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Vorrichtung und Verfahren zur sofortigen automatischen Zahlung von Wasserverbrauch an das Wasserwerk aus einem hinterlegten Guthaben mittels IOTA Hardwarewallet unter Einbeziehung einer nutzerspezifischer Kontokorrent- und Absperrfunktion bei Nichtzahlung
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2.1. Technisches Problem
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Mit der Energiewende und der massenhaften Nutzung erneuerbarer Energien gewinnt das Thema Stabilität/Frequenzstabilität des Stromnetzes an Relevanz, bedingt durch die schwankende Einspeisung von Sonnen- und Windenergie und der geplanten Abschaltung der deutschen Atom- und Kohlekraftwerke als netzstabilisierende Elemente.
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2.2. Lösung
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Mit der Vorrichtung ist es möglich:
- ◯ den generierten Strompreis für Einspeisung und Abnahme dynamisch an den Endkunden zu übermitteln und anzuzeigen
- ◯ den Zustand des Netzes an den Privatkunden zu übermitteln und ausgleichende Vorgänge einzuleiten
- ◯ auf der Grundlage des übermittelten Zustandssignals des Netzes den Durchgang zum Speicher freizuschalten, um Energie zu speichern, oder aus der Speichereinheit zu entnehmen, um die die Netzfrequenz über den kritischen Wert zu halten
- ◯ die zeitliche Verbrauchsspitzen zu glätten und das Versorgungssystem zu entlasten
- ◯ In der Vorstufe des Blackouts auf die gesamte Kapazität des Endkunden zuzugreifen ohne voreingestellte Parameter zu beachten
- ◯ Die sofortige Zahlung des Nutzungsentgelts über die integrierte Hardwarewallet zu leisten
- ◯ den Stromverbrauch des Kundens zu limitieren
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2.3. Technischer Aufbau
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Die Vorrichtung besteht aus einer elektronischen Anzeigeeinheit, einer Platine mit dem Microcontroller, in dem die Berechnungsvorgänge durchgeführt werden, der Speichereinheit für das Betriebssystem und die IOTA Hardware-Wallet, einem elektronischen Stromesser, einer Relaiseinheit und einer Hardware-Schnittstelle, die wahlweise einen 5G oder WLAN-Kanal nutzen kann, um eine Verbindung zum IOTA- (Tangle) Netzwerk und damit zum Server des Netzbetreibers herzustellen.
IOTA ist gleichzeitig ein Maschine-zu-Maschine Bezahlsystem IoT), ein hochsicheres Übertragungsnetzwerk und eine IoT Cryptowährung, die sofortige, dezentrale, gebührenfreie Micropayments ohne eine zentrale Clearingstelle (z.B. SEPA) ermöglicht.
Die Vorrichtung baut wahlweise über eine 5G oder TCP/IP Schnittstelle eine Verbindung zum IOTA Netzwerk (Tangle) und damit zum Netzbetreiber auf. Damit werden kundenspezifische Daten aus dem Kundenkonto abgerufen, die angezeigt werden.
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Vom Netzbetreiber wird der dynamische Not-Strompreis durch den aktuellen Netzzustand bestimmt. Wenn ein Einverständnis des Kunden vorliegt, wird die Not-Stromaustausch eingeleitet.
Sowohl der Netzbetreiber als auch jede private Vorrichtung verfügt über eine IOTA-Wallet. Die Preisfindungsprozesse sowie der Zahlungsvorgang werden automatisch durch Algorithmen durchgeführt. Dabei wird vom Netzanbieter über 4 verschiedene Signalisierungen die das System gesteuert.
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Signal 0 - Überproduktion/Stromüberschuss
Stromabgabe: Stromlieferung IN den Kundenspeicher, Abrechnung erfolgt nach dem Not-Verkaufspreis Nv
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Signal 1 - Netz stabil
weder Stromabnahme, noch Stromlieferung
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Signal 2 - Unterproduktion/Strommangel
Stromentnahme: Stromentnahme AUS dem Kundenspeicher, Abrechnung erfolgt nach dem Not-Entnahmepreis NE
Der Limiter wird aktiviert. Die Vom Netzbetreiber vorgegebene maximale Limitmenge Strom L wird zugeteilt.
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Signal 3 - Blackout Vorstufe
Stromentnahme: maximale Stromentnahme AUS dem Kundenspeicher, ohne limitierung (Berücksichtigung von Sicherheitseinstellungen des Speichers), Abrechnung erfolgt nach dem Not-Entnahmepreis NE. Es erfolgt eine Aktivierung des Limiters, der unabhängig von der Not-Stromentnahme, die dem Kunden zur Verfügung stehenden Strommenge für dessen Eigenverbrauch limitiert, um das Netz deutlich zu entlasten.
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1. siehe 1 Funktion Net Balancer
siehe 2 Haupt-Programmablaufplan
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Namenskonventionen:
- ◯ IoT - Internet of Things
- ◯ IOTA - Netzwerk, Zahlungssystem, Maschine zu Maschine Cryptowährung für Micropayments
- ◯ MIOTA - 1 Million IOTA
- ◯ dynamischer Strompreis - Preis/kWh, der in diesem Moment gilt und aus verschieden Einflussparametern gebildet wird
- ◯ Endverbraucher - private Haushalt, Speicheranbieter, Diesel- und Generatoren Betreiber, Schiffe am Liegeplatz, Notstromanbieter - Jede natürliche oder juristische Person, die als Stromverbraucher oder Einspeiser agiert und über ein kompatibles System verfügt (z.B. Solaranlage)
- ◯ Netzbetreiber - Inhaber oder Betreiber des Stromnetzes, der zu einer Preisstellung berechtigt ist
- ◯ NA - Not-Abgabepreis IN den Kundenspeicher
- ◯ NE - Not-Entnahmepreis AUS dem Kundenspeicher
- ◯ EA - eingespeiste Not-Strommenge IN den Endkundenspeicher
- ◯ EE - entnommene Not-Strommenge AUS dem Endkundenspeicher
- ◯ X - Preis Berechnungsfaktor bei Statussignal 0
- ◯ Y - Preis Berechnungsfaktor bei Statussignal 2,3
- ◯ L - Limiterwert, Strommenge, die einem Haushalt im Notfall als Verbrauchsmenge zugeteilt wird
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1. Anwendungsgebiet
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In Zeiten der Energiewende und der massenhaften Nutzung erneuerbarer Energien gewinnt das Thema Stabilität des Stromnetzes an Relevanz, bedingt durch die schwankende Einspeisung von Sonnen- und Windenergie und der geplanten Abschaltung der deutschen Atom- und Kohlekraftwerke als netzstabilisierende Elemente. Das Ziel der Vorrichtung ist es, die Versorgungssicherheit des Netzes zu verbessern, indem Energiespeicher (z.B. Photovoltaikanlage mit Speicher, Elektroauto, Batterieparks) ihre Kapazität dem Netzbetreiber zur Verfügung stellen.
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Dies gilt sowohl für die Abnahme überschüssiger Energie aus dem Netz als auch der Einspeisung bei Energiemangel.
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Eine zweite wesentliche Funktion besteht in der Limitierung des Energieverbrauchs der privaten Verbraucher durch den Netzanbieter in Abhängigkeit von dem Zustand des Netzes. Bei massivem Einsatz der Vorrichtung ist es möglich, einen realen Beitrag zur Stabilisierung des Stromnetzes zu leisten.
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Mit der Vorrichtung ist es möglich:
- ◯ den generierten Strompreis für Einspeisung und Abnahme dynamisch an den Endkunden zu übermitteln und anzuzeigen
- ◯ den Zustand des Netzes an den Privatkunden zu übermitteln und ausgleichende Vorgänge einzuleiten
- ◯ auf der Grundlage des übermittelten Zustandssignals des Netzes den Durchgang zum Speicher freizuschalten, um Energie zu speichern, oder aus der Speichereinheit zu entnehmen, um die die Netzfrequenz über den kritischen Wert zu halten
- ◯ die zeitliche Verbrauchsspitzen zu glätten und das Versorgungssystem zu entlasten
- ◯ In der Vorstufe des Blackouts auf die gesamte Kapazität des Endkunden zuzugreifen ohne voreingestellte Parameter zu beachten
- ◯ Die sofortige Zahlung des Nutzungsentgelts über die integrierte Hardwarewallet zu leisten
- ◯ den Stromverbrauch des Kundens zu limitieren
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2. Aufgabe
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Folgende Aufgaben hat die Vorrichtung zu erfüllen:
- • Verarbeitung eines dynamischen Not-Preises, durch welchen Netzbetreiber nachfrageabhängig Strom vom Endverbraucher zukaufen oder abgeben kann.
- • Die aktuellen dynamisch generierte Not-Strompreise, die an den Kunden übermittelt werden, anzuzeigen. Dies betrifft
- a) den Not-Abgabepreis NA IN den Kundenspeicher
- b) den Not-Entnahmepreis NE AUS dem Kundenspeicher
- • Die Ladespannung des Speichers anzeigen und die mögliche Strommenge, die in das Energienetz eingespeist oder in den Speicher geladen werden kann
- • aktuelle Not-Strommenge in Echtzeit Micro-Zahlungen über das IOTA System auszuführen
- • Im Falle einer Blackout-Vorstufe die nötige Not-Strommenge ohne Preisabgleich in das Netz zu speisen
- • Über einen Limiter, die dem Kunden zur Verfügung stehende Strommenge für den Eigenverbrauch im Notfall stark zu limitieren, um so die sonst erforderliche Notabschaltungen zu verhindern.
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3. Lösung und Darstellung der Erfindung
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Die Vorrichtung besteht aus einer elektronischen Anzeigeeinheit, einer Platine mit dem Microcontroller, in dem die Berechnungsvorgänge durchgeführt werden, der Speichereinheit für das Betriebssystem und die IOTA Hardware-Wallet, einem elektronischen Stromesser, einer Relaiseinheit und einer Hardware-Schnittstelle, die wahlweise einen 5G oder WLAN-Kanal nutzen kann, um eine Verbindung zum IOTA- (Tangle) Netzwerk und damit zum Server des Netzbetreibers herzustellen.
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IOTA ist gleichzeitig ein Maschine-zu-Maschine Bezahlsystem IoT), ein hochsicheres Übertragungsnetzwerk und eine IoT Cryptowährung, die sofortige, dezentrale, gebührenfreie Micropayments ohne eine zentrale Clearingstelle (z.B. SEPA) ermöglicht.
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Die Vorrichtung baut wahlweise über eine 5G oder TCP/IP Schnittstelle eine Verbindung zum IOTA Netzwerk (Tangle) und damit zum Netzbetreiber auf. Damit werden kundenspezifische Daten aus dem Kundenkonto abgerufen, die angezeigt werden.
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Kundendaten, die vom Netzbetreiber geliefert werden
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- ◯ Kundennummer
- ◯ Aktueller Not-Strompreis
- ◯ Dynamischer Not-Verkaufspreis Nv in den Endkundenspeicher
- ◯ Summierte eingespeiste Not-Strommenge Ev in den Endkundenspeicher
- ◯ Dynamischer Not-Entnahmepreis NE aus dem Endkundenspeicher
- ◯ Summierte entnommene Not-Strommenge EK aus dem Endkundenspeicher
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Finanzfunktion der Vorrichtung
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- ◯ Darstellung des Guthaben in der Hardware-Wallet in IOTA und aktueller Währung
- ◯ Empfang der IOTA-Zahlungen des Netzbetreibers
- ◯ Automatischer Weiterleitung des Walletguthabens an den Endkunden
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In der Vorrichtung wird vorab gewählt, ob es sich bei der Kundenresource um einen Speicher oder einen Generator handelt. Bei einem Speicher ist ein Not-Strom in beide Richtungen möglich, bei einem Generator nur in eine Richtung.
Bei der Einstellung „Speicher“ erhält die Vorrichtung die Information über den aktuellen Spannungszustand der Batteriespeicher. Dadurch ist es möglich, eine Mindestladung der Speicher einzustellen, damit er durch die Not-Einspeisung in das öffentliche Netz nicht vollständig entleert wird. So kann der Besitzer zu seiner eigenen Sicherheit entscheiden, dass die Batterie z.B. immer mindestens 20% geladen sein soll.
Um die Netzstabilität zu gewährleisten, darf weder zu wenig, noch zu viel Strom produziert werden. Bei Überproduktion kann an alle Systeme, die eine freie Kapazität haben, Strom abgegeben werden. Informationen über Verfügbarkeit und freie Kapazität werden an den Stromanbieter zur Preissetzung für Ladung oder Entladung der Kapazitäten weitergegeben. Je nach dem welcher Modus benötigt wird (Ladung, Entladung) wird in der Vorrichtung ein Relais geschaltet und gesondert gezählt.
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Systeme ohne Speicher (Generatoren) wie zum Beispiel Notstromsysteme, Schiffsdiesel können nur Strom abgeben und nicht als Empfänger dienen.
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Der Betreiber der Vorrichtung kann zwei dynamische Preisstellungen, die vom Netzanbieter angeboten werden pauschal akzeptieren, die in den Hardwareeinstellungen hintelegt wird:
- 1) Einen Not-Abgabepreis NA IN den Kundenspeicher
- 2) Einen Not-Entnahmepreis NE AUS dem Kundenspeicher
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Vom Netzbetreiber wird der dynamische Not-Strompreis durch den aktuellen Netzzustand bestimmt. Wenn ein Einverständnis des Kunden vorliegt, wird die Not-Stromaustausch eingeleitet.
Sowohl der Netzbetreiber als auch jede private Vorrichtung verfügt über eine IOTA-Wallet. Die Preisfindungsprozesse sowie der Zahlungsvorgang werden automatisch durch Algorithmen durchgeführt. Dabei wird vom Netzanbieter über 4 verschiedene Signalisierungen die das System gesteuert.
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Signal 0 - Überproduktion/Stromüberschuss
Stromabgabe: Stromlieferung IN den Kundenspeicher, Abrechnung erfolgt nach dem Not-Verkaufspreis Nv
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Signal 1 - Netz stabil
weder Stromabnahme, noch Stromlieferung
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Signal 2 - Unterproduktion/Strommangel
Stromentnahme: Stromentnahme AUS dem Kundenspeicher, Abrechnung erfolgt nach dem Not-Entnahmepreis NE
Der Limiter wird aktiviert. Die Vom Netzbetreiber vorgegebene maximale Limitmenge Strom L wird zugeteilt.
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Signal 3 - Blackout Vorstufe
Stromentnahme: maximale Stromentnahme AUS dem Kundenspeicher, ohne limitierung (Berücksichtigung von Sicherheitseinstellungen des Speichers), Abrechnung erfolgt nach dem Not-Entnahmepreis NE. Es erfolgt eine Aktivierung des Limiters, der unabhängig von der Not-Stromentnahme, die dem Kunden zur Verfügung stehenden Strommenge für dessen Eigenverbrauch limitiert, um das Netz deutlich zu entlasten.
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Bei der Signalisierung 0, 2, 3 wird der Betrag mittels einer IOTA-Zahlung aus der Wallet des Netzbetreibers in die Hardwarewallet der Vorrichtung gebucht, die eine Weiterleitung an die Kundenwallet vornimmt.
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Im Blackout Fall oder dessen Vorstufe (Stufe 3) ist es dem Netzbetreibern möglich, die volle Kapazität der Speichersysteme zu nutzen und den Kunden Eigenverbrauch durch einen Limiter auf einen vom Netzbetreiber dynamisch generierten Wert zu beschränken.
- siehe 1 Funktion Net Balancer
- siehe 2 Haupt-Programmablaufplan
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4. Anwendungsbeispiele der Erfindung
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4.1. Noteinbindung von privaten Energiespeichern (Signal 0, Signal 2)
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Die Entwicklung ermöglicht Stromverbrauchern, die einen privaten Energiespeicher besitzen (z.B. in Form einer Batterie einer Solaranlage, Elektroautos, Notstrombatterie) ihre überschüssige Energie in einem Notfall zu einem Not-Preis zur Not-Entnahme zur Verfügung zu stellen (Signal 2).
Falls eine Überproduktion des Netz belastet, besteht die Möglichkeit, auf die Energiespeicher zuzugreifen und in diese Strom einzuspeisen (Signal 0).
Sollte sich die Netzfrequenz einem kritischen Wert nähern, kann der Netzbetreiber auf diese Kapazitäten zugreifen.
Die Honorierung erfolgt vereinbarungsgemäß mit einer dynamischen Zahlung an die IO-TA-Wallet des Kunden.
Stromüberschuss im Netz
Signal 0
Strommangel im Netz
Signal 2
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4.2. Einbindung eines Stromgenerators (Signal 2)
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Große Stromaggregate, wie zum Beispiel Dieselgeneratoren auf Schiffen oder Baustromaggregate, können während der Standzeiten im Notfall zugeschaltet werden.
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4.3. Blackout Modus
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Im Falle der Blackout-Vorstufe soll die volle Kapazität der privaten Energiespeicher dem Netz zur Verfügung stehen. Dies erleichtert es, das Energienetz so schnell wie möglich zu stabilisieren, um Schäden im Verteilnetz zu mindern. Dabei findet die Preisvorgabe des Kunden keinerlei Berücksichtigung. Es erfolgt ein Durchgriff auf die gesamte Kapazität des Speichers. Eine Abrechnung erfolgt zu einem späteren Zeitpunkt, nach der Kundenvorgabe.
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4.4. Limitierung privater Stromkunden
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Um sofort auf eine kritische Instabilität des Netztes zu reagieren, besteht aktuell nur die Möglichkeit des Lastabwurfs.
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Alternativ kann die Vorrichtung die genutzte Strommenge permanent smart limitieren. Dazu erhält die Vorrichtung einen dynamischen Limitwert des Netzanbieters über den IOTA Tangle zur Verfügung gestellt, dessen Basiswert in den Kundendaten hinterlegt wird und dynamisch an den Netzzustand angepasst wird.
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- 1
- Vorrichtung NetBalancer
- 2
- Zähler
- 3
- Speichereinheit /Generator
- 4
- Tangle /IOTA Netzwerk
- 5
- Netzbetreiber
- 6
- Stromnetz
- 7
- Hausnetz
- 8
- Limiter
- 9
- Anzeigeeinheit
- 10
- Controller, Speicher, WLAN Interface, 5G Interface
- 11
- Schalteinheit
- 1
- Start
- 2
- Statussignal vom Netzbetreiber abfragen
- 3
- Netzbetreiber liefert Statussignal
- 4
- aktuellen Strompreis abfragen
- 5
- Netzbetreiber liefert Strompreis
- 6
- setzen in der Vorrichtung verfügbarer Speicher, verfügbare Spannung untere Ladespannung, obere Ladespannung
- 7
- Eingabe
- 8
- Statussignal, Preis-Berechnungsfaktor
- 9
- Statussignal NICHT GLEICH 0,1
- 10
- Statussignal = 0, Stromüberschuss
- 11
- Statussignal = 1, stabiles Netz
- 12
- Statussignal = 2, Strommangel
- 13
- Statussignal = 3, Blackout Vorstufe
- 14
- Not-Abgabepreis NA = X * aktueller Strompreis
- 15
- Netzbetreiber liefert Strom IN den Kundenspeicher
- 16
- Not-Entnahmepreis NE= Y * aktueller Strompreis
- 17
- Netzbetreiber entnimmt Strom AUS dem Kundenspeicher/Generator
- 18
- Limiter aktivieren
- 19
- IOTA senden
- 20
- Stop
- 21
- Kommentar: Das Statussignal beschreibt den Bedarf des Netzbetreibers zur Strommlieferung Signal 0 - Überproduktion/Stromüberschuss Signal 1 - Netz stabil Signal 2 - Unterproduktion/Strommangel Signal 3 - Blackout Vorstufe, unbedingter Strombedarf, Strom wird für ein Vielfaches des Marktpreises gekauft, dabei werden Kundenparameter unterschritten (Sicherheitseinstellungen werden beachtet, um Unfälle zu vermeiden) Limiter Aktivierung
- 22
- Kommentar: Netzanbieter entscheidet (algorhytmusbasiert)
- 23
- Kommentar: Netzanbieter entscheidet (Strombezug, Stromlieferung, Netzzustand)
- 24
- Kommentar: Speicheranbieter liefert Speicherdaten von allen Systemen. Diese Daten bestimmen, welches Kundensystem zur Strom-Speicherung oder Strom-Entnahme genutzt werden kann.
- 25
- Kommentar: X,Y sind Preis-Berechnungsfaktoren, um die Kunden zu belohnen, die Ihre Systeme zur Verfügung stellen
- 26
- Kommentar: ein zusätzlicher Limiter kann agesteuert werden, um den Stromverbrauch des Kunden drastisch zu verringern, ohne ihn abzuschalten
- 27
- Limiter