DE102023101968A1 - A system comprising a heat pump and at least one other electrical consumer - Google Patents
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Abstract
Die beschriebene Anlage zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine elektrische Anlagenkomponente, die sowohl für die Wärmepumpe als auch für den mindestens einen weiteren elektrischen Verbraucher vorgesehen werden muss, durch eine von der Wärmepumpe und dem mindestens einen weiteren elektrischen Verbraucher gemeinsam genutzte elektrische Anlagenkomponente gebildet wird.The system described is characterized in that at least one electrical system component, which must be provided both for the heat pump and for the at least one other electrical consumer, is formed by an electrical system component used jointly by the heat pump and the at least one other electrical consumer.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht auf eine Anlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, also auf eine eine Wärmepumpe und mindestens einen weiteren elektrischen Verbraucher umfassende Anlage.The present invention relates to a system according to the preamble of
Der genannte mindestens eine weitere Verbraucher ist vorliegend insbesondere, aber nicht ausschließlich ein eine hohe elektrische Leistung benötigender elektrischer Verbraucher wie beispielsweise eine Ladestation für ein Elektrofahrzeug.In the present case, the at least one further consumer is in particular, but not exclusively, an electrical consumer requiring high electrical power, such as a charging station for an electric vehicle.
Durch die immer weitere Verbreitung von Wärmepumpen und insbesondere eine hohe elektrische Leistung benötigenden weiteren elektrischen Verbrauchern wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich Ladestationen für Elektrofahrzeuge entstehen sowohl für die Benutzer derselben als auch für die Betreiber der öffentlichen Stromnetze zunehmend neue Probleme in Bezug auf die Effizienz und die Wirtschaftlichkeit.The increasing use of heat pumps and, in particular, other electrical consumers requiring high electrical power, such as, but not limited to, charging stations for electric vehicles, is increasingly creating new problems in terms of efficiency and economic viability for both the users of these stations and the operators of the public electricity grids.
Den Netzbetreibern bereitet es beispielsweise Probleme, dass die einem elektrischen Hausanschluss entnommene maximale Leistung immer weiter zunimmt und zudem die entnommene Leistung stärker als bisher schwankt. Bei privaten Haushalten rechneten die Netzbetreiber früher mit 30 kVA Spitzenlast. Mittlerweile kommen aber noch 11 oder 22 kVA für die Ladestation, und des Weiteren die für den Betrieb der Wärmepumpe benötigte Leistung hinzu. Andererseits beträgt aber die von einem Privathaushalt entnommene elektrische Leistung die meiste Zeit weniger 1 kVA. Deshalb werden in vielen skandinavischen Ländern die Zählergebühren nach benötigter Spitzenleistung gestaffelt. Nichtsdestotrotz stellt es für die Netzbetreiber ein großes Problem dar, bei die vereinbarte Spitzenlast jederzeit liefern zu können.For example, network operators are having problems with the fact that the maximum power drawn from a household electrical connection is constantly increasing and the power drawn fluctuates more than before. For private households, network operators used to calculate a peak load of 30 kVA. But now 11 or 22 kVA are added for the charging station, and the power required to operate the heat pump. On the other hand, the electrical power drawn by a private household is less than 1 kVA most of the time. That is why meter fees in many Scandinavian countries are staggered according to the peak power required. Nevertheless, it is a major problem for network operators to be able to deliver the agreed peak load at all times.
Auf Seiten der Anlagenbenutzer ist es unter anderem ein Problem. Neu hinzu kommende elektrische Verbraucher, insbesondere elektrische Verbraucher mit einem hohen Bedarf an elektrischer Energie in das existierende Stromnetz des Privathaushalts zu integrieren. Bekanntlich ist der Einbau von Ladestationen für Elektrofahrzeugen, also der Einbau der sogenannten Wallboxes mit einem sehr hohen technischen und finanziellen Aufwand verbunden.One of the problems for system users is integrating new electrical consumers, particularly those with a high demand for electrical energy, into the existing power grid of private households. It is well known that installing charging stations for electric vehicles, i.e. installing so-called wall boxes, involves a very high level of technical and financial effort.
Außerdem können dann höhere Zählergebühren für höhere Spitzlasten den Betrieb verteuern.In addition, higher meter fees for higher peak loads can make operations more expensive.
Zugleich wollen immer mehr Betreiber von Photovoltaik-Dachanlagen die durch ihre Photovoltaik-Anlagen erzeugte elektrische Energie effizienter nutzen. Das heißt sie wollen einen möglichst großen Anteil hiervon selbst benutzen, anstatt Strom für wenig Geld ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen und ihn kurze Zeit später für einen erheblich höheren Preis wieder dem Stromnetz zu entnehmen. Batteriespeicher schaffen hier etwas Abhilfe, sind aber dafür ziemlich teuer.At the same time, more and more operators of photovoltaic roof systems want to use the electrical energy generated by their photovoltaic systems more efficiently. This means that they want to use as much of it as possible themselves, instead of feeding electricity into the public power grid for little money and then taking it back out of the grid a short time later for a much higher price. Battery storage systems provide some relief here, but are quite expensive.
Aus den genannten Gründen erweist sich der Einsatz von Regelungen als vorteilhaft, durch die trotz eines sehr hohen Strombedarfs die Spitzenlast in Grenzen gehalten wird. Solche Regelungen arbeiten im einfachsten Fall nach einer einfachen Prioritätenliste, also beispielsweise wie folgt: Steht mehr Energie zur Verfügung als der Haushalt gerade benötigt, kann die Wärmepumpe einen Pufferspeicher auf die geforderte Mindesttemperatur bringen. Ist noch mehr Energie verfügbar oder der Pufferspeicher bereits auf die Mindesttemperatur gebracht, wird das Auto geladen. Ist das Auto geladen, heizt die Wärmepumpe den Pufferspeicher weiter auf, um Wärme für später zu puffern. Wenn dann immer noch Energie verfügbar ist, wird der Pool geheizt usw.For the reasons mentioned above, it is advantageous to use controls that keep peak loads within limits despite very high electricity requirements. In the simplest case, such controls work according to a simple list of priorities, for example as follows: If more energy is available than the household currently needs, the heat pump can bring a buffer storage tank to the required minimum temperature. If more energy is available or the buffer storage tank has already been brought to the minimum temperature, the car is charged. Once the car is charged, the heat pump continues to heat the buffer storage tank in order to buffer heat for later. If there is still energy available, the pool is heated, etc.
Eine solche Regelung kann jedoch offensichtlich nicht alle Probleme lösen.However, such a regulation obviously cannot solve all problems.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Anlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, dass sie einfacher aufbaubar ist, einfacher in Hausinstallationen integrierbar, und effizienter und wirtschaftlicher herstellbar, installierbar und betreibbar ist.The present invention is therefore based on the object of developing the system according to the preamble of
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anlage gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the system according to
Vorteilhafte Weiterbildungen sind der folgenden Beschreibung, den Figuren und den Unteransprüchen entnehmbar.Advantageous further developments can be taken from the following description, the figures and the dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand vom Ausführungsbespielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine eine Wärmepumpe und eine Ladestation für ein Elektrofahrzeug umfassende herkömmliche Anlage, -
2 eine gegenüber der in der1 gezeigten Anlage modifizierte Anlage, bei welcher mindestens eine elektrische Komponente, die sowohl für die Wärmepumpe als auch für Ladestation vorgesehen werden muss, durch eine von der Wärmepumpe und der Ladestation gemeinsam genutzte elektrische Komponente gebildet wird, -
3 ein hier vorgestelltes Ausführungsbeispiel des Aufbaus der Wärmepumpen-/Ladestations-Einheit gemäß2 , und -
4 eine eine Wärmepumpe und mindestens eine Ladestation für ein Elektrofahrzeug umfassende Anlage, mit weiteren Anlagenkomponenten, und weiteren gemeinsam genutzten Anlagenkomponenten.
-
1 a conventional system comprising a heat pump and a charging station for an electric vehicle, -
2 one compared to the one in the1 system modified from the system shown, in which at least one electrical component that must be provided for both the heat pump and the charging station is formed by an electrical component shared by the heat pump and the charging station, -
3 an example of the design of the heat pump/charging station unit according to2 , and -
4 a system comprising a heat pump and at least one charging station for an electric vehicle, with other system components, and other shared system components.
Im Folgenden wird eine besonders effizient und wirtschaftlich herstellbare, installierbare und betreibbare Anlage beschrieben, die eine Wärmepumpe und mindestens einen weiteren elektrischen Verbraucher umfasst. Die Effizienz und die Wirtschaftlichkeit gegenüber herkömmlichen Anlagen dieser Art lassen sich besonders stark steigern, wenn der mindestens eine weitere elektrischer Verbraucher ein Verbraucher ist, der wie die Wärmepumpe einen hohen Bedarf an elektrischer Energie hat. Dies ist jedoch keine zwingende Voraussetzung. Das Vorsehen der hier vorgestellten Erfindung erweist sich auch als vorteilhaft, wenn der mindestens eine weitere elektrische Verbraucher ein Verbraucher mit geringem Energiebedarf ist.The following describes a system that can be manufactured, installed and operated particularly efficiently and economically, which comprises a heat pump and at least one other electrical consumer. The efficiency and cost-effectiveness compared to conventional systems of this type can be increased particularly significantly if the at least one other electrical consumer is a consumer that, like the heat pump, has a high demand for electrical energy. However, this is not a mandatory requirement. The provision of the invention presented here also proves to be advantageous if the at least one other electrical consumer is a consumer with a low energy demand.
Die Wärmepumpe ist im betrachteten Beispiel die Wärmepumpe einer Wärmepumpenheizung, kann aber grundsätzlich eine beliebige Wärmepumpe für einen beliebigen Einsatzzweck sein.In the example considered, the heat pump is the heat pump of a heat pump heating system, but in principle it can be any heat pump for any purpose.
Vorliegend wird der mindestens eine weitere elektrische Verbraucher durch eine oder mehrere Ladestationen, genauer gesagt Ladestationen für Elektrofahrzeuge gebildet.In this case, the at least one additional electrical consumer is formed by one or more charging stations, more precisely charging stations for electric vehicles.
Der mindestens eine weitere elektrische Verbraucher kann aber auch durch einen oder mehrere andere elektrische Verbraucher gebildet werden. Unabhängig hiervon kann die Anzahl der weiteren elektrischen Verbraucher beliebig sein. Und wenn mehrere weitere elektrische Verbraucher vorgesehen sind, müssen dies nicht elektrische Verbraucher der gleichen Art sein, sondern können unabhängig voneinander beliebige elektrische Verbraucher sein.The at least one additional electrical consumer can also be formed by one or more other electrical consumers. Irrespective of this, the number of additional electrical consumers can be any. And if several additional electrical consumers are provided, these do not have to be electrical consumers of the same type, but can be any electrical consumer independently of one another.
Die
Die Stromversorgung der genannten Geräte erfolgt über einen Hausanschluss H, der an das öffentliche Stromnetz angeschlossen ist. Die Wärmepumpe 13 und die Ladestation 23 sind über vollständig voneinander getrennte separate Leitungswege LW1 und LW2 mit dem Hausanschluss H verbunden.The power supply for the devices mentioned is via a house connection H, which is connected to the public power grid. The
Der erste Leitungsweg LW1 beginnt am Hausanschluss H, durchläuft dann zunächst einen in den Figuren als RCD (Residual Current Device) bezeichneten ersten Fehlerstromschutzschalter 11, beispielsweise, aber nicht zwingend vom Typ B oder B+, anschließend einen ersten Sicherungsautomaten 12, und endet in der Wärmepumpe 13. Die dazwischen verlaufenden elektrischen Leitungen umfassen einen oder mehrere Phasenleiter (L1, L2, L3), einen Neutralleiter (Nullleiter, N), und einen Schutzleiter (Erde, PE).The first line path LW1 begins at the house connection H, then passes through a first residual
Der zweite Leitungsweg LW2 beginnt ebenfalls am Hausanschluss H, durchläuft dann zunächst einen in den Figuren als RCD (Residual Current Device) bezeichneten zweiten Fehlerstromschutzschalter 21, beispielsweise, aber nicht zwingend vom Typ B oder B+, anschließend einen zweiten Sicherungsautomaten 22, und endet in der Ladestation 23. Die dazwischen verlaufenden elektrischen Leitungen umfassen einen oder mehrere Phasenleiter (L1, L2, L3), einen Neutralleiter (Nullleiter, N), und einen Schutzleiter (Erde, PE).The second line path LW2 also begins at the house connection H, then first passes through a second residual
Die
Der gemeinsame Leitungsweg LW3 beginnt am Hausanschluss H, durchläuft dann zunächst einen in den Figuren als RCD (Residual Current Device) bezeichneten gemeinsamen Fehlerstromschutzschalter 31, beispielsweise, aber nicht zwingend vom Typ B oder B+, anschließend einen gemeinsamen Sicherungsautomaten 32, und endet in der bereits erwähnten Wärmepumpen- / Ladestations-Einheit 33. Die dazwischen verlaufenden elektrischen Leitungen umfassen einen oder mehrere Phasenleiter (L1, L2, L3), einen Neutralleiter (Nullleiter, N), und einen Schutzleiter (Erde, PE).The common line path LW3 begins at the house connection H, then first passes through a common residual
Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass die in der Anlage gemäß
Die in der
Die Ladestation kann dabei im Gehäuse der Wärmepumpe integriert sein, sodass die Wärmepumpen- / Ladestations-Einheit 33 dann im Ergebnis eine Wärmepumpe mit integrierter Wallbox ist.The charging station can be integrated into the housing of the heat pump, so that the heat pump/
Die Ladestation oder ein Teil derselben kann aber auch über ein vorzugsweise kurzes Kabel von der Wärmepumpe abgesetzt sein. Vorzugsweise befindet sich auch in diesem Fall diejenigen Komponenten der Wärmepumpe und der Ladestation, die während des Betriebes Abwärme erzeugen, innerhalb des Gehäuses der Wärmepumpe. Insbesondere verbleibt die Elektronik der Ladestation vorzugsweise in jedem Fall in der Wärmepumpe. Das heißt, der von der Wärmepumpe abgesetzte Teil der Ladestation ist vorzugsweise rein passiv und enthält insbesondere keine Elektronik.The charging station or part of it can also be separated from the heat pump via a preferably short cable. In this case, too, the components of the heat pump and the charging station that generate waste heat during operation are preferably located within the housing of the heat pump. In particular, the electronics of the charging station preferably remain in the heat pump in any case. This means that the part of the charging station separated from the heat pump is preferably purely passive and in particular does not contain any electronics.
Durch Absetzen der Ladestation von der Wärmepumpe über ein vorzugsweise kurzes Kabel ist es bei der in der
Unabhängig von alledem ist der Aufbau der in der
Die
Die Eingangsleistungsmessvorrichtung 333 ist über den gemeinsamen Leitungsweg LW3 mit dem Hausanschluss H verbunden. Die Eingangsleistungsmessvorrichtung 333 ermittelt die aktuell von der Wärmepumpen-/Ladestations-Einheit 33 über den Leitungsweg LW3 aufgenommene elektrische Gesamtleistung, und die Steuervorrichtung 334 steuert abhängig vom Ermittlungsergebnis die Wärmepumpe 331 und die Ladestationen 332-1 bis 332-n an.The input
Die Steuervorrichtung 334 ist der mit Eingangsleistungsmessvorrichtung 333 verbunden und erhält über diese Verbindung Informationen über die ermittelte elektrische Gesamtleistung und/oder das Verhältnis der ermittelten Gesamtleistung zu bestimmten Gesamtleistungs-Grenzwerten. Es können mehrere Gesamtleistungs-Grenzwerte existieren, wobei es von der aktuellen Zeit, der maximalen Belastbarkeit des Leitungsweges LW3, der Unaufschiebbarkeit oder der Priorität des Betriebes bestimmter elektrischer Verbraucher, dem aktuellen Strompreis, der aktuellen Auslastung des öffentlichen Stromnetzes, oder beliebigen sonstigen Parametern abhängen kann, welcher Gesamtleistungs-Grenzwert zum jeweiligen Zeitpunkt zu berücksichtigen ist. Liegt die ermittelte Gesamtleistung über dem aktuell zu berücksichtigenden Gesamt-Leistungsgrenzwert, dann schaltet die Steuervorrichtung einen oder mehrere elektrische Verbraucher ab oder steuert sie so an, dass die Aufnahme elektrischer Leistung durch diese beschränkt ist. Dabei kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Ansteuerung der elektrischen Verbraucher durch die Steuervorrichtung 334 selbst bei gleichbleibenden Bedingungen nicht dauerhaft beibehalten wird, sondern in mehr oder weniger großen zeitlichen Abständen Änderungen in der Ansteuerung vorgenommen werden, durch welche dann andere elektrische Verbraucher als bisher deaktiviert oder leistungsmäßig gedrosselt, und andere Verbraucher als bisher mit Energie versorgt werden. Was genau die Steuervorrichtung hierbei in welcher Reihenfolge tut, kann in der Steuervorrichtung 334 fest eingestellt oder programmiert sein, oder der Steuervorrichtung aktuell von außen vorgebbar sein.The
Um die in der Wärmepumpen-/Ladestations-Einheit 33 enthaltenen elektrischen Verbraucher, im betrachteten Beispiel also die Wärmepumpe 331 und die Ladestationen 332-1 bis 332-n entsprechend ansteuern zu können, ist die Steuervorrichtung 334 über entsprechende Steuerleitungen mit diesen verbunden. Da die vorhandenen Ladestationen im betrachteten Beispiel Mode-3-Ladestationen sind, werden zu diesen die bekannten CP- und PP-Signale übertragen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass andere Arten von Ladestationen andere Steuersignale erfordern können, und die Steuervorrichtung 334 dann eben diese anderen Steuersignale überträgt.In order to be able to control the electrical consumers contained in the heat pump/charging
Ein sehr wichtiger Aspekt der beschriebenen Steuerung besteht darin, dass der gemeinsam genutzte Leitungsweg LW3 nicht durch zu hohe elektrische Leistungen überlastet wird. Da nämlich mehrere elektrische Verbraucher mit hohem Leistungsbedarf über den einzigen Leitungsweg LW3 mit Energie versorgt werden, ist die kontinuierliche Überwachung der Auslastung des Leitungsweges LW3 von besonderer Bedeutung. Das heißt, die Steuervorrichtung 334 muss unabhängig von allen sonstigen Vorgaben und Freiheiten stets sicherstellen, dass der gemeinsam genutzte Leitungsweg LW3 nicht durch zu hohe elektrische Leistungen überlastet wird. Wenn dies sichergestellt ist, muss bei der Dimensionierung des gemeinsamen Leitungsweges LW3 und der von diesem durchlaufenen Anlagenkomponenten nicht die maximal denkbare elektrische Leistung zugrunde gelegt werden, sondern eine unter normalen Umständen zu erwartende geringere Leistung.A very important aspect of the control system described is that the shared line LW3 is not overloaded by excessive electrical power. Since several electrical consumers with high power requirements are supplied with energy via the single line LW3, continuous monitoring of the utilization of the line LW3 is particularly important. This means that the
Wie sich aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt, sind die Eingangsleistungsmessvorrichtung 333 und die Steuervorrichtung 334 ebenfalls von der Wärmepumpe 331 und den Ladestationen 332-1 bis 332-n gemeinsam genutzte Anlagenkomponenten.As is clear from the above explanations, the input
Die Eingangsleistungsmessvorrichtung 333 und/oder die Steuervorrichtung 334 müssen nicht zwangsweise Bestandteil der Wärmepumpen-/Ladestations-Einheit 33 sein. Insbesondere die Eingangsleistungsmessvorrichtung 333 könnte beispielsweise auch Bestandteil des gemeinsam genutzten Leitungsweges LW3 sein.The input
Die
Von der Wärmepumpe sind in der
Bei der mindestens einen Ladestation handelt es sich im betrachteten Beispiel um eine oder mehrere Mode-4 Ladestationen. Wie schon bei den vorangehenden Beispielen könnte es sich zumindest bei entsprechender Anpassung an die gegebenen Verhältnisse auch um beliebige andere Ladestationen handeln. Von der mindestens einen Ladestation sind in der
Alle vorstehend genannten Komponenten 41 - 44 der Wärmepumpe und der mindestens einen Ladestation werden über einen DC-Zwischenkreis 45 mit Gleichstrom versorgt.All of the above-mentioned components 41 - 44 of the heat pump and the at least one charging station are supplied with direct current via a DC
Der DC-Zwischenkreis 45 wird von mehreren verschiedenen Energiequellen gespeist und gibt an die vorstehend genannten Komponenten 41 - 44 der Wärmepumpe und der mindestens einen Ladestation, sowie an weitere elektrische Verbraucher und/oder Energiespeicher ein Gleichstrom aus.The DC
Der DC-Zwischenkreis 45 kann beispielsweise durch einen oder mehrere Kondensatoren gebildet werden. Diese sorgen dafür, dass der DC-Zwischenkreis eine Spannungsquelle darstellt, deren Spannung weitgehend unabhängig von vorhandenen Unterschieden zwischen den Spannungen der dem DC-Zwischenkreis 45 mit elektrischer Energie versorgenden Energiequellen eine geglättete konstante Gleichspannung ist.The DC
Die den DC-Zwischenkreis 45 mit elektrischer Energie speisenden Energiequellen sind:
- - Das öffentliche Stromnetz. Dieses ist über den Hausanschluss, den gemeinsamen Leitungsweg LW3, und einen Ein- oder Zweirichtungs-AC/DC-
Umrichter 46 mit PFC-Funktion mit dem DC-Zwischenkreis 45 verbunden. Der AC/DC-Umrichter 46 erzeugt aus der Wechselspannung des öffentlichen Stromnetzes eine pulsierende Gleichspannung einer bestimmten Größe und speist diese in den DC-Zwischenkreis 45 ein. Wenn dem öffentlichen Stromnetz immer nur Strom entnommen wird, ist es ausreichend, wenn der AC/DC-Umrichter durch einen Einrichtungs-AC/DC-Umrichter gebildet wird, der „nur“ die genannte AC/DC-Umrichtung durchführt. Wenn in das öffentliche Stromnetz auch Strom einspeisbar sein soll, wird vorzugsweise ein Zweirichtungs-AC/DC-Umrichter vorgesehen, der zusätzlich dem DC-Zwischenkreis entnommenen Strom einer geeigneten DC/AC-Umrichtung unterziehen und über den gemeinsamen Leitungsweg LW3 und den Hausanschluss ins öffentliche Stromnetz einspeisen kann.
- - The public power grid. This is connected to the DC
intermediate circuit 45 via the house connection, the common line path LW3, and a one- or two-way AC/DC converter 46 with PFC function. The AC/DC converter 46 generates a pulsating direct voltage of a certain size from the alternating voltage of the public power grid and feeds this into the DCintermediate circuit 45. If only electricity is ever taken from the public power grid, it is sufficient if the AC/DC converter is formed by a one-way AC/DC converter that "only" carries out the aforementioned AC/DC conversion. If electricity is also to be fed into the public power grid, a two-way AC/DC converter is preferably used. which can also subject the current taken from the DC intermediate circuit to a suitable DC/AC conversion and feed it into the public power grid via the common line path LW3 and the house connection.
Die integrierte PFC-Funktion bewirkt eine Power Factor Correction bzw. Leistungsfaktorkorrektur. Hierdurch werden bekanntlich unerwünschte Oberschwingungen herausgefiltert, damit der Leistungsfaktor innerhalb des gesetzlich vorgeschriebenen Bereiches (siehe die europäische Norm DIN EN 61000-3-2) bleibt. Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle erwähnt, dass zumindest für ins öffentliche Stromnetz eingespeiste elektrische Energie, die wie im betrachteten Beispiel durch eine Photovoltaik (PV)-Anlage erzeugt und über einen MPPT (Maximum Power Point Tracker / Maximal-Leistungspunkt-Sucher) und den DC-Zwischenkreis 45 ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird, keine Leistungsfaktorkorrektur erfolgen muss.
- - Die Photovoltaik (PV)-Anlage. Diese ist über einen MPPT (Maximum Power Point Tracker / Maximal-Leistungspunkt-Sucher) 47 mit dem DC-
Zwischenkreis 45 verbunden. Der MPPT ist eine bei PV-Anlagen standardmäßig vorgesehene Komponente zur Optimierung der entnehmbaren Leistung. Bemerkenswert ist im betrachteten Beispiel jedoch der direkte Anschluss der PV-Anlage an den DC-Zwischenkreis 45. Bei herkömmlichen Anlagen würde die von der PV-Anlage gelieferte Gleichspannung zunächst in die Spannung des öffentlichen Stromnetzes, also beispielsweise eine 230V/400V-Wechselspannung umgewandelt werden. Will man hiermit beispielsweise eine Batterie laden oder einen anderen mit Gleichstrom zu betreibenden elektrischen Verbraucher mit Energie versorgen, muss die Wechselspannung wieder zurück in eine Gleichspannung gewandelt werden. Durch die bei der Anlage gemäß4 praktizierte direkte Einspeisung der elektrischen Leistung in den DC-Zwischenkreis 45 und die Versorgung von ausgewählten elektrischen Verbrauchern aus dem DC-Zwischenkreis 45 erspart man sich den aufwendigen und verlustbehafteten Umweg über die Spannung des öffentlichen Stromnetzes, also beispielsweise über die 230V/400V-Wechselspannung. Zumindest lässt sich damit die Anzahl der erforderlichen Umwandlungen reduzieren. Vor allem die Anzahl der einen besonders geringen Wirkungsgrad aufweisenden AC/DC- und DC/AC-Wandlungen kann reduziert werden. Letzteres ist auch deshalb der Fall, weil manche elektrischen Verbraucher, insbesondere elektrische Verbraucher mit großer Induktivität anstatt mit Wechselstrom (AC) auch mit einer rechteckförmigen Spannung versorgt werden können. Dies lässt sich dahingehend ausnutzen, dass die Versorgungsspannungen für solche elektrischen Verbraucher vorzugsweise nicht durch DC/AC-Wandler, sondern durch einen höheren Wirkungsgrad aufweisende DC/DC-Wandler erzeugt werden. - - der Batteriespeicher der PV-Anlage. Dieser ist über den DC/DC-
Wandler 48 mit dem DC-Zwischenkreis 45 verbunden. Auf das Laden des Batteriespeichers wird später noch genauer eingegangen. - - die Batterie eines an eine Ladestation angeschlossenen Elektrofahrzeuges. Diese ist über die mindestens eine Ladestation und den DC/DC-
Wandler 44 mit dem DC-Zwischenkreis 45 verbunden. Da der DC/DC-Wandler 44 ein Zweirichtungswandler ist, kann die Elektrofahrzeug-Batterie hierüber sowohl geladen als auch entladen werden, wobei die Entladung durch eine Einspeisung von elektrischer Energie in den DC-Zwischenkreis bewirkt wird.
- - The photovoltaic (PV) system. This is connected to the DC
intermediate circuit 45 via an MPPT (Maximum Power Point Tracker) 47. The MPPT is a standard component in PV systems to optimize the power that can be drawn. What is remarkable in the example considered, however, is the direct connection of the PV system to the DCintermediate circuit 45. In conventional systems, the DC voltage supplied by the PV system would first be converted into the voltage of the public power grid, for example a 230V/400V AC voltage. If you want to use this to charge a battery, for example, or to supply another electrical consumer that is to be operated with direct current, the AC voltage must be converted back into a DC voltage. The system is designed according to4 The direct feeding of electrical power into the DCintermediate circuit 45 and the supply of selected electrical consumers from the DCintermediate circuit 45 saves the complex and loss-making detour via the voltage of the public power grid, for example via the 230V/400V alternating voltage. At least this reduces the number of conversions required. In particular, the number of AC/DC and DC/AC conversions, which have a particularly low efficiency, can be reduced. The latter is also the case because some electrical consumers, particularly electrical consumers with high inductance, can also be supplied with a rectangular voltage instead of alternating current (AC). This can be exploited in such a way that the supply voltages for such electrical consumers are preferably generated not by DC/AC converters, but by DC/DC converters with a higher efficiency. - - the battery storage of the PV system. This is connected to the DC
intermediate circuit 45 via the DC/DC converter 48. Charging the battery storage will be discussed in more detail later. - - the battery of an electric vehicle connected to a charging station. This is connected to the DC
intermediate circuit 45 via the at least one charging station and the DC/DC converter 44. Since the DC/DC converter 44 is a bidirectional converter, the electric vehicle battery can be both charged and discharged via this, with the discharge being brought about by feeding electrical energy into the DC intermediate circuit.
Es dürfte einleuchten und bedarf keiner näheren Erläuterung, dass der DC-Zwischenkreis 45 weder mit allen genannten Energiequellen verbunden sein muss noch von allen genannten Energiequellen elektrische Energie zugeführt bekommen muss. Der DC-Zwischenkreis 45 kann prinzipiell mit beliebigen und beliebig vielen der genannten Energiequellen verbunden sein und von beliebigen und beliebig vielen der genannten Energiequellen elektrische Energie zugeführt bekommen.It should be obvious and does not require any further explanation that the DC
Die über den DC-Zwischenkreis 45 mit elektrischer Energie versorgbaren elektrischen Verbraucher sind:
- - Der Lüfter der Wärmepumpe. Dieser ist, wie vorstehend bereits erwähnt wurde,
über den Wechselrichter 41 mit dem DC-Zwischenkreis 45 verbunden. - - Der Verdichter der Wärmepumpe. Dieser ist, wie vorstehend bereits erwähnt wurde,
über den Wechselrichter 42 mit dem DC-Zwischenkreis 45 verbunden. - - Der DC-Heizstab der Wärmepumpe. Dieser ist, wie vorstehend bereits erwähnt wurde, direkt mit dem DC-
Zwischenkreis 45 verbunden. - - Die Batterien der Elektrofahrzeuge, die an der mindestens einen Ladestation angeschlossen sind. Diese sind, wie vorstehend bereits erwähnt wurde, über die mindestens eine Ladestationen und den DC/DC-
Wandler 44 mit dem DC-Zwischenspeicher verbunden und können hierüber geladen werden. - - Der Batteriespeicher der PV-Anlage. Dieser ist, wie vorstehend bereits erwähnt wurde, über den DC/DC-
Wandler 48 mit dem DC-Zwischenkreis 45 verbunden und kann hierüber geladen werden. - - das öffentliche Stromnetz. Dieses kann, wie vorstehend bereits erwähnt wurde, über einen Zweirichtungs AC/DC-Umrichter mit dem DC-
Zwischenkreis 45 verbunden sein und hierüber Energie eingespeist bekommen. Hierdurch ist es im betrachteten Beispiel möglich, Energie aus der PV-Anlage und/oder im Batteriespeicher gespeicherte Energie über den DC-Zwischenkreis 45 ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen.
- - The heat pump fan. As already mentioned above, this is connected to the DC
intermediate circuit 45 via theinverter 41. - - The compressor of the heat pump. As already mentioned above, this is connected to the DC
intermediate circuit 45 via theinverter 42. - - The DC heating element of the heat pump. As already mentioned above, this is directly connected to the DC
intermediate circuit 45. - - The batteries of the electric vehicles that are connected to the at least one charging station. As already mentioned above, these are connected to the DC buffer via the at least one charging station and the DC/
DC converter 44 and can be charged via this. - - The battery storage of the PV system. As already mentioned above, this is connected to the DC intermediate circuit via the DC/
DC converter 48 45 and can be charged via this. - - the public power grid. As already mentioned above, this can be connected to the DC
intermediate circuit 45 via a bidirectional AC/DC converter and can receive energy from it. In the example considered, this makes it possible to feed energy from the PV system and/or energy stored in the battery storage into the public power grid via the DCintermediate circuit 45.
Es dürfte einleuchten und bedarf keiner näheren Erläuterung, dass der DC-Zwischenkreis 45 weder mit allen genannten elektrischen Verbrauchern verbunden sein muss noch alle genannten elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgen muss. Der DC-Zwischenkreis 45 kann prinzipiell mit beliebigen und beliebig vielen der genannten elektrischen Verbraucher verbunden sein und beliebige und beliebig viele der genannten elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgen.It should be obvious and does not require any further explanation that the DC
Zur Vermeidung von Missverständnissen sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass jeder der genannten elektrischen Verbraucher über jede der genannten Energiequellen mit elektrischer Energie versorgt werden kann.To avoid misunderstandings, it should be expressly pointed out that each of the electrical consumers mentioned can be supplied with electrical energy via each of the energy sources mentioned.
Die in der
- - Der Zweirichtungs-DC/DC-
Wandler 44. Dies kann ein von mehreren oder allen vorhandenen Mode-4-Ladestationen verwendbarer einziger Zweirichtungs-DC/DC-Wandler sein. Je nach der zu erwartenden Nutzung der mehreren Ladestationen kann natürlich auch vorgesehen werden, dass zumindest bestimmte Ladestationen einen eigenen DC/DC-Wandler haben. - -
Der PFC 46. Dies ist ein 41, 42 und dem DC/DC-von den Wechselrichtern Wandler 44 benötigter einziger PFC. Bei herkömmlichen Anlagen würde jede der genannten Anlagenkomponenten 41, 42, 44 ihren eigenen PFC enthalten. Dies ist zumindest dann der Fall, wenn die mindestens eine Ladestation mit Mode 4 (IEC 61851-1) lädt. - - Der DC-Zwischenkreis. Dieser wird von einer Vielzahl von Energiequellen mit elektrischer Energie versorgt, und versorgt seinerseits eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern mit elektrischer Energie.
- - The bidirectional DC/
DC converter 44. This can be a single bidirectional DC/DC converter that can be used by several or all existing Mode 4 charging stations. Depending on the expected use of the multiple charging stations, it can of course also be provided that at least certain charging stations have their own DC/DC converter. - - The
PFC 46. This is a single PFC required by the 41, 42 and the DC/inverters DC converter 44. In conventional systems, each of the 41, 42, 44 would contain its own PFC. This is at least the case if at least one charging station charges with Mode 4 (IEC 61851-1).system components - - The DC intermediate circuit. This is supplied with electrical energy from a variety of energy sources and in turn supplies a variety of electrical consumers with electrical energy.
Von den genannten Anlagenkomponenten 41 - 48 sind vorzugsweise alle Anlagenkomponenten in der Wärmepumpe untergebracht. Die Wärmepumpe wird dadurch zu einer in mehrfacher Hinsicht vorteilhaften Energiezentrale.Of the system components 41 - 48 mentioned, all system components are preferably housed in the heat pump. The heat pump thus becomes an energy center that is advantageous in many respects.
Eine solche Wärmepumpe enthält mehr Anlagenkomponenten als eine herkömmliche Wärmepumpe.Such a heat pump contains more system components than a conventional heat pump.
Deshalb können maximal viele Anlagenkomponenten gemeinsam genutzte Anlagenkomponenten sein, die jeweils von mehreren anderen Anlagenkomponenten genutzt werden und somit nur ein einziges Mal vorgesehen werden müssen.Therefore, a maximum number of system components can be shared system components, each of which is used by several other system components and therefore only needs to be provided once.
Ferner entsteht durch die besonders große Anzahl von Anlagenkomponenten, die in der Wärmepumpe untergebracht sind, mehr Abwärme in der Wärmepumpe als bei herkömmlichen Wärmepumpen, und diese Abwärme kann vergleichsweise einfach als zusätzliche Energiequelle für die von der Wärmepumpe durchzuführende Wassererwärmung genutzt werden. Jedenfalls ist die Nutzung der Abwärme sehr viel einfacher und effizienter als in Anlagen, in welchen die Abwärme erzeugenden Komponenten dezentral, also großräumig über Anlage verteilt angeordnet sind.Furthermore, the particularly large number of system components housed in the heat pump means that more waste heat is generated in the heat pump than in conventional heat pumps, and this waste heat can be used relatively easily as an additional energy source for the water heating carried out by the heat pump. In any case, the use of waste heat is much simpler and more efficient than in systems in which the components generating waste heat are decentralized, i.e. distributed over a large area of the system.
Vorzugsweise sind neben den erwähnten (Elektronik-) Komponenten 41 - 48 der Anlage gemäß
Die hier vorgestellten Anlagen erweisen sich nach alledem in mehrfacher Hinsicht als vorteilhaft. Sie sind einfacher aufbaubar, einfacher in Hausinstallationen integrierbar, und effizienter und wirtschaftlicher herstellbar, installierbar und betreibbar.The systems presented here have proven to be advantageous in several respects. They are easier to set up, easier to integrate into domestic installations, and more efficient and economical to manufacture, install and operate.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1111
- erster Fehlerstromschutzschalterfirst residual current circuit breaker
- 1212
- erster Sicherungsautomatfirst circuit breaker
- 1313
- WärmepumpeHeat pump
- 2121
- zweiter Fehlerstromschutzschaltersecond residual current circuit breaker
- 2222
- zweiter Sicherungsautomatsecond circuit breaker
- 2323
- LadestationCharging station
- 3131
- gemeinsamer Fehlerstromschutzschaltercommon residual current circuit breaker
- 3232
- gemeinsamer Sicherungsautomatcommon circuit breaker
- 3333
- Wärmepumpen-/Ladestations-Einheit Heat pump/charging station unit
- 4141
- Wechselrichter für einen Lüfter einer WärmepumpeInverter for a heat pump fan
- 4242
- Wechselrichter für einen Verdichter einer Wärmepumpe,Inverter for a heat pump compressor,
- 4343
- DC-Heizstab einer WärmepumpeDC heating element of a heat pump
- 4444
- Zweirichtungs-DC/DC-Wandler für eine oder mehrere LadestationenBidirectional DC/DC converter for one or more charging stations
- 4545
- DC-ZwischenkreisDC intermediate circuit
- 4646
- Ein- oder Zweirichtungs-AC/DC-Umrichter mit PFC-FunktionSingle or bidirectional AC/DC converters with PFC function
- 4747
- MPPT für PVMPPT for PV
- 4848
- Zweirichtungs-DC/DC-Wandler für Batterie Bidirectional DC/DC converter for battery
- 331331
- Wärmepumpe von 33Heat pump from 33
- 332-x332-x
- Ladestation von 33Charging station of 33
- 333333
- Eingangsleistungsmessvorrichtung von 33Input power measuring device of 33
- 334334
- Steuervorrichtung von 33 Control device of 33
- HH
- HausanschlussHouse connection
- LW1LW1
- erster Leitungswegfirst line
- LW2LW2
- zweiter Leitungswegsecond line
- LW3LW3
- gemeinsamer Leitungswegcommon line route
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102023101968.6A DE102023101968A1 (en) | 2023-01-26 | 2023-01-26 | A system comprising a heat pump and at least one other electrical consumer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102023101968.6A DE102023101968A1 (en) | 2023-01-26 | 2023-01-26 | A system comprising a heat pump and at least one other electrical consumer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102023101968A1 true DE102023101968A1 (en) | 2024-08-01 |
Family
ID=91852830
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102023101968.6A Pending DE102023101968A1 (en) | 2023-01-26 | 2023-01-26 | A system comprising a heat pump and at least one other electrical consumer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102023101968A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017217436A1 (en) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | Robert Bosch Gmbh | External unit of a heat pump system |
-
2023
- 2023-01-26 DE DE102023101968.6A patent/DE102023101968A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017217436A1 (en) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | Robert Bosch Gmbh | External unit of a heat pump system |
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