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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
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Diese
Anmeldung beansprucht Nutzen der provisorischen Anmeldung Nr. 60/888,750,
eingereicht am 7. Februar 2007.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Mess- und Datenloggeeignete
Vorrichtungen, wie auch Ethernet-(oder Netzwerk)-fähige
Mess- und Datenlog-geeignete Vorrichtungen. Spezifischer bezieht sich
die Erfindung auf Vorrichtungen für das Messen und Datenlogen
von Stromverbrauch und -erzeugung, insbesondere solche Vorrichtungen,
die mit Erzeugungsvorrichtungen erneuerbarer Energie und anderen
verwandten Vorrichtungen arbeiten, beispielsweise Wechselrichtern
und Batterien. Die Erfindung betrifft auch Vorrichtungen, die Gleichstrom(DC)-quellen über eine
Einzelstromschienen-Architektur integrieren, genauer gesagt bezogen auf
Stromquellen und Stromlasten, wie etwa aber nicht beschränkt auf
verwandte Vorrichtungen erneuerbarer Energie.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Erfindungsaussage
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Die
beschriebene, spezielle Erfindung beinhaltet eine leitfähige Mehrfacheingangs-
und Mehrfachausgangs-Sammelschiene,
die verwendet wird, elektrischen Strom und elektrische Spannung
zu leiten und unter Verwendung elektrischer Sensoren, die das Magnetfeld
des Stroms messen, zu messen, und die erfasste Messung an einen
Mikroprozessor zu kommunizieren, der dann Ethernet (oder geeignete leitungsgebundene-
oder Funkkommunikationsmittel) und Software verwendet, um Messungen
zu manipulieren und anzuzeigen, die sich beziehen auf, aber nicht
beschränkt
sind auf Spannung, Strom, Leistung, Kostenersparnisse und Treibhausgas-Emissionseinsparungen,
während
sie aus den Quellen erneuerbarer Energie und anderen Stromquellen
wiedergewonnen werden.
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2. Durch die Erfindung zu
lösendes
Problem
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Das
Problem, das die Erfindung löst,
ist das Fehlen entfernter (remoter) und lokaler Messung von DC-Strom,
DC-Spannung und
Wechselstrom(AC)-Strom und das Fehlen langfristigen Loggens dieser
Messungen – wie
sie zu Erneuerbare-Energie-bezogenen Erzeugungsvorrichtungen, Stromverwendungsvorrichtungen
und anderen verwandten Vorrichtungen in einem Erneuerbare-Energie-System
gehören – in einer
einzelnen Multifunktionsvorrichtung oder Mikroprozessor-basierten
Plattform, Software-Plattform oder vernetzten Konfiguration.
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Heute
wird das Messen Erneuerbarer-Energie-Systeme zumeist über lokalisiertes
Betrachten von Echtzeitstrom und Spannungs-Pegeln vorgenommen, die
an irgendwelchen erneuerbaren Vorrichtungen angezeigt werden, wie
etwa Windturbinensteuerungen, Solarstromsteuerungen, Wechselrichtern,
Ladungssteuerungen, etc.. Eine integriertere, saubere Gesamtlösung ist
notwendig, um die Langzeitgenauigkeit von Messungen zu verbessern, wenn
mehrere Quellen erneuerbarer Energien in einem Erneuerbare-Energien-System vorhanden
sind, wie auch, eine entfernte Kommunikation dieser Messungen zu
gestatten, und die Erfindung inkorporiert alle diese Fähigkeiten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Mess- und Datenloggeeignete
Vorrichtungen, wie auch netzwerkfähige Mess- und Datenlog-geeignete Vorrichtungen.
Genauer gesagt bezieht sich diese Erfindung auf Vorrichtungen für Messen
und Datenlogen von Stromverbrauch und Erzeugung, insbesondere solche
Vorrichtungen, die mit Erneuerbare-Energien-Erzeugungsvorrichtungen und anderen
verwandten Vorrichtungen arbeiten, beispielsweise Wechselrichtern
und Batterien. Die Erfindung bezieht sich auch auf Vorrichtungen,
die Gleichstromquellen durch eine Einzelsammelschienen-Architektur integrieren,
genauer gesagt auf Stromquellen und Stromlasten beziehend, wie etwa,
aber nicht beschränkt
auf Erneuerbare-Energie-verwandte Vorrichtungen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine integrierte,
umfassende Lösung/Vorrichtung
zum Messen und Datenloggen einer Mehrzahl von Stromnetz/netzunabhängigen Erneuerbare-Energie-Vorrichtungen über einen
langen Zeitraum bereitzustellen.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einzelne,
integrierte Mess- und Datenlog-Lösung/Vorrichtung
bereitzustellen, die dem Anwender gestattet, entfernt zu kommunizieren.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung stellt sie einen hybriden, Erneuerbare-Energien-Monitor
und -Datenloger bereit, der umfasst: zumindest eine DC-Sammelschiene
zum Aggregieren von DC-Eingängen/Ausgängen einer
Mehrzahl von Erneuerbare-Energie-Komponenten;
eine DC-Sensor für
jeden der zumindest einer DC-Sammelschiene zum Überwachen besagter zumindest
einen DC-Sammelschiene; zumindest einen AC-Sensor zum Überwachen
einer Wechselstromleitung; zumindest ein Erneuerbare-Energien-Sensor
zum Überwachen
der Mehrzahl von Erneuerbare-Energien-Komponenten und eine Datenerfassungsvorrichtung
zum Erfassen von Daten aus dem zumindest einem DC-Sensor, dem zumindest
einen AC-Sensor und dem zumindest einen Erneuerbare-Energien-Sensor,
wobei die Datenerfasungsvorrichtung die Daten zum Überwachen
der Mehrzahl von Erneuerbare-Energien-Komponenten verarbeitet und
loggt.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung stellt sie einen entfernten hybriden,
Erneuerbare-Energien-Monitor und -Datenloger bereit, der umfasst: (i)
zumindest eine DC-Sammelschiene
zum Aggregieren von Gleichstromeingängen/Ausgängen einer Mehrzahl von Erneuerbare-Energien-Komponenten; (ii)
zumindest einen Sensorblock; und (iii) eine Datenerfassungsvorrichtung
zum Erfassen von Daten aus dem zumindest einen Erneuerbare-Energien-Monitor und
dem zumindest einen Sensorblock; wobei der zumindest eine Sensorblock
Eingaben aus zumindest einem Erneuerbare-Energien-Sensor zum Überwachen
der Mehrzahl von Erneuerbare-Energien-Komponenten, Eingaben aus
zumindest einem DC-Sensor für
jede der zumindest einen DC-Sammelschienen
zum Überwachen
des zumindest einen DC-Sensors für
jede der zumindest einen DC-Sammelschiene zum Überwachen der zumindest einen DC-Sammelschiene,
und/oder Eingaben aus zumindest einem AC-Sensor zum Überwachen
einer AC-Stromleitung
bereitstellt, wobei die Datenerfassungsvorrichtung mit jedem aus
dem Sensorblock zum Erfassen von Daten aus jedem des zumindest einen
Sensorblocks in Verbindung steht und die Daten zum Überwachen
der Mehrzahl von Erneuerbare-Energien-Komponenten und der AC-Stromleitung verarbeitet
und loggt.
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Gemäß noch einem
anderen Aspekt der Erfindung stellt sie ein hybrides, Erneuerbare-Energien-Monitor-
und -Datenlogger-System
bereit, welches umfasst: (i) eine Mehrzahl von hybriden, Erneuerbare-Energien-Monitor-
und -Datenloger-Vorrichtungen;
und (ii) zumindest eine entfernte Berechnungsvorrichtung in Kommunikation
mit der Mehrzahl von hybriden, Erneuerbare-Energien-Monitor- und
-Datenlogger-Vorrichtungen über ein
Kommunikationsnetzwerk zum Verwalten und Sammeln von Daten aus jedem
der Mehrzahl von hybriden, Erneuerbare-Energien-Monitor- und -Datenlogger-Vorrichtungen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nunmehr detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 ein
Systemblockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung illustriert;
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2 ein
Blockdiagramm einer Datenerfassung der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert;
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3 ein
Blockdiagramm einer Datenerfassung einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert; und
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4 ein
Blockdiagramm eines hybriden, Erneuerbare-Energien-Monitor- und -Loggsystems einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nunmehr unter besonderer Bezugnahme auf
die Messung und das Loggen von Erneuerbare-Energien-Eingängen und -Ausgängen beschrieben.
Jedoch wird erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung auch
Anwendung auf Messung und Loggen anderer DC-Eingänge und -Ausgänge findet,
mit Modifikationen, die für
die Anwendung geeignet sind, wie Fachleuten ersichtlich wäre. Die
Implementierung soll die Anwendung der Erfindung auf eine bestimmte
Situation illustrieren, die für
Erneuerbare-Energien-Eingänge
und -Ausgänge
gilt.
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Die
Erfindung misst und loggt DC-Ströme und
DC-Spannungen, die interne Sammelschienen passieren. Insbesondere
wird die Erfindung verwendet, um die mit Erneuerbare-Energien-Komponenten/Quellen
assoziierten Ströme
und Spannungen zu überwachen
und loggen, wie etwa, aber nicht beschränkt auf, Windturbinen, Solarfelder,
Kleinstwasserkraft (Micro hydro), Sterlingmotor, Wasserstoff-Brennstoffzellen,
Wellenenergie, Tidenenergie, Batterien, Wechselrichtern, andere
Unterstützungssteuerungen
und/oder jegliches Erneuerbare-Energien-Gleichstromquellen/Hausstrom-System.
Die Erfindung misst auch AC-Ströme
beispielsweise aus Wechselstromleitungen, die in ein Haus über einen Sicherungskasten
gelangen; jedoch können
die Erneuerbare-Energien-Komponenten
im Stromnetz oder netzunabhängig
sein.
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In
der in 1 illustrierten besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung gibt es mehrere Komponenten, die diese Erfindung einmalig
machen. Diese bestehen aus dem Datenerfasungsblock 1, der
positiven DC-Schiene 2, dem DC-Sensorblock 3, dem AC-Sensorblock 4,
und der LCD-Anzeigeschaltung 5,
Tastatur 6 und dem Erneuerbare-Energien-Sensorblock 7.
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Jeder
der aus einem leitfähigen
Material hergestellten Eingänge/Ausgänge 10–14,
das als DC-Sammelschiene agiert, die viele Gleichstromkomponenten
derselben DC-Spannung aufnehmen kann, ist die positive DC-Schiene 2.
Jede positive DC-Schiene 2 kann mit derselben Spannung und/oder
auf unterschiedlichen Spannungen betrieben werden. Der DC-Sensorblock 3 enthält mehrere Hall-Effekt-Stromsensoren
und Spannungssensoren, um bidirektionale DC-Ströme bzw. Spannungen aus Stromeingang
und/oder Ausgängen
zu messen und eine analoge Spannungsausgabe an Datenerfassungsblock 1 zu
senden, welcher diese Sensorwerte repräsentiert. DC-Schiene 2 führt weiter
Strom zum Datenerfassungsblock 1 über Anschluss 20,
Anschluss 21, die mit einer gemeinsamen Erdung für die Steuerungs-Stromversorgung
(negativ) verbunden sind. Der Datenerfassungsblock 1 umfasst
weiter DC-Eingang 22 und 23 aus dem (nicht gezeigten) AC-Stromadapter
zum Betreiben des Blocks 1.
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Der
AC-Sensorblock 4 enthält
Hall-Effekt-Sensoren zum Messen von AC-Strom, was außerhalb
dieser Erfindung liegt, und zum Senden von Analogspannungsausgaben
an den Datenerfassungsblock 1, welche diese Ströme repräsentieren. Diese
Sensoren in AC-Block 4 können geklammert, befestigt
oder ansonsten vor Ort auf einem Draht oder Drähten 8 gesichert werden,
um den diese(n) Draht/Drähte 8 passierenden
AC-Strom zu messen, insbesondere zum Messen von AC-Netzstromdrähten 8,
die in ein elektrisches Paneel gehen, um aus der Kraftstromversorgung
verbrauchten Strom zu berechnen.
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Die
LCD-Anzeigeschaltung 5 enthält ein LCD (nicht gezeigt)
und eine (in 2 gezeigte) Schnittstellenschaltung 36,
die mit dem Datenerfassungsblock 1 kommunizieren, um die
verschiedenen Datentypen anzuzeigen, die vom Datenerfassungsblock 1 gesammelt,
berechnet und kommuniziert werden, die in einem Datenerfassungsblock 1 in
eine Form formatiert werden, die durch die LCD-Anzeigeschaltung 5 lesbar
ist.
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Die
Tastatur 6 enthält
Tasten, die Digitalsignale von Logisch-Hoch oder Logisch-Niedrig
beim Gedrücktwerden
erzeugen. Diese Tasten kommunizieren diese Digitalsignale an den
Datenerfassungsblock 1, wo sie anhand der aktuellen Anzeige
auf der LCD-Anzeigeschaltung 5 interpretiert werden können, so
dass die ausgewählte
Aktion durchgeführt werden
kann.
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Der
Erneuerbare-Energien-Sensorblock 7 enthält Sensoren die sich auf potentielle
Erneuerbare-Energien-Durchsätze beziehen,
beispielsweise einen Anemometersensor zum Messen von Windgeschwindigkeit
und Windrichtung und/oder einem Sonnenstrahlungssensor zum Messen
des solaren Durchsatzes in W/m2, welche
digitale oder analoge Signale an den Datenerfassungsblock 1 ausgeben würden.
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Der
Datenerfassungsblock 1 umfasst weiterhin eine Netzwerkschnittstelle,
d. h. TCP/IP-Anschluss 24 zur entfernten Kommunikation.
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Unter
Bezugnahme auf 2 besteht der Datenerfassungsblock
aus einem Mikroprozessor 31, der alle Daten sammelt und
die Daten in einer für den
Anwender nützlichen
Weise interpretiert. Die Sensorschaltungen 33 werden verwendet,
um Informationen zu Fluss und Mengen von durch ein Erneuerbares-System hindurchgehendem
Strom zu sammeln, wobei sie Ausgaben aus Stromsensoren und Spannungssensoren
von 1 verwenden, einem DC-Sensorblock 3,
in einer solchen Weise, dass eine kleine Spannung rückgegeben
wird, die sich ändert, um
Menge und Richtung von Strom und Spannungsbetrag zu repräsentieren,
aus der positiven DC-Schiene 2 der 1.
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Durch
den Analog-Digital-Wandler 34 werden Ausgaben aus den Sensorschaltungen 33 zum Mikroprozessor 31 weitergeleitet,
zur Softwarewandlung in tatsächliche
Strom- bzw. Spannungswerte. Diese Werte werden für externe und interne Anwendungen
verwendet, einschließlich,
aber nicht beschränkt
auf, Speichern und Loggen in einem Flash-Speicher 35, Anzeige
auf LCD-Anzeigeschaltung 5 der 2, durch
LCD-Kommunikationsschaltung 36,
Ausgabe an eine Computerschnittstelle über Ethernet-Anschluss und
Schaltung 37, dann an TCP/IP-Anschluss 24, Berechnungen
für Strombereichsüberprüfungen,
die ein digitales PWM-Signal an die akustische Alarmeinheit 38 senden,
wie auch Berechnungen Erneuerbare-Energien-Kosteneinsparungen, Emissions-Erzeugungseinsparungen durch
Verwendung von erneuerbaren Energiequellen und Stromerzeugung aus
jeglichen DC-Stromquellen.
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Die
Erfindung wird von jeglichen mit der positivem DC-Schiene 2 in 1 verbundenen
Stromquellen betrieben, die auf einen Spannungsbereich von 12 V
DC bis 240 V DC beschränkt
sind, oder betrieben aus einer 12 V-Gleichstromquelle wie etwa einem
Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Steckdosenadapter, falls keine Gleichstromleistung
in der positiven DC-Schiene 2 der 1 vorhanden
ist. Der Strom wird an der Stromschaltung 39 angegeben,
und wird zu 5 V Gleichstrom und/oder 3,3 V Gleichstrom zur Verwendung
durch Mikroprozessor 31 und die gesamte andere Schaltung
von 1 und 2, die Strom für den Betrieb
erfordern, gewandelt.
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3 zeigt
eine andere bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung 1'.
Eine Datenerfassungsvorrichtung 100' umfasst den Mikroprozessor 31.
Die Datenerfassungsvorrichtung umfasst weiterhin einen Flash-Speicher (oder eine äquivalente
flüchtige
oder nicht-flüchtige Datenspeichervorrichtung) 35,
LCD-Kommunikationsschaltung 36, eine
Akustik-Alarmeinheit 38, eine leitungsgebundene und/oder
Funkkommunikationsvorrichtung 50 und eine Netzwerk-Kommunikationsvorrichtung 37', die in Kommunikation
mit dem Mikroprozessor 31 stehen. Eine Mehrzahl von Sensorblöcken 60-1 bis 60-n,
die gegenüber
der Datenerfassungsvorrichtung 100' entfernt lokalisiert sein können, stehen
mit der Datenerfassungsvorrichtung 100' über leitungsgebundene und/oder
Funkkommunikationsmedien in Verbindung. Jeder Sensorblock 60-1 bis 60-n umfasst
Sensoren 33' (–1 ... –n) zum
Empfangen analoger Eingaben aus DC-Sensorblock 3' (–1 ... –n) und/oder AC-Sensorblock 4' (–1 ... –n) und
netzgebundener und/oder Funkkommunikationsvorrichtung 51 (–1 ... –n), die
in Kommunikation mit der netzgebundenen und/oder Funkkommunikationsvorrichtung 50 der
Datenerfassungsvorrichtung 100' steht. Optional umfasst jeder
der Sensorblöcke 60-1 bis 60-n weiterhin
eine Stromschaltung 32' zur
Selbststromversorgung oder wird von einer Stromschaltung 32 der
Datenerfassungsvorrichtung 100' angetrieben, während Stromversorgung 32 alle
Komponenten/Vorrichtungen auf der Datenerfassungsvorrichtung 100' antreibt. Die
Datenerfassungsvorrichtung 100' kommuniziert mit einer entfernten
Computervorrichtung (nicht gezeigt), wie etwa einem Personalcomputer,
einer handgehaltenen Computervorrichtung etc. über die Netzwerk-Kommunikationsvorrichtung 37', um Eingaben
vom entfernten Anwender zu empfangen und verschiedene gemessene
Daten, die von der entfernten Computervorrichtung erfasst worden
sind, zu senden.
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Unter
Bezugnahme auf 4 kann aufgrund der entfernten
Kommunikationsfähigkeit
der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Datenerfassungsvorrichtungen 100/100' mit zumindest
einer entfernten Computervorrichtung 300 vertrieben werden,
um ein System 500 in einer Region über ein Kommunikationsnetzwerk 200 zu
bilden, um eine Mehrzahl von Erneuerbare-Energien-Systemen zu messen
und zu loggen. Das Kommunikationsnetzwerk 200 kann leitungsgebunden
oder drahtlos oder eine Kombination derselben sein. Das Kommunikationsnetzwerk 200 kann
ein Telefonnetzwerk oder ein Datenkommunikationsnetzwerk einschließlich des Internets
sein. Das System 500 kann verwendet werden, um eine Telemetrie-Anwendung
zu implementieren.
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Es
ist klar, dass das erfinderische Konzept dieses hybriden, Erneuerbare-Energien-Monitors und
-Datenloggers nicht auf Messung und Datenloggen von Erneuerbare-Energien-Vorrichtungen beschränkt ist,
sondern auf Messen und Loggen anderer Gleichstromeingaben und -ausgaben,
mit für
die Anwendung geeigneten Modifikationen, wie Fachleuten ersichtlich
wäre. Somit
sollen die hier dargestellten Ausführungsformen lediglich zur
Illustration dienen und nicht in irgendeiner Weise beschränkend sein.
Es versteht sich weiterhin, dass die vorliegende Erfindung in einer
anderen spezifischen Weise als der hier dargestellten ausgeführt werden
kann, ohne vom Geist und den maßgeblichen
Charakteristika einer solchen Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Ausführungsform
soll daher in jeglicher Hinsicht als illustrativ und nicht beschränkend angesehen
werden und alle innerhalb von Bedeutung und Äquivalenzbereich der anhängigen Ansprüche befindlichen Änderungen
sollen darin aufgenommen sein.
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Zusammenfassung:
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mess- und Datenlog-Vorrichtung
für hybride
Erneuerbare-Energie-Komponenten.
Die Vorrichtung umfasst zumindest eine DC-Sammelschiene zum Aggregieren von Gleichstromeingaben/-ausgaben einer Mehrzahl
von Erneuerbarer-Energien-Komponenten;
einen DC-Sensor für
jede der zumindest einen DC-Sammelschiene
zum Überwachen
jede der zumindest einen DC-Sammelschiene;
zumindest einen AC-Sensor zum Überwachen
einer AC-Stromleitung; zumindest ein Erneuerbare-Energien-Sensor zum Überwachen
der Mehrzahl von Erneuerbare-Energien-Komponenten; und eine Datenerfassungsvorrichtung
zum Erfassen von Daten aus dem zumindest einen DC-Sensor, dem zumindest
einen AC-Sensor und dem zumindest einen Erneuerbare-Energien-Sensor; wobei die
Datenerfassungsvorrichtung die Daten zum Überwachen der Mehrzahl von
Erneuerbare-Energien-Komponenten verarbeitet und loggt. Die Datenerfassungs-Vorrichtung
umfasst weiterhin eine Netzwerkschnittstelle zur entfernten Kommunikation.