangschaltung angeschlossen sein kann, ein Überspannungsschutz vorgesehen sein. Fehlt dieser, so sind die elektrischen Geräte des Haushalts gefährdet, bei einem Umschaltvorgang durch einen Spannungsspitze beschädigt zu werden.
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Das Umschalten mittels einer Netzvorrangschaltung erfolgt in der Regel vom öffentlichen Stromnetz auf ein Notstromaggregat, das im Falle eines Ausfalls des Stromnetzes den zumindest einen Verbraucherausgang weiterhin mit elektrischer Leistung versorgen kann.
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Aus der
DE 10 2011 051 074 A1 ist ein Verfahren bekannt, um den Energiebezug von elektrischen Verbrauchern eines Haushalts anzupassen an Leistungsquellen des Haushalts, wie beispielsweise eine Biogasanlage und/oder eine Geothermieanlage und/oder eine Photovoltaikanlage. Für dieses Verfahren ist es notwendig, eine Prognose des Leistungsbedarfs für die einzelnen Haushaltsgeräte verfügbar zu haben. Zudem müssen die Verbraucher flexibel in Bezug auf ihre Einschaltzeit sein.
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Aus der
DE 199 51 216 B4 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Brennstoffzellenanordnung bekannt. Die von der Brennstoffzellenanordnung abgegebene Leistung wird soweit gedrosselt, dass keine überflüssige Leistung aus einem Haushaltsnetz zurück in ein öffentliches Stromnetz fließt. Was allerdings passieren soll, wenn die Leistung der Brennstoffzellenanordnung nicht ausreicht, um alle elektrischen Verbraucher zu versorgen, ist in der Druckschrift nicht diskutiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels zumindest einer leistungsschwachen Leistungsquelle, deren maximal abgebbare elektrische Leistung kleiner sein kann als ein möglicher Leistungsbedarf zumindest eines elektrischen Verbrauchers, dennoch diesen elektrischen Verbraucher in möglichst vielen Betriebssituationen zuverlässig zu betreiben.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrangschaltung beschrieben. Mittels der Vorrangschaltung kann zumindest ein Verbraucherausgang mit zumindest zwei Quelleneingängen gekoppelt werden. An einem Verbraucherausgang kann jeweils zumindest ein elektrischer Verbraucher angeschlossen werden. An einen Quelleneingang kann jeweils eine Leistungsquelle angeschlossen werden. Eine Steuereinrichtung der Vorrangschaltung hält dabei mittels einer Schalteinrichtung der Vorrangschaltung jeweils nur einen der Quelleneingänge zur Zeit mit dem zumindest einen Verbraucherausgang verbunden oder zu diesem zumindest einen Verbraucherausgang durchgeschaltet. Es wird also nur eine Leistungsquelle zur Zeit genutzt, um den zumindest einen Verbraucherausgang mit elektrischer Leistung zu versorgen. Zwischen den Quelleneingängen wird in Abhängigkeit davon umgeschaltet, ob ein vorbestimmtes Umschaltkriterium erfüllt ist. Die Schalteinrichtung kann in aus dem Stand der Technik bekannter Weise ausgestaltet sein.
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Das Verfahren sieht vor, dass ein erster der Quelleneingänge mit einem öffentlichen Stromnetz gekoppelt betrieben wird und ein zweiter der Quelleneingänge mit einer von diesem Stromnetz unabhängigen, also einer netzunabhängigen Leistungsquelle gekoppelt betrieben wird. Am ersten Quellenanschluss ist also das öffentliche Stromnetz und am zweiten Quellenanschluss ist die netzunabhängige Leistungsquelle angeschlossen.
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Im Stand der Technik würde man nun bei einer Netzvorrangschaltung dem öffentlichen Stromnetz den Vorrang geben und nur bei Ausfall des Stromnetzes auf die netzunabhängige Leistungsquelle, beispielsweise ein Notstromaggregat, umschalten. Erfindungsgemäß ist aber dagegen nun vorgesehen, dass beim Durchschalten, also beim Verbinden der Quelleneingänge mit dem zumindest einen Verbraucherausgang, der zweite Quelleneingang den Vorrang vor dem ersten Quelleneingang hat, also die netzunabhängige Leistungsquelle Vorrang vor dem öffentlichen Stromnetz hat. Das Umschaltkriterium besagt nun, dass von dem zweiten Quelleneingang nur weggeschaltet wird, falls über den zumindest einen Verbraucherausgang von zumindest einem angeschlossenen elektrischen Verbraucher eine elektrische Leistung angefordert wird, die größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Hierzu kann die über den zumindest einen Verbraucherausgang bezogene elektrischer Leistung gemessen werden. Zusätzlich oder alternativ dazu können Verbrauchsdaten aus dem zumindest einen Verbraucher empfangen werden, welche eine von dem jeweiligen Verbraucher angeforderte elektrische Leistung beschreiben, sodass die Summe der angeforderten elektrischen Leistung berechnet werde kann.
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Gemäß dem Verfahren wird also die netzunabhängige Leistungsquelle, die am zweiten Quelleneingang angeschlossen ist, solange genutzt oder betrieben, bis die über den zumindest einen Verbraucherausgang abgerufene oder angeforderte elektrische Leistung den Schwellenwert übersteigt. Somit kann also die netzunabhängige Leistungsquelle solange genutzt werden, wie ihre Leistungsabgabe kleiner als der Schwellenwert ist. Damit kann die netzunabhängige Leistungsquelle vor einer Überlastung geschützt werden, indem der Schwellenwert entsprechend der Leistungsfähigkeit der Leistungsquelle eingestellt wird. Zugleich kann eine Unterversorgung des zumindest einen elektrischen Verbrauchers verhindert werden, indem bei Leistungsmangel, wenn also mehr elektrische Leistung angefordert wird, als dem Schwellenwert entspricht, von der netzunabhängigen Leistungsquelle, also dem zweiten Quelleneingang, weggeschaltet wird, und zwar auf einen anderen Quelleneingang, über den mehr elektrische Leistung empfangen werden kann oder an welchem mehr elektrische Leistung bereitsteht.
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Durch die Erfindung wird also eine Vorrangschaltung dazu genutzt, eine netzunabhängige Leistungsquelle zum Betrieb zumindest eines elektrischen Verbrauchers zu nutzen und hierbei eine Überlastung dieser Leistungsquelle zu verhindern. Es kann auch eine Unterversorgung des zumindest einen elektrischen Verbrauchers verhindert werden. Hierzu wird als eine mögliche Rückfallposition oder Rückfallmöglichkeit eine Verbindung zu einem öffentlichen Stromnetz gehalten, das aber nur genutzt wird, falls der Leistungsbedarf des zumindest einen elektrischen Verbrauchers größer ist als die an den übrigen Quelleneingänge oder dem übrigen Quelleneingang jeweils verfügbare elektrische Leistung. Somit lässt sich beispielsweise in einem Haushalt zumindest ein elektrischer Verbraucher mittels einer netzunabhängigen Leistungsquelle betreiben und es kann bei einem zu großen Leistungsbedarf des elektrischen Verbrauchers (gemessen an dem Schwellwert) auf das öffentliche Stromnetz umgeschaltet oder zurückgegriffen werden.
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Eine Frage, die sich beim Umschalten stellt ist, wann denn eine netzunabhängige Leistungsquelle überlastet ist, das heißt welcher Schwellenwert eingestellt werden soll. Eine Ausführungsform sieht hierzu vor, dass der Schwellenwert in Abhängigkeit von einem Quellentyp der netzunabhängigen Leistungsquelle eingestellt wird. Sobald also bekannt ist, was für ein Gerät oder allgemein welcher Quellentyp an den zweiten Quelleneingang angeschlossen ist, kann für diesen Quellentyp oder dieses Gerät ein Schwellenwert eingestellt werden. Ein Quellentyp kann einen Gerätetyp, beispielsweise Notstromaggregat, oder eine Art der Energie, beispielsweise Solarenergie oder Windenergie, aus welcher die elektrische Leistung erzeugt wird, angeben. Der Quellentyp kann beispielsweise über eine Datenverbindung durch die netzunabhängige Leistungsquelle selbst signalisiert werden. Zusätzlich oder alternativ zu einem Quellentyp kann auch ein charakteristischer Kennwert der netzunabhängigen Leistungsquelle genutzt werden, um in dessen Abhängigkeit den Schwellenwert einzustellen. Beispielsweise kann eine Nennleistung oder eine Spitzenleistung als charakteristischer Kennwert zum Einstellen des Schwellenwerts genutzt werden. Der charakteristische Kennwert kann in Form von Kennwertdaten aus der Leistungsquelle empfangen werden. Es kann auch eine Benutzerschnittstelle zum Eingeben eines Quellentyps und/oder eines charakteristischen Kennwerts vorgesehen sein.
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Zusätzlich oder alternativ zum Quellentyp und/oder charakteristischen Kennwert kann gemäß einer Ausführungsform der Schwellenwert dynamisch in Abhängigkeit von einer aktuellen elektrischen Leistungsfähigkeit der netzunabhängigen Leistungsquelle eingestellt werden. Die Leistungsfähigkeit gibt die erzeugbare oder bereitstellbare elektrische Leistung an. Beispielsweise kann die Leistungsquelle selbst ihre aktuelle Leistungsfähigkeit messen oder abschätzen. Sie kann die Leistungsfähigkeit über eine Kommunikationsverbindung der Vorrangschaltung signalisieren. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise bei über der Zeit schwankender oder variabler Energiezufuhr, wie beispielsweise bei einer Photovoltaikanlage und/oder einer Windkraftanlage, der Schwellenwert angepasst werden. Beispielsweise kann eine aktuelle Beleuchtungsintensität und/oder eine aktuelle Windstärke gemessen und daraus die Leistungsfähigkeit abgeschätzt werden.
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Von dem zweiten Quellenanschluss mit der daran angeschlossenen netzunabhängigen Leistungsquelle muss nicht unbedingt direkt auf das öffentliche Stromnetz an dem ersten Quelleneingang umgeschaltet werden. Eine Ausführungsform sieht vor, dass zumindest noch ein weiterer Quellenanschluss mit einer weiteren netzunabhängigen Leistungsquelle gekoppelt betrieben wird und bei erfülltem Umschaltkriterium, wenn also vom zweiten Quellenanschluss weggeschaltet werden muss, zunächst für jeden weiteren Quellenanschluss überprüft wird, ob die (von dem zumindest einen elektrischen Verbraucher) angeforderte elektrische Leistung über den jeweiligen Quellenanschluss verfügbar ist oder bezogen werden kann. In diesem Fall wird auf denjenigen Quellenanschluss umgeschaltet, über welchen die Leistung verfügbar ist, und nur im gegenteiligen Fall, wenn also über keinen weiteren Quellenanschluss die angeforderte elektrische Leistung verfügbar ist, wird auf den ersten Quellenanschluss und damit auf das öffentliche Stromnetz umgeschaltet. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise der zumindest eine elektrische Verbraucher zuverlässig mit mehreren unterschiedlichen netzunabhängigen Leistungsquellen betrieben werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass auf den erstbesten Quellenanschluss umgeschaltet wird, der in der Reihenfolge der Prüfung der Quellenanschlüsse als erster die angeforderte elektrische Leistung bereitstellt. Die Leistungsfähigkeit jeder weiteren netzunabhängigen Leistungsquelle kann durch die jeweilige Leistungsquelle an die Vorrangschaltung signalisiert werden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass unabhängig von einer aktuellen Phasenlange einer Wechselspannung der Quellenanschlüsse innerhalb einer Umschaltzeit von weniger als 100 Millisekunden, bevorzugt weniger als 50 Millisekunden, zwischen zwei der Quelleneingänge umgeschaltet wird. Es kann also im schlimmsten Fall zu einem Phasensprung von 180 Grad beim Umschalten zwischen zwei Quelleneingängen kommen, beispielsweise zu einem Phasensprung von einem Maximum zu einem Minimum. Vorteil dieses von der Phasenlage unabhängigen Umschaltens ist, dass die Leistungsquellen an den Quellenanschlüssen (einschließlich des Stromnetzes) nicht synchronisiert betrieben werden müssen, was die technische Realisierung der Vorrangschaltung vereinfacht.
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Um hierbei den zumindest einen Verbraucher nicht durch eine induzierte Überspannung zu gefährden, wird gemäß einer Ausführungsform in der Vorrangschaltung mittels eines Überspannungsschutzes eine durch das Umschalten verursachte Überspannung auf ein Massepotential oder ein Erdpotential abgeleitet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der zumindest eine elektrische Verbraucher durchgehend betrieben werden kann, wobei selbst bei dem Umschalten zwischen zwei Quelleneingängen die an dem zumindest einen Verbraucherausgang bereitgestellte elektrische Spannung kleiner als eine vorbestimmte Höchstspannung ist, auf welche die Ausgangsspannung an dem zumindest einen Verbraucherausgang durch den Überspannungsschutz begrenzt wird. Ein Überspannungsschutz ist eine elektrische Schaltungsanordnung, welche eine elektrische Spannung auf einen vorbestimmten Höchstwert begrenzt. Wird der Höchstwert überschritten, so wird eine elektrische Verbindung zu dem Massepotential oder Erdpotential hergestellt. Beispielsweise können hierzu Zenerdioden oder Varistoren oder ein gasgefüllter Überspannungsableiter oder eine Komparatorschaltung mit nachgeschaltetem Halbleiterschalter vorgesehen sein. Eine entsprechende elektrische Schaltungsanordnung für einen Überspannungsschutz kann an sich aus dem Stand der Technik übernommen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist für den Überspannungsschutz vorgesehen, dass eine vorbestimmte Fehlfunktion der Überspannungsschutzes detektiert wird. Eine solche Fehlerdetektion kann mit Mitteln aus dem Stand der Technik realisiert werden, beispielsweise durch einen Selbsttest. Bei detektierter Fehlfunktion kann ein Funktionsausfall signalisiert werden. Das Besondere bei der Vorrangschaltung ist hierbei aber nun, dass eine Umschaltsperre aktiviert wird, durch welche ein Umschalten der Schalteinrichtung blockiert wird. Bei erkannter Fehlfunktion des Überspannungsschutzes wird also verhindert oder blockiert, dass die Schalteinrichtung zwischen zwei Quelleneingängen umschaltet. Hierdurch ist dann auch vermieden, dass eine Überspannung (größer als ein vorbestimmter Höchstwert) an dem zumindest einen Verbraucherausgang erzeugt wird oder entsteht.
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Als die besagte jeweilige netzunabhängige Leistungsquelle für den zweiten Quelleneingang und gegebenenfalls den zumindest einen weiteren Quelleneingang wird jeweils bevorzugt eine jeweilige regenerative Leistungsquelle (zum Beispiel jeweils eine Photovoltaikanlage oder Windkraftanlage oder Biogasanlage) und/oder ein Notstromaggregat und/oder ein Elektrofahrzeug (dessen Traktionsbatterie hierfür entladen wird) und/oder ein Blockheizkraftwerk betrieben. Das Notstromaggregat kann beispielsweise dazu genutzt werden, einen Biokraftstoff, wie beispielsweise Ethanol, zur Energieerzeugung zu nutzten.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, ist durch die Erfindung auch eine Vorrangschaltung bereitgestellt. Die Vorrangschaltung weist eine Schalteinrichtung auf, über welche zumindest zwei Quellenanschlüsse zum jeweiligen Anschließen einer elektrischen Leistungsquelle für elektrische Leistung mit zumindest einem Verbraucherausgang zum jeweiligen Anschließen zumindest einen elektrischen Verbrauchers gekoppelt sind. Die Schalteinrichtung kann auf der Grundlage zumindest eines Schützes gebildet sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrangschaltung weist eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Steuereinrichtung kann hierzu eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die beispielsweise auf der Grundlage zumindest einen Mikrocontrollers und/oder zumindest eines Mikroprozessors realisiert sein kann. Die Steuereinrichtung kann auch auf der Grundlage einer Logikschaltung beispielsweise mittels diskreter Bauelemente und/oder eines FPGA (field programmable gate array) und/oder mittels eines ASIC (application specific integrated circuit) realisiert sein. Die Verfahrensschritte können im Falle der Prozessoreinrichtung auf der Grundlage eines Programmcodes für die Prozessoreinrichtung realisiert sein. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
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Bevorzugt ist in die erfindungsgemäße Vorrangschaltung ein Überspannungsschutz integriert, der dazu eingerichtet ist, eine durch ein Umschalten der Schalteinrichtung verursachte Überspannung auf ein Massepotential oder Erdpotential abzuleiten. Eine vorbestimmte Überspannung ist eine elektrische Spannung, deren Spannungswert größer als ein vorbestimmter Höchstwert ist.
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Das Integrieren eines Überspannungsschutzes in eine Vorrangschaltung stellt einen unabhängigen Aspekt der Erfindung dar. Mit anderen Worten sieht die Erfindung auch eine Vorrangschaltung vor, die eine Schalteinrichtung aufweist, über welche zumindest zwei Quellenanschlüsse zum jeweiligen Anschließen einer Leistungsquelle für elektrische Leistung mit zumindest einem Verbraucherausgang zum jeweiligen Anschließen zumindest eines elektrischen Verbrauchers gekoppelt sind. Die Schalteinrichtung ist dabei dazu eingerichtet, jeweils nur einen der Quellenanschlüsse zur Zeit mit dem zumindest einen Verbraucherausgang elektrisch verbunden zu halten. Jeder übrige Quellenanschluss ist bevorzugt galvanisch von dem zumindest einen Verbraucherausgang dabei oder währenddessen entkoppelt. In die Vorrangschaltung ist ein Überspannungsschutz integriert, welcher dazu eingerichtet ist, eine durch ein Umschalten der Schalteinrichtung verursachte vorbestimmte Überspannung auf ein Massepotential oder ein Erdpotential abzuleiten. Mit anderen Worten ist durch den Überspannungsschutz eine an den zumindest einen Verbraucherausgang bereitgestellte elektrische Spannung auf einen vorbestimmten Höchstwert begrenzt. Insbesondere ist gemäß dem unabhängigen Aspekt vorgesehen, dass eine vorbestimmte Fehlfunktion des Überspannungsschutzes detektiert wird und bei detektierter Fehlfunktion ein Funktionsausfall signalisiert und/oder eine Umschaltsperre, durch welche ein Umschalten der Schalteinrichtung blockiert wird, aktiviert wird.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrangschaltung im Betrieb;
- 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrangschaltung mit einem Überspannungsschutz.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Vorrangschaltung 10, die beispielsweise in einem Haushalt oder allgemein einem Gebäude installiert sein kann. In 1 sind des Weiteren zumindest ein elektrischer Verbraucher 11, ein öffentliches Stromnetz 12, ein elektrischer Stromzähler 13 und eine netzunabhängige elektrische Leistungsquelle 14 dargestellt. Auslassungspunkte 15 symbolisieren, dass mehr als die eine dargestellte netzunabhängige Leistungsquelle 14 bereitgestellt sein können.
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Der zumindest eine elektrische Verbraucher 11 kann beispielsweise Bestandteil eines Haushaltsnetzes sein. Der zumindest eine elektrische Verbraucher 11 kann an einen Verbraucherausgang 16 der Vorrangschaltung 10 angeschlossen sein. Das Stromnetz 13 kann an einen ersten Quellenanschluss 17 und die netzunabhängige Leistungsquelle 14 an einem zweiten Quellenschluss 18 und jede weitere Leistungsquelle kann an einem jeweils weiteren Quellenanschluss 19 angeschlossen sein. Aus der Leistungsquelle 14 kann eine elektrische Leistung 20 empfangen werden. Aus dem Stromnetz 12 kann eine elektrische Leistung 21 empfangen werden, die mittels des Stromzählers 13 gemessen oder erfasst werden kann. Über den Verbraucherausgang 16 kann eine angeforderte elektrische Leistung 22 an den zumindest einen elektrischen Verbraucher 11 ausgegeben werden. Die Leistung 22 entspricht dabei jeweils der über einen der Quelleneingänge 17, 18, 19 empfangenen Leistung 20, 21.
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Dabei ist aber jeweils zur Zeit nur ein Quelleneingang 17, 18, 19 mit dem Verbraucherausgang 16 elektrisch verbunden. Dies wird durch eine Schalteinrichtung 23 sichergestellt, die in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein kann, beispielsweise auf der Grundlage eines Schützes. Die Schalteinrichtung 23 kann durch einen Steuereinrichtung 24 der Vorrangschaltung 10 gesteuert sein. Die Steuereinrichtung 24 kann dabei vorsehen, dass der zweite Quelleneingang 18 vorrangig mit dem Verbraucherausgang 16 elektrisch mittels der Schalteinrichtung 23 verschaltet oder verbunden ist, solange die abgerufene elektrische Leistung 22 kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert 25 ist. Wie viel elektrische Leistung 22 abgerufen wird, kann die Steuereinrichtung 24 anhand von Leistungsdaten 26 ermitteln, die beispielsweise am Verbraucherausgang 16 mit an sich bekannten Messmitteln gemessen werden können. Alternativ dazu oder zusätzlich können die Verbrauchsdaten 26 über eine Kommunikationsverbindung 27 an einem Dateneingang 28 aus dem zumindest einen elektrischen Verbraucher 11 empfangen werden.
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Ist die angeforderte elektrische Leistung 22 größer als der Schwellenwert 25, so kann durch die Steuereinrichtung 24 die Schalteinrichtung 23 umgeschaltet werden, sodass diese beispielsweise auf den Quelleneingang 17 des öffentlichen Stromnetzes 12 umschaltet. Hierdurch kann dann gewährleistet werden, dass der zumindest eine elektrische Verbraucher 11 die angeforderte elektrische Leistung 22 auch tatsächlich erhält. Wie groß der Schwellenwert 25 einzustellen ist, kann von der Leistungsquelle 14 abhängen. Entsprechend können beispielsweise entsprechende Kennwertdaten 29 aus der netzunabhängigen Leistungsquelle 14 empfangen werden. Anhand der Kennwertdaten 29 kann die Steuereinrichtung 24 die Leistungsfähigkeit der Leistungsquelle 14 ermitteln und den Schwellenwert 25 entsprechend in Abhängigkeit von den Kennwertdaten 29 einstellen. Die Kennwertdaten 29 repräsentieren somit eine Angabe der Leistungsfähigkeit der netzunabhängigen Leistungsquelle 14.
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Als netzunabhängige Leistungsquelle 14 kann eine so genannte Grid-Tied-Energiequelle vorgesehen sein, beispielsweise eine Photovoltaik-Inselstromanlage, eine SUV-Quelle, ein Notstromgenerator, ein Elektrofahrzeug mit einem Ausgangsanschluss, der eine elektrische Wechselspannung gemäß dem Stromnetz 12 bereitstellen kann (beispielsweise 230 VAC). Die Leistungsfähigkeit 29 der Leistungsquelle 14 kann in einem Bereich von 500 Watt bis 4 Kilowatt liegen. Eine solche netzunabhängige Leistungsquelle 14 dient nach dem Stand der Technik üblicherweise als Notstromversorgung. Mittels der Vorrangschaltung 10 kann nun eine solche Leistungsquelle 14 stattdessen als Hauptquelle oder Masterquelle genutzt werden, die von der Vorrangschaltung 10 zu bevorzugen ist, sobald die benötigte oder angeforderte Verbraucherleistung 22 dies zulässt und die Leistungsquelle 14 in der Lage ist, die benötigte angeforderte Leistung 22 als Leistung 20 zu liefern. Beispielsweise beträgt die benötigte Leistung 22 in einem Verbraucherhaushalt zum Großteil der Zeit nur einen Wert im Bereich von 300 Watt bis 2000 Watt. In dieser Zeit kann die Vorrangschaltung 10 diese elektrische Leistung 22 bevorzugt als Leistung 20 über die Leistungsquelle 14 beziehen.
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Steigt die angeforderte elektrische Leistung 22 des zumindest einen elektrischen Verbrauchers 10 an (beispielsweise durch gleichzeitiges Anschalten mehrerer elektrischer Verbraucher, wie zum Beispiel einer Waschmaschine und/oder eines Herds und/oder eines Trockners), so kann die Vorrangschaltung 10 ohne Unterbrechung des Betriebs des zumindest einen elektrischen Verbrauchers 11 zurück auf das öffentliche Stromnetz 12 schalten. Dies kann mit einer Umschaltzeit von weniger als 100 Millisekunden erfolgen. Sinkt die angeforderte elektrische Leistung 22 des zumindest einen elektrischen Verbrauchers 11 wieder unter den Schwellenwert 25, so kann wieder zu der Leistungsquelle 14 zurückgeschaltet werden, also mittels der Schalteinrichtung 23 wieder zurück auf den Quellenanschluss 18 der Leistungsquelle 14 geschaltet werden.
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Somit ist ein ressourcenoptimiertes Einbinden aller beispielsweise in einem Haushalt verfügbaren netzunabhängigen Leistungsquellen oder Grid-Tied-Energiequellen ermöglicht. In Abhängigkeit von der Lastschwelle, das heißt des Schwellenwerts 25, kann auch eine verhältnismäßig schwache Leistungsquelle problemlos eingebunden werden und bei entsprechend geringer angeforderter elektrischer Leistung 22 genutzt werden. Es ergibt sich eine Kostenoptimierung zum Beispiel in einem Verbraucherhaushalt durch konsequentes Einbinden aller verfügbaren elektrischen Energiequellen oder Leistungsquellen. Um das besagte schnelle Umschalten innerhalb von weniger als 100 Millisekunden, bevorzugt weniger als 50 Millisekunden, durchführen zu können, wird bevorzugt auch ein Schutz des zumindest einen elektrischen Verbrauchers vor einer vorbestimmten Überspannung bereitgestellt.
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2 veranschaulicht hierzu eine Ausführungsform der Vorrangschaltung 10 mit integriertem Überspannungsschutz 30. Der Überspannungsschutz 30 kann in an sich aus dem Stand der Technik bekannter Weise ausgestaltet sein. Mittels des Überspannungsschutzes kann die am Verbraucherausgang bereitgestellte elektrische Spannung auf einen vorbestimmten Höchstwert 31 begrenzt werden, indem eine Überspannung auf ein Erdpotential oder Massepotential 32 abgeleitet wird. Mittels einer Fehlfunktionsdetektion 33 kann eine Funktionstüchtigkeit des Überspannungsschutzes überprüft werden. Es kann bei Erkennen einer Fehlfunktion ein Blockiersignal für die Schalteinrichtung 23 erzeugt werden, sodass bei erkannter oder detektierter Fehlfunktion des Überspannungsschutzes 30 ein Umschalten der Schalteinrichtung blockiert oder verhindert ist.
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Die Vorrangschaltung 10 kann somit einen integrierten, leistungsmäßig an die maximale Schaltleistung der Schalteinrichtung angepassten Überspannungsschutz 30 mit einer Ausfallanzeige aufweisen. Kommt es technisch bedingt zu sehr häufigen Umschaltszenarien, kann der Überspannungsschutz nämlich zusätzlich einem Verschleiß unterliegen. In diesem Fall kann nun die Funktionstüchtigkeit des Überspannungsschutzes 30 angezeigt werden. Bei Ausfall des Überspannungsschutzes 30 wird zudem die Netzumschaltung durch die Vorrangschaltung 10 selbst blockiert oder verhindert.
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Mittels des integrierten Überspannungsschutzes 30 ist ein auf den zumindest einen Verbraucher 11 abstimmbarer Schutz vor Spannungsspitzen bereitgestellt, wie sie durch geschaltete Induktivitäten verursacht werden können. Die Funktionsanzeige des Überspannungsschutzes mit der zusätzlichen Umschaltsperre bei einem Ausfall kann den zumindest einen Verbraucher 11 auch im Fall einer Fehlfunktion des Überspannungsschutzes 30 noch schützen. Zudem wird durch das Anzeigen der Fehlfunktion ein Benutzer darüber informiert, dass er den Überspannungsschutz 30 auswechseln soll. Erfindungsgemäß ist der Überspannungsschutz hierzu bevorzugt als Modul in die Vorrangschaltung 10 integriert, sodass der Überspannungsschutz 30 Unabhängig von übrigen oder weiteren Komponenten der Vorrangschaltung 10 austauschbar oder ersetzbar ist.
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Somit weist die Vorrangschaltung zwei Aspekte auf, zum einen soll eine alternative Energiequelle oder netzunabhängige Leistungsquelle stets sofort als Master oder vorrangige Leistungsquelle mit dem zumindest einen Verbraucher verbunden werden, sobald deren angemeldete verfügbare Leistung zum Decken des Leistungsbedarfs des zumindest einen elektrischen Verbrauchers ausreicht. Das reguläre Stromnetz oder öffentliche Stromnetz kann als Backup oder Slave oder Rückfalllösung genutzt werden. Energieprognosen spielen dabei keine Rolle, da die Umschaltzeit entsprechend kurz ist, um auf jede Änderung der verfügbaren und/oder elektrischen Leistung zu reagieren.
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Der zweite Aspekt betrifft das Integrieren eines Überspannungsschutzes in die Vorrangschaltung zusammen mit einer Umschaltsperre oder Blockade des Umschaltens.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung leistungsschwache Grid-Tied-Leistungsquellen ins Hausstromnetz mittels lastabhängiger Netzvorrangschaltung und eine Netzvorrangschaltung mit integriertem Überspannungsschutz und Umschaltsperre bereitgestellt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2654145 C2 [0003]
- DE 102011051074 A1 [0007]
- DE 19951216 B4 [0008]
