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Die Erfindung betrifft ein solares Energiegewinnungssystem mit folgenden Merkmalen:
- a) wenigstens ein Solarmodul mit einer Vielzahl von Solarzellen,
- b) wenigstens einen Wechselrichter zur Umwandlung einer von dem wenigstens einen Solarmodul bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung,
- c) wenigstens eine Ladeeinrichtung zum Aufladen der Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs, wobei die Ladeeinrichtung wenigstens eine Steuerelektronik zum Steuern der Übertragung elektrischer Energie zur Antriebsbatterie des Elektrofahrzeugs hat.
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Zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Sonnenlicht sind Systeme bestehend aus Solarzellen und Wechselrichter bekannt. Einzelne Solarzellen sind in Module zusammengefasst, die dann großflächig die Sonneneinstrahlung in eine elektrische Spannung und einen elektrischen Strom umwandeln. Eine Anzahl von Modulen ist typischerweise in Reihe geschaltet, um insgesamt eine höhere Spannung zu erhalten, die sich bei einer Reihenschaltung von Modulen aus den Einzelspannungen zu einer Gesamtspannung addiert. Mehrere solcher Reihenschaltungen können dann wieder parallel geschaltet werden, wobei sich nun die Ströme der einzelnen Reihenschaltungen addieren. Die Gesamtschaltung der Module liefert an einem Ausgang eine Spannung und einen Strom und somit eine bestimmte Leistung. Der Ausgang der Modulschaltung wird mit dem Gleichspannungseingang eines Wechselrichters verbunden, wobei der Wechselrichter die Gleichspannung in eine zum öffentlichen Energieversorgungsnetz kompatible Wechselspannung umwandelt. Somit wird Energie in das öffentliche Energieversorgungsnetz eingespeist.
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Die Solarmodule werden typischerweise auf Dächern oder im Freifeld platziert, wo die Sonnenstrahlung möglichst ungehindert und ohne Schattenbildung auf die Solarzellen trifft. Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Platzierung der Module ist die Montage auf Carports. Somit kann der Platz, der normalerweise für die Unterstellung eines Fahrzeugs benötigt wird, zusätzlich zur Energieversorgung genutzt werden. Auch private und öffentliche Parkplätze können mit entsprechenden Gestellen ausgerüstet werden, um die Parkfläche zusätzlich zur Energiegewinnung zu nutzen.
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Weiterhin sind Ladestationen für Elektrofahrzeuge bekannt. Diese führen die elektrische Energie aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz dem Fahrzeug zu, wobei sie entsprechende Sicherheitsmechanismen zur Verfügung stellen, um Personen und Fahrzeug vor elektrischen Stromschlägen zu schützen, die fehlerhafterweise auftreten können.
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Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein verbessertes und kostenoptimiertes System zur Energieerzeugung und Elektrofahrzeug-Ladung zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein solares Energiegewinnungssystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der Wechselrichter des Energiegewinnungssystems wandelt die Gleichspannung, die von den Solarmodulen abgegeben wird, in eine zum öffentlichen Energieversorgungsnetz kompatible Wechselspannung um. Das solare Energiegewinnungssystem kann z.B. mit einem einphasigen Wechselrichter ausgebildet sein. Es können auch mehrere einphasige Wechselrichter oder einer oder mehrere mehrphasige Wechselrichter vorhanden sein. Dabei ist es möglich, die Energie auf eine Phase des öffentlichen Drehstromnetzes umzuwandeln oder auf mehrere. Der Vorteil bei der Wandlung auf eine Phase ist, dass die Inverterelektronik, die die Zwischenkreis-Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt, nur einmal vorhanden sein muss. Bei Wandlung auf mehrere Phasen muss die Inverterelektronik für jede Phase separat vorhanden sein, wenngleich auch jeweils mit geringerer Leistung. Insgesamt ergibt sich aber ein höherer Aufwand bei drei Phasen.
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Das Energiegewinnungssystem kann Teil eines Solar-Carports sein. Diese Carports, die unterhalb der Solarmodul-Fläche Platz für ein oder mehrere abzustellende Fahrzeuge bieten, sind zusätzlich mit einer Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge ausgerüstet. Die Solarzellen können insbesondere als Photovoltaik-Zellen ausgebildet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Energiegewinnungssystem eine Elektronikbaueinheit hat, in die wenigstens der Wechselrichter und die Steuerelektronik der Ladeeinrichtung baulich integriert sind. Zusätzlich können eine Überstromschutzeinrichtung und/oder eine Fehlerstromschutzeinrichtung in die Elektronikbaueinheit baulich integriert sein. Auf diese Weise kann ein besonders kostengünstiges und zuverlässiges System für ein Aufladen eines Elektrofahrzeugs mit solarer Energie bereitgestellt werden. Dabei können die genannten Komponenten der Elektronikbaueinheit, d.h. der wenigstens eine Wechselrichter, die Steuerelektronik, ggf. die Überstromschutzeinrichtung und ggf. die Fehlerstromschutzeinrichtung, z.B. auf einer gemeinsamen elektrischen Leiterplatte realisiert sein oder auch auf verschiedenen Leiterplatten. Die genannten Komponenten können dabei insbesondere baulich in dasselbe Gehäuse integriert sein, d.h. das Gehäuse der Elektronikbaueinheit nimmt sämtliche der genannten Komponenten auf. Dies erlaubt eine besonders kostengünstige Herstellung in Großserie. Zudem können die einzelnen Komponenten gut aufeinander abgestimmt werden, sodass sie eine hohe Lebensdauer und eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit haben.
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Das Energiegewinnungssystem kann zusätzlich oder alternativ zu der Wechselstromladung auch die Gleichstromladung unterstützen. In diesem Fall stellt die Elektronik im Wechselrichter oder ein anderer Teil der Elektronikbaueinheit eine zum Elektrofahrzeug kompatible Gleichspannung zur Verfügung. Schutz und Steuerung der Ladung können dabei analog zur Wechselstromladung erfolgen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerelektronik der Ladeeinrichtung mehrere voneinander verschiedene Ladeprofile beinhaltet, gemäß denen die Aufladung des Elektrofahrzeugs nach im jeweiligen Ladeprofil definierten Steuerkriterien erfolgt, wobei ein jeweiliges für das Aufladen des Elektrofahrzeugs zu nutzendes Ladeprofil vom Anwender über wenigstens ein Bedienelement auswählbar ist. Dies hat den Vorteil, dass durch den Anwender je nach gerade vorliegender persönlicher Situation ein passendes Ladeprofil ausgewählt werden kann, z.B. entweder für schnelleres Laden oder für ein Laden ausschließlich mit aus den Solarmodulen gewonnenen Strom. Zum Auswählen des jeweiligen Ladeprofils kann das Energiegewinnungssystem, z.B. die Steuerelektronik oder die Elektronikbaueinheit, Bedienelemente haben, z.B. einzelne Tasten oder Schalter. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswahl des Ladeprofils auch durch ein separates Gerät durchgeführt werden, beispielsweise mittels eines Smartphone, auf dem die entsprechenden Auswahlmöglichkeiten für die Ladeprofile mittels einer App dargestellt werden und vom Anwender dort ausgewählt werden können. Über eine Drahtlos-Datenverbindung vom Smartphone zur Steuerelektronik kann dann die vom Anwender getroffene Auswahl des Ladeprofils an die Steuerelektronik übertragen werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Ladeprofil vorhanden ist, durch das das Aufladen des Elektrofahrzeugs ausschließlich durch die von dem wenigstens einen Solarmodul des Energiegewinnungssystems erzeugte elektrische Energie erfolgt, insbesondere ohne Hinzunahme elektrischer Energie aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz. Dies hat den Vorteil, dass der Anwender sicherstellen kann, dass ein Elektrofahrzeug ausschließlich durch die durch das eigene solare Energiegewinnungssystem bereitgestellte „grüne“ elektrische Energie geladen wird.
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Das solare Energiegewinnungssystem kann zusätzlich mit dem öffentlichen Energieversorgungsnetz gekoppelt sein, z.B. für das Einspeisen überschüssiger elektrischer Energie des wenigstens einen Solarmoduls, die nicht zum Aufladen des Elektrofahrzeugs benötigt wird, oder gegebenenfalls zur Nutzung elektrischer Energie aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz zur Erhöhung der Ladeleistung beim Aufladen des Elektrofahrzeugs, wenn durch die Solarzellen nicht ausreichend elektrische Energie bereitgestellt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Ladeprofil vorhanden ist, durch das das Aufladen des Elektrofahrzeugs mit einer vorgebbaren konstanten elektrischen Leistung erfolgt, wobei die elektrische Energie für das Aufladen von dem wenigstens einen Solarmodul generiert wird und bei zusätzlichem Leistungsbedarf elektrische Leistung vom öffentlichen Energieversorgungsnetz eingespeist wird. Während beim zuvor erläuterten, erstgenannten Ladeprofil die Ladeleistung von der jeweiligen Sonneneinstrahlung abhängt und dementsprechend die Aufladezeit des Elektrofahrzeugs variieren kann, wird durch dieses zweite Ladeprofil sichergestellt, dass die vom Anwender vorgegebene konstante elektrische Leistung bereitgestellt wird und dementsprechend das Aufladen innerhalb einer definierten Zeit durchgeführt werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Ladeprofil vorhanden ist, in dem vom Anwender eine Mindestladeleistung vorgewählt werden kann, wobei das Aufladen des Elektrofahrzeugs dann mit einer elektrischen Leistung erfolgt, die der jeweils vom wenigstens einen Solarmodul erzeugten elektrischen Leistung entspricht und über der Mindestladeleistung liegen kann, und in dem Fall, dass die vom wenigstens einen Solarmodul bereitgestellte elektrische Leistung die Mindestladeleistung unterschreitet, elektrische Leistung vom öffentlichen Energieversorgungsnetz bis zur Erreichung der Mindestladeleistung eingespeist wird. Dieses dritte Ladeprofil hat den Vorteil, dass sich der Anwender auch unabhängig von der Sonneneinstrahlung darauf verlassen kann, dass er über die Ladezeit eine gewisse Energiemenge in die Antriebsbatterie eingeladen bekommt, um eine Mindestmobilität zu erreichen.
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Dabei versteht es sich, dass die beim Aufladen aufgenommene elektrische Leistung durch die integrierte Ladeelektronik des Elektrofahrzeugs auf einen Maximalwert begrenzt wird und die vorgebbare konstante elektrische Leistung und die Mindestladeleistung nicht darüber liegen können.
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In allen Arten von Ladevorgängen, insbesondere bei den genannten Ladeprofilen, kann eine Kommunikation zwischen der Steuerelektronik der Ladeeinrichtung und der Ladeelektronik des Elektrofahrzeugs über die CP-Leitung durchgeführt werden. Dabei können über die CP-Leitung PWM-Signale mit unterschiedlichen Modulationen, z.B. Rechtecksignale, übertragen werden. Bei solchen PWM-Signalen kann das Puls-Pausen-Verhältnis variiert werden, um hierdurch die vom Energiegewinnungssystem bereitstellbare elektrische Leistung beim Aufladevorgang der Ladeelektronik des Elektrofahrzeugs mitzuteilen. Das Elektrofahrzeug weiß dann, mit welcher maximalen elektrischen Leistung der Ladevorgang zum jeweiligen Zeitpunkt durchgeführt werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerelektronik der Ladeeinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Steuerung des Ladevorgangs in Abhängigkeit von der vom wenigstens einen Solarmodul erzeugten elektrischen Leistung und/oder in Abhängigkeit von dem gewählten Ladeprofil durch Ausgabe eines Pulsweitensignals auf der CP-Leitung durchzuführen. Die Steuerelektronik sorgt somit durch das auf der CP-Leitung ausgegebene Pulsweitensignal dafür, dass das Elektrofahrzeug je nach solar produzierter Leistung geladen wird bzw. dass die gewünschten Randbedingungen des gewählten Ladeprofils eingehalten werden. Dies hat den Vorteil, dass die Signalübertragung auf der CP-Leitung, die ansonsten zum Schutz der Versorgungsinfrastruktur benutzt wird, nun auch vorteilhaft für die Realisierung von Ladeprofilen genutzt werden kann.
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Die erwähnten drei Ladeprofile können z.B. wie folgt genutzt werden:
- 1 . Der Anwender möchte nur „grünen“ Strom tanken. Dies bedeutet, dass das Elektrofahrzeug nur mit der solar erzeugten Energie geladen wird. Dadurch, dass die Stromproduktion eventuell wetterbedingt sehr stark schwankt, ändert sich auch die zur Verfügung stehende „grüne“ Leistung. Der Wechselrichter mit Ladesteuerung gibt laufend die Information über die zur Verfügung stehende Leistung an das Elektrofahrzeug weiter, und das Elektrofahrzeug ruft genau diese Leistung ab. Die Information geschieht z.B. durch das PWM-Signal auf der CP-Leitung, wobei die Pulsweite des Steuersignals der zur Verfügung stehenden „grünen“ Leistung entspricht. Kann das Elektrofahrzeug die zur Verfügung stehende Leistung nicht vollständig abrufen, weil die Antriebsbatterie beispielsweise schon einen hohen Ladestand hat, oder weil die Ladeelektronik des Elektrofahrzeugs für eine geringere Leistung ausgelegt ist, wird die restliche Leistung in das öffentliche Energieversorgungsnetz eingespeist.
- 2. Der Anwender möchte eine konstante Leistung abrufen In diesem Fall signalisiert der Wechselrichter mit Ladesteuerung die maximal mögliche Leistung, die über die Stromproduktion und den Netzanschluss zur Verfügung steht. Das Elektrofahrzeug ruft die maximale Leistung, die es verarbeiten kann, ab. Wird mehr Leistung von den Solarmodulen produziert als vom Elektrofahrzeug abgerufen werden kann, wird der Rest in das öffentliche Energieversorgungsnetz eingespeist. Liefern die Solarmodule weniger Leistung als vom Elektrofahrzeug benötigt, wird der Rest aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz bezogen.
- 3. Der Anwender bezieht mindestens eine vorgewählte minimale Leistung oder die zur Verfügung stehende „grüne“ Leistung In diesem Fall muss sich der Anwender auch unabhängig von der Sonneneinstrahlung darauf verlassen können, dass er über die Ladezeit eine gewisse Ladung in die Fahrzeugbatterie bekommt, um eine Mindestmobilität zu erreichen. Wird von den Solarmodulen weniger Energie produziert als diese minimale Ladeleistung, so wird der Rest aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz bezogen. Ist die solar produzierte Leistung höher als die vorgewählte minimale Leistung, so wird vom Fahrzeug die komplette Leistung aus den Solarmodulen aufgenommen. Ist diese Leistung so hoch, dass sie vom Elektrofahrzeug nicht mehr aufgenommen werden kann, so wird der Rest in das öffentliche Energieversorgungsnetz eingespeist. Über die CP-Leitung wird ein PWM-Signal an das Elektrofahrzeug übertragen, dass entweder der gewählten minimalen Leistung oder bei höherer Solarleistung dieser höheren Solarleistung entspricht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Energiegewinnungssystem eine drahtlos arbeitende Autorisierungsvorrichtung, z.B. einen Kartenleser, RFID- und/oder NFC-Leser, zum Autorisieren und Starten eines Ladevorgangs eines Elektrofahrzeugs aufweist. Dies hat den Vorteil, dass der Anwender auf einfache und schnelle Weise den Ladevorgang mit einer persönlichen Autorisierung starten kann, z.B. indem er eine entsprechende Autorisierungskarte in die Nähe der Autorisierungsvorrichtung hält. Der Kartenleser kann auch zum Lesen von Magnetkarten, d.h. im Sinne von Scheckkarten, oder zum Lesen von Chipkarten ausgebildet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Energiegewinnungssystem einen Energiezähler zum Bestimmen der in das Elektrofahrzeug eingespeisten elektrischen Energie und/oder eine Abrechnungsvorrichtung zum Abrechnen des Ladevorgangs hat. Auf diese Weise kann das Energiegewinnungssystem auch die finanzielle Abrechnung von Ladevorgängen unterstützen. Dabei kann beispielsweise die durch den Energiezähler bestimmte elektrische Energie auf einem Display des Energiegewinnungssystems angezeigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein abzurechnender Geldbetrag durch die Abrechnungsvorrichtung auf dem Display angezeigt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Energiegewinnungssystem drei Wechselrichter mit jeweils einem einphasigen Wechselspannungsausgang hat, die zu einem Dreiphasensystem zusammengeschaltet sind und dreiphasig mit dem elektrischen Energieversorgungsnetz gekoppelt sind. Auf diese Weise können handelsübliche, kostengünstige einphasige Wechselrichter eingesetzt werden, um eine Verbindung zum Dreiphasennetz herzustellen. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Energiegewinnungssystem drei oder mehr Carports mit jeweils wenigstens einem Solarmodul beinhalten, die jeweils einen einphasigen Wechselrichter haben. Jeweils drei dieser Solar-Carports mit je einer Phase werden dann zu einem Dreiphasennetz zusammengeschaltet. Auf diese Weise können auch regulatorische Auflagen für die Symmetrieerhaltung im Drehstromnetz eingehalten werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Energiegewinnungssystem vom Anwender drahtlos über eine Funkschnittstelle einstellbar ist, insbesondere mittels eines Mobiltelefons. Dies hat den Vorteil, dass der Anwender auf einfache Weise, d.h. durch Nutzung beispielsweise eines Smartphones, die notwendigen Einstellungen am Energiegewinnungssystem vornehmen kann, z.B. die Auswahl des Ladeprofils. Auch die Autorisierung eines Ladevorgangs kann über die Funkschnittstelle mittels des Mobiltelefons durchgeführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Energiegewinnungssystem einen Carport für ein Kraftfahrzeug mit einem Unterbau und einem Oberbau aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die notwendige Stellfläche zum Abstellen des Elektrofahrzeugs zusätzlich für die solare Energiegewinnung genutzt werden kann. Zudem kann der Carport durch seine Konstruktion mit dem Unterbau und dem Oberbau derart gestaltet sein, dass die Solarmodule jeweils automatisch in Sonneneinstrahlrichtung verstellt werden, z.B. durch Verstellung des Oberbaus gegenüber dem Unterbau. Die Steuerung dieser Verstellung kann durch die Elektronikbaueinheit des Energiegewinnungssystems durchgeführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Unterbau eine Vielzahl von Stützelementen zur Befestigung an einer Bodenstruktur hat und die Stützelemente einen Aufnahmeraum für ein Kraftfahrzeug bilden, wobei der Unterbau eine Montagestruktur hat, die an den Stützelementen angeordnet ist, wobei der Oberbau an der Montagestruktur montierbar ist, wobei der Oberbau eine Grundstruktur zur Befestigung an der Montagestruktur und eine Trägerstruktur zur Befestigung von einem oder mehreren Solarmodulen hat.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Oberbau um zumindest eine Raumachse rotierbar gelagert ist. Die Raumachse kann dabei vorzugsweise die Achse sein, die sich im Wesentlichen orthogonal von der Bodenstruktur, also in Längserstreckungsrichtung des Carports, erstreckt. Der Oberbau kann zum Beispiel in einem Winkel von bis zu 360 Grad rotierbar gelagert sein. Es ist aber auch denkbar, dass der Oberbau um mehr als 360 Grad rotierbar um die Raumachse gelagert ist. Der Oberbau kann damit mehrmals um die Raumachse auf dem Unterbau rotiert werden.
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Durch die rotierbare Lagerung des Oberbaus um die Raumachse können die Solarzellen derartig auf den Sonnenstand ausgerichtet werden, dass eine effiziente Stromerzeugung, bzw. eine effiziente Umwandlung der Sonnenenergie in elektrische Energie, der Solarzellen gewährleistet werden kann. Weiterhin kann die Montage des Carports durch den oben beschriebenen Aufbau erleichtert werden. Der Oberbau kann zunächst ohne spezielle Ausrichtung auf der Montagestruktur angebracht werden. Anschließend kann der Oberbau derart rotiert werden, dass die Solarzellen dem Sonnenstand entsprechend ausgerichtet ist. Der Oberbau kann somit bereits vor einer entsprechenden Feinjustierung auf den Unterbau angebracht werden, wobei der Oberbau durch eine einfache Rotation um die Raumachse in eine optimale Position bewegt werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Oberbau mit der Montagestruktur fixiert wird, sodass eine versehentliche Änderung der Ausrichtung der Solarzellen ohne Lösen der Fixierung nicht möglich ist. Eine Fixierung kann zum Beispiel über eine Art Schlauchschelle oder einen Schlauchschellenmechanismus erfolgen. Die Trägerstruktur kann in Richtung der Raumachse verschiebbar zur Einstellung eines Neigungswinkels der Solarzellen gelagert sein. Ferner vorteilhaft kann der Neigungswinkel kontinuierlich oder auf wenigstens zwei diskrete Positionen einstellbar sein. Der Neigungswinkel ist dabei der Winkel zwischen einer Ebene die durch die Solarzellen aufgespannt wird und einer Ebene, die durch die Bodenstruktur aufgespannt wird. Für einen effizienten Betrieb der Solarzellen ist es vorteilhaft, wenn die Solarzellen in einem 90 Grad Winkel zur Sonneneinstrahlung ausgerichtet werden.
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Der Neigungswinkel kann zwischen 0 Grad und 60 Grad, insbesondere zwischen 20 Grad und 40 Grad, je nach Standort des Carports einstellbar sein. Insbesondere kann der Neigungswinkel auf zwei diskrete Positionen einstellbar sein, sodass der Neigungswinkel in der Sommerzeit und in der Winterzeit auf die jeweilige diskrete Position einstellbar ist. Die diskrete Position ist dabei die Position, in der die Sonnenstrahlung während des Sonnenhöchststandes in einem 90 Grad Winkel auf die Solarzellen treffen. Die diskrete Position ändert sich in Abhängigkeit des Sonnenhöchststandes, sodass der Neigungswinkel zumindest auf zwei diskrete Positionen, zum Beispiel für den Sonnenhöchststand der Sommerzeit und für den Sonnenhöchststand der Winterzeit, einstellbar ist.
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Insbesondere ist denkbar, dass der Neigungswinkel in Abhängigkeit des Kalenderdatums automatisch einstellbar sein. Der Neigungswinkel kann somit automatisch je nach aktuellem Datum nachgeführt werden, wobei ein effizienter Betrieb der Solarzellen gewährleistet werden kann.
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Auf diese Weise kann ein Carport mit Solarzellen bereitgestellt werden, die sowohl durch die Rotation um die Raumachse als auch durch die Einstellung des Neigungswinkels an den Sonnenstand ausgerichtet werden kann. Der Neigungswinkel kann zum Beispiel über ein Hub-Element einstellbar sein. Der Oberbau kann um die Raumachse in einem Winkel von bis zu 90 Grad rotierbar sein.
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Durch die Rotation können die Solarzellen auf einfache Weise bei der Montage des Carports auf den Sonnenstand ausgerichtet werden. Dabei können die Solarzellen während der Montage bereits grob auf den Sonnenstand eingestellt werden. Anschließend kann der Oberbau durch Rotation in einem Winkel bis zu 90 Grad um die Raumachse feinjustiert werden, sodass die Solarzellen entsprechend auf den Sonnenstand ausgerichtet sind. Durch die Verkleinerung des Winkels, kann auch der Aufbau des Carports vereinfacht werden, sodass nur noch eine Rotation um bis zu 90 Grad notwendig ist.
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Die Montagestruktur kann kreisförmig ausgebildet sein, wobei der Oberbau entlang der kreisförmigen Montagestruktur um die Raumachse rotierbar gelagert ist. Durch den kreisförmigen Aufbau der Montagestruktur kann eine einfache Rotation des Oberbaus entlang der Montagestruktur um die Raumachse erreicht werden und gleichzeitig eine stabile Konstruktion gewährleistet werden. Die kreisförmige Montagestruktur kann aus zumindest einem zylinderförmigen Element gebildet sein. Ferner vorteilhaft kann das zylinderförmige Element eine Ringstruktur bilden, wobei die Ringstruktur über wenigstens ein Verbindungselement mit den Stützelementen verbindbar ausgebildet ist.
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Die Verbindungselemente können insbesondere als Lagerbuchse ausgebildet sein, wobei die Ringstruktur in den als Lagerbuchsen ausgebildeten Verbindungselementen gelagert ist. Durch die als Lagerbuchse ausgebildeten Verbindungselemente, können die Stützelemente vor der Befestigung mit der Bodenstruktur entlang der Ringstruktur der Montagestruktur verschoben werden, sodass die Stützelemente an dem Montageort positioniert und anschließend an der Bodenstruktur befestigt werden können. Die Montagestruktur kann auch unabhängig vom Vorhandensein des Verbindungselementes als eine Ringstruktur ausgebildet sein. Die Grundstruktur kann mit wenigstens einem weiteren Verbindungselement mit der Ringstruktur verbindbar ausgebildet sein.
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Das weitere Verbindungselement kann dabei insbesondere der gleichen Art wie das Verbindungselement zwischen der Ringstruktur und den Stützelementen sein. Das weitere Verbindungselement kann somit insbesondere als Lagerbuchse ausgebildet sein, sodass der Oberbau auf einfache Weise um die Raumachse rotierbar ausgebildet ist, indem die Ringstruktur durch die Lagerbuchse geführt wird.
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An dem Unterbau und/oder an dem Oberbau können Stabilisierungselemente zur Stabilisierung der Montagestruktur und/oder zur Stabilisierung der Trägerstruktur angeordnet sein. Ferner vorteilhaft können die Stabilisierungselemente an den Neigungswinkel anpassbar ausgebildet sein.
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Die Trägerstruktur und/oder die Montagestruktur wird dabei durch die Stabilisierungselemente gestützt, sodass die Trägerstruktur und/oder die Montagestruktur gegen die Gewichtskraft der Solarzellen, bzw. des gesamten Oberbaus, abgestützt wird. Dabei ist zum Beispiel denkbar, dass die Stabilisierungselemente von den Stützelementen abragen und mit der Montagestruktur verbunden sind, sodass die Gewichtskraft auch über die Stabilisierungselemente abgeleitet werden kann.
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Die Grundstruktur kann viereckig ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Solarzellen vereinfacht auf einem viereckigen Profil montiert werden können. Die Grundstruktur kann an Auflagerpunkten auf der Montagestruktur aufgelagert sein, wobei die Grundstruktur über Räder an den Auflagerpunkten auf der Montagestruktur verschieblich gelagert ist. Durch die Räder kann der Oberbau vereinfacht auf oder entlang der Montagestruktur des Unterbaus verschoben werden, sodass die Ausrichtung der Solarzellen durch die Rotation des Oberbaus vereinfacht erfolgen kann. Es ist auch denkbar, dass anstatt der Räder ein Gleitelement wie zum Beispiel ein Gleiter aus einem Kunststoff verwendet werden kann.
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An dem Carport kann ein Ladeelement zum Laden eines elektrischen Energiespeichers angeordnet sein.
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Der Oberbau kann ein Nachführsystem haben, wobei das Nachführsystem derart eingerichtet ist, die Solarzellen auf den Sonnenstand auszurichten. Das Nachführsystem richtet die Solarzellen automatisch nach dem aktuellen Sonnenstand aus, sodass der Oberbau eine kontinuierliche Rotation erfährt und die Sonnenstrahlen in einem Winkel von ca. 90 Grad, also im Wesentlichen orthogonal, auf die Solarzellen treffen können. Auf diese Weise können die Solarzellen effizient betrieben werden. Es ist denkbar, dass durch das Nachführsystem die Solarzellen rotierbar um die Raumachse und verschieblich in Richtung der Raumachse zur Einstellung des Neigungswinkels auf den Sonnenstand ausgerichtet werden kann.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein System mit einer Vielzahl von den oben beschriebenen Carports, wobei die Solarzellen der Carports auf einer Gleichspannungsebene oder über wenigstens einen zwischengeschalteten Wechselrichter auf einer Wechselspannungsebene miteinander verbunden sind.
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Die Solarzellen liefern an eine angeschlossene Last grundsätzlich Gleichstrom. So können mehrere elektrische Verbraucher parallel mit einem elektrischen Strom versorgt werden. Soll nur ein elektrischer Verbraucher versorgt werden, können die Ausgangsströme mehrerer Solarzellen der Carports auf der Gleichspannungsebene entweder direkt oder über MPP-Tracker-DC/DC-Konverter zusammengeschaltet werden oder über Wechselrichter auf einer Wechselspannungsebene als Ein- oder Drei-Phasen-Strom.
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Es ist denkbar, dass die Solarzellen eines Carports eine Solarzellenordnung bilden, wobei die Solarzellenanordnungen der Carports auf der Gleichspannungsebene oder auf der Wechselspannungsebene miteinander verbunden sind. Dabei ist denkbar, dass die Vielzahl von Carports an einem einzelnen zentralen Wechselrichter angeschlossen ist und durch den zentralen Wechselrichter die Ausgangsströme der Carports in einen Drei-Phasen-Strom umgewandelt werden.
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So kann bei Bedarf ein einzelner elektrischer Stromspeicher durch die Energie mehrerer Carports schneller geladen werden als durch die Energie des einen. Es besteht aber weiterhin die Möglichkeit mehrere elektrische Verbraucher parallel mit Strom zu versorgen. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Carport flexibler eingesetzt werden. Die Verbindung mehrerer der Carports auf einer Gleichspannungsebene hat den weiteren Vorteil, dass weniger verlustbehaftete Spannungswandlungen entstehen.
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Die Carports des Systems können mit jeweils einem zwischengeschalteten MPPT Konverter auf der Gleichspannungsebene miteinander verbunden sein. Durch den MPPT Konverter (Maximum Power Point Tracking) kann den Solarzellen die größte mögliche Leistung entnommen und dem System zugeführt werden. Bei Solarzellen ist der optimale Betriebspunkt nicht konstant, da dieser in Abhängigkeit von zum Beispiel der Temperatur oder der Bestrahlungsstärke schwankt. Durch einen nachgeschalteten MPPT Konverter kann den Solarzellen die jeweils größtmögliche Leistung entnommen und dem System zugeführt werden, sodass kein zusätzlicher Gleichspannungswandler notwendig ist, um die unterschiedlichen Spannungen auf ein gleiches Niveau anzupassen.
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Ferner vorteilhaft kann ein Gleichspannungswandler zum Laden eines Elektrofahrzeugs (Fahrzeug mit Elektroantrieb) mit einem Gleichspannungszwischenkreis des Wechselrichters verbunden sein oder die Zwischenkreisspannung des Wechselrichters kann so eingestellt werden, dass sie der Ladespannung für das Fahrzeug mit Elektroantrieb entspricht. Dadurch entfällt der zusätzliche Gleichspannungswandler, der ansonsten die Spannungsanpassung vornehmen würde, wobei sich die dadurch entstehenden Verluste verringern.
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Durch den Zwischenkreis kann ein Fahrzeug mit Elektroantrieb zum Beispiel direkt an dem Zwischenkreis geladen werden. Dabei entspricht die Zwischenkreisspannung der Ladespannung des Fahrzeuges mit Elektroantrieb. Es ist aber auch denkbar, dass mit dem Zwischenkreis ein Gleichspannungswandler gekoppelt ist, wobei der Gleichspannungswandler die Zwischenkreisspannung auf die Ladespannung des Fahrzeuges mit Elektroantrieb konvertiert.
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Der Wechselrichter dient dazu, neben der elektrischen Energie, die für die Ladung des Fahrzeuges mit Elektroantrieb aufgewendet wird, überschüssige elektrische Energie in zum Beispiel das öffentliche Energieversorgungsnetz einzuspeisen. Umgekehrt besteht aber auch die Möglichkeit, von dem allgemeinen Stromnetz elektrische Leistung zu beziehen, sollte die Leistung aus den Solarzellen nicht zum Laden des Fahrzeuges mit Elektroantrieb ausreichen. Der Wechselrichter ist folglich dazu eingerichtet, Gleichspannung in Wechselspannung und umgekehrt zu konvertieren.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
- 1 ein solares Energiegewinnungssystem,
- 2 ein Zeitdiagramm von Steuersignalen eines Ladevorgangs,
- 3 eine Elektronikbaueinheit des Energiegewinnungssystems,
- 4 den Aufbau der Elektronikeinheit in schematischer Darstellung
- 5 ein System aus mehreren Carports.
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Die 1 zeigt ein solares Energiegewinnungssystem mit einem Carport 1, der einen Unterbau 2 und einen Oberbau 3 hat. Der Unterbau 2 hat vier Stützelemente 4, wobei die Stützelemente 4 an einer Bodenstruktur durch zum Beispiel eine Schraubverbindung befestigt werden können. Die Stützelemente 4 bilden einen Aufnahmeraum 5, wobei der Aufnahmeraum 5 für ein Kraftfahrzeug wie zum Beispiel ein PKW dimensioniert ist. An dem Unterbau 4 ist eine Montagestruktur 6 angeordnet, wobei jeweils ein Stützelement 4 über ein Verbindungselement 10 mit der Montagestruktur 6 verbunden ist. Deutlich wird, dass die Montagestruktur 6 kreisförmig ausgebildet ist. Die kreisförmige Montagestruktur 6 ist aus einem zylinderförmigen Element gebildet, indem das zylinderförmige Element eine Ringstruktur ausbildet. Die Verbindungselemente 10 sind dabei als Lagerbuchse ausgebildet, wobei die Ringstruktur in den als Lagerbuchsen ausgebildeten Verbindungselementen 10 gelagert ist. Durch die als Lagerbuchse ausgebildeten Verbindungselemente 10 können die Stützelemente 4 vor der Befestigung mit der Bodenstruktur entlang der Ringstruktur der Montagestruktur 6 verschoben werden. Auf diese Weise können die Stützelemente 4 an dem Montageort positioniert und anschließend an der Bodenstruktur befestigt werden.
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Weiterhin zu erkennen ist, dass die als Ringstruktur ausgebildete Montagestruktur 6 über Stabilisierungselemente 11 stabilisiert wird, so dass die Montagestruktur 6 gegen ein Durchbiegen gesichert wird. Dabei ragen jeweils zwei Stabilisierungselemente 11 von einem Stützelement 4 ab und sind an ihrem diametral gegenüberliegenden Ende mit der Montagestruktur 6 verbunden.
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Der Oberbau 3 hat eine Grundstruktur 7, wobei die Grundstruktur 7 als rechteckiges Profil ausgebildet ist. Auf der Grundstruktur 7 ist eine Trägerstruktur 8 angeordnet, wobei die Trägerstruktur 8 zur Befestigung von Solarmodulen 9 eingerichtet ist. Die Trägerstruktur 8 wird dabei über Stabilisierungselemente 11 gestützt, sodass die Trägerstruktur 8 gegen die Gewichtskraft der Solarmodule 9 abgestützt wird. Weiterhin zu erkennen ist, dass an den Ecken der Grundstruktur 7 jeweils ein Verbindungselement 10 angeordnet ist, wobei das Verbindungselement 10 als Lagerbuchse, bzw. als Gleitlager, ausgebildet ist. Über das Verbindungselement 10 kann die Grundstruktur 7 zum Beispiel auf eine Montagestruktur 6 des Unterbaus 2 montiert werden.
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Die Solarmodule 9 sind in einem bestimmten Neigungswinkel auf der Trägerstruktur 8 befestigt. Der Neigungswinkel ist dabei der Winkel zwischen einer Ebene, die durch die Solarmodule 9 aufgespannt wird, und einer Ebene, die durch die Bodenstruktur aufgespannt wird. Für einen effizienten Betrieb der Solarmodule 9 ist es vorteilhaft, wenn die Solarmodule 9 in einem 90 Grad Winkel zur Sonneneinstrahlung ausgerichtet werden. Dies entspricht einem Neigungswinkel in Deutschland zwischen 30 Grad und 75 Grad, eine hohe Gesamtperformance wird insbesondere zwischen 30 Grad und 40 Grad, je nach Standort des Carports, erzielt.
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Deutlich wird, dass der Oberbau 3 mit der Grundstruktur 7 auf der ringförmigen Montagestruktur 6 des Unterbaus 2 über Verbindungselemente 10 befestigt ist. Deutlich wird auch, dass der Oberbau 3 durch die als Lagerbuchsen, bzw. Gleitlager, ausgebildeten Verbindungselemente 10 entlang der kreisförmigen Montagestruktur 6 rotierbar gelagert ist. Der Oberbau 3 ist dabei um eine Raumachse entlang der kreisförmigen Montagestruktur 6 rotierbar gelagert, wobei die Raumachse der Erstreckungsrichtung des Carports 1, bzw. der Stützelemente 4 entspricht. Die Raumachse ragt also im Wesentlichen orthogonal von der Bodenstruktur ab.
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Es ist denkbar, dass der Oberbau 3 um 360 Grad um die Raumachse rotierbar ist. Vorteilhaft ist aber auch eine Rotation um lediglich 90 Grad. Auf diese Weise kann der Oberbau 3 auf dem Unterbau 2 angeordnet werden, anschließend durch Rotation um die Raumachse auf eine optimale Sonneneinstrahlung ausgerichtet und an der Montagestruktur 6 fixiert werden. So kann die Montage des Carports 1 erleichtert werden, indem der Oberbau 3 bereits vor einer entsprechenden Feinjustierung auf den Unterbau 2 montiert werden kann und lediglich in eine optimale Position rotiert werden muss.
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Das solare Energiegewinnungssystem hat am Carport 1 zusätzlich eine Elektronikbaueinheit 20 (links vergrößert dargestellt), eine drahtlos arbeitende Autorisierungsvorrichtung 30 (ebenfalls links vergrößert dargestellt) sowie einen Ladestecker 40 (rechts vergrößert dargestellt), der zum Aufladen an ein Elektrofahrzeug angeschlossen werden kann. Der Ladestecker 40 ist über ein Verbindungskabel 41 mit der Elektronikbaueinheit 20 verbunden. Die Elektronikbaueinheit 20 kann verschiedene Komponenten aufwiesen, z.B. einen Wechselrichter sowie eine Ladeeinrichtung zum Aufladen der Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs. Die Elektronikbaueinheit 20 beinhaltet den wenigstens einen Wechselrichter des Energiegewinnungssystems, eine Steuerelektronik der Ladeeinrichtung sowie eine Überstromschutzeinrichtung und eine Fehlerstromschutzeinrichtung.
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Die Solarmodule 9 sind in Reihen- und/oder Parallelschaltungen an den Gleichstromeingang des Wechselrichters angeschlossen. Die Elektronikbaueinheit 20 besitzt einen Wechselstromausgang 23, um die solar gewonnene Energie an das öffentliche Energieversorgungsnetz abzugeben. In bestimmten Situationen dient dieser Anschluss 23 auch als Eingang zur Einspeisung von Energie aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz, wenn beispielsweise für die Elektroladung mehr Energie benötigt als derzeit solar erzeugt wird. Weiterhin ist an die Elektronikbaueinheit ein Ladekabel 41 mit dem Ladestecker 40 für ein Elektroauto angeschlossen, in diesem Beispiel ein Typ-2-Stecker. Damit der Ladestecker 40 im nicht eingesteckten Zustand einen festen Sitz hat, ist an dem Carport 1 eine Halterung angebracht, die diesen Ladestecker 40 aufnimmt. Die Halterung ist rein passiv und hat keine elektrische Verbindung, sie bietet dem Ladestecker 40 aber Schutz vor Verschmutzung im ungenutzten Zustand.
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Zur Aktivierung der Ladung befindet sich am Carport-Gestell eine Autorisierungsvorrichtung 30, z.B. ein Bedienterminal mit Empfänger für die Nahfeldkommunikation. Durch Halten einer NFC-Karte in die Nähe der markierten Fläche wird diese identifiziert und von der Elektronikbaueinheit die Berechtigung zum Laden ausgewertet. Die Elektronikbaueinheit ist weiterhin über eine Funk- oder Leitungsverbindung mit einem Backendsystem verbunden, über das Berechtigungszertifikate geprüft und freigegeben werden.
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Das System besitzt weiterhin mehrere Wahltasten, die sich beispielsweise an der Autorisierungsvorrichtung 30 befinden, und die in 1 nicht dargestellt sind. Mit diesen Wahltasten kann der Fahrer des Elektrofahrzeugs ein Ladeprofil vorwählen. Das Ladeprofil kann beispielsweise ein Profil sein, das dem Elektrofahrzeug erlaubt, nur so viel Leistung aufzunehmen, wie gerade von den Solarmodulen 9 produziert wird.
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Somit wird vermieden, dass zusätzlich teure Energie aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz bezogen wird. Ein anderes Ladeprofil könnte sein, dass das Elektrofahrzeug mit der maximal möglichen Leistung geladen wird, bis es einen gewünschten Ladezustand erreicht hat. Dieses Ladeprofil ist dann sinnvoll, wenn in kurzer Zeit möglichst viel Energie geladen werden muss, um eine hohe Reichweite zu bekommen. Ein drittes Ladeprofil könnte so aussehen, dass vorwiegend nur mit der Leistung geladen wird, die solar am Carport 1 produziert wird, aber bei zu geringer Solarleistung eine Mindestleistung aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz bezogen wird, damit die Fahrzeugbatterie eine definierte Mindestleistung erhält. Das gewählte Ladeprofil wird über Leuchtdioden oder andere Anzeigeelemente angezeigt.
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Eine andere Möglichkeit, das Ladeprofil einzustellen, ist eine Smartphone-App, die als Userinterface dient. Über eine Funkverbindung wie beispielsweise Bluetooth oder WLAN kommuniziert die App mit der Autorisierungsvorrichtung 30 und/oder mit der Elektronikbaueinheit 20. Über die App sind die Eingabemöglichkeiten wesentlich komfortabler, was die Möglichkeit bietet, umfangreichere Ladeprofile einzugeben. Es kann z.B. eine Zeit vorgegeben werden, bis zu der eine Mindestenergie geladen werden muss. Die Elektronikbaueinheit 20 bestimmt nun, wie dieses Ziel am preiswertesten zu erreichen ist. Dabei könnte beispielsweise die erste Zeit nur solar erzeugte Energie vom am Carport 1 geladen werden und dann später bis zum Ende der vorgegebenen Zeit mit maximaler Leistung laden, damit die vorgegebene Mindestlademenge erreicht wird. Dieses Ladeprofil garantiert, dass während der gesamten vorgegebenen Zeit die maximal mögliche solar erzeugte Energie geladen wird.
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Die Steuerung der Ladeleistung ist in 2 dargestellt. Die Elektronikbaueinheit 20 legt auf den CP-Kontakt des Ladesteckers 40 eine 1 kHz Rechteckspannung von +-12 V über einen Widerstand von 1 kOhm an. Bei nicht gestecktem Ladestecker 40 fließt kein Strom und es entsteht kein Spannungsabfall über dem Widerstand. Nach Anschluss des Ladesteckers 40 am Elektrofahrzeug legt das Elektrofahrzeug einen Widerstand von 2740 Ohm über eine Diode zwischen den Kontakten CP und PE an. Dadurch entsteht über den 1 k Widerstand ein Spannungsabfall von 3 V auf der positiven Rechteckhalbwelle, womit die Spannung zwischen den Kontakten CP und PE 9 V beträgt. Ist das Elektrofahrzeug für den Ladevorgang bereit, ändert sich der fahrzeugseitige Widerstand von 2740 Ohm auf 880 Ohm. Somit beträgt die Spannung am CP-Kontakt 6 V. In dieser Phase belastet das Elektrofahrzeug die stromführenden Leiter des Ladesteckers 40 und entnimmt ihnen Energie, wobei sich die entnommene Energie nach der Pulsweite der positiven Rechteckwelle des Signals auf der CP-Leitung richtet.
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In 2 sind zwei Zeitabschnitte mit unterschiedlicher Leistungsentnahme dargestellt, die sich an dem ersten Ladeprofil (Ladung ausschließlich mit am Carport 1 solar erzeugter Energie) orientieren. In dem oberen Zeitdiagramm ist die Spannung zwischen den Kontakten CP und PE dargestellt. Das mittlere Zeitdiagramm zeigt die momentan solar produzierte Leistung und im unteren Zeitdiagramm ist die Leistung dargestellt, die das Elektrofahrzeug zur Ladung der Antriebsbatterie aufnimmt. Ab dem Zeitpunkt 50 beginnt das Elektrofahrzeug mit dem Ladevorgang. In Zeitabschnitt T1 bis zum Zeitpunkt 51 ist die solar produzierte Leistung hoch, somit ist auch die Pulsweite des Signals groß, und das Elektrofahrzeug entnimmt der Ladeeinrichtung entsprechend viel Leistung. Nach dem Zeitpunkt 51 fällt die solar produzierte Leistung ab und befindet sich ab dem Zeitpunkt 52 auf einem geringeren Niveau. In diesem Zeitabschnitt T2 ist die solar produzierte Leistung gering und somit wird durch die Reduzierung der positiven Pulsweite des Signals auf der CP-Leitung dies dem Elektrofahrzeug entsprechend angezeigt. Das Elektrofahrzeug reduziert daraufhin die Ladeleistungsaufnahme entsprechend.
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In allen Fällen gilt: Die Ladeeinrichtung gibt über die Pulsweite der positiven Rechteckwelle des Signals auf der CP-Leitung die zu beziehende Ladeleistung vor, und das Elektrofahrzeug belastet die Ladeeinrichtung mit maximal der vorgegebenen Leistung. Mögliche Differenzen zwischen vorgegebener und tatsächlich abgerufener Leistung werden über das öffentliche Energieversorgungsnetz ausgeglichen. Die 2 zeigt lediglich ein Beispiel für eine Kommunikation zwischen Ladeeinrichtung und Elektrofahrzeug. Weitere übliche Kommunikationsmethoden werden z.B. in der ISO 15118 beschrieben, wobei die physikalische Kommunikationsschicht sowohl leitungsgebunden über eine Powerline-Kommunikation (PLC) als auch Wireless über einen üblichen Funkstandard gebildet werden kann.
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3 zeigt die Elektronikbaueinheit 20 mit dem Wechselrichter mit integrierter Ladeelektronik, die z.B. auf einer Leiterplatte 22 angeordnet sein kann. Dabei ist die Elektronikbaueinheit 20 in schematischer Darstellung zu sehen, wobei ein Kabelstrang von einem Solarmodul-Anschluss 24 der Elektronikbaueinheit 20 über einen Freischalter 26 zu den Solarmodulen 9 geht. Ein weiterer Anschluss 23 der Elektronikbaueinheit 20 ist mindestens einphasig mit dem öffentlichen Energieversorgungsnetz verbunden. An einem Anschluss 25 der Elektronikbaueinheit 20 ist das Ladekabel 41 mit dem Ladestecker 40 für die Ladung eines Elektrofahrzeugs angeschlossen. Die Bedieneinheit für die Elektroladung kann entweder in die Elektronikbaueinheit 20 integriert sein, oder es geht ein weiteres Kabel zu einem Bedienteil mit Kartenleser, wie in 1 dargestellt.
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4 zeigt ein Blockschaltbild die Elektronikbaueinheit 20. Eine MPP-Elektronik 60 belastet die Solarmodule 9 mit der Last, bei der sie die höchste Leistung abgeben und wandelt die dann an den Solarmodulen 9 anstehende Spannung auf eine definierte Zwischengleichspannung. Diese Spannung wird vom Inverter 61 in eine zum öffentlichen Energieversorgungsnetz kompatible Wechselspannung gewandelt. Zum Schutz des Energieversorgungsnetzes gegen fehlerhafte Gleich- oder Wechselströme des Wechselrichters befindet sich zwischen Inverter-Ausgang und Energieversorgungsnetz eine Abschalteinrichtung 62. Am Verbindungspunkt zwischen Abschalteinrichtung 62, öffentlichem Energieversorgungsnetz und Elektrofahrzeug-Ladeeinrichtung 64 gilt die Kirchhoffsche Regel zum Stromverteilungspunkt. In das öffentliche Energieversorgungsnetz fließt die Differenz zwischen Inverter-Ausgangsstrom und Ladestrom. Diese Differenz stellt sich nach der Regel automatisch ein und kann sowohl positiv als auch negativ sein.
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Die Ladeeinrichtung 64 hat einen Stromsensor 65, der sowohl die Ströme durch die Phasen erfasst, als auch wechsel- oder gleichstrommäßige Summenströme, die einem Fehlerstrom entsprechen. Im Falle eines Fehlerstroms oder eines Überstroms wird die Ladespannung, die am Ladestecker 40 ansteht, über einen Unterbrecher 63 sofort abgeschaltet. Über die Erfassung des Stroms und der Spannung wird auch die an das Elektrofahrzeug abgegebene Energie erfasst.
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Ebenfalls in 4 zu sehen ist die Verbindung zum User-Interface mit der Autorisierungsvorrichtung 30, das auch einen Kartenleser enthalten kann. Das User-Interface beinhaltet Bedientasten zur Auswahl verschiedener Betriebsmodi und zeigt den Zustand der Ladung an. Das User-Interface kann in der Elektronikbaueinheit 20 integriert sein, es kann aber auch als externes Gerät über eine Leitung oder drahtlos angekoppelt sein. Auch eine Smartphone-App, die über eine standardmäßige drahtlose Verbindung mit der Elektronikbaueinheit 20 kommuniziert, kann als User-Interface benutzt werden. Die Anzeige des Status der Ladung kann auch die momentan geladene Energiemenge seit Beginn der Ladung beinhalten. Auch Energiemengen, die sich auf andere Startzeitpunkte beziehen, z.B. seit einem definierten Tag des Monats oder des Jahres für diesen autorisierten User, können angezeigt werden.
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5 zeigt ein System aus mehreren Carports 1, die alle wechselstromseitig miteinander gekoppelt sind. Jeweils 3 Carports 1 mit einem einphasigen Ausgang könnten zusammen ein dreiphasiges System bilden, oder alle Carports 1 haben einen dreiphasigen Ausgang und sind direkt parallel geschaltet und mit dem öffentlichen Dreiphasennetz 70 verbunden. Der Vorteil eines gekoppelten Systems ist, dass die Solarleistung von Carports 1, an denen nicht geladen wird, auf die anderen aufgeteilt wird, und diese dann mit höherer Leistung laden können, wenn sie ein solares Ladeprofil gewählt haben. Wenn beispielsweise an zwei Carports 1 nicht geladen wird und am dritten Carport 1 werden 11 kW geladen, und wenn jeder Carport 3 kW solare Leistung produziert, so ergibt sich eine Entnahme von 2 kW aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz, wenn die solare Leistung aller Carports 1 für die Ladung an dem dritten Carport 1 benutzt wird. Wären die Carports 1 nicht zusammengeschaltet, so würden die ersten beiden Carports 1 jeweils 3 kW in das öffentliche Energieversorgungsnetz einspeisen und am dritten Carport würden 8 kW Leistung aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz bezogen. Angesichts der Tatsache, dass üblicherweise der aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz bezogene Strom wesentlich teurer ist als man für den in das öffentliche Energieversorgungsnetz eingespeisten Strom vergütet bekommt, ist die zweite Variante aus Kostengesichtspunkten wesentlich ungünstiger.
