DE102019112270A1 - Arrangement and method for energy consumption control - Google Patents

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Abstract

Vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Regelung der Energieflüsse zwischen einem Gebäude oder mehreren benachbarten Gebäuden zugeordneter Energieknoten in Form von Energiequellen (EQ), Energieverbrauchern (EV) und Energiespeichern (ES), wobei jeder Energieknoten mindestens einer Energieart zugeordnet ist, umfassend eine Regeleinheit (10) mit Datenverarbeitungsmitteln und einer auf diesen ausgeführten Regelungssoftware (11), Leistungserfassungsmittel zur Erfassung einer aktuell durch die Energiequelle/n (EQ) einer Energieart erzeugten Leistung, Verbrauchserfassungsmittel zum Erfassen einer aktuell verbrauchten Leistung aller Verbraucher (EV) einer Energieart, Speicherzustandsbestimmungsmittel zum Bestimmen eines Füllgrades des/r Energiespeicher/s (ES) einer Energieart und Aktoren, mittels derer die Regeleinheit (10) über die Regelungssoftware (11) anhand der aktuell erzeugten und verbrauchten Leistung und der gespeicherten Energie nach einer vorgegebenen Strategie die Energieflüsse jeder Energieart von einer oder mehreren der Energiequellen (EQ) zu einem oder mehreren der Energiespeicher (ES) und/oder einem oder mehreren der Energieverbraucher (EV), und/oder von einem oder mehreren der Energiespeicher (ES) zu einem oder mehreren der Energieverbraucher (EV) regelt, wobei jeweils mindestens eine Energiequelle zweier unterschiedlicher Energiearten vorhanden sind, und wobei mindestens eine regenerative Energiequelle vorhanden und mindestens einer der Energieknoten zwei Energiearten zugeordnet ist und die Regeleinheit (10) mittels der Regelungssoftware (11) dazu vorbereitet ist, zur Optimierung des Eigenenergieverbrauchs eine Umwandlung einer Energieart in eine andere vorzunehmen, und/oder mindestens jeweils eine regenerative Energiequelle zweier unterschiedlicher Energiearten vorhanden sind.The present invention relates to an arrangement and a method for regulating the energy flows between a building or several neighboring buildings assigned energy nodes in the form of energy sources (EQ), energy consumers (EV) and energy stores (ES), each energy node being assigned to at least one type of energy, including one Control unit (10) with data processing means and control software (11) executed thereon, power recording means for recording the power currently being generated by the energy source (s) (EQ) of an energy type, consumption recording means for recording a currently consumed power of all consumers (EV) of an energy type, storage state determination means to determine a degree of filling of the energy store (s) (ES) of an energy type and actuators, by means of which the control unit (10) via the control software (11) based on the currently generated and consumed power and the stored energy according to a specified Str ategie the energy flows of each type of energy from one or more of the energy sources (EQ) to one or more of the energy stores (ES) and / or one or more of the energy consumers (EV), and / or from one or more of the energy stores (ES) to one or more regulates several of the energy consumers (EV), with at least one energy source of two different types of energy being available, and with at least one regenerative energy source being available and at least one of the energy nodes being assigned to two types of energy and the control unit (10) being prepared for this by means of the control software (11) to convert one type of energy into another in order to optimize one's own energy consumption, and / or at least one regenerative energy source of two different types of energy is available.

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

Vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Steuerung der Energieflüsse zwischen einem Gebäude oder mehreren benachbarten Gebäuden zugeordneter Energieknoten in Form von Energiequellen (EQ), Energieverbrauchern (EV) und Energiespeichern (ES).The present invention relates to an arrangement and a method for controlling the energy flows between a building or several neighboring buildings of associated energy nodes in the form of energy sources ( EQ ), Energy consumers ( EV ) and energy storage ( IT ).

Hintergrund und Stand der TechnikBackground and prior art

Der Ausbau regenerativer Energien, der als ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz in vielen Ländern weltweit vorangetrieben, jedoch in Deutschland besonders forciert wird, macht aufgrund der damit einhergehenden Volatilität und Saisonalität des Energieeintrags eine effiziente Speicherung von Energie, insbesondere elektrischer Energie, unabdingbar. Volatilität soll hier Schwankungen auf Zeitskalen von Stunden bis Tagen, Saisonalität hingegen auf Zeitskalen von einem bis mehreren Monaten bezeichnen.The expansion of renewable energies, which is being promoted as an important contribution to climate protection in many countries around the world, but is being particularly promoted in Germany, makes efficient storage of energy, especially electrical energy, indispensable due to the associated volatility and seasonality of energy input. Here, volatility is intended to refer to fluctuations on a time scale from hours to days, while seasonality refers to fluctuations on a time scale of one to several months.

Der Ausbau großtechnischer Stromspeicher ist jedoch mit großen technischen und politischen Schwierigkeiten verbunden: dem Ausbau von Pumpspeicherkraftwerken, der effizientesten großtechnische Speicherart mit einer Effizienz von 75-80%, sind geologisch Grenzen gesetzt. Die in Deutschland derzeit vorhandene Speicherkapazität von lediglich 38 GWh ließe sich im äußersten Fall, wenn alle geologisch geeigneten Stätten genutzt würden maximal auf ca. 300 GWh steigern und läge damit noch weit unter dem Speicherbedarf von, bei vollständig regenerativer Stromproduktion, einigen zehn Terawattstunden, welcher zum Ausgleich insbesondere der saisonalen Schwankungen nötig wäre. Zudem wäre selbst ein solcher Ausbau politisch gegen die zu erwartenden Widerstände von Anwohnern und Umweltschützern wohl nicht umsetzbar. The expansion of large-scale electricity storage is associated with major technical and political difficulties: the expansion of pumped storage power plants, the most efficient large-scale storage type with an efficiency of 75-80%, are geologically limited. The storage capacity currently available in Germany of only 38 GWh could, in the extreme case, if all geologically suitable sites were used, increase to a maximum of approx. 300 GWh and would therefore be far below the storage requirement of, with completely regenerative electricity production, a few tens of terawatt hours, which is in particular to compensate for seasonal fluctuations. In addition, even such an expansion would probably not be politically feasible against the expected resistance from residents and environmentalists.

Batteriespeicher sind zwar zum Ausgleich kurzzeitiger Schwankungen ähnlich effizient wie Pumpspeicherkraftwerke, der Ausgleich saisonaler Schwankungen, der eine Stromspeicherung über Zeiträume von einigen Monaten nötig macht, ist jedoch je nach aufgrund der Selbstentladung mit Effizienzverlusten verbunden. Das größte Problem bei der Realisierung großtechnischer Batteriespeicher ist jedoch wirtschaftlicher Natur, denn die Kosten pro Kilowattstunde Speichervolumen sind selbst bei den in Zukunft zu erwartenden durch Skaleneffekte reduzierten Kosten um ca. eine Größenordnung höher als bei Pumpspeichern.Battery storage systems are just as efficient as pumped storage power plants for compensating for short-term fluctuations, but compensating for seasonal fluctuations, which makes it necessary to store electricity over a period of several months, is associated with efficiency losses due to self-discharge. The biggest problem in the implementation of large-scale battery storage systems, however, is of an economic nature, because the costs per kilowatt hour of storage volume are approximately one order of magnitude higher than with pumped storage systems, even with the costs that are expected in the future due to economies of scale.

Chemische Speicher, insbesondere Methanspeicher, bei denen zunächst Strom zur elektrolytischen Erzeugung Wasserstoff verwendet und dieser dann entweder in chemischen oder Bioreaktoren mit CO2 zu Methan reagiert wird, haben keine Speichervolumenprobleme, sind jedoch mit einer Gesamteffizienz von ca. 25% energetisch sehr ineffizient.Chemical storage systems, especially methane storage systems, in which electricity is initially used for electrolytic generation and which is then reacted with CO2 to form methane either in chemical or bioreactors, have no storage volume problems, but are energetically very inefficient with an overall efficiency of approx. 25%.

Eine weitere häufig propagierte Idee, die Batterien von Elektroautos als Pufferspeicher zu nutzen, kann sicher einen Beitrag zum Ausgleich der tagesabhängigen Spitzenlasten liefern, der Ausgleich der saisonalen Schwankungen ist hierdurch jedoch nicht praktikabel, da es darauf hinausliefe, dass die zukünftige E-Autoflotte im Frühjahr, wenn das kombinierte Angebot an Sonnen- und Windstrom am höchsten ist, vollgetankt/-geladen werden müsste, und dann im Wesentlichen bis zum üblichen saisonalen Minimum des Angebots im November/Dezember nicht oder kaum bewegt werden dürften. Darüber hinaus ist die nötige Flottengröße auch unrealistisch: ein Speichervolumen von 10 TWh entspricht 100 Millionen Elektroautos mit jeweils 100kWh Batteriekapazität. Dies kontrastiert stark mit der derzeitigen Zahl aller KFZ in Deutschland von ca. 45 Mio., welche in Zukunft angesichts der demografischen Entwicklung tendenziell eher stagnieren oder gar sinken wird.Another often propagated idea of using the batteries of electric cars as buffer storage can certainly make a contribution to balancing the daily peak loads, but balancing the seasonal fluctuations is not practicable because it would mean that the future electric car fleet would be in spring , when the combined supply of solar and wind power is at its highest, would have to be fully refueled / charged, and then should not or hardly be moved until the usual seasonal minimum of the supply in November / December. In addition, the necessary fleet size is also unrealistic: a storage volume of 10 TWh corresponds to 100 million electric cars, each with 100 kWh battery capacity. This contrasts sharply with the current number of all motor vehicles in Germany of approx. 45 million, which in view of the demographic development will tend to stagnate or even decrease in the future.

Aus diesen Gründen werden zum einen zusätzliche Speicher benötigt und zum anderen muss versucht werden, den Strombedarf, der aus dem Netz angefordert wird, möglichst zu reduzieren. Energetisch optimierten und teilweise oder vollständig selbstversorgerisch arbeitenden Gebäuden kommt hierbei eine wichtige Rolle zu, sind Wohngebäude in Deutschland doch für ca. 25% sowohl des gesamten Primär- als auch des Stromverbrauchs verantwortlich.For these reasons, on the one hand, additional storage is required and, on the other hand, attempts must be made to reduce the electricity demand that is requested from the network as much as possible. Buildings that are energetically optimized and partially or completely self-sufficient play an important role here, as residential buildings in Germany are responsible for around 25% of both the total primary and electricity consumption.

Ein wichtiger Aspekt hierbei ist die Maximierung des Eigenverbrauchs von durch regenerative Energiequellen/-generatoren des Gebäudes erzeugter Energie. Photovoltaikanlagen sind die wohl häufigsten in Gebäuden verbauten elektrischen Energiequellen. Darüber hinaus verfügen einige Gebäuden jedoch auch über eigene Wind- oder Wasserturbinen um Strom zum Eigenbedarf oder zur Netzeinspeisung zu erzeugen. An regenerativen thermischen Energiequellen sind Solarthermieanlagen recht weit verbreitet, doch auch eine Kombination aus Photovoltaik und Wärmepumpe ist effektiv eine regenerative Wärmequelle. Darüber hinaus sind auch wasserführende Holzöfen verbreitet, welche die bei der Verbrennung erzeugte Wärme nicht nur in den Raum abgeben, in dem sie aufgestellt sind, sondern einen Teil der Wärme über einen Heizkreislauf in einen Warmwasserspeicher überführen und zwischenspeichern können und so zur Warmwasseraufbereitung und/oder Heizung anderer Räume beitragen.An important aspect here is maximizing the self-consumption of energy generated by the building's regenerative energy sources / generators. Photovoltaic systems are probably the most common electrical energy sources installed in buildings. In addition, some buildings also have their own wind or water turbines to generate electricity for their own use or to feed into the grid. Solar thermal systems are quite widespread in terms of regenerative thermal energy sources, but a combination of photovoltaics and heat pumps is also effectively a regenerative heat source. In addition, water-bearing wood stoves are also widespread, which not only release the heat generated during combustion into the room in which they are installed, but also transfer part of the heat via a heating circuit to a hot water tank and store it temporarily and thus for hot water preparation and / or Contribute to heating other rooms.

Die heutige Gebäudetechnik kennt in Form von Blockheizkraftwerken und Brennstoffzellenheizungen auch nicht(notwendig)-regenerative, aber kombinierte Quellen von elektrischer und thermischer Energie, welcher zu einer Effizienzsteigerung in der Primärenergienutzung beitragen können. Der Nachteil dieser Anlagen ist das mehr oder minder feste Verhältnis zwischen produzierter elektrischer und thermischer Energie: pro kWh elektrischer Energie werden je nach Anlage notwendig ca. 1-4 kWh thermisch Energie erzeugt. Daher resultiert auch bei diesen Anlagen eine Saisonalität, denn im Sommer, wenn kein Heizbedarf besteht, kann eine solche Kombinationsanlage auch nicht oder nicht effizient zur Deckung des gebäudeeigenen Strombedarfs eingesetzt werden.Today's building technology knows in the form of combined heat and power plants and fuel cell heating systems that are not (necessary) regenerative, but combined sources of electrical and thermal Energy, which can contribute to an increase in efficiency in the use of primary energy. The disadvantage of these systems is the more or less fixed ratio between the electrical and thermal energy produced: depending on the system, approx. 1-4 kWh of thermal energy are generated per kWh of electrical energy. This also results in a seasonality with these systems, because in summer, when there is no heating requirement, such a combination system cannot be used or cannot be used efficiently to cover the building's own electricity needs.

Wasserspeicher als thermische Energiespeicher sind bei Zentralheizungen schon lange etabliert, um ein ineffizientes und belastendes häufiges An- und Ausschalten des Heizbrenners zu vermeiden.Water storage tanks as thermal energy stores have long been established in central heating systems in order to avoid inefficient and stressful frequent switching on and off of the heating burner.

Mit dem Aufkommen von elektrischen Energiequellen in der Gebäudetechnik ist auch ein Bedarf nach Speichern für elektrische Energie, landläufig als Stromspeicher bezeichnet, entstanden. Hierfür werden häufig wiederaufladbare Batterien eingesetzt, da diese vergleichsweise platzsparend und mit wenig Schaltungsaufwand in das Hausnetz integrierbar sind.With the advent of electrical energy sources in building technology, there has also been a need for storage devices for electrical energy, commonly known as electricity storage. For this purpose, rechargeable batteries are often used, since they are comparatively space-saving and can be integrated into the house network with little circuit effort.

Chemische Energiespeicher in Form von Elektrolyseuren mit gekoppeltem Speichertank für Wasserstoff oder Methan sind ebenfalls bekannt. Sie dienen üblicherweise als Stromspeicher, wobei die chemische Energie dann durch eine Brennstoffzelle wieder in elektrische umgewandelt wird. Eine Nutzung als thermischer Speicher, bei dem die gespeicherte chemische Energie durch Verbrennung genutzt wird ist denkbar und als Notfallmaßnahme bei Unterbrechung der Gasversorgung interessant, aber aufgrund der technischen und wirtschaftlichen Ineffizienz im regulären Betrieb nicht zu empfehlen.Chemical energy storage in the form of electrolysers with a coupled storage tank for hydrogen or methane are also known. They usually serve to store electricity, with the chemical energy then being converted back into electrical energy by a fuel cell. Use as thermal storage, in which the stored chemical energy is used through combustion, is conceivable and interesting as an emergency measure in the event of an interruption in the gas supply, but not recommended due to the technical and economic inefficiency in regular operation.

Um diese diversen Energiequellen mit ihrem unterschiedlichen Leistungsparametern und schlecht oder nicht vorhersagbaren zeitlichen Schwankungen in die Energieinfrastruktur eines Gebäudes einzubinden, müssen die Energieflüsse der einzelnen Energiearten, elektrisch, thermisch oder chemisch, zwischen den Energieknoten der Gebäudeinfrastruktur, also von den einzelnen Quellen zu den Verbrauchern und/oder, falls vorhanden, den Energiespeichern, des Gebäudes gesteuert oder geregelt werden.
In den meisten Gebäuden geschieht dies heute durch eine Vielzahl dezentraler, separater Systeme, die jeweils nur eine einzige Quelle bzw. den Energiefluss zwischen nur zwei Knoten überwachen. Es sind jedoch auch integrierte Systeme zur Energieflusssteuerung bekannt.
In order to integrate these various energy sources with their different performance parameters and poor or unpredictable temporal fluctuations into the energy infrastructure of a building, the energy flows of the individual types of energy, electrical, thermal or chemical, must be between the energy nodes of the building infrastructure, i.e. from the individual sources to the consumers and / or, if available, the energy storage systems of the building are controlled or regulated.
In most buildings today, this is done using a large number of decentralized, separate systems that only monitor a single source or the flow of energy between only two nodes. However, integrated systems for power flow control are also known.

So beschreibt die Offenlegungsschrift DE 10 2014 001 535 A1 ein Energiemanagementsystem umfassend eine Datenverarbeitungseinrichtung, einen internen Energiespeicher, und mehrere Anschlüsse: einen an das (Strom)Netz, einen für eine regenerative elektrische Energiequelle und mindestens einen dritten für einen elektrischen Verbraucher, sowie eine Mess- und eine Steuervorrichtung, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung von der Steuervorrichtung in Abhängigkeit einer vorgegebenen Regelstrategie, den erfassten Messwerten und eingestellter Betriebsarten und Parameter wie Strompreisniveau oder Einspeisetarife eine Optimierung der Verteilung von elektrischer Energie hinsichtlich Zielvorgabe des Nutzers vornimmt. Eine Einbindung thermischer Quellen ist oder eine Kopplung der elektrischen und der thermischen Gebäudeinfrastruktur durch Knoten mit Doppelfunktion, wie etwa Blockheizkraftwerke, Brennstoffzellenheizungen, Wärmepumpen oder elektrische Heizstäbe, ist dort nicht vorgesehen.This is how the publication describes DE 10 2014 001 535 A1 an energy management system comprising a data processing device, an internal energy store, and several connections: one to the (electricity) network, one for a regenerative electrical energy source and at least one third for an electrical consumer, as well as a measuring and a control device, the data processing device being controlled by the Control device performs an optimization of the distribution of electrical energy with regard to the target set by the user as a function of a predetermined control strategy, the recorded measured values and set operating modes and parameters such as electricity price level or feed-in tariffs. There is no provision for integrating thermal sources or coupling the electrical and thermal building infrastructure through nodes with a dual function, such as block-type thermal power stations, fuel cell heating systems, heat pumps or electrical heating elements.

In der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2011 005 048 U1 wird eine elektrische Energieverteilungsvorrichtung für ein Gebäude mit einer gebäudeeigenen Stromquelle umfassend eine Regelungsvorrichtung, eine Wirkleistungsmessvorrichtung angeordnet zwischen dem Hausnetz und dem öffentlichen Netz, wobei die Messergebnisse an die Regelungsvorrichtung übermittelt werden und eine Verbraucheransteuerung zum Versorgen eines Verbrauchers des Hausnetzes, wobei die Regelungsvorrichtung über die Verbraucheransteuerung den Verbraucher abhängig von der gemessenen Wirkleistung ansteuert, um diesen insbesondere dann zu aktivieren, wenn gerade Strom vom Hausnetz in das öffentliche Netz eingespeist wird. Hierdurch wird der Eigenstromverbrauch erhöht, was vielleicht nicht immer nach Kosten-, jedoch in jedem Fall nach Umweltgesichtspunkten vorteilhaft ist. Eine Kopplung zwischen der thermischen und elektrischen Infrastruktur ist jedoch auch hier nicht offenbart.In the utility model DE 20 2011 005 048 U1 is an electrical energy distribution device for a building with a building's own power source comprising a control device, an active power measuring device arranged between the house network and the public network, the measurement results being transmitted to the control device and a consumer control for supplying a consumer of the house network, the control device via the consumer control controls the consumer depending on the measured active power in order to activate it in particular when electricity is being fed into the public network from the house network. This increases self-consumption, which may not always be advantageous in terms of costs, but in any case is advantageous from an environmental point of view. A coupling between the thermal and electrical infrastructure is not disclosed here either.

In der europäischen Patentschrift EP 2 830 184 B1 wird eine Energieverwaltungsvorrichtung für ein Gebäude mit einer lokalen elektrischen Energiequelle offenbart, die eine Energieerzeugungsschätzungseinheit, eine Speichereinheit, eine Extraktionseinheit, eine Berechnungseinheit, einen Simulator und eine Zeitplan-Erstellungseinheit umfasst. Mit diesen soll eine zu erwartende erzeugte Energiemenge und ein wahrscheinlich zu erwartender zukünftiger zeitlicher Verlauf der Last abhängig von dem bisher beobachteten geschätzt, die zu erwartenden Kosten simuliert und die Energiequelle gemäß einem kostenoptimierten Betriebszeitplan betrieben werden. Energiespeicher in Form einer wiederaufladbaren Batterie und einer Brennstoffzelle sind ebenfalls eingebunden.
Eine Steuerung oder Regelung des thermischen Energiehaushalts ist hier ebenfalls nicht vorgesehen.
In the European patent specification EP 2 830 184 B1 discloses a power management apparatus for a building with a local electrical power source, comprising a power generation estimation unit, a storage unit, an extraction unit, a calculation unit, a simulator and a schedule creation unit. These should be used to estimate an expected amount of energy generated and a likely to be expected future temporal course of the load depending on the previously observed estimate, simulate the expected costs and operate the energy source according to a cost-optimized operating schedule. Energy storage in the form of a rechargeable battery and a fuel cell are also integrated.
Control or regulation of the thermal energy balance is also not provided here.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2010 017 264 A1 schlägt ein System zur Steuerung des Energiehaushalts eines Gebäudes mit mindestens einem lokalen Stromerzeuger und mehreren lokalen Stromverbrauchern vor, die je eine Messeinrichtung zur Bestimmung der aktuellen Leistungsabgabe des Stromerzeugers bzw. Leistungsaufnahme der Verbraucher umfasst. Ein Steuergerät steuert abhängig von den Messwerten die Verbraucher an und aktiviert insbesondere zusätzliche Verbraucher, wenn ein Überschuss an elektrischer Leistung vorhanden ist. Zusätzlich wird in einigen Ausgestaltungen vorgeschlagen, einen Stromspeicher mit einzubinden und je nach Verhältnis von erzeugter und verbrauchter Leistung als Stromerzeuger oder -verbraucher einzusetzen. Eine konkrete Regelstrategie oder zu optimierende Zielgröße wird nicht offenbart. Es wird weiterhin vorgeschlagen, das Steuergerät auch zur Überwachung des thermischen Energiehaushalts des Gebäudes einzusetzen, ohne das angegeben wird, wie hierbei der Eigenenergieverbrauch optimiert werden kann. Eine lokale regenerative thermische Energiequelle oder eine Kopplung der thermischen und elektrischen Infrastruktur wird hier jedoch nicht offenbart.The disclosure document DE 10 2010 017 264 A1 proposes a system for controlling the energy balance of a building with at least one local power generator and several local power consumers, each comprising a measuring device for determining the current power output of the power generator or power consumption of the consumer. A control device controls the consumers depending on the measured values and, in particular, activates additional consumers if there is an excess of electrical power. In addition, it is proposed in some embodiments to incorporate a power storage device and, depending on the ratio of generated and consumed power, to use it as a power generator or power consumer. A specific control strategy or target variable to be optimized is not disclosed. It is also proposed to use the control device for monitoring the thermal energy balance of the building without specifying how the internal energy consumption can be optimized in this case. A local regenerative thermal energy source or a coupling of the thermal and electrical infrastructure is not disclosed here.

Technische AufgabeTechnical task

Vorliegende Erfindung hat es sich daher die Aufgabe gestellt, die bekannten Systeme zur Steuerung oder Regelung des Energieverbrauchs eines oder einer kleinen Zahl räumlich benachbarter Gebäude zu so weiterzuentwickeln, dass sie in der Lage sind

  • - eine Vielzahl unterschiedlicher Energieknoten miteinander zu verbinden,
  • - unter effizientem Einsatz aller Energieknoten den Eigenverbrauch des/r Gebäude/s oder eine andere Zielgröße wie die Energiekosten oder den Einspeiseerlös zu optimieren, und
  • - hierbei robust ist und wirtschaftlich zu arbeiten.
The present invention has therefore set itself the task of further developing the known systems for controlling or regulating the energy consumption of one or a small number of spatially adjacent buildings in such a way that they are capable
  • - to connect a large number of different energy nodes with one another,
  • - to optimize the building's own consumption or another target value such as energy costs or feed-in revenue using efficient use of all energy nodes, and
  • - is robust and economical to work.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 - 9, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 - 16.This object is achieved by an arrangement according to one of Claims 1 to 9, a method according to one of Claims 10 to 16.

Wie dort angegeben, ist das Grundprinzip der Anordnung zur Energiesteuerung wie auch des durch sie umgesetzten Verfahrens dadurch gegeben, dass eine Regelsoftware, welche auf Datenverarbeitungsmitteln einer Regeleinheit ausgeführt wird, mittels Leistungserfassungs- und Verbrauchserfassungsmitteln für jede Energieart eine aktuell erzeugte und eine aktuell verbrauchte Leistung sowie über Speicherstandbestimmungsmittel einen aktuellen Speicherstand aller Energiespeicher. Abhängig von den Ergebnissen und der zu optimierenden Zielgröße wird mittels Aktoren die Energieflüsse von den Quellen zu den Verbrauchern oder Speichern, bzw. von den Speichern zu den Verbrauchern gesteuert bzw. geregelt. Soll als Zielgröße der Eigenverbrauch regenerative lokaler Energiequellen maximiert werden, wird etwaige überschüssige Leistung einer Energieart durch regelbare Verbraucher genutzt, gespeichert oder in eine andere Energieform, etwa von elektrisch zu chemische oder thermisch, umgewandelt. Bei einer Minimierung der Energiekosten wird zu Niedrigtarifzeiten erzeugte Energie bevorzugt gespeichert oder in ein öffentliches Netz einspeisen, als sie direkt zu verbrauchen. Die interne Umsetzung der Entscheidung, wie die Energie zu verwenden ist, wird von der Regelsoftware durch einen Regelalgorithmus verwirklicht, welcher auf jedem Energieknoten zugewiesene, von der zu optimierenden Zielgröße abhängige Prioritäten verwendet.As stated there, the basic principle of the arrangement for energy control as well as the method implemented by it is given by the fact that control software, which is executed on data processing means of a control unit, uses power recording and consumption recording means for each type of energy, a currently generated and a currently consumed power as well A current storage level of all energy stores via storage level determination means. Depending on the results and the target variable to be optimized, the energy flows from the sources to the consumers or stores or from the stores to the consumers are controlled or regulated by means of actuators. If the self-consumption of renewable local energy sources is to be maximized as a target value, any excess power of one type of energy is used by controllable consumers, stored or converted into another form of energy, for example from electrical to chemical or thermal. When energy costs are minimized, energy generated at low tariff times is preferably stored or fed into a public grid rather than being consumed directly. The internal implementation of the decision on how the energy is to be used is implemented by the control software using a control algorithm that uses priorities assigned to each energy node and dependent on the target variable to be optimized.

Für die erfindungsgemäße Anordnung zur Energieverbrauchssteuerung ist wesentlich, dass sie zur integrierten Steuerung bzw. Regelung mindestens zweier Energiearten eingesetzt ist und hierbei vorhandene regenerative Energiequellen derart in die Energieinfrastruktur des Gebäudes bzw. der Gruppe an - benachbarten oder in räumlicher Nähe zueinander befindlichen - Gebäuden einbindet, dass der Eigenverbrauch oder eine andere Zielgröße, wie etwa eine Einspeisevergütung oder die gesamten Energiekosten, optimiert wird. Insbesondere werden durch die Energieverbrauchssteuerung sowohl die elektrische als auch die thermische Infrastruktur geregelt. Darüber hinaus können auch noch weitere Energieformen eingebunden werden, etwa chemische Energie in Form von energiereichen Verbindungen wie H2 oder CH4.It is essential for the arrangement according to the invention for energy consumption control that it is used for the integrated control or regulation of at least two types of energy and that it integrates existing regenerative energy sources into the energy infrastructure of the building or the group of buildings - adjacent or in close proximity to one another - that self-consumption or another target value, such as a feed-in tariff or the total energy costs, is optimized. In particular, the energy consumption control regulates both the electrical and the thermal infrastructure. In addition, other forms of energy can also be incorporated, such as chemical energy in the form of high-energy compounds such as H2 or CH4.

Gemäß einem Aspekt bindet die erfindungsgemäße Anordnung zwei oder mehr regenerative Energiequellen mindestens zweier unterschiedlicher Energiearten ein und steuert die Energieflüsse von diesen Quellen zu den gebäudeinternen Verbrauchern und Speichern um eine vorgegebene Zielgröße zu optimieren. Die regenerative Energiequellen können elektrische Energie erzeugen, wie etwa eine Photovoltaikanlage, eine Wasser- oder eine Windturbine. Oder es sind regenerative Wärmequellen, wie beispielsweise eine Solarthermieanlage, ein wasserführender Holzofen oder mit regenerativem Strom betriebene Wärmepumpen oder Heizstäbe.According to one aspect, the arrangement according to the invention integrates two or more regenerative energy sources of at least two different types of energy and controls the energy flows from these sources to the building-internal consumers and stores in order to optimize a predetermined target value. The regenerative energy sources can generate electrical energy, such as a photovoltaic system, a water or a wind turbine. Or there are regenerative heat sources, such as a solar thermal system, a water-bearing wood stove or heat pumps or heating rods operated with regenerative electricity.

Das Regelverfahren sieht für jede der Energiearten grundsätzlich vor, mittels Leistungserfassungs-. und Verbrauchserfassungsmitteln die aktuell erzeugte und verbrauchte Gesamtleistung zu erfassen, sowie den Speicherzustand gegebenenfalls vorhandener Energiespeicher zu bestimmen und anhand dieser Daten über die vorhandenen Aktoren Handlungen vorzunehmen, welche die gewählte Zielfunktion zu optimieren helfen.The control procedure provides for each of the types of energy, by means of power recording. and consumption recording means to record the currently generated and consumed total power, as well as to determine the storage status of any energy storage devices that may be present and, on the basis of this data, to take actions via the existing actuators that help to optimize the selected target function.

Um eine Maximierung des Eigenverbrauchs einer regenerativen lokalen Stromquelle zu erreichen, würde der erzeugte Strom gemäß in absteigender Priorität steuerbaren Verbrauchern zugeleitet. Dieses Priorisierungssystem wird realisiert, indem jedem Verbraucher ein gewisser Prioritätswert zugewiesen wird. Bestimmte sinnvolle Werte sind vorprogrammiert, können aber durch den Nutzer des Systems über Eingabemittel der Regeleinheit der erfindungsgemäßen Eigenverbrauchssteuerung auch geändert werden.In order to maximize the self-consumption of a regenerative local power source, the generated power would be supplied to consumers that can be controlled in descending priority. This prioritization system is implemented by assigning a certain priority value to each consumer. Certain meaningful values are preprogrammed, but can also be changed by the user of the system via input means of the control unit of the self-consumption control according to the invention.

Standardmäßig die höchste Priorität würde reinen lokalen Verbraucher wie eine Waschmaschine, eine Spülmaschine, ein Elektroherd oder ein anderes in seiner Einsatzzeit flexibles Haushaltsgerät zugewiesen, da der unmittelbare Verbrauch die effizienteste Nutzung bedeutet. Neben dem Prioritätswert könnte ein Nutzer des Systems hierbei vorgeben, welche dieser Verbraucher für ein solche zentral gesteuerte flexible Einsatzweise überhaupt zur Verfügung stehen und für jedes der Geräte Zeiten vorprogrammieren, in denen es laufen kann oder laufen muss oder nicht laufen darf, sowie eine Priorität vorgeben. Gibt der Nutzer keine Priorität vor wird von der Regeleinheit ein Standardwert gesetzt. Sofern diesen Verbraucher die höchste Priorität zugeordnet ist, würde zunächst ein verfügbarer Verbraucher (als „kann laufen“ oder „muss laufen“ gekennzeichnet) aktiviert („kann laufen“) bzw. mit lokal erzeugten Strom betrieben („muss laufen“).By default, the highest priority would be assigned to pure local consumers such as a washing machine, dishwasher, electric stove or other household appliance that is flexible in its usage time, since immediate consumption means the most efficient use. In addition to the priority value, a user of the system could specify which of these consumers are actually available for such a centrally controlled flexible mode of use and pre-program times for each of the devices in which it can run or must run or may not run, as well as a priority . If the user does not specify any priority, the control unit sets a standard value. If this consumer is assigned the highest priority, an available consumer (marked as “can run” or “must run”) would first be activated (“can run”) or operated with locally generated electricity (“must run”).

Lokal erzeugter Strom, welcher nicht durch lokale Verbraucher direkt genutzt werden kann, würde erst an Stromspeicher weitergegeben. Diese funktionieren beim Laden als Verbraucher, beim Entladen aber als Quelle. Etwa könnte der Strom bzw. die elektrische Energie zum Laden einer wiederaufladbaren Batterie oder zum Betreiben eines Elektrolyseurs verwendet werden. Letzterer erzeugt Wasserstoffgas, welches direkt in einem Drucktank gespeichert oder verflüssigt oder weiter zu Methan umgesetzt werden kann. Methan hat zwar einen niedrigere spezifische Energie im Vergleich zu Wasserstoff, aber den Vorteil, leichter (langzeit-)speicherbar zu sein. Die gespeicherte chemische Energie würde über eine Brennstoffzelle wieder in elektrische Energie umgewandelt.Locally generated electricity, which cannot be used directly by local consumers, would only be passed on to electricity storage. These function as consumers when charging, but as a source when discharging. For example, the current or the electrical energy could be used to charge a rechargeable battery or to operate an electrolyzer. The latter generates hydrogen gas, which can be stored or liquefied directly in a pressure tank or converted further into methane. Methane has a lower specific energy compared to hydrogen, but the advantage of being easier to store (long-term). The stored chemical energy would be converted back into electrical energy via a fuel cell.

Die Stromspeicher können wiederum untereinander priorisiert werden, etwa eine Batterie eine höhere Priorität haben als ein Wasserstoff- oder Methanspeicher. Letzteres ist die standartmäßige, in dem Regelalgorithmus voreingestellte Priorisierungsreihenfolge, die sich damit begründet, dass Batteriespeicher effizienter sind als Wasserstoff- oder Methanspeicher. Es steht dem Benutzer wiederum frei, diese voreingestellte Reihenfolge zu ändern. Hierbei kann auch beiden die gleicher Priorität zugewiesen werden, in welchem Fall die pro Zeit anfallende elektrischen Energie auf alle Speicher mit der gleichen Priorität aufgeteilt würde und nur über die gemeinsame maximale Aufnahmeleistung hinausgehende Leistung an Speicher mit der nächstniedrigeren Priorität weitergegeben würde.The electricity storage units can in turn be prioritized among each other, e.g. a battery has a higher priority than a hydrogen or methane storage unit. The latter is the standard prioritization sequence preset in the control algorithm, which is based on the fact that battery storage systems are more efficient than hydrogen or methane storage systems. Again, the user is free to change this preset order. The same priority can also be assigned to both, in which case the electrical energy generated per time would be distributed to all storage units with the same priority and only power exceeding the common maximum input power would be passed on to storage units with the next lower priority.

Sofern alle Speicherkapazitäten für elektrische Energie voll ausgeschöpft sind, weist der Regelalgorithmus der erfindungsgemäßen Verbrauchssteuerung eine über den aktuellen Verbrauch hinausgehende erzeugte Leistung Stromverbrauchern mit nächstniedrigerer Priorität zu. Standartmäßig wären dies Wärmepumpen oder Heizstäbe als sogenannte Umwandlungsverbraucher, welche die elektrische Energie in thermische Energie umwandeln und nach einem für die thermische Infrastruktur des Gebäudes in ähnlicher Weise wie für die Elektrische durch den Regelalgorithmus vorgesehenen Priorisierungsschema zunächst unmittelbaren (reinen) thermischen Verbrauchern und/oder thermischen Speichern zugeführt würde.If all storage capacities for electrical energy are fully exhausted, the control algorithm of the consumption control according to the invention assigns a generated power that exceeds the current consumption to electricity consumers with the next lower priority. By default, these would be heat pumps or heating rods as so-called conversion consumers, which convert the electrical energy into thermal energy and initially direct (pure) thermal consumers and / or thermal consumers according to a prioritization scheme provided for the thermal infrastructure of the building in a manner similar to that provided for the electrical system by the control algorithm Save would be fed.

Hierbei werden aufgrund ihrer höheren Effizienz gemäß der voreingestellten Prioritäten Wärmepumpen Heizstäben vorgezogen, sofern eine Heizanforderung besteht, das Gebäude selbst noch als Temperaturspeicher genutzt werden kann und/oder die Wärmepumpe zur Speisung eines Wärmespeichers fähig ist.Due to their higher efficiency, heat pumps heating rods are preferred according to the pre-set priorities if there is a heating requirement, the building itself can still be used as a temperature store and / or the heat pump is capable of feeding a heat store.

Dies führt zu einem weiteren Aspekt vorliegender Energieverbrauchssteuerung, nämlich dass diese auch bei nur einer einzelnen regenerativen Energiequelle in der oben beschriebenen Weise mittels Umwandlungsknoten, also Energieknoten, welche mindestens zwei unterschiedlichen Energiearten zugeordnet sind, eine Kopplung zwischen den verschiedenen Energieinfrastrukturen geschaffen und diese von der Regeleinheit und der durch diese realisierte Regelstrategie so eingebunden wird, dass die gewünschte Zielgrö-ßenoptimierung erfolgt.This leads to a further aspect of the present energy consumption control, namely that it creates a coupling between the various energy infrastructures even with only one single regenerative energy source in the manner described above by means of conversion nodes, i.e. energy nodes that are assigned to at least two different types of energy, and this is created by the control unit and which is integrated through this implemented control strategy in such a way that the desired target variable optimization takes place.

Zwei Beispiele für solche Umwandlungsknoten sind die bereits erwähnten Wärmepumpen und Heizstäbe, welche elektrische in thermischen Energie umwandeln (el->th). Weitere sind Blockheizkraftwerke und Brennstoffzellenheizungen, beide Wandeln chemische in thermische plus elekrische Energie (ch->th, el) sowie die bereits erwähnten Elektrolyseure bzw. Wasserstoff oder Methanspeicher (el->ch). Das von letzteren erzeugte und gespeicherte Gas kann nämlich nicht nur, wie oben angegeben, über eine Brennstoffzelle wieder verstromt, sondern auch in einem Gasbrenner verbrannt oder in einer Blockheizkraftwerk oder einer Brennstoffzellenheizung zu einer Kombination aus Wärme und Strom umgewandelt werden.Two examples of such conversion nodes are the aforementioned heat pumps and heating rods, which convert electrical energy into thermal energy (el-> th). Others are block-type thermal power stations and fuel cell heating systems, both of which convert chemical into thermal plus electrical energy (ch-> th, el) as well as the aforementioned electrolysers or hydrogen or methane storage (el-> ch). The gas generated and stored by the latter can not only be converted into electricity again via a fuel cell, as stated above, but also burned in a gas burner or converted into a combination of heat and electricity in a block-type thermal power station or a fuel cell heating system.

Durch diese Umwandlungsknoten ist es möglich, überschüssige, nicht direkt verbrauchte Energie einer Energieform mit niedrigerer Entropie, also insbesondere elektrische Energie, aber auch chemische Energie, in eine andere Energieform umzuwandeln, die leichter oder länger speicherbar ist oder für die direkter verbrauchsbedarf besteht.Through these conversion nodes it is possible to use excess energy that is not directly consumed a form of energy with lower entropy, i.e. in particular electrical energy, but also chemical energy, to be converted into another form of energy that can be stored more easily or longer or for which there is a direct need for consumption.

Mit Hilfe vorliegender Erfindung können die Energieflüsse nicht nur eines einzelnen Gebäudes mit einer oder mehreren lokalen Energieerzeugern gesteuert bzw. geregelt werden, sondern auch die mehrerer räumlich nahe beieinander stehender, mit einer gemeinsamen Energieinfrastruktur ausgestatteter, Gebäude.With the help of the present invention, the energy flows of a single building with one or more local energy producers can be controlled or regulated, but also that of several buildings that are spatially close to one another and equipped with a common energy infrastructure.

Die erfindungsgemäße Anordnung überwindet das bei den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen bestehende Problem, dass die beiden Teilnetze der elektrischen und thermischen Gebäudeinfrastruktur separat nebeneinander bestehen und eine effektive und effiziente Kopplung nicht stattfindet. Durch die Erfindung wird es somit möglich, den Eigenverbrauchsgrad deutlich über den mit den bekannten Systemen erreichbaren Wert zu steigern.The arrangement according to the invention overcomes the problem existing in the systems known from the prior art that the two subnetworks of the electrical and thermal building infrastructure exist separately next to one another and an effective and efficient coupling does not take place. The invention thus makes it possible to increase the degree of self-consumption significantly above the value that can be achieved with the known systems.

WeiterbildungenAdvanced training

Vorteilhafte Weiterbildungen vorliegender Erfindung sollen im Folgenden vorgestellt werden. Sie können einzeln oder in Kombination realisiert werden, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.Advantageous developments of the present invention are to be presented below. They can be implemented individually or in combination as long as they are not mutually exclusive.

In bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung umfasst die Regelungssoftware einen objekt-orientierten Regelalgorithmus, welcher auf eine Datenbank zugreift, in welcher Datenobjekte abgelegt sind, von denen jedes einen der Energieknoten der Energieinfrastruktur des/r Gebäude/s repräsentiert. Die Datenobjekte umfassen hierzu als Objektdaten einmal die Energieart, oder bei Umwandlungsknoten die Energiearten, welchen der Knoten zugeordnet ist, die Funktion des Knotens als (reine) Quelle/Generator, Speicher oder (reiner) Verbraucher in jeder seiner Energiearten und sowie Datenpunkte, die zu Messvorrichtungen und Aktoren korrespondieren, welche die Funktion des Energieknotens bzw. die Energieflüsse vom und zu dem Knoten oder den internen Zustand des Knotens überwachen bzw. steuern. Die Datenobjekte umfassen weiterhin für jeden Energieknoten einen Steueralgorithmus, welcher die Funktionalität des Knotens als Erzeuger, Speicher oder Verbraucher abbildet.In preferred embodiments of the present invention, the control software comprises an object-oriented control algorithm which accesses a database in which data objects are stored, each of which represents one of the energy nodes of the energy infrastructure of the building / s. For this purpose, the data objects include the type of energy as object data, or, in the case of conversion nodes, the types of energy to which the node is assigned, the function of the node as a (pure) source / generator, storage device or (pure) consumer in each of its types of energy and as well as data points that are assigned to Measurement devices and actuators correspond, which monitor or control the function of the energy node or the energy flows from and to the node or the internal state of the node. The data objects also include a control algorithm for each energy node, which maps the functionality of the node as a generator, memory or consumer.

Bei den Messvorrichtung kann es sich um Flussmesser wie Gasfluss-, Strom- oder Wärmezähler, oder um Zustandsmesser zur Überwachung des Ladezustands oder der sicheren Funktion wie Temperaturfühler eines Wärmespeichers oder einer wiederaufladbaren Batterie, Drucksensoren eines Wärme- oder Gasspeichers oder um Landezustandsüberwachungen einer wiederaufladbaren Batterie handeln.
Aktoren der erfindungsgemäßen Energieverbrauchssteuerung sind Schalt oder Regelausgänge, an welche die Energieknoten angeschlossen sind und über welche ein Knoten ein- oder ausschaltbar oder auch graduell regelbar ist.
The measuring device can be a flow meter such as a gas flow, electricity or heat meter, or a condition meter for monitoring the state of charge or the safe function such as temperature sensors of a heat storage device or a rechargeable battery, pressure sensors of a heat or gas storage device or landing status monitoring of a rechargeable battery .
Actuators of the energy consumption control according to the invention are switching or control outputs to which the energy nodes are connected and via which a node can be switched on or off or also gradually regulated.

Die Datenbank ist bevorzugt als ein separates Modul insbesondere als eine Tabelle oder mehrere Tabellen, realisiert, die direkt zugänglich und editierbar sind. Hierdurch kann bei Änderungen an der Energieinfrastruktur, also dem Hinzufügen oder Entfernen von Energieknoten, oder dem Herstellen einer neuen Verbindung zwischen zwei schon vorhandenen Knoten, durch Einpflegen oder Löschen von Datenobjekten oder der Ergänzung der für ein Objekt verzeichneten Datenpunkte oder des Steueralgorithmus, vergleichsweise einfach und schnell die Regelungssoftware angepasst werden, insbesondere durch den Benutzer selbst. Dieser kann durch das Datenbanksystem in Form von Elementerweiterungen der einzelnen Tabellen schnell neue Funktionalität erstellen. Um dies besonders komfortabel und einfach zu machen, werden dem Nutzer bevorzugt werden die Datenpunkte, also Messvorrichtungen und Aktoren, für die Geräte/Energieknoten verschiedener Gerätehersteller über einen Gateway zur Verfügung gestellt, wo er diese herunterladen und in seine Datenbank integrieren kann.The database is preferably implemented as a separate module, in particular as a table or several tables, which are directly accessible and editable. In this way, changes to the energy infrastructure, i.e. the addition or removal of energy nodes, or the creation of a new connection between two existing nodes, by adding or deleting data objects or adding the data points recorded for an object or the control algorithm, can be comparatively simple and the control software can be adapted quickly, in particular by the user himself. This can quickly create new functionality through the database system in the form of element extensions of the individual tables. In order to make this particularly convenient and easy, the data points, i.e. measuring devices and actuators, for the devices / energy nodes of various device manufacturers are made available to the user via a gateway, where they can be downloaded and integrated into his database.

Weiterhin bevorzugt werden in der Datenbank alle Datenpunkte, also Messvorrichtungen oder Aktoren, in Gruppen zusammengefasst, wobei eine Gruppe alle Datenpunkte umfasst, welche einem bestimmten Energieknoten oder einer funktional verbundenen Gruppe von Energieknoten zugeordnet sind.Furthermore, all data points, that is to say measuring devices or actuators, are preferably summarized in groups in the database, a group comprising all data points which are assigned to a specific energy node or a functionally connected group of energy nodes.

Die Datenpunkte werden in der Praxis über ein bestimmtes Bussystem angesprochen, welches durch die Ausgestaltung des zu steuernden Energieknotens vorgegeben ist. Die Regeleinheit der erfindungsgemäßen Energieflussregelung ist daher bevorzugt so ausgestaltet, dass alle gängigen Bussysteme unterstützt werden. Hierunter fallen insbesondere KNX, MODBUS, RTU/TCP, EnOcean. Das verwendete Bussystem eines Datenpunkts ist bevorzugt ebenfalls in dem den Energieknoten repräsentierenden Datenobjekt hinterlegt und kann dort für jeden Datenpunkt individuell konfiguriert werden.In practice, the data points are addressed via a specific bus system, which is specified by the design of the energy node to be controlled. The control unit of the energy flow control according to the invention is therefore preferably designed such that all common bus systems are supported. This includes in particular KNX, MODBUS, RTU / TCP, EnOcean. The bus system used for a data point is preferably also stored in the data object representing the energy node and can be configured there individually for each data point.

Die Objektdaten der Datenobjekte umfassen weiterhin bevorzugt auch einen Prioritätswert, der vom Regelalgorithmus für die bevorzugte Berücksichtigung bei der Abnahme (Energieerzeuger oder - speicher) oder Zuteilung (Verbraucher, Speicher) berücksichtigt wird.The object data of the data objects furthermore preferably also include a priority value which is taken into account by the control algorithm for the preferred consideration in the acceptance (energy producer or storage) or allocation (consumer, storage).

Zusätzlich zu den Objektdaten der Datenobjekte berücksichtigt die Regelungssoftware bevorzugt auch Betriebsmodi bei der Steuerung bzw. Regelung der Energieflüsse. Die Betriebsmodi sind von Benutzer manuell aktivierbar oder auch gemäß eines Zeitplans voreinstellbar. Die unterschiedliche Regelstrategie in den einzelnen Betriebsmodi kann bevorzugt ganz oder teilweise durch Anpassung der den einzelnen Energieknoten zugeordneten Prioritätswerten realisiert werden.In addition to the object data of the data objects, the control software preferably also takes operating modes into account when controlling or regulating the energy flows. The operating modes can be activated manually by the user or can also be preset according to a schedule. The different control strategy in the individual operating modes can preferably be implemented in whole or in part by adapting the priority values assigned to the individual energy nodes.

Die Regelungssoftware der erfindungsgemäßen Energieverbrauchssteuerung basiert bevorzugt auf Linux d.h. verwendet einen Teil oder alle der Module der Open-Source Software Linux.The control software of the energy consumption control according to the invention is preferably based on Linux, i.e. uses some or all of the modules of the open source software Linux.

Die mindestens zwei Energiearten, die von der Energieverbrauchssteuerung vorliegender Erfindung gemanagt werden, umfassen bevorzugt elektrische und thermische Energie. Das heißt es sind thermische und elektrische Energieknoten vorhanden.The at least two types of energy that are managed by the energy consumption controller of the present invention preferably include electrical and thermal energy. That means there are thermal and electrical energy nodes.

An thermischen Energieknoten der Gebäudeenergieinfrastruktur sind eine oder mehrere Wärmequellen vorhanden in Form einer nicht-regenerativen Wärmequelle wie einem Spitzenlastbrenner für Gas- oder Öl, einem Kombinationserzeuger wie einem Blockheizkraftwerks (BHKW) oder einer Brennstoffzellenheizung , einer regenerativen Wärmequelle wie einer Solarthermieanlage oder einem wasserführenden Holzofen oder einem Umwandlungsknoten wie einem Heizstab oder einer Wärmepumpe. Weiterhin sind ein oder mehrere Wärmeverbraucher wie eine Gebäudeheizung mit einem oder mehreren Heizkreisen, eine Warmwasseraufbereitung und/oder ein Schwimmbad/Pool vorhanden. Darüber hinaus können bevorzugt ein oder mehrere Wärmespeicher wie ein Warmwasserspeicher (WWS) oder ein Latentwärmespeicher (LWS) vorhanden sein.One or more heat sources are available at the thermal energy nodes of the building energy infrastructure in the form of a non-regenerative heat source such as a peak load burner for gas or oil, a combination generator such as a combined heat and power unit ( CHP ) or a fuel cell heater, a regenerative heat source such as a solar thermal system or a water-bearing wood stove or a conversion node such as a heating rod or a heat pump. There are also one or more heat consumers, such as a building heating system with one or more heating circuits, hot water preparation and / or a swimming pool / pool. In addition, one or more heat storage tanks such as a hot water storage tank ( WWS ) or a latent heat storage ( Lumbar spine ) to be available.

An elektrischen Energieknoten sind ein oder mehrere Erzeuger/Generatoren in Form von regenerativen Erzeugern wie einer Photovoltaikanlage, einer Wasserturbine oder einer Windturbine und/oder Kombierzeuger wie einem Blockheizkraftwerk oder einer Brennstoffzellenheizung und/oder einem nicht-regenerativen Erzeuger wie einem Dieselgenerator vorhanden. Weiterhin sind ein oder mehrere elektrische Verbraucher in Form von einem oder mehreren Haushaltsgeräten, einer Beleuchtung und/oder Datenverarbeitungs- oder Kommunikationsgeräten vorhanden. Darüber hinaus können bevorzugt ein oder mehrere Stromspeicher wie eine wiederaufladbare Batterie, einen Wasserstoff- oder Methanspeicher, und/oder einen Druckluftspeicher vorhanden sein.At electrical energy nodes there are one or more generators / generators in the form of regenerative generators such as a photovoltaic system, a water turbine or a wind turbine and / or combined generators such as a block-type thermal power station or a fuel cell heater and / or a non-regenerative generator such as a diesel generator. Furthermore, there are one or more electrical loads in the form of one or more household appliances, lighting and / or data processing or communication devices. In addition, one or more electricity storage devices such as a rechargeable battery, a hydrogen or methane storage device, and / or a compressed air storage device can preferably be present.

Der Anschluss an das öffentliche Stromnetz kann ebenfalls Teil der Energieinfrastruktur sein und durch ein Datenobjekt repräsentiert werden. Der Netzanschluss wäre von der Funktionalität her ein Speicher, denn er kann sowohl als Stromquelle als auch als Stromverbraucher (Netzeinspeisung) fungieren. Die Priorität der Funktionalität „Verbraucher“ kann zur Maximierung einer Einspeisevergütung oder Minimierung der Stromkosten auf einen hohen Wert gesetzt werden. Die Priorität als Stromquelle wird generell auf einen niedrigeren Wert gesetzt als die aller anderen vorhandenen (lokalen) Stromerzeuger, und zwar unabhängig davon, ob als Ziehlgröße der Eigenverbrauch maximiert oder die Energiekosten minimiert werden sollen.The connection to the public power grid can also be part of the energy infrastructure and be represented by a data object. In terms of functionality, the grid connection would be a storage device, because it can function both as a power source and as a power consumer (grid feed-in). The priority of the “consumer” functionality can be set to a high value to maximize feed-in tariffs or minimize electricity costs. The priority as a power source is generally set to a lower value than that of all other existing (local) power generators, regardless of whether the target value is to maximize self-consumption or minimize energy costs.

In manchen Ausführungsformen der Erfindung ist auch die Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs (EV) ein Teil der elektrischen Energieinfrastruktur des Gebäudes und hierfür ein Datenobjekt in der Datenbank der erfindungsgemäßen Regelungssoftware vorhanden. Die EV-Batterie kann abhängig von den Benutzereinstellungen als reiner Verbraucher deklariert sein, um stets einen höchstmöglichen Ladestand der EV-Batterie sicherzustellen, oder sie kann als Speicher für elektrische Energie deklariert und somit zur Befriedigung des Bedarfs der übrigen Verbraucher herangezogen werden. Besonders bevorzugt kann der Benutzer einen minimalen Ladezustand der EV-Batterie konfigurieren, bis zu welchem diese im Zuge der Bedarfsdeckung der anderen gebäudeinternen Verbraucher entladen werden darf. Wird diese untere Schwelle erreicht, wird die EV-Batterie von der Regelsoftware nicht weiter entladen. Der minimale Ladezustand kann zeitabhängig gewählt sein und zu einer Zeit einen Wert unterhalb 100%, etwa 70% betragen, und zu einer anderen Zeit auf einen höheren Wert, etwa 90 % oder 100% gesetzt werden, so dass dann die volle Reichweite des Elektrofahrzeugs zur Verfügung steht.In some embodiments of the invention, the drive battery of an electric vehicle ( EV ) Part of the electrical energy infrastructure of the building and for this purpose a data object in the database of the control software according to the invention. Depending on the user settings, the EV battery can be declared as a pure consumer in order to always ensure the highest possible charge level of the EV battery, or it can be declared as a store for electrical energy and thus used to satisfy the needs of the other consumers. Particularly preferably, the user can configure a minimum charge state of the EV battery, up to which it can be discharged in the course of meeting the needs of the other building-internal consumers. If this lower threshold is reached, the EV battery is no longer discharged by the control software. The minimum charge level can be selected as a function of time and at one time be a value below 100%, approximately 70%, and at another time it can be set to a higher value, approximately 90% or 100%, so that the full range of the electric vehicle is then used Available.

Besonders bevorzugt sind ein Teil oder alle der thermischen und/oder elektrischen Verbraucher (fern)steuerbar, so dass sie in die Energieverbrauchsstrategie der hier vorgeschlagenen Verbrauchssteuerung miteinbezogen werden können.Particularly preferably, some or all of the thermal and / or electrical loads can be (remotely) controlled so that they can be included in the energy consumption strategy of the consumption control proposed here.

Die Regeleinheit ist in bevorzugten Ausführungsformen in einem Gehäuse untergebracht. Eine kompakte Bauform, die sich im Allgemeinen gut in die vorhandene Infrastruktur einfügt, wird durch ein quaderförmiges Gehäuse, bevorzugt mit einer quadratischen Grundfläche realisiert. Die Seitenlänge des Quadrates liegt bevorzugt zwischen 300 und 1000 mm, besonders bevorzugt zwischen 500 und 700 mm. Die Höhe des Gehäuses beträgt bevorzugt zwischen 500 und 2500 mm, besonders bevorzugt zwischen 1200 und 2000 mm, noch mehr bevorzugt zwischen 1500 und 1700 mm.In preferred embodiments, the control unit is accommodated in a housing. A compact design, which generally blends in well with the existing infrastructure, is implemented using a cuboid housing, preferably with a square base. The side length of the square is preferably between 300 and 1000 mm, particularly preferably between 500 and 700 mm. The height of the housing is preferably between 500 and 2500 mm, particularly preferably between 1200 and 2000 mm, even more preferably between 1500 and 1700 mm.

An einer Außenseite des Gehäuses sind Datenschnittstellen der Regeleinheit nach außen geführt, welche als Dateneingange für die Messdaten der angeschlossenen Messvorrichtungen (z.B. Strom oder Wärmezähler, Temperatur- oder Drucksensoren, Ladestands-überwachungen) und Datenausgänge für Steuerdaten an die Aktoren (fernbediente Schalter/Regler der Energieknoten oder Energieverteiler) dienen. Bevorzugt sind digitale Datenschnittstellen für sowohl Mess- als auch Steuerdaten und analoge Schnittstellen zumindest als Messdaten bzw. -signaleingänge vorhanden.On the outside of the housing, data interfaces of the control unit are led to the outside, which are used as data inputs for the measurement data of the connected measurement devices (e.g. Electricity or heat meters, temperature or pressure sensors, charge level monitoring) and data outputs for control data to the actuators (remote switches / controllers of the energy nodes or energy distributors) are used. Digital data interfaces for both measurement and control data and analog interfaces are preferably provided at least as measurement data or signal inputs.

Darüber hinaus sind ebenfalls bevorzugt Anschlüsse für Gleich- und/oder Wechselstrom, insbesondere besonders bevorzugt Schnittstellen für 48V Gleichstrom und/oder einphasigen 220-240V Wechselstrom oder dreiphasigen 380 V Drehstrom vorhanden. Besonders bevorzugt sind ein Teil oder Alle der Anschlüsse sowohl zur Energieabgabe als auch zur Energieaufnahme fähig, können also als Eingang wie als Ausgang dienen.In addition, connections for direct and / or alternating current are also preferably present, particularly particularly preferably interfaces for 48V direct current and / or single-phase 220-240V alternating current or three-phase 380 V three-phase current. Particularly preferably, some or all of the connections are capable of both emitting and absorbing energy, that is to say they can serve as an input as well as an output.

In Ausführungsformen ist insbesondere mindestens ein variabler Anschluss vorgesehen, der sowohl Gleich- als auch Wechselstrom abgeben kann und dessen Betriebsmodus durch die Regeleinheit abhängig von der Konfiguration des angeschlossenen Energieknotens eingestellt wird. Hierzu ist dem variablen Anschluss bevorzugt eine Datenschnittstelle zugeordnet, über welche die Regeleinheit die korrekte Einstellung bei dem angeschlossenen Gerät abfragen und das das Gerät repräsentierende Datenobjekt entsprechend anpassen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Konfiguration des Datenobjekts auch vom Benutzer vorgenommen werden.In specific embodiments, at least one variable connection is provided which can output both direct and alternating current and whose operating mode is set by the control unit as a function of the configuration of the connected energy node. For this purpose, a data interface is preferably assigned to the variable connection, via which the control unit can query the correct setting in the connected device and adapt the data object representing the device accordingly. Alternatively or additionally, the data object can also be configured by the user.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Regeleinheit umfassen einen oder mehrere Elektroladestationen.Embodiments of the control unit according to the invention comprise one or more electric charging stations.

Die Regeleinheit umfasst in einigen Ausführungsformen der Erfindung einen oder mehrere interne Energieknoten. Sofern die Regeleinheit in einem Gehäuse untergebracht ist, sind diese internen Knoten bevorzugt in dem gleichen Gehäuse beherbergt. Die internen Energieknoten können eine oder mehrere wiederaufladbare Batterien jeweils mit einem zugeordneten Batteriemanagementsystem, einen oder mehrere Stromverteiler für Gleich- oder Wechselstrom, und/oder einen oder mehrere Gleich- und/oder Wechselrichter umfassen.In some embodiments of the invention, the control unit comprises one or more internal energy nodes. If the control unit is housed in a housing, these internal nodes are preferably housed in the same housing. The internal energy nodes can comprise one or more rechargeable batteries each with an assigned battery management system, one or more power distributors for direct or alternating current, and / or one or more rectifiers and / or inverters.

Insbesondere ist bevorzugt sind zwei Wechselrichter integriert, mittels derer regenerativ, etwa über eine Photovoltaikanlage, erzeugter Gleichstrom und gleichzeitig auch einem Stromspeicher entnommener Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden können. Die Wechselrichter geben bevorzugt für 3-phasigen Drehstrom aus und sind auf eine Leistung von mindestens 1 kW, bevorzugt mindestens 5 kW, noch mehr bevorzugt zwischen 5 bis 20 kW ausgelegt.In particular, two inverters are integrated, by means of which direct current generated regeneratively, for example via a photovoltaic system, and, at the same time, direct current taken from a power storage device can be converted into alternating current. The inverters preferably output three-phase alternating current and are designed for an output of at least 1 kW, preferably at least 5 kW, even more preferably between 5 to 20 kW.

Ebenfalls bevorzugt ist eine interne wiederaufladbare Batterie im Gehäuse untergebracht. Diese kann eine Blei-Säure, Silber-Zink oder eine Lithium-Ionen Batterie sein, ist aber besonders bevorzugt eine Bleikristallbatterie. Letztere zeichnet sich aus durch eine hohe Zyklenfestigkeit von mindestens 3600 Zyklen, eine lange Lebensdauer auch bei höheren Umgebungstemperaturen, ein breites Betriebstemperaturfenster von -40 bis +65 Grad Celsius, eine umweltschonende Entsorgung und keiner Notwendigkeit einer Entlüftung aufgrund der Abwesenheit von Gasbildung und Brand- oder Explosionsgefahr. Die interne Batterie hat bevorzugt eine Kapazität von mehr als 1 kWh, noch mehr bevorzugt von mehr als 5 kWh, und besonders bevorzugt zwischen 5 und 10 kWh.An internal rechargeable battery is also preferably accommodated in the housing. This can be a lead-acid, silver-zinc or a lithium-ion battery, but is particularly preferably a lead-crystal battery. The latter is characterized by a high cycle stability of at least 3600 cycles, a long service life even at higher ambient temperatures, a wide operating temperature window from -40 to +65 degrees Celsius, environmentally friendly disposal and no need for ventilation due to the absence of gas formation and fire or Risk of explosion. The internal battery preferably has a capacity of more than 1 kWh, even more preferably of more than 5 kWh, and particularly preferably between 5 and 10 kWh.

In Ausführungsformen der Erfindung ist die erfindungsmäßige Anordnung auch zur Bereitstellung einer Notstromversorgung für alle oder einen Teil der angeschlossenen Verbraucher mittels der in einem internen und/oder gegebenenfalls weiteren angeschlossenen externen Stromspeichern gespeicherten elektrischen Energie befähigt. Wenn ein Ausfall des Netzstroms registriert wird, wird der Netzanschluss gesperrt und die vorhandene elektrische Last durch die vorhandenen Stromspeicher übernommen. Damit dies möglichst verzögerungsfrei von statten geht, ist ein schnell schaltbarer Stromspeicher nötig. Hierfür bietet sich ein interner Batteriespeicher oder eine Kombination aus (internem) Hochleistungskondensator und internem und/oder externem Batteriespeicher an. Ein Wasserstoff- oder Methanspeicher, bei denen Rückgewinnung der elektrischen Energie über eine Brennstoffzelle vonstattengeht, ist aufgrund der trägen Startzeiten für diesen Einsatzzweck schlecht geeignet.In embodiments of the invention, the arrangement according to the invention is also capable of providing an emergency power supply for all or some of the connected consumers by means of the electrical energy stored in an internal and / or possibly further connected external power storage device. If a failure of the grid power is registered, the grid connection is blocked and the existing electrical load is taken over by the existing power storage. In order for this to happen as quickly as possible, a quickly switchable power storage device is necessary. An internal battery storage or a combination of (internal) high-performance capacitor and internal and / or external battery storage is ideal for this. A hydrogen or methane storage system, in which the electrical energy is recovered via a fuel cell, is poorly suited for this purpose due to the slow start times.

Bei den Ausführungsformen, bei denen wichtige Komponenten der Anordnung wie Regeleinheit, Batteriespeicher, Wechselrichter wie beschrieben in einem Gehäuse mit entsprechenden (Daten)Schnittstellen und Leistungsanschlüssen untergebracht sind, kann ein Teil der Leistungsanschlüsse als priorisierte Anschlüsse klassifiziert sein und eine Notstromversorgung auf diese Anschlüsse begrenzt sein. Wichtige Verbraucher, die im Falle eines Netzstromausfalls weiterlaufen sollen, wie etwa Datenverarbeitungsgeräte wie PCs oder Server würden dann an diese Anschlüsse angeschlossen. Weniger wichtige Verbraucher, die im Falle des Netzstromverlustes nicht unbedingt weiterlaufen müssten, könnten an die nicht priorisierten Anschlüsse angeschlossen werden.In the embodiments in which important components of the arrangement such as control unit, battery storage, inverter are accommodated as described in a housing with corresponding (data) interfaces and power connections, some of the power connections can be classified as prioritized connections and an emergency power supply can be limited to these connections . Important consumers that should continue to run in the event of a power failure, such as data processing devices such as PCs or servers, would then be connected to these connections. Less important consumers, which do not necessarily have to continue running in the event of a mains power loss, could be connected to the non-prioritized connections.

Bevorzugt lässt sich der Status eines Anschlusses als priorisiert/nicht priorisiert über die Konfiguration der Regelungssoftware einstellen und so jederzeit ändern. Besonders bevorzugt könnte der Status auch durch die Regeleinheit selbsttätig oder auf Anfrage des Verbrauchers dynamisch angepasst werden. So könnte etwa gerade aktiven Verbrauchern wie einem im Druckvorgang befindlichen Drucker, einer laufenden Waschmaschine und/oder einem laufenden Trockner priorisiert werden, bis diese ihre Aufgabe zuende gebracht oder einen stabilen Zwischenzustand erreicht haben, bevor sie zur Schonung der Speicherreserven von der Regeleinheit deaktiviert werden, indem ihr Anschluss der Prioritätsstatus entzogen wird.The status of a connection can preferably be set as prioritized / not prioritized via the configuration of the control software and thus changed at any time. Particularly preferably, the status could also be activated automatically or by the control unit dynamically adapted at the request of the consumer. For example, currently active consumers such as a printer in the printing process, a running washing machine and / or a running dryer could be prioritized until they have completed their task or reached a stable intermediate state before they are deactivated by the control unit to save memory reserves. by removing the priority status from their connection.

Besonders bevorzugt umfasst die Regeleinheit, insbesondere intern in einem Gehäuse, Sicherungsmittel zur Absicherung aller Leistungsleitungen, also derjenigen Leitungen, über die elektrische Energie mit einer Leistung von mehr als nur einigen Watt übertragen wird, ausgestattet.The control unit particularly preferably comprises, in particular internally in a housing, safety means for protecting all power lines, that is to say those lines via which electrical energy with a power of more than just a few watts is transmitted.

Als Bussysteme werden durch die Regeleinheit bevorzugt Modbus TCP/RTU, KNX, WLAN, LAN, BACnet, EnOcean und Z-Wave unterstützt.Modbus TCP / RTU, KNX, WIRELESS INTERNET ACCESS , LAN, BACnet, EnOcean and Z-Wave are supported.

Drahtlose Datenschnittstellen in Form einer WLAN oder Bluetooth schnittstelle sind bevorzugt ebenfalls vorhanden.Wireless data interfaces in the form of a WIRELESS INTERNET ACCESS or Bluetooth interfaces are preferably also available.

Hierüber, aber auch über in manchen Ausführungen ebenfalls vorhandene LAN Schnittstellen, ist eine Konfiguration der Regeleinheit über eine externes Datenverarbeitungsgerät wie einen PC, einen Laptop, ein Tablet oder ein Smartphone möglich. Alternativ oder zusätzlich hat die Regeleinheit auch Anzeige und/oder Eingabemittel, etwa ein berührungsempfindliches Display oder ein Display und eine Tastatur, über welche der Benutzer unmittelbar an der Regeleinheit Konfigurationseinstellungen ändern kann.Via this, but also via LAN interfaces that are also available in some versions, the control unit can be configured via an external data processing device such as a PC, laptop, tablet or smartphone. Alternatively or additionally, the control unit also has a display and / or input means, for example a touch-sensitive display or a display and a keyboard, via which the user can change configuration settings directly on the control unit.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Energieflusssteuerung sieht bevorzugt eine von der Regelsoftware umgesetzte Regelstrategie vor, um eine vorgegebene Zielgröße zu optimieren. Besonders bevorzugt kann die zu optimierende Zielgröße vom Benutzer gewählt und bei der Konfiguration der Regelungssoftware eingestellt werden.The method according to the invention for energy flow control preferably provides a control strategy implemented by the control software in order to optimize a predetermined target variable. The target variable to be optimized can particularly preferably be selected by the user and set when configuring the control software.

Diese Zielgröße können die Gesamt-Bruttoenergiekosten sein. Dann würde die lokal erzeugte Energie so eingesetzt, dass möglichst wenig Energie zugekauft werden müsste. Zu einer Zeit niedriger Energiekosten durch die gebäudeeigenen bzw. lokalen Energieerzeuger produzierte Energie würde tendenziell bevorzugt gespeichert statt verbraucht und der aktuelle Energiebedarf aus öffentlichen Quellen gedeckt, sofern und soweit eine Schätzung des Gesamtverbrauchs für einen Berechnungszeitraum durch die Regelsoftware ergibt, dass die lokal erzeugte Energie nicht zur Bedarfsdeckung ausreicht. Zu Zeiten hoher Energiekosten würde der Bedarf dann soweit möglich durch lokal erzeugte Energie, ob aktuell erzeugt oder zuvor gespeichert, gedeckt.This target variable can be the total gross energy costs. The locally generated energy would then be used in such a way that as little energy as possible would have to be purchased. Energy produced by the building's own or local energy producers at a time of low energy costs would tend to be stored rather than consumed, and the current energy demand would be met from public sources if and to the extent that an estimate of the total consumption for a calculation period by the control software shows that the locally generated energy is not sufficient to meet demand. In times of high energy costs, the demand would then be covered as far as possible by locally generated energy, whether currently generated or previously stored.

Die Zielgröße kann aber auch die Gesamt-Nettoenergiekosten sein. Hierbei ginge die Regelsoftware ähnlich wie bei der Minimierung der Bruttoenergiekosten vor, jedoch mit dem Unterschied, dass eine Einspeisevergütung mit berücksichtigt wird. Es findet in diesem Fall durch die Regelungssoftware also eine Opportunitätskostenrechnung statt bei der die erzielbaren Kosteneinsparung durch Bedarfsdeckung mit lokaler Energie zu Hochtarifzeiten gegen den erzielbaren Gewinn bei Einspeisung anstelle von Speicherung abgewogen wird.The target variable can also be the total net energy costs. The control software would proceed in a similar way to minimizing the gross energy costs, but with the difference that a feed-in tariff is also taken into account. In this case, the control software does an opportunity cost calculation in which the achievable cost savings through meeting the demand with local energy at high tariff times are weighed against the achievable profit with feed-in instead of storage.

In bevorzugten Ausführungen ist die Zielgröße, welche durch die Regelungssoftware im Rahmen der durchgeführten Regelstrategie optimiert werden soll, der Eigenverbrauchsgrad der lokal regenerativ erzeugten Energie. Dieser kann maximiert werden, indem die erzeugte Energie möglichst direkt verbraucht oder, soweit dies nicht möglich ist, für späteren Verbrauch gespeichert wird. Elektrische Energie kann in thermische Energie umgewandelt und in dieser Form verbraucht oder gespeichert werden. Eine Einspeisung in das öffentliche Netz, heute nur für Strom bekannt, aber auch für die anderen Energieformen thermische und chemische Energie denkbar, findet erfindungsgemäß nur dann statt, wenn auch nach Einbindung aller direkten Verbrauchs- und Speicherkapazitäten aller Energiearten noch überschüssige Energie zur Verfügung steht.In preferred embodiments, the target variable that is to be optimized by the control software within the framework of the control strategy carried out is the degree of self-consumption of the locally regeneratively generated energy. This can be maximized by using the generated energy as directly as possible or, if this is not possible, storing it for later consumption. Electrical energy can be converted into thermal energy and consumed or stored in this form. Feeding into the public network, currently only known for electricity, but also conceivable for the other forms of energy thermal and chemical energy, only takes place according to the invention if excess energy is still available after integrating all direct consumption and storage capacities of all types of energy.

Die Optimierung des Eigenverbrauchs eine regenerative thermische Energiequelle wie eine Solarthermieanlage, ein wasserführender Holzofen oder eine mit regenerativem Strom betriebene Wärmepumpe und/oder Heizstäbe erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt unter Berücksichtigung von zumindest den vier Betriebsmodi „anwesend“, „abwesend“, „Urlaub“ und „gerade zurück“.The optimization of the self-consumption of a regenerative thermal energy source such as a solar thermal system, a water-bearing wood stove or a heat pump and / or heating elements operated with regenerative electricity is preferably carried out according to the invention, taking into account at least the four operating modes "present", "absent", "vacation" and "currently" back".

Im Modus „anwesend“ wird, sofern die Messung der aktuellen Wärmeproduktion einen Überschuss über dem aktuellen Verbrauch anzeigt, durch die Regeleinheit die Steigerung des aktuellen Verbrauchs priorisiert. Hierzu werden bevorzugt eine Heizkreispumpe eingeschaltet oder die Pumpleistung gesteigert und über Ferngesteuerte Temperaturregler die Zieltemperatur von Heizkörpern des Gebäudes erhöht. Diese dient dazu, das Gebäude als Wärmereservoir zu nutzen. Um eine Erhöhung der Raumtemperatur im Gebäude auf unangenehme Werte zu verhindern, kann die von der Regeleinheit vorgenommene Zieltemperaturerhöhung auf bestimmte absolute Werte, etwa einen Wert zwischen 20 und 30 Grad Celsius, insbesondere 24 Grad Celsius, oder relative Werte, etwa zwischen +2 bis +10, insbesondere +3 Grad über dem am Thermostat lokal eingestellten Wert begrenzt werden.In the "present" mode, if the measurement of the current heat production shows an excess over the current consumption, the control unit prioritizes the increase in the current consumption. For this purpose, a heating circuit pump is preferably switched on or the pump output is increased and the target temperature of the heating elements in the building is increased via remote-controlled temperature regulators. This serves to use the building as a heat reservoir. In order to prevent the room temperature in the building from increasing to unpleasant values, the target temperature increase made by the control unit can be set to certain absolute values, for example a value between 20 and 30 degrees Celsius, in particular 24 degrees Celsius, or relative values, for example between +2 to + 10, in particular +3 degrees above the value set locally on the thermostat.

Gleichzeitig oder bevorzugt kann auch die Speicherkapazität eines Wärmespeichers, wie eines Warmwasserspeichers der Heizungsanlage oder eines Latentwärmespeichers genutzt werden, um die überschüssige Wärmeenergie für zukünftigen Verbrauch zu speichern. Latentwärmespeicher haben hierbei den Vorteil einer geringeren Wärmeverlustrate, da die Temperaturdifferenz zwischen dem Speicherinneren und der Umgebung geringer ist.At the same time or preferably, the storage capacity of a heat store, such as a hot water store in the heating system or a latent heat store, can also be used to store the excess heat energy for future consumption. Latent heat storage units have the advantage of a lower rate of heat loss, since the temperature difference between the interior of the storage unit and the environment is lower.

Eine Wärmeproduktion durch nicht-regenerative Wärmequellen wie Gas- oder Ölbrenner wird bei einem Überschuss gesperrt.
Aber auch bei einem Defizit wird durch die Regeleinheit die nicht-regenerative Wärmeproduktion auf die Differenz zwischen Wärmebedarf aller Verbraucher (Gebäudeheizung, Warmwasser, Schwimmbad etc.) und der regenerativ erzeugten Wärmeleistung begrenzt.
Heat production by non-regenerative heat sources such as gas or oil burners is blocked in the event of an excess.
But even if there is a deficit, the control unit limits the non-regenerative heat production to the difference between the heat demand of all consumers (building heating, hot water, swimming pool, etc.) and the regeneratively generated heat output.

Im Betriebsmodus „abwesend“ wird die Zieltemperatur der Gebäudeheizung für alle nicht-regenerativen Quellen abgesenkt, um diese nur selten, bzw. sofern ausreichend regenerativ erzeugte Wärme zur Verfügung steht, überhaupt nicht zuzuschalten. Die Warmwassererzeugung und Schwimmbadbeheizung erfolgt in diesem Modus ausschließlich über regenerativ erzeugte Wärme. D.h. wenn keine solche vorhanden ist, wird auch kein Warmwasser bereitgestellt oder keine Schwimmbadheizung betrieben.In the "absent" operating mode, the target temperature of the building heating is reduced for all non-regenerative sources so that these are only rarely switched on or not at all if sufficient regeneratively generated heat is available. In this mode, hot water and swimming pool heating are exclusively generated using regenerative heat. I.e. if there is none, no hot water is provided or no swimming pool heating is operated.

Im Betriebsmodus „Urlaub“ wird die Zieltemperatur der Gebäudeheizung für alle nicht-regenerativen Wärmeerzeuger auf ein minimales „Frostschutz“-Niveau gesenkt. Dies bedeutet, dass diese Quellen gerade genug laufen, um ein Einfrieren der Leitungen bei niedrigen Temperaturen zu verhindern. Die Warmwassererzeugung wird auch in diesem Modus mit überschüssiger regenerativer Wärme betrieben.In the "Vacation" operating mode, the target temperature of the building heating for all non-regenerative heat generators is reduced to a minimum "frost protection" level. This means that these sources are running just enough to prevent the pipes from freezing at low temperatures. The hot water generation is also operated in this mode with excess regenerative heat.

Im vierten Betriebsmodus „gerade zurück“ wird eine normale Heizungs- und Warmwassersituation unter Einsatz auch nicht-regenerativer Wärmeerzeuger möglichst schnell wiederhergestellt.In the fourth operating mode “just back”, a normal heating and hot water situation is restored as quickly as possible using non-regenerative heat generators.

Die Eigenverbrauchsmaximierung der durch eine Photovoltaikanlage erzeugte elektrische Energie geschieht gemäß des Verfahrens der Erfindung bevorzugt, indem der Tag in drei Teilbereiche zwischen drei Uhrzeiten, einer ersten, einer späteren zweiten und einer noch späteren dritten Uhrzeit, eingeteilt wird, wobei der Zeitraum zwischen der dritten und der ersten Uhrzeit (des nächsten Tages) einer Nachtzeit entspricht, während welcher keine Energieproduktion der Photovoltaikanlage zu erwarten ist.
Während dieser Nachtzeit wird ein Stromspeicher, etwa eine wiederaufladbare Batterie, mit zu maximal einer vorgegebenen Abgabeleistung, welche kleiner oder gleich einer maximalen Abgabeleistung des Stromspeichers ist, zur Deckung des im Gebäude anfallenden elektrischen Verbrauchs herangezogen und dabei nach und nach entladen, bis entweder eine gewisse untere Entladeschwelle oder die erste Uhrzeit und damit das Ende der Nachtzeit erreicht ist. Bei Eintritt eines dieser Kriterien, wird die Entladung gestoppt und sobald wieder Photovoltaikstrom verfügbar ist, die Wiederaufladung gestartet. Diese wird erfindungsgemäß fortgesetzt, bis zum ersten Mal eine erste Ladeschwelle erreicht ist. Anschließend erfolgt bis zum Erreichen der zweiten Uhrzeit am Ende des ersten Tagabschnitts ein alternierendes Entladen bis zu einer weiteren Entladeschwelle, welche in der Regel höher gewählt ist, als die nächtliche Entladeschwelle, und darauffolgendes Wiederaufladen bis zu einer zweiten Ladeschwelle, welche üblicherweise gleich oder niedriger gewählt ist, als die erste. Durch dieses Vorgehen zeigt der Ladestand des Stromspeichers während des zweiten Tagabschnitts einen sägezahnförmigen zeitlichen Verlauf. Mit Erreichen der zweiten Uhrzeit wird jedes Entladen des Speichers gestoppt und der Photovoltaikstrom ausschließlich zum Laden eingesetzt, so dass der Stromspeicher idealerweise genau zu der dritten Uhrzeit seine obere Ladeschwelle erreicht.
The self-consumption of the electrical energy generated by a photovoltaic system is preferably done according to the method of the invention by dividing the day into three sub-areas between three times, a first, a later second and an even later third time, the period between the third and the first time (of the next day) corresponds to a nighttime during which no energy production from the photovoltaic system is to be expected.
During this night time, a power storage device, such as a rechargeable battery, is used to cover the electrical consumption in the building, with a maximum output power that is less than or equal to a maximum output power of the power storage device and is gradually discharged until either a certain amount lower discharge threshold or the first time and thus the end of the night time has been reached. If one of these criteria occurs, the discharge is stopped and as soon as photovoltaic power is available again, the recharging is started. According to the invention, this is continued until a first charging threshold is reached for the first time. Then, until the second time is reached at the end of the first part of the day, alternating discharging up to a further discharge threshold, which is usually selected higher than the nightly discharging threshold, and subsequent recharging up to a second charging threshold, which is usually selected to be the same or lower is than the first. As a result of this procedure, the charge level of the power storage unit shows a sawtooth-shaped time curve during the second part of the day. When the second time is reached, any discharging of the storage unit is stopped and the photovoltaic current is used exclusively for charging, so that the electricity storage unit ideally reaches its upper charging threshold precisely at the third time.

Die Uhrzeiten werden bevorzugt von der Regelsoftware abhängig vom geographischen Standort des Gebäudes an die jahreszeitliche Tageslängenänderung angepasst. Darüber hinaus kann besonders bevorzugt auch eine Anpassung anhand von aktuellen Wettervorhersagen erfolgen. Wird etwa der Durchzug von Bewölkung gegen ende eines Tages vorhergesagt, kann die Regelsoftware die zweite Tageszeit nach vorne verlegen, um soweit möglich sicherzustellen, dass der Stromspeicher zum Tagesende trotzdem möglichst vollständig geladen sein wird.The times are preferably adjusted by the control software depending on the geographical location of the building to the seasonal change in day length. In addition, an adaptation based on current weather forecasts can particularly preferably also take place. If, for example, the passage of cloud cover is predicted towards the end of the day, the control software can move the second time of the day forward in order to ensure, as far as possible, that the electricity storage system will be fully charged at the end of the day.

AusführungsbeispieleEmbodiments

Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile vorliegender Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren vorgestellten Ausführungsbeispielen. Diese sollen vorliegende Erfindung nur erläutern und in keiner Weise das in den unabhängigen Ansprüchen wiedergegebene allgemeine Prinzip der Erfindung einschränken.Further properties, features and advantages of the present invention emerge from the exemplary embodiments presented below with reference to the figures. These are only intended to illustrate the present invention and in no way restrict the general principle of the invention as recited in the independent claims.

Es zeigen:

  • 1: Eine schematische Übersicht über eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit elektrischen und thermischen Energieknoten.
  • 2A: Eine schematische Übersicht des elektrischen Teils einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
  • 2B: Eine schematische Übersicht des thermischen Teils der Ausführungsform aus 2A.
  • 3: Eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Regeleinheit mit Gehäuse und integriertem Batteriespeicher.
  • 4: Einen beispielhaften zeitlichen Verlauf des Ladestands einer Speicherbatterie zur Speicherung von durch eine Photovoltaikanlage erzeugter elektrischer Energie bei Einsatz einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiefluss-Steuerungsverfahrens
Show it:
  • 1 : A schematic overview of a first embodiment of the arrangement according to the invention with electrical and thermal energy nodes.
  • 2A : A schematic overview of the electrical part of a further embodiment of the arrangement according to the invention.
  • 2 B : A schematic overview of the thermal part of the embodiment from FIG 2A .
  • 3 : A perspective view of a control unit according to the invention with housing and integrated battery storage.
  • 4th : An exemplary time profile of the charge level of a storage battery for storing electrical energy generated by a photovoltaic system when using an embodiment of the energy flow control method according to the invention

1 zeigt schematische Übersicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, die sowohl elektrische als auch thermische Energieknoten in Form von Quellen, Speichern und Verbrauchern umfasst.
Die Knoten der Energieinfrastruktur des Gebäudes G sind nach Energieart (elektrisch oder thermisch) und Funktion (Quelle/Generator, Speicher, Verbraucher) sortiert um die zentral dargestellte Regeleinheit 10 angeordnet. Die Regeleinheit 10 umfasst Datenverarbeitungsmittel, auf denen die Regelungssoftware 11 ausgeführt wird, die wiederum den Regelalgorithmus 12 und die Datenbank 13 umfasst. Die Regeleinheit 10 verfügt weiterhin über verschiedene Datenschnittstellen zum Anschluss der Leistungs- oder Zustandserfassungsmittel und der zur Steuerung/Regelung nötigen Aktoren in Form von Umwälzpumpen, Stromverteilern, Gleich- oder Wechselrichtern, ferngesteuerten Verbrauchern und Temperaturreglern.
1 shows a schematic overview of a first embodiment of the arrangement according to the invention, which comprises both electrical and thermal energy nodes in the form of sources, stores and consumers.
The nodes of the building's energy infrastructure G are sorted by type of energy (electrical or thermal) and function (source / generator, storage, consumer) around the central control unit 10 arranged. The control unit 10 includes data processing means on which the control software 11 is executed, which in turn is the control algorithm 12 and the database 13 includes. The control unit 10 also has various data interfaces for connecting the power or condition recording means and the actuators required for control / regulation in the form of circulating pumps, power distributors, rectifiers or inverters, remote-controlled consumers and temperature regulators.

Die Verbindungen der Energieknoten in dieser Ausführungsform untereinander und mit der Regeleinheit 10 ist durch verschiedenartige gerichtete Linien angedeutet, wobei die Pfeilrichtung mit der Übertragungsrichtung korrespondiert und gepunktete Linien Datendurchgezogene Linien hingegen Energieübertragung symbolisieren. Es sind jeweils nur die schematischen Energieflüsse, aber keine vollständigen Strom-/Wärmekreisläufe dargestellt.The connections between the energy nodes in this embodiment and with the control unit 10 is indicated by different types of directed lines, the direction of the arrows corresponding to the direction of transmission and dotted lines, on the other hand, symbolizing energy transmission. Only the schematic energy flows are shown, but not complete electricity / heat cycles.

Auf der linken Seite finden sich die Energiequellen oder -erzeuger EQ. Hier sind als elektrische Quellen/Erzeuger eine Photovoltaikanlage PV, eine Windturbine WT, ein Netzanschluss N und der elektrische Generator KQel einer Kombinationquelle KQ, etwa eines Blockheizkraftwerks oder einer Brennstoffzellenheizung, dargestellt. Als Wärmequellen sind die thermische Teil der Kombinationsquelle KQth, ein Spitzenlastbrenner SLB, ein Solarthermieanlage ST, eine wasserführender Holzofen HO und eine Wärmepumpe WP vorhanden, wobei letztere aus Gründen der Übersichtlichkeit auf der rechten Seite zu den Stromverbrauchern sortiert ist. In der mittleren Spalte sind die Energiespeicher abgebildet. Oberhalb der Regeleinheit 10 sind als Stromspeicher eine (externe) wiederaufladbare Batterie B1 und ein Wasserstoffspeicher H2 und unterhalb der Regeleinheit die Wärmespeicher in Form eines Warmwasserspeichers WWS und eines Latentwärmespeichers LWS vorhanden. Innerhalb der Regeleinheit ist als weiterer Stromspeicher eine integrierte wiederaufladbare Batterie B0 angedeutet.The energy sources or producers can be found on the left EQ . Here is a photovoltaic system as an electrical source / generator PV , a wind turbine WT , a power connection N and the electric generator KQel a combination source KQ , such as a block-type thermal power station or a fuel cell heating system. As heat sources, the thermal part of the combination source KQth , a peak load burner SLB , a solar thermal system ST , a water-bearing wood stove HO and a heat pump WP available, the latter being sorted to the power consumers on the right for reasons of clarity. The energy stores are shown in the middle column. Above the control unit 10 are an (external) rechargeable battery as power storage B1 and a hydrogen storage H2 and below the control unit the heat storage in the form of a hot water storage tank WWS and a latent heat store Lumbar spine available. An integrated rechargeable battery is located within the control unit as an additional power storage device B0 indicated.

Auf der rechten Seite der Figur finden sich die (reinen) Verbraucher. Oben als elektrische/Strom-Verbraucher ein Elektroherd EV1, eine Waschmaschine EV2 und eine Beleuchtung EV3, unten die Wärmeverbraucher Gebäudeheizung WV1, Warmwasseraufbereitung WV2 und ein Schwimmbad SB.
Als weitere elektrische Verbraucher sind auch eine Strahlungsheizung SH dargestellt, zwei Heizstäbe HS1 und HS2 und die bereits erwähnte Wärmepumpe WP vorhanden. Diese sind sämtlich Beispiele für Umwandlungsknoten, welche im Gebäude nachgefragte Energieform, hier elektrische, in eine andere, hier thermische, umwandeln und so eine Kopplung zwischen dem elektrischen und thermischen Teilnetzen der Energieinfrastruktur herstellen.
On the right side of the figure are the (pure) consumers. Above as an electrical / electricity consumer, an electric stove EV1 , a washing machine EV2 and lighting EV3 , below the heat consumer building heating WV1 , Water heating WV2 and a swimming pool SB .
Radiant heating is another electrical consumer SH shown, two heating elements HS1 and HS2 and the already mentioned heat pump WP available. These are all examples of conversion nodes that convert the energy form demanded in the building, here electrical, into another, here thermal, and thus create a coupling between the electrical and thermal sub-networks of the energy infrastructure.

Zwischen den reinen elektrischen Verbrauchern und den Stromspeichern positioniert ist schematisch ein Elektrofahrzeug EF dargestellt, welches an einer von der Regeleinheit mit einer Wechselspannung versorgten Ladestation LS geladen wird. Das Fahrzeug EF kann als reiner Verbrauch oder, sofern die Ladestation LS auch eine Umkehrung der Stromrichtung unterstützt, als Stromspeicher betrieben werden. Hierzu erhält die Regeleinheit entweder Ladezustandsinformationen der Fahrzeugbatterie direkt vom Fahrzeug EF oder leitet diese aus bekannten Fahrzeugparametern und den Verbrauchsdaten der Ladestation LS ab.An electric vehicle is schematically positioned between the purely electrical consumers and the power storage EF shown, which at a charging station supplied with AC voltage by the control unit LS is loaded. The vehicle EF can as pure consumption or, provided the charging station LS also supports a reversal of the direction of electricity, operated as electricity storage. For this purpose, the control unit either receives information on the state of charge of the vehicle battery directly from the vehicle EF or derives this from known vehicle parameters and the consumption data of the charging station LS from.

Der von der Photovoltaikanlage erzeugte Gleichstrom wird von der Regeleinheit 10 abhängig vom gemessenen aktuellen Strombedarf entweder über den Wechselrichter DCAC ins Hausnetz eingespeist und so den dort angeschlossenen (Strom-)Verbrauchern zugänglich gemacht, oder er wird über den Stromwandler DCDC der Regeleinheit 10 zugeleitet, welchen die Energie dann zum Laden der internen Batterie B0, der externen Batterie B1 oder zum Betrieb des Elektrolyseurs EL des Wasserstoffspeichers H2 verwenden kann. The direct current generated by the photovoltaic system is used by the control unit 10 depending on the measured current demand either via the inverter DCAC fed into the house network and thus made accessible to the (electricity) consumers connected there, or it is via the current transformer DCDC the control unit 10 fed to which the energy is then used to charge the internal battery B0 , the external battery B1 or to operate the electrolyzer Tbsp of the hydrogen storage system H2 can use.

Um den Eigenenergieverbrauch zu maximieren, kann die Regeleinheit in dieser Ausführungsform der Erfindung auch zumindest einige der elektrischen Verbraucher, hier exemplarisch am Beispiel der Waschmaschine EV2 gezeigt, ferngesteuert ein- und ausschalten.In order to maximize its own energy consumption, the control unit in this embodiment of the invention can also use at least some of the electrical consumers, here using the example of the washing machine EV2 shown to switch on and off remotely.

Der von der Windturbine WT erzeugte Wechselstrom wird entweder über den Transformator ACAC auf die Hausnetzspannung (240V einphasiger Wechsel- oder 380 V dreiphasiger Drehstrom) transformiert und verbraucht, oder, sofern oder insoweit die Regeleinheit 10 keinen aktuellen Bedarf feststellt, ganz oder teilweise über den Gleichrichter ACDC der Regeleinheit 10 zugeführt, welche ihn dann zum Laden der elektrischen Speicher B0, B1 und/oder H2 einsetzt oder als überschüssig über einen der Umwandlungsknoten SH, WP, HS1 oder HS2 in Wärme umwandelt. Die erzeugte Wärme würde entweder unmittelbar verbraucht, wozu auch die Erhöhung der Gebäudewärme zählt, oder in den Wärmespeichern WWS oder LWS gespeichert. Die Regeleinheit kann über ferngesteuerte Temperaturregler RTR auch die Zieltemperatur der Heizkörper HK beeinflussen und hierdurch das Gebäude selbst als Wärmespeicher nutzen.The one from the wind turbine WT The alternating current generated is either via the transformer ACAC on the house mains voltage ( 240V single-phase alternating current or 380 V three-phase three-phase current) is transformed and consumed, or, if or insofar as the control unit 10 does not determine any current need, in whole or in part via the rectifier ACDC the control unit 10 fed, which then to the Charging the electrical storage B0 , B1 and or H2 used or as excess via one of the conversion nodes SH , WP , HS1 or HS2 converts into heat. The heat generated would either be consumed directly, including increasing the building heat, or in the heat storage system WWS or Lumbar spine saved. The control unit can be remotely controlled by temperature controllers RTR also the target temperature of the radiators HK influence and thereby use the building itself as a heat store.

Die Regeleinheit 10 verfügt auch über einen Wechselstromausgang, über welche sie den angeschlossenen Stromspeichern entnommene und wechselgerichtete elektrische Energie in das Hausnetz speisen kann.The control unit 10 also has an alternating current output, via which it can feed inverted electrical energy taken from the connected electricity storage system into the house network.

Nur wenn auch dies nicht möglich ist, da alle thermischen Speichermöglichkeiten voll ausgeschöpft sind, wird durch die Regeleinheit die erzeugte Leistung gedrosselt, indem die Windturbine gebremst oder die Photovoltaikanlage (teil-)abgeschaltet wird.Only if this is not possible either, since all thermal storage possibilities have been fully exhausted, the control unit throttles the power generated by braking the wind turbine or (partially) switching off the photovoltaic system.

Aus dem Netzanschluss N bezieht die erfindungsgemäße Regeleinheit über die elektronische Schalteinheit SE dreiphasigen Drehstrom zur Abdeckung eines Defizits zwischen lokal erzeugter und verbrauchter elektrischer Energie, oder speist überschüssigen Strom in das öffentliche Netz N ein. Weiterhin kann die Schalteinheit SE die aktuell übertragene Wirkleistung bestimmen und der Regeleinheit 10 melden. Die Schalteinheit dient somit sowohl als eine der Messvorrichtungen als auch als einer der Aktoren der erfindungsgemäßen Anordnung. Nicht dargestellt sind die Leistungs- und Verbrauchserfassungsmittel zum Erfassen der aktuell erzeugten und verbrauchten elektrischen Leistung, welche ebenfalls Teil der erfindungsgemäßen Anordnung sind.From the mains connection N the control unit according to the invention relates to the electronic switching unit SE three-phase alternating current to cover a deficit between locally generated and consumed electrical energy, or feed excess electricity into the public grid N one. Furthermore, the switching unit SE determine the currently transmitted active power and the control unit 10 Report. The switching unit thus serves both as one of the measuring devices and as one of the actuators of the arrangement according to the invention. The power and consumption recording means for recording the currently generated and consumed electrical power, which are also part of the arrangement according to the invention, are not shown.

Auf der thermischen Seite der Energieinfrastruktur beziehen sowohl der Kombinationserzeuger KQth als auch der Gasbrenner SLB die benötigtes Gas aus einem öffentlichen Gasanschluss C. Ein Teil des Gasbedarfs könnte jedoch auch vom regenerativ erzeugten Wasserstoff des Speichers H2 abgezapft werden. Da dies jedoch sehr ineffizient ist, wäre die Verwendung der Wärmepumpe WP vorzuziehen. Die Kombinationsquelle KQ erzeugt neben elektrischer auch thermische Energie, welche zunächst dem Warmwasserspeicher WWS zugeleitet wird. Abhängig vom derzeitigen Wärmebedarf kann durch die Regeleinheit 10 eine Zirkulationspumpe ZP zugeschaltet werden, welche einen Wärmekreislauf betreibt, der Wärme vom Warmwasserspeicher zur längerfristigen Speicherung in den Latentwärmespeicher LWS transferiert oder, je nach relativer Temperatur, auch umgekehrt, etwa um eine Zufeuerung durch den Gasbrenner SLB zu vermeiden. Um dies praktikabel zu machen, ist die Phasenumwandlungstemperatur des Speichermediums im Latentwärmespeicher entsprechend einer üblichen Temperatur des Warmwasserspeichers gewählt, insbesondere zwischen 35 und 75 Grad Celsius, bevorzugt zwischen 45 und 60 Grad Celsius.On the thermal side of the energy infrastructure, both the combination generator KQth as well as the gas burner SLB the required gas from a public gas connection C. . However, part of the gas requirement could also come from the regeneratively generated hydrogen in the storage facility H2 be drawn off. However, since this is very inefficient it would be to use the heat pump WP preferable. The combination source KQ generates not only electrical but also thermal energy, which initially goes to the hot water tank WWS is forwarded. Depending on the current heat demand, the control unit 10 a circulation pump ZP be switched on, which operates a heat cycle, the heat from the hot water tank for longer-term storage in the latent heat storage Lumbar spine transferred or, depending on the relative temperature, vice versa, for example by additional firing by the gas burner SLB to avoid. In order to make this practicable, the phase transition temperature of the storage medium in the latent heat storage device is selected according to a customary temperature of the hot water storage device, in particular between 35 and 75 degrees Celsius, preferably between 45 and 60 degrees Celsius.

Die durch die Wärmepumpe WP produzierte Wärme wird dem Warmwasserspeicher WWS zugeführt, wo sie der Warmwassererzeugung WV2 oder der Bereitstellung von Heizungswärme für die Gebäudeheizung WV1 dient. Gleiches gilt auch für den ersten Heizstab HS1. Der zweite Heizstab HS2 ist hingegen im Heizkreis des Schwimmbades P angeordnet, welches hierdurch direkt mit Strom heizbar ist.The through the heat pump WP The heat produced goes to the hot water tank WWS fed where they are used for hot water production WV2 or the provision of heat for heating the building WV1 serves. The same applies to the first heating element HS1 . The second heating rod HS2 is, however, in the heating circuit of the swimming pool P arranged, which is thereby directly heated with electricity.

In 2A ist eine schematische Übersicht der elektrischen Energiekomponenten und -flüsse einer zweiten, für zwei räumlich nahestehende Gebäude vorgesehene, Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt.
Die verschiedenen elektrischen Energieknoten sind wie in 1 um die zentrale Regeleinheit 10 angeordnet dargestellt, welche wie angedeutet die Regelungssoftware 11 und die interne Speicherbatterie B0 umfasst. Um die Regeleinheit angeordnet sind als Leistungsknoten von links im Uhrzeigersinn gehend dargestellt ein Blockheizkraftwerk BHKW, ein Spitzenlastbrenner SLB, eine Photovoltaikanlage PV, eine Solarthermieanlage ST, ein Schwimmbad SB, drei parallel geschaltete externe wiederaufladbare Batterien B1, die Gebäude G1, G2, welche alle darin vorhandenen elektrischen Verbraucher repräsentieren, sowie, in der Figur rechts unten, zwei elektrische Heizstäbe HS1, HS2 und die Zirkulationspumpe ZP1, deren Funktion im Rahmen des thermischen Systems weiter unten erläutert werden wird.
In der Figur links unten ist des System über einen elektronische Schalteinheit SE an das öffentliche Stromnetz N angeschlossen.
In 2A a schematic overview of the electrical energy components and flows of a second embodiment of the arrangement according to the invention provided for two spatially adjacent buildings is shown.
The various electrical energy nodes are as in 1 around the central control unit 10 arranged shown, which as indicated the control software 11 and the internal storage battery B0 includes. Arranged around the control unit, a block-type thermal power station is shown as a power node, going clockwise from the left CHP , a peak load burner SLB , a photovoltaic system PV , a solar thermal system ST , a swimming pool SB , three external rechargeable batteries connected in parallel B1 , the buildings G1 , G2 , which represent all electrical consumers present in it, as well as, in the figure at the bottom right, two electrical heating elements HS1 , HS2 and the circulation pump ZP1 whose function in the context of the thermal system will be explained below.
In the bottom left of the figure, the system has an electronic switching unit SE to the public power grid N connected.

Als Leistungs- und Verbrauchserfassungsmittel sind je ein Wärmezähler WZ zur Messung der produzierten Wärmemenge des Blockheizkraftwerks BHKW, des Spitzenlastbrenners SLB, der Solarthermieanlage ST und des Wärmeverbrauchs des Schwimmbades SB, sowie ein Stromzähler EZ vorhanden und per Modbus-Datenbus an die Regeleinheit 10 angeschlossen. Als Zustandserfassungsmittel sind die Temperaturfühler T1 - 4 vorhanden, wovon T3 und T4 an analoge Signaleingänge der Regeleinheit angeschlossen sind, wohingegen T1 dem Blockheizkraftwerk und T2 dem Spitzenlastbrenner zugeordnet sind. Darüber hinaus erhält die Regeleinheit 10 die Speicherzustandsinformationen der wiederaufladbaren Batterien von deren jeweiligen Batteriemanagementsystemen übermittelt.A heat meter is used as a power and consumption recording device WZ for measuring the amount of heat produced by the combined heat and power unit CHP , the peak load burner SLB , the solar thermal system ST and the heat consumption of the swimming pool SB , as well as an EZ electricity meter and via Modbus data bus to the control unit 10 connected. The temperature sensors are used as condition detection means T1 - 4 available, of which T3 and T4 are connected to analog signal inputs of the control unit, whereas T1 the block-type thermal power station and T2 are assigned to the peak load burner. In addition, the control unit receives 10 the storage status information of the rechargeable batteries is transmitted by their respective battery management systems.

Die elektronische Schalteinheit SE, welche über die LAN-Schnittstelle mit der Regeleinheit 10 verbunden ist, übernimmt eine Doppelfunktion als Messeinrichtung und Aktor. Weitere Aktoren der hier dargestellten elektrischen Teil des Systems sind die von der Regeleinheit steuerbaren Heizstäbe HS1 und HS2, die Zirkulationspumpe ZP1, das Blockheizkraftwerk und der Spitzenlastbrenner SLB, deren beider Parameter wie Heizkurve oder Zieltemperatur durch die Regeleinheit 10 verändert werden können, und die wiederaufladbaren Batterien B0 (intern) und B1 (extern).The electronic switching unit SE which are connected to the control unit via the LAN interface 10 is connected, assumes a double function as Measuring device and actuator. Further actuators of the electrical part of the system shown here are the heating rods that can be controlled by the control unit HS1 and HS2 , the circulation pump ZP1 , the block-type thermal power station and the peak load burner SLB , both of which parameters such as heating curve or target temperature by the control unit 10 can be changed, and the rechargeable batteries B0 (internal) and B1 (external).

Das Hausnetz ist über den Wechselstromanschluss AC mit der Regeleinheit 10 verbunden, wohingegen die externen Batterien B1, welche hier alle eine Ausgangsspannung von 48V Gleichstrom liefern und eine Kapazität von 12 kWh haben, parallel an einen Gleichstromeingang DC angeschlossen sind.The house network is via the AC connection AC with the control unit 10 connected, whereas the external batteries B1 , which all deliver an output voltage of 48V direct current and have a capacity of 12 kWh, in parallel to a direct current input DC are connected.

Über eine WLAN Schnittstelle ist die Regeleinheit drahtlos an einen Router HR eines gebäudeinternen Datennetzes angeschlossen und kann auf diese Weise mit Datenverarbeitungsgeräten in diesem Datennetz kommunizieren. Dies ermöglich beispielsweise eine Fernwartung oder eine Änderung der Konfigurationseinstellung oder ein Update der Regelungssoftware oder ein Änderung oder Erweiterung der Datenbank der Regelungssoftware, in welcher die die Knoten repräsentierenden Datenobjekte abgelegt sind.Over a WIRELESS INTERNET ACCESS The interface is the control unit wirelessly to a router MR connected to a building-internal data network and can in this way communicate with data processing devices in this data network. This enables, for example, remote maintenance or a change in the configuration setting or an update of the control software or a change or expansion of the database of the control software in which the data objects representing the nodes are stored.

2B zeigt eine schematische Übersicht der thermischen Komponenten und -flüsse der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung aus 2A. Im Unterschied zu 1 sind hier nicht nur schematisch die Wärmeflüsse sondern die vollständigen Wärmekreisläufe jeweils mit Vor- und Rückläufen dargestellt. 2 B shows a schematic overview of the thermal components and flows of the second embodiment of the arrangement according to the invention from 2A . In contrast to 1 Not only are the heat flows shown schematically here, but also the complete heat cycles with supply and return flows.

Einige Knoten, Messvorrichtungen und Aktoren, welche sowohl im elektrischen als auch im thermischen System eine Rolle spielen, finden sich in beiden 2A und 2B wieder. Dies betrifft neben der Regeleinheit 10 auch das Blockheizkraftwerk BHKW, den Spitzenlastbrenner SLB, die Solarthermieanlage ST, das Schwimmbad SB, die Wärme- und Stromzähler, die Temperaturfühler T1 - T4, die Heizstäbe HS1, HS2 sowie die Zirkulationspumpe.
Für das Wärmemanagement nicht relevant sind lediglich die wiederaufladbaren Batterien und die Photovoltaikanlage. In der vorliegenden Figur neu hinzugekommen sind hingegen zwei Warmwasserspeicher WWS1 und WWS2, eine Solarthermiesteuerung PS und, im Wärmekreislauf des Schwimmbades SB, der Wärmetauscher WT und die Filterpumpe FP.
Some nodes, measuring devices and actuators that play a role in both the electrical and thermal systems can be found in both 2A and 2 B again. This applies not only to the control unit 10 also the block-type thermal power station CHP , the peak load burner SLB , the solar thermal system ST , the pool SB , the heat and electricity meters, the temperature sensors T1 - T4 who have favourited heating rods HS1 , HS2 as well as the circulation pump.
Only the rechargeable batteries and the photovoltaic system are not relevant for thermal management. In the present figure, however, two hot water tanks have been added WWS1 and WWS2 , a solar thermal control PS and, in the thermal circuit of the swimming pool SB , the heat exchanger WT and the filter pump FP .

Eine wichtige Funktion kommt in der vorliegenden, für zwei Gebäude vorgesehenen, Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung den Warmwasserspeichern WWS1 und WWS2, die jeweils einem der beiden Gebäude G1 und G2 zugeordnet sind. Jeder der Warmwasserspeicher verfügt über einen der Heizstäbe HS1 und HS2, mittels derer lokal erzeugter Strom aus der Photovoltaikanlage oder dem Blockheizkraftwerk bei erhöhtem Wärmebedarf oder wenn keine anderweitige Eigenverwendung möglich ist, zur Erhöhung der Speichertemperatur genutzt werden kann.
Die thermische Grundlast wird jedoch durch das Blockheizkraftwerk BHKW bereitgestellt und wie dargestellt an die beiden Warmwasserspeicher WWS1 und WWS2 weitergegeben. Bei Bedarf, und wenn keine ausreichende Menge lokalen Stroms zum Betrieb der Heizstäbe zur Verfügung steht, schaltet sich der Spitzenlastbrenner SLB zu. Dieser ist wie dargestellt an denselben Wasserkreislauf wie das Blockheizkraftwerk BHKW gekoppelt. In diesem Kreislauf wird die Wärme zunächst an den zweiten Speicher WWS2 und erst als zweites an den ersten Speicher WWS1 geliefert.
The hot water storage tank has an important function in the present embodiment of the arrangement according to the invention, which is intended for two buildings WWS1 and WWS2 each one of the two buildings G1 and G2 assigned. Each of the hot water tanks has one of the heating elements HS1 and HS2 , by means of which locally generated electricity from the photovoltaic system or the combined heat and power plant can be used to increase the storage temperature in the event of increased heat demand or if no other internal use is possible.
However, the thermal base load is provided by the combined heat and power unit CHP provided and as shown on the two hot water tanks WWS1 and WWS2 passed on. If required and if there is insufficient local electricity to operate the heating elements, the peak load burner switches itself on SLB to. As shown, this is connected to the same water cycle as the block-type thermal power station CHP coupled. In this cycle, the heat is first sent to the second store WWS2 and only second to the first memory WWS1 delivered.

Die von der Solarthermieanlage ST gelieferte Wärme fließt in dieser Ausführungsform hingegen zunächst in den ersten Warmwasserspeicher WWS1, ein Temperaturausgleich erfolgt durch einen mittels die Zirkulationspumpe ZP1 umgewälzten Wärmekreislauf, der teilweise die gleichen Vor- und Rücklaufleitungen wie der Wärmekreislauf des Blockheizkraftwerks und des Spitzenlastbrenners nutzt. Die Zirkulationspumpe ZP1 wird von der Regeleinheit 10 nach Bedarf zugeschaltet, wenn der der Solarthermieanlage ST nachgeschaltete Wärmezähler WZ eine hohe Ausgangswärmeleistung registriert und/oder die an die Regeleinheit angeschlossene Temperaturfühler T3 und T4 einen Temperaturunterschied der Speicher WWS1 und WWS2 registrieren, welcher über einem einstellbaren Schwellwert liegt.The one from the solar thermal system ST In this embodiment, however, supplied heat initially flows into the first hot water storage tank WWS1 , a temperature equalization takes place by means of the circulation pump ZP1 Recirculated heat cycle, which partly uses the same flow and return lines as the heat cycle of the combined heat and power unit and the peak load burner. The circulation pump ZP1 is controlled by the control unit 10 switched on as required, if the solar thermal system ST downstream heat meters WZ a high output heat output registered and / or the temperature sensor connected to the control unit T3 and T4 a temperature difference between the storage tanks WWS1 and WWS2 register which is above an adjustable threshold.

Die Steuerung von Blockheizkraftwerk BHKW und Spitzenlastbrenner SLB und Solarthermieanlage ST kann wie im Stande der Technik bekannt selbsttätig, also ohne direktes Eingreifen der Regeleinheit 10 erfolgen. Die Regeleinheit 10 kann jedoch indirekt eingreifen und diese Wärmeerzeugerknoten regeln, indem sie die Heizkurve, die Zieltemperatur, der Betriebsmodus oder andere Parameter von Blockheizkraftwerk und/oder Spitzenlastbrenner ändert.The control of the combined heat and power unit CHP and peak load burners SLB and solar thermal system ST can, as is known in the prior art, automatically, i.e. without direct intervention by the control unit 10 respectively. The control unit 10 can intervene indirectly and regulate these heat generator nodes by changing the heating curve, the target temperature, the operating mode or other parameters of the combined heat and power plant and / or peak load burner.

Der (Warm)Wasserkreislauf des Schwimmbads wird durch die Filterpumpe FP umgewälzt und ist mittels des Wärmetauschers WT thermisch an den von der Pumpe P2 betriebenen Heizkreislauf der Warmwasserspeicher WWS1 und WWS2 gekoppelt.The (warm) water cycle of the swimming pool is created by the filter pump FP circulated and is by means of the heat exchanger WT thermally to that of the pump P2 operated heating circuit of the hot water storage tank WWS1 and WWS2 coupled.

In 3 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Regeleinheit mit Gehäuse dargestellt.
Zu sehen ist das Gehäuse 15 der Regeleinheit 10, auf dessen Frontplatte 16 ergonomisch günstig im oberen Bereich eine LCD-Anzeige 17a, eine Temperaturanzeige 17b und Eingabetasten 17c angeordnet sind. Hierüber können aktuelle Zustandsdaten der Energieverbrauchssteuerung ausgelesen oder die Konfigurationseinstellungen der Regelungssoftware geändert werden. Die quaderförmige Bauform mit annähern quadratischer Grundfläche von 600 x 600 mm und einer Höhe von 1600 mm erlaubt einen platzsparende Integration in bestehende Technikräume.
In 3 is a perspective view of a control unit according to the invention with a housing.
You can see the housing 15th the control unit 10 , on its front panel 16 ergonomically favorable in the upper area an LCD display 17a , a temperature display 17b and input keys 17c are arranged. Current status data of the energy consumption control can be read out here or the configuration settings of the control software can be changed. The cuboid design with an approximately square base area of 600 x 600 mm and a height of 1600 mm allows space-saving integration into existing technical rooms.

4 illustriert beispielhaft den zeitlichen Verlauf des Ladestands einer Speicherbatterie zur Speicherung von durch eine Photovoltaikanlage erzeugter elektrischer Energie bei Einsatz einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiefluss-Steuerungsverfahrens.
Auf der Ordinate ist der Ladezustand (State of Charge, SoC) der Batterie als Prozentanteil der maximal möglichen Ladung, auf der Abszisse die Uhrzeit abgetragen. Im ersten Zeitraum, der Nachtzeit zwischen der dritten Uhrzeit T3, hier 20 Uhr und der ersten Uhrzeit T1, hier 8 Uhr morgens, findet eine reine, hier als linear angenommene, Entladung bis zu einer unteren Entladeschwelle, hier beispielhaft 5% der maximalen Ladung, statt (nächtliche Entladung 4), da die Photovoltaikanlage in dieser Zeit keine Leistung liefert. Während des zweiten Zeitraums zwischen T1 und der zweiten Uhrzeit T2, hier um 18 Uhr angenommen, wird der Photovoltaikstrom in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst nur zur Ladung des Batteriespeichers eingesetzt bis dieser zum ersten Mal die untere Ladeschwelle, hier beispielhaft 80 % der Maximalladung, erreicht (erste Vollladung 1). Ab dann folgt bis zum Ende des zweiten Zeitraums eine alternierende Entladung 2 bis zu einer oberen Entladeschwelle, hier bei beispielhaften 70% angenommen, und anschließendes Wiederaufladen bis zur unteren Ladeschwelle. Zwischen 18 und 20 Uhr, also zwischen T2 und T3 wird dieses zu einem sägezahnartigen Verlauf des Ladezustands führende Verfahren beendet und der Photovoltaikstrom ausschließlich zum Laden bis zu einer oberen Ladeschwelle, hier bei beispielhaft 85 % der maximalen Ladung, verwendet (letzte Vollladung 3). Durch das sägezahnartige Laden-Entladen 2 während des zweiten Zeitraums können leistungsintensivere Verbraucher rein regenerativ betrieben werden ohne hierbei die Speicherbatterie einem vollen Lade-/Entladezyklus aussetzen zu müssen.
4th illustrates by way of example the time profile of the charge level of a storage battery for storing electrical energy generated by a photovoltaic system when using an embodiment of the energy flow control method according to the invention.
The state of charge (SoC) of the battery is shown on the ordinate as a percentage of the maximum possible charge, and the time is shown on the abscissa. In the first period, the night time between the third time T3 , here 8 p.m. and the first time T1 , here 8 o'clock in the morning, there is a pure, here assumed linear, discharge down to a lower discharge threshold, here as an example 5% of the maximum charge (nightly discharge 4th ), as the photovoltaic system does not deliver any power during this time. During the second period between T1 and the second time T2 , assumed here at 6 p.m., the photovoltaic current in this embodiment of the method according to the invention is initially only used to charge the battery storage until it reaches the lower charging threshold for the first time, here 80% of the maximum charge as an example (first full charge 1 ). An alternating discharge then follows until the end of the second period 2 up to an upper discharge threshold, here assumed at an exemplary 70%, and subsequent recharging up to the lower charging threshold. Between 18th and 20th O'clock, so between T2 and T3 this process, which leads to a sawtooth-like curve of the state of charge, is ended and the photovoltaic current is used exclusively for charging up to an upper charging threshold, here at 85% of the maximum charge, for example (last full charge 3 ). Through the sawtooth-like loading-unloading 2 During the second period, more power-intensive consumers can be operated purely regeneratively without having to expose the storage battery to a full charge / discharge cycle.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Energieverbrauchs-RegeleinheitEnergy consumption control unit
1111
RegelungssoftwareControl software
1212
RegelalgorithmusControl algorithm
1313
DatenbankDatabase
1515th
Gehäusecasing
1616
FrontplatteFront panel
17a17a
LCD-AnzeigeLCD display
17b17b
TemperaturanzeigeTemperature display
17c17c
Eingabetasten Input keys
elel
elektrische Energieelectrical power
thth
thermische Energiethermal energy
chch
chemische Energie chemical energy
EQEQ
Energiequelle/-erzeugerEnergy source / generator
ESIT
EnergiespeicherEnergy storage
EVEV
EnergieverbraucherEnergy consumers
SVSV
StromverbraucherElectricity consumers
SZSZ
StromzählerElectricity meter
WQWQ
WärmequelleHeat source
WSWS
WärmespeicherHeat storage
WVWV
WärmeverbraucherHeat consumer
WZ, WMZWZ, WMZ
Wärmezähler Heat meter
KQKQ
Kombinationserzeuger el/th Combination generator el / th
KQelKQel
elektrischer Teil d. KQelectrical part d. KQ
KQthKQth
thermischer Teil d. KQ thermal part d. KQ
BHKWCHP
BlockheizkraftwerkBlock-type thermal power station
PVPV
PhotovoltaikPhotovoltaics
WTWT
WindturbineWind turbine
B0, B1B0, B1
wiederaufladbare Batterierechargeable battery
H2H2
WasserstoffspeicherHydrogen storage
ELTbsp
ElektrolyseurElectrolyzer
BZBZ
BrennstoffzelleFuel cell
EFEF
ElektrofahrzeugElectric vehicle
LSLS
LadestationCharging station
WPWP
WärmepumpeHeat pump
HSHS
HeizstabHeating rod
SHSH
StrahlungsheizungRadiant heating
SLBSLB
SpitzenlastbrennerPeak load burner
WWSWWS
WarmwasserspeicherHot water tank
LWSLumbar spine
LatentwärmespeicherLatent heat storage
SESE
elektronische Schalteinheitelectronic switching unit
ACAC
WechselstromanschlussAC connection
DCDC
GleichstromanschlussDC connection
PP
Pumpepump
ZPZP
ZirkulationspumpeCirculation pump
FPFP
FilterpumpeFilter pump
VL V L
Vorlaufleader
RL R L
RücklaufRewind
L1, L2L1, L2
Stromleitungpower line
PSPS
SolarthermiesteuerungSolar thermal control
GG
Gebäudebuilding
NN
öffentliches Stromnetzpublic power grid
CC.
öffentliches Gasnetzpublic gas network
11
erste Vollladungfirst full charge
22
alternierende Entladung-Ladungalternating discharge-charge
33
letzte Vollladunglast full charge
44th
nächtliche Entladungnight discharge
T1, T2, T3T1, T2, T3
erste, zweite und dritte Uhrzeitfirst, second and third time

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102014001535 A1 [0014]DE 102014001535 A1 [0014]
  • DE 202011005048 U1 [0015]DE 202011005048 U1 [0015]
  • EP 2830184 B1 [0016]EP 2830184 B1 [0016]
  • DE 102010017264 A1 [0017]DE 102010017264 A1 [0017]

Claims (16)

Anordnung zur Regelung der Energieflüsse zwischen Energieknoten, die einem Gebäude oder mehreren benachbarten Gebäuden zugeordnet sind und in Form von Energiequellen (EQ), Energieverbrauchern (EV) und Energiespeichern (ES) vorliegen, wobei jeder Energieknoten mindestens einer Energieart (el, th, ch) zugeordnet ist, umfassend - eine Regeleinheit (10) mit Datenverarbeitungsmitteln und einer auf diesen ausgeführten, insbesondere Linux-basierten, Regelungssoftware (11), - Leistungserfassungsmittel (SE, SZ, WZ) zur Erfassung einer aktuell durch die Energiequelle/n (EQ) einer Energieart erzeugten Leistung, - Verbrauchserfassungsmittel (SZ, WZ) zum Erfassen einer aktuell verbrauchten Leistung aller Verbraucher (EV) einer Energieart, - Speicherzustandsbestimmungsmittel (T3, T4) zum Bestimmen eines Füllgrades des/r Energiespeicher/s (ES) einer Energieart, - Aktoren (SE, A1, A2), mittels derer die Regeleinheit (10) über die Regelungssoftware (11) anhand der aktuell erzeugten und verbrauchten Leistung und der gespeicherten Energie nach einer vorgegebenen Strategie die Energieflüsse jeder Energieart o von einer oder mehreren der Energiequellen (EQ) zu einem oder mehreren der Energiespeicher (ES) und/oder einem oder mehreren der Energieverbraucher (EV), und/oder o von einem oder mehreren der Energiespeicher (ES) zu einem oder mehreren der Energieverbraucher (EV) regelt, - wobei jeweils mindestens eine Energiequelle zweier unterschiedlicher Energiearten (el, th, ch) vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass - mindestens eine regenerative Energiequelle (PV, ST, WT, HO) vorhanden und mindestens einer der Energieknoten (BHKW, KQ, HS, WP, SH, H2) zwei Energiearten zugeordnet ist und die Regeleinheit (10) mittels der Regelungssoftware (11) dazu vorbereitet ist, zur Optimierung des Eigenenergieverbrauchs eine Umwandlung einer Energieart (el) in eine andere (ch, th) vorzunehmen, und/oder - mindestens jeweils eine regenerative Energiequelle (PV, WT, ST, HO) zweier unterschiedlicher Energiearten (el, th, ch) vorhanden ist.Arrangement for regulating the energy flows between energy nodes that are assigned to a building or several neighboring buildings and are available in the form of energy sources (EQ), energy consumers (EV) and energy stores (ES), with each energy node at least one type of energy (el, th, ch) is assigned, comprising - a control unit (10) with data processing means and, in particular Linux-based, control software (11) executed thereon, - power recording means (SE, SZ, WZ) for recording a current from the energy source (s) (EQ) Type of energy generated power, - Consumption recording means (SZ, WZ) for recording a currently consumed power of all consumers (EV) of an energy type, - Storage state determination means (T3, T4) for determining a fill level of the energy storage (ES) of an energy type, - Actuators (SE, A1, A2), by means of which the control unit (10) via the control software (11) based on the currently generated and consumed Lei stung and the stored energy according to a predetermined strategy, the energy flows of each type of energy o from one or more of the energy sources (EQ) to one or more of the energy stores (ES) and / or one or more of the energy consumers (EV), and / or o from one or more of the energy stores (ES) to one or more of the energy consumers (EV), - at least one energy source of two different types of energy (el, th, ch) being present, characterized in that - at least one regenerative energy source (PV, ST , WT, HO) and at least one of the energy nodes (CHP, KQ, HS, WP, SH, H2) is assigned two types of energy and the control unit (10) is prepared by means of the control software (11) for a conversion to optimize its own energy consumption one type of energy (el) into another (ch, th), and / or - at least one regenerative energy source (PV, WT, ST, HO) of two different E types of energy (el, th, ch) are present. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungssoftware (11) einen Regelalgorithmus (12) und eine Datenbank (13) umfasst, wobei jeder Energieknoten durch ein in der Datenbank gespeichertes Datenobjekt repräsentiert ist, welches als Objektdaten zumindest umfasst - die Energieart/en (el, th, ch) des Energieknotens, und - die Funktion/en des Energieknotens als Quelle, Verbraucher oder Speicher, - Datenpunkte korrespondierend zu dem Energieknoten zugeordneten Messeinrichtungen (EZ, WZ) und/oder Aktoren (SE, A1, A2), und - einen die Funktionalität/en des Energieknotens abbildenden Steueralgorithmus, welcher bevorzugt die Leistungsdaten wie maximale Abgabe/Aufnahmeleistung, Speicherkapazität umfasst.Arrangement according to Claim 1 , characterized in that the control software (11) comprises a control algorithm (12) and a database (13), each energy node being represented by a data object stored in the database, which as object data includes at least - the energy type / s (el, th , ch) of the energy node, and - the function / s of the energy node as a source, consumer or memory, - data points corresponding to the measuring devices (EZ, WZ) and / or actuators (SE, A1, A2) assigned to the energy node, and - one of the Function / s of the control algorithm depicting the energy node, which preferably includes the performance data such as maximum output / input power, storage capacity. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenbank (13) - alle Datenpunkte, also Messeinrichtungen (EZ, WZ) und/oder Aktoren (SE, A1, A2), gemäß ihrer Zuordnung zu einem oder mehreren Energieknoten in Gruppen zusammengefasst sind, - jeder Datenpunkt abhängig von einem Bussystem, über welches der Datenpunkt mit der Regeleinheit (10) in Datenverbindung steht, konfigurierbar ist, - die Datenobjekte in Form von Tabellen vorliegen, welche separat gespeichert und so direkt zugängig und editierbar sind.Arrangement according to Claim 2 , characterized in that in the database (13) - all data points, i.e. measuring devices (EZ, WZ) and / or actuators (SE, A1, A2), are combined in groups according to their assignment to one or more energy nodes, - each data point depending on a bus system via which the data point is in data connection with the control unit (10), the data objects are in the form of tables that are stored separately and are thus directly accessible and editable. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (10) dazu vorbereitet ist die Regelung der Energieflüsse zwischen den Energieknoten außer von den Objektdaten der den Energieknoten zugeordneten Datenobjekte auch abhängig von, und in der Regelungssoftware (11) hinterlegten Betriebsmodi durchzuführen.Arrangement according to Claim 3 , characterized in that the control unit (10) is prepared to control the energy flows between the energy nodes, in addition to the object data of the data objects assigned to the energy nodes, also depending on the operating modes stored in the control software (11). Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass thermische Energieknoten vorhanden sind, welche umfassen - mindestens eine Wärmequelle (WQ) in Form des thermischen Teils (KQth) eines Kombinationserzeugers (KQ), wie beispielsweise eines Blockheizkraftwerks (BHKW) oder einer Brennstoffzellenheizung, einem Spitzenlastbrenner (SLB), einem wasserführenden Holzofen (HO), eine Solarthermieanlage (ST) und/oder eine Wärmepumpe (WP), - mindestens einen Wärmeverbraucher (WV) in Form einer Heizung (WV1), einer Warmwasserinstallation (WV2) und/oder eines Schwimmbads (SB).Arrangement according to one of the Claims 1 - 4th , characterized in that there are thermal energy nodes which include - at least one heat source (WQ) in the form of the thermal part (KQth) of a combination generator (KQ), such as a block-type thermal power station (BHKW) or a fuel cell heater, a peak load burner (SLB), a water-bearing wood stove (HO), a solar thermal system (ST) and / or a heat pump (WP), - at least one heat consumer (WV) in the form of a heater (WV1), a hot water installation (WV2) and / or a swimming pool (SB). Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher für thermische Energie (WWS, WWS1, WWS2, LWS) vorhanden ist.Arrangement according to Claim 5 , characterized in that a store for thermal energy (WWS, WWS1, WWS2, LWS) is available. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Energieknoten vorhanden sind, welche umfassen - mindestens eine Stromquelle in Form des elektrischen Teils (KQth) eines Kombinationserzeugers (KQ), wie beispielsweise eines Blockheizkraftwerks (BHKW) oder einer Brennstoffzellenheizung, eine Photovoltaikanlage (PV) eine Windturbine (WT), eine Wasserturbine und/oder ein Netzanschluss (N), und - mindestens einen Stromverbraucher (SV) in Form eines Heizstabes (HS), einer Wärmepumpe (WP), eines Haushaltsgeräts (SV1, SV2) und/oder einer Beleuchtung (SV3).Arrangement according to one of the Claims 1 - 6th , characterized in that electrical energy nodes are present, which include - at least one power source in the form of the electrical part (KQth) of a combination generator (KQ), such as a block-type thermal power station (BHKW) or a fuel cell heating system, a photovoltaic system (PV) a wind turbine (WT ), a water turbine and / or a mains connection (N), and - at least one electricity consumer (SV) in the form of a heating element (HS), a heat pump (WP), a household appliance (SV1, SV2) and / or lighting (SV3) . Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher für elektrische Energie (B0, B1, H2) vorhanden ist.Arrangement according to Claim 7 , characterized in that a store for electrical energy (B0, B1, H2) is available. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (10) in einem Gehäuse (15) untergebracht ist und - digitale Datenschnittstellen für Mess- und Steuerdaten, - analoge Datenschnittstellen für Messdaten, - Eingangsschnittstellen (DCin, ACin) für Gleich oder-Wechselstrom, - Ausgangsschnittstellen (DCout, ACout) für Gleich- oder Wechselstrom - kombinierte Ein- und Ausgangsschnittstellen (ACio, DCio, ADCio) für Gleich- und/oder Wechselstrom, - einen Gleichrichter (AC/DC) und/oder einen Wechselrichter (DC/AC), - Sicherungen für alle Leistungsschnittstellen, und/oder - einen internen Speicher für elektrische Energie (B0) umfasst.Arrangement according to one of the Claims 1 - 8th , characterized in that the control unit (10) is accommodated in a housing (15) and - digital data interfaces for measurement and control data, - analog data interfaces for measurement data, - input interfaces (DCin, ACin) for direct or alternating current, - output interfaces ( DCout, ACout) for direct or alternating current - combined input and output interfaces (ACio, DCio, ADCio) for direct and / or alternating current, - a rectifier (AC / DC) and / or an inverter (DC / AC), - Fuses for all power interfaces, and / or - an internal storage for electrical energy (B0) includes. Verfahren zur Regelung der Energieflüsse zwischen einem Gebäude oder mehreren benachbarten Gebäuden zugeordneten Energieknoten in Form von Energiequellen (EQ), Energieverbrauchern (EV) und Energiespeichern (ES) mindestens zweier Energiearten (el, th, ch), wobei eine zentrale Regeleinheit (10) sowie Leistungserfassungsmittel (EZ, WZ), Verbrauchserfassungsmittel und Speicherzustandsbestimmungsmittel vorhanden sind, und durch die Regeleinheit mit Hilfe von Aktoren (A1, A2, SE) die Energieflüsse jeder Energieart o von einer oder mehreren der Energiequellen (EQ) zu einem oder mehreren der Energiespeicher (ES) und/oder einem oder mehreren der Energieverbraucher (EV), und/oder o von einem oder mehreren der Energiespeicher (ES) zu einem oder mehreren der Energieverbraucher (EV) so geregelt werden, dass eine Zielgröße optimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass - mindestens eine regenerative Energiequelle (PV, ST, WT, HO) vorhanden und mindestens einer der Energieknoten (BHKW, HS, WP, H2) zwei Energiearten zugeordnet ist und die Regeleinheit (10) mittels der Regelungssoftware (11) dazu vorbereitet ist, zur Optimierung des Eigenenergieverbrauchs eine Umwandlung einer Energieart (el) in eine andere (ch, th) vorzunehmen, und/oder - mindestens jeweils eine regenerative Energiequelle (PV, WT, ST, HO) zweier unterschiedlicher Energiearten (el, th, ch) vorhanden ist.Method for regulating the energy flows between a building or several neighboring buildings assigned energy nodes in the form of energy sources (EQ), energy consumers (EV) and energy stores (ES) of at least two types of energy (el, th, ch), with a central control unit (10) and Power recording means (EZ, WZ), consumption recording means and storage state determining means are present, and through the control unit with the help of actuators (A1, A2, SE) the energy flows of each energy type o from one or more of the energy sources (EQ) to one or more of the energy stores (ES ) and / or one or more of the energy consumers (EV), and / or o from one or more of the energy stores (ES) to one or more of the energy consumers (EV) are regulated in such a way that a target variable is optimized, characterized in that - at least one regenerative energy source (PV, ST, WT, HO) available and at least one of the energy nodes (CHP, HS, WP, H2) two i energy types is assigned and the control unit (10) is prepared by means of the control software (11) to convert one type of energy (el) into another (ch, th) in order to optimize its own energy consumption, and / or - at least one regenerative energy source in each case (PV, WT, ST, HO) of two different types of energy (el, th, ch) is available. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Zielgröße - die Netto-Energiekosten minimiert werden, oder - der Eigenverbrauchsgrad einer oder mehrerer vorhandener regenerativer Energiequellen, insbesondere eine Solarthermieanlage (ST) oder Photovoltaikanlage (PV), ein wasserführender Holzofen (HO) und/oder eine Wind- oder Wasserturbine (WT), maximiert wird.Procedure according to Claim 10 , characterized in that the target variable - the net energy costs are minimized, or - the degree of self-consumption of one or more existing regenerative energy sources, in particular a solar thermal system (ST) or photovoltaic system (PV), a water-bearing wood stove (HO) and / or a wind or water turbine (WT), is maximized. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine regenerative Wärmequelle, insbesondere eine Solarthermieanlage (ST), mindestens ein Wärmespeicher (WWS, WWS1, WWS2, LWS) und als Wärmeverbraucher zumindest eine Gebäudeheizung (WV1) und eine Warmwassererzeugung (WV2) vorhanden sind und die Regelung der thermischen Energieflüsse abhängig von mindestens den vier Betriebsmodi „anwesend“, „abwesend“, „Urlaub“ und „gerade zurück“ erfolgt, wobei im Betriebsmodus „anwesend“ - der aktuell durch die regenerative Wärmequelle (ST, HO, PV+WP) bereitgestellte Wärmeleistung gemessen wird, - ein aktueller Wärmebedarfs als Summe des Bedarfs aller Wärmeverbraucher (WV1, WV2, SB) ermittelt wird, - sofern die gemessene regenerative Wärmeleistung größer oder gleich dem Wärmebedarf ist: o eine Heizkreisumwälzpumpe (HUB) der Gebäudeheizung (HZ) eingeschaltet, und/oder o das Gebäude als Wärmespeicher genutzt wird indem eine Temperaturanhebung von Heizkörpern der Gebäudeheizung zugeordneten fernbedienbaren Raumtemperaturreglern erfolgt, insbesondere in Schritten von 1 K bis zu einer maximalen Anhebung von +3K über einem am Raumtemperaturregler manuell eingestellten Wert, und/oder o nicht-regenerativen Wärmequellen (KQth, BHKW, SLB) gesperrt werden, - sofern die gemessene regenerative Wärmeleistung kleiner als der Wärmebedarf ist: - die Ausgangsleistung von nicht-regenerativen Wärmequellen (KQth, BHKW, SLB) auf die Differenz zwischen Wärmebedarf und regenerativer Wärmeleistung begrenzt wird, und wobei im Betriebsmodus „abwesend“ - eine Zieltemperatur für nicht-regenerative Wärmequellen (BHKWth, SLB) abgesenkt wird, - die Warmwasserzeugung und/oder eine Warmwasserzirkulation ausschließlich durch die regenerativen Wärmequellen gespeist werden, und wobei im Betriebsmodus „Urlaub“ - die Zieltemperatur für nicht-regenerative Wärmequellen (BHKWth, SLB) auf ein Frostschutz-Niveau abgesenkt wird, so dass lediglich eine zur Verhinderung der Vereisung ausreichende Wärmeleistung nicht-regenerativ erzeugt wird, und - die Warmwasserzeugung und/oder eine Warmwasserzirkulation ausschließlich durch die regenerativen Wärmequellen gespeist werden, und wobei im Betriebsmodus „gerade zurück“ - eine normale Heizungs- und Warmwassersituation unter Zuhilfenahme nicht-regenerativer Wärmequellen möglichst schnell wieder hergestellt wird.Method according to one of the Claims 10 or 11 , characterized in that at least one regenerative heat source, in particular a solar thermal system (ST), at least one heat storage (WWS, WWS1, WWS2, LWS) and as a heat consumer at least one building heating system (WV1) and hot water generation (WV2) are available and the regulation of the thermal energy flows depending on at least the four operating modes "present", "absent", "vacation" and "just back", whereby in the operating mode "present" - the heat output currently provided by the regenerative heat source (ST, HO, PV + HP) - a current heat demand is determined as the sum of the demand for all heat consumers (WV1, WV2, SB), - if the measured regenerative heat output is greater than or equal to the heat demand: o a heating circuit circulation pump (HUB) of the building heating system (HZ) is switched on, and / or o the building is used as a heat store by raising the temperature of the radiators of the building's heating system that can be remotely controlled temperature controllers, in particular in steps of 1 K up to a maximum increase of + 3K above a value set manually on the room temperature controller, and / or o non-regenerative heat sources (KQth, BHKW, SLB) are blocked - provided that the measured regenerative heat output is lower when the heat demand is: - the output power of non-regenerative heat sources (KQth, BHKW, SLB) is limited to the difference between heat demand and regenerative heat output, and in the "absent" operating mode - a target temperature for non-regenerative heat sources (BHKWth, SLB ) is reduced, - the hot water generation and / or hot water circulation are fed exclusively by the regenerative heat sources, and in the "Vacation" operating mode - the target temperature for non-regenerative heat sources (BHKWth, SLB) is lowered to a frost protection level so that only a heat output sufficient to prevent icing is generated non-regeneratively and - the hot water generation and / or hot water circulation are fed exclusively by the regenerative heat sources, and in the "straight back" operating mode - a normal heating and hot water situation is restored as quickly as possible with the aid of non-regenerative heat sources. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Quelle für elektrische Energie, insbesondere ein Kombinationserzeuger (KQ) wie ein Blockheizkraftwerk (BHKW) oder eine Brennstoffzellenheizung, eine Photovoltaikanlage (PV), eine Wasser- oder Windturbine (WT) und mindestens ein Speicher für elektrische Energie (B0, B1, H2) vorhanden sind, und - eine aktuelle Gesamtleistung aller Generatoren (BHKW, KQel; PV, WT) ermittelt wird, - an einem zentralen Verbrauchspunkt des/r Gebäude/s eine aktuelle Verbrauchsleistung gemessen wird, - sofern die Verbrauchsleistung größer der erzeugten Gesamtleistung ist: o die elektrische Ausgangsleistung eines steuerbaren Generators (BHKW, KQel) bis zu einem Maximalwert erhöht wird, so dass die aktuelle Gesamtleistung einer maximal generierbaren Gesamtleistung entspricht, o eine Differenz zwischen der aktuellen Verbrauchsleistung und der maximal generierbaren Gesamtleistung bis zu einem ersten Leistungsschwellwert dem/n Speicher/n für elektrische Energie und nur eine darüber hinausgehende Restbedarfsleistung dem Stromnetz entnommen wird, - sofern die Verbrauchsleistung kleiner der Gesamtleistung ist die Differenz in das Stromnetz eingespeist wird.Method according to one of the Claims 10 - 12 , characterized in that at least one source for electrical energy, in particular a combination generator (KQ) such as a combined heat and power unit (BHKW) or a fuel cell heating system, a photovoltaic system (PV), a water or wind turbine (WT) and at least one storage device for electrical energy ( B0, B1, H2) are available, and - a current total output of all generators (CHP, KQel; PV, WT) is determined, - a current consumption power is measured at a central consumption point of the building (s), - if the consumption power is greater the total power generated is: o the electrical output power of a controllable generator (CHP, KQel) is increased up to a maximum value, so that the current total output corresponds to a maximum total output that can be generated, o a difference between the current consumption output and the maximum total output that can be generated up to one the first power threshold value the storage unit / s for electrical energy and nu r any remaining power required is taken from the power grid - if the consumption power is less than the total power, the difference is fed into the power grid. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Photovoltaikanlage (PV) als regenerative Stromquelle und mindestens ein Speicher für elektrische Energie (B0, B1, H2) vorhanden ist und durch die Regeleinheit (10) - eine aktuell erzeugte elektrische Leistung der Photovoltaikanlage (PV) und ein aktueller Ladezustand der Batterie/n (B0, B1) bestimmt wird, und - ein aktueller Stromverbrauch des/r Gebäude/s (G) gemessen wird, - und zu einer ersten Tageszeit zwischen einer ersten und einer zweiten Uhrzeit - die erzeugte elektrische Leistung ausschließlich oder zu einem verbrauchsabhängigen Anteil zum Laden des Stromspeichers verwendet wird, bis zum ersten Mal eine erste obere Schwelle des Füllstandes erreicht wird, und anschließend bis zum Erreichen der zweiten Uhrzeit der Stromspeicher alternierend o mit höchstens einer vorgebbaren Ausgangsleistung an der Deckung des aktuellen Stromverbrauchs beteiligt wird, bis eine erste untere Schwelle erreicht ist, und o danach wieder mit der vollen oder einem verbrauchsabhängigen Anteil der durch die Photovoltaikanlage (PV) erzeugten elektrischen Energie geladen wird, bis eine zweite obere Schwelle, welche kleiner oder gleich der ersten oberen Schwelle ist, erreicht wird, - zu einer zweiten Tageszeit zwischen der zweiten und einer dritten Uhrzeit die erzeugte elektrische Leistung der Photovoltaikanlage ausschließlich oder zu einem verbrauchsabhängigen Anteil zum Laden des Stromspeichers zu verwendet wird, bis die erste obere Ladeschwelle erreicht wird, und - zu einer Nachtzeit zwischen der dritten und der ersten Uhrzeit, zu der die Photovoltaikanlage keine elektrische Leistung erzeugt, den Stromspeicher solange mit höchstens der vorgebbaren Ausgangsleistung an der Deckung des Strombedarfs zu beteiligen, bis eine zweite untere Schwelle des Füllstandes erreicht wird.Method according to one of the Claims 10 - 13 , characterized in that a photovoltaic system (PV) is available as a regenerative power source and at least one storage device for electrical energy (B0, B1, H2) and through the control unit (10) - a currently generated electrical power of the photovoltaic system (PV) and a current one State of charge of the battery (s) (B0, B1) is determined, and - a current power consumption of the building (s) (G) is measured, - and at a first time of day between a first and a second time - the generated electrical power exclusively or is used for a consumption-dependent proportion to charge the electricity storage until a first upper threshold of the filling level is reached for the first time, and then until the second time the electricity storage is reached alternately o with a maximum of a predefinable output power to cover the current electricity consumption, until a first lower threshold is reached, and o then again with the full or a verb smoke-dependent portion of the electrical energy generated by the photovoltaic system (PV) is charged until a second upper threshold, which is less than or equal to the first upper threshold, is reached, - at a second time of day between the second and a third time the generated electrical power the photovoltaic system is used exclusively or to a consumption-dependent proportion for charging the electricity storage until the first upper charging threshold is reached, and - at night between the third and the first time at which the photovoltaic system is not generating any electrical power, the electricity storage as long as Participate at most the predefinable output power to cover the electricity demand until a second lower threshold of the level is reached. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite und dritte Uhrzeit abhängig von Breiten- und Längengrad eines Standorts des Gebäudes (G) durch die Regeleinheit an die Jahreszeit angepasst werden.Procedure according to Claim 14 , characterized in that the first, second and third time are adapted to the season by the control unit depending on the latitude and longitude of a location of the building (G). Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Laden des elektrischen Energiespeichers (B0, B2, H2) verwendete Anteil umso höher gewählt wird, je höher ein zu einem Zeitpunkt des nächsten Erreichens der zweiten oberen Ladeschwelle zu erwartender Verbrauch ist.Method according to one of the Claims 14 or 15th , characterized in that the proportion used for charging the electrical energy store (B0, B2, H2) is selected to be higher, the higher a consumption to be expected at a point in time when the second upper charging threshold is next reached.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021110031A1 (en) 2021-04-21 2022-10-27 Thorsten Rapp Decentralized energy unit
EP4142093A3 (en) * 2021-08-31 2023-03-08 Viessmann Climate Solutions SE Method for operating an energy system
CN116111649A (en) * 2023-04-13 2023-05-12 杭州欣美成套电器制造有限公司 Intelligent real-time monitoring multidimensional digital energy gateway device and control method
WO2024047059A1 (en) * 2022-08-29 2024-03-07 greenPeak Energy GmbH System for continuous, needs-based power supply for a building, method for controlling a system for continuous, needs-based power supply for a building, and control unit for controlling a system for continuous, needs-based power supply for a building, and computer program product
DE102022003971A1 (en) 2022-10-25 2024-04-25 GWA Beteiligungs und Management GmbH ENERGY CONVERSION SYSTEM
DE102022211355A1 (en) 2022-10-26 2024-05-02 Zf Friedrichshafen Ag Method for characterizing energy stored in a vehicle, charger, control unit and vehicle

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021110031A1 (en) 2021-04-21 2022-10-27 Thorsten Rapp Decentralized energy unit
EP4142093A3 (en) * 2021-08-31 2023-03-08 Viessmann Climate Solutions SE Method for operating an energy system
WO2024047059A1 (en) * 2022-08-29 2024-03-07 greenPeak Energy GmbH System for continuous, needs-based power supply for a building, method for controlling a system for continuous, needs-based power supply for a building, and control unit for controlling a system for continuous, needs-based power supply for a building, and computer program product
DE102022003971A1 (en) 2022-10-25 2024-04-25 GWA Beteiligungs und Management GmbH ENERGY CONVERSION SYSTEM
DE102022211355A1 (en) 2022-10-26 2024-05-02 Zf Friedrichshafen Ag Method for characterizing energy stored in a vehicle, charger, control unit and vehicle
CN116111649A (en) * 2023-04-13 2023-05-12 杭州欣美成套电器制造有限公司 Intelligent real-time monitoring multidimensional digital energy gateway device and control method

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