DE202010012658U1

DE202010012658U1 - Steuereinheit zur Regelung, Einspeisung und Speicherung von elektrischer Energie am Stromnetz unter Einbindung regenerativer oder anderer lokaler Energiequellen

Info

Publication number: DE202010012658U1
Application number: DE202010012658U
Authority: DE
Original assignee: MUERLE UDO
Current assignee: Muerle Udo
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2020-09-16

Abstract

1) Steuereinheit zur Regelung, Einspeisung und Speicherung von elektrischer Energie am Stromnetz unter Einbindung regenerativer oder anderer lokaler Energiequellen, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein System aus lokalen Energieerzeugern, Stromnetz, Energiespeicherung und Energieverbrauchern so steuert, dass folgende Funktionen ausgeführt werden können:
a. Erfassen der lokal erzeugten Energiemenge und punktuell verbrauchten Energiemenge
b. Verbrauchsregelung durch Schalten gesteuerter Stromkreise
c. Laden von Akkumulatoren mit lokal erzeugter Energie oder aus dem Stromnetz
d. Erfassen von Stromtarifzeiten
e. Benutzerbedienung über ein Eingabefeld oder Ähnlichem
f. Darstellung von Betriebszuständen
g. Autarke Energieversorgung aus Akkumulatoren, regenerativer Energiequellen oder sonstiger Energiequellen
h. Überschusseinspeisung in das Stromnetz
i. Priorisieren von Eigenverbrauch (heute §33 Abs. 2 EEG)
j. Mischen von Energieanteilen aus Stromnetz, Hausknotenpunkt, Akkumulatoren zum Betrieb von Verbrauchern an gesteuerten Stromkreisen
k. Quantitative Erfassung von Energiemengen durch Energiemengenzählung
l. Versorgung der lokalen Verbraucher aus den lokalen Energiequellen,...

Description

Funktionsgrundlage der Steuereinheit ist die Bereitstellung elektrischer Energie an Stromkreise in lokalen Einheiten wie Wohnung, Wohnhaus, Fabrik, Ferienhaus, Ferienpark oder Ähnlichem.
Quelle der elektrischen Energie kann das (öffentliche) Stromnetz (8) sein, sowie regenerative oder andere lokale Energiequellen (z. B. Blockheizkraftwerk, Motorgenerator) (4/13)). Es ist möglich, einen bestimmten Anteil an elektrischer Energie in Akkumulatoren (7) zwischen zu speichern, die Akkumulatoren (7) können als Energiequelle verwendet werden.
Energiemengen aus diesen Energiequellen können gemischt werden, um dann gesamt an die angeschlossenen Stromkreise (14/6) geliefert zu werden.
Der Anlagenbetreiber kann über ein Bedienfeld (5), das an der Steuereinheit (3) angebracht ist, die Funktion der Anlage festlegen. In einer weiteren Ausbaustufe kann die Steuereinheit (3) ferngesteuert bedient werden, zum Beispiel über TCP/IP, Mobilfunk oder andere Protokolle.
Prinzipiell wird durch die Steuerung eine Ertragsoptimierung erzielt, dadurch, dass die aktuelle Energiemenge erfasst wird, die durch die regenerative(n) Energiequelle(n) oder andere lokale Energiequellen (4/13) erzeugt wird und anhand dieser Information entschieden wird, ob diese erzeugte Energie eingespeist (Netzwechselrichter (1)), lokal verbraucht (14/6) oder in den Akkumulatoren (7) gespeichert wird.
Der Anlagenbetreiber erhält durch diese Steuereinheit und das entsprechende Anlagenprinzip die Möglichkeit, Energieerzeugung, Energiespeicherung und Energiezukauf nach Bedarf zu organisieren und damit möglichst autark zu sein. Die Steuerung kann Tarifvereinbarungen und Tarifzeiten von Energieversorgern auch zeitabhängig berücksichtigen (Tarifschaltgerät (10)).
Ein weiterer Vorteil solcher Anlagen ist, dass die allgemeine Stromversorgung verstärkt lokal erfolgt und damit Netzverluste, die durch den entfernten Transport elektrischer Energie erfolgen, minimiert werden.
Funktionsbeschreibung
Zentrales Element ist die Steuereinheit (3). Diese prüft, ob von lokaler Seite (4/13) Energie geliefert wird, erfasst den aktuellen Wert und berechnet ein zeitliches Mittel. Das zeitliche Mittel dient der Aussage, ob eine bestimmte Energiemenge innerhalb eines bestimmten Zeitraumes geliefert wurde, so dass man für die weitere Nutzung der lokalen Energiequellen (4/13) von einer gewissen Liefersicherheit ausgehen kann.
Der Anlagenbetreiber kann nun durch Vorgabe über das Bedienfeld (5) an der Steuereinheit (3) festlegen, wie die lokal erzeugte Energie verwendet wird →
Einstellungsmöglichkeiten sind:

– Direkte Speisung der gesteuerten Stromkreise – der Lokalwechselrichter (2) schaltet den Hausknotenpunkt (9) auf die gesteuerten Stromkreise (6) durch.
– Laden der Akkumulatoren (7) durch Energie vom Hausknotenpunkt (9)
– Einspeisen der lokal erzeugten Energie in das Stromnetz (8)
– Zusätzliche Speisung der gesteuerten Stromkreise (6) durch Energie aus den Akkumulatoren (7).
– Autarke Versorgung der gesteuerten Stromkreise (6) durch Energie aus den Akkumulatoren (7).
– Prioritäten und Verfügbarkeitszeiten der gesteuerten Stromkreise (Ökomodus)
– Garantie der Versorgung der gesteuerten Stromkreise (Verfügbarkeitsmodus)

Die Betriebsmodi können gemischt werden, so ist es beispielsweise möglich, die gesteuerten Stromkreise (6) aus dem Hausknotenpunkt (9) zu versorgen und zeitgleich fehlende Energiemengen aus den Akkumulatoren (7) zuzugeben. Das hat dann den Vorteil, dass die Anlage die gesteuerten Stromkreise (6) quasi-autark, also auch ohne Inanspruchnahme der Netzversorgung (8) betreiben kann.
Die Wechselrichter (1/2) und Laderegler sind kaskadierbar zur Anpassung des jeweiligen Leistungsbedarfs.
Es wird laufend geprüft, ob die lokalen Energiequellen (4) Energie liefern können. Wenn Energie geliefert werden kann, prüft die Steuereinheit verschiedene Parameter, wie zum Beispiel Ladezustand der Batterien, Uhrzeit, Wettervorhersage, vereinbarter Strom- bzw. Einspeisetarif und auch die direkte Anforderung des Benutzers („Ich möchte die Akkumulatoren voll laden, da ein Sturm droht und mit Netzausfall zu rechnen ist„).
Die lokal erzeugte Energie wird entweder direkt selbst verbraucht (lokale Verbraucher an gesteuerten oder ungesteuerten Stromkreisen), zum Laden der lokalen Energiespeicher (Akkumulatoren (7)) genutzt oder in das Netz eingespeist.
Das Laden der Akkumulatoren (7) kann auch dann sinnvoll sein, wenn mit dem Energieversorger/VNB (Netz) ein Tarifmodell vereinbart wurde, das zum Beispiel billigen Bezug von ,Niedertarifstrom' ermöglicht. Dann kann der Anlagenbetreiber zum Beispiel festlegen, dass bei günstigem Energiepreis die Akkumulatoren (7) mit Energie vom Netz (8) geladen werden, um zum Beispiel bei teurem Tarif die Energie in den gesteuerten Stromkreisen (6) zu verwenden. Die Steuerung kann auch Daten vom VNB erfassen (über Tarifschaltgerät (10) oder Ähnlichem), die angeben, welcher Preis für Strombezug aktuell zu bezahlen ist. Damit könnten ebenfalls gesteuerte Stromkreise (6) geschaltet werden oder Akkumulatoren geladen werden.
Die verschiedenen Energieflüsse können auch gleichzeitig stattfinden, also zum Beispiel Laden der Akkumulatoren, Versorgung der gesteuerten Stromkreise (6) und Einspeisung in das Stromnetz (8) Die Steuereinheit bindet notwendige Baugruppen in die Gesamtsteuerung ein, dies sind zum Beispiel Spannungsumsetzer, Laderegler, Schalteinheiten, Stromzähler, Tarifschaltgerät, Wechselrichter mit Ausgabe der Daten zur Energieerzeugung.
Zur korrekten Abrechnung und Optimierung der Anlage können die jeweiligen Energiemengen gemessen und analytisch dargestellt werden.
Die Steuereinheit arbeitet in der Regel automatisch und parameterabhängig. Es ist möglich Anforderungen von außen über Internetverbindung, Mobilfunk oder Bedienfeld zu berücksichtigen.
Die Steuereinheit ist flexibel und konfigurierbar, das heißt, es können beliebige Ausbaustufen realisiert werden. Es ist also denkbar, dass nur eine netzgeführte Funktion aufgebaut wird, oder nur das Puffern von Energie in Batterien implementiert wird (Laden mit billigem Strom aus dem Netz, Versorgung der gesteuerten Stromkreise aus den Batterien zu Hochtarifzeiten der VNB's, also Betrieb ohne lokale Energiequellen (4/13)).
Die Steuereinheit (3) wird weiterhin so aufgebaut, dass bestehende netzgeführte Fotovoltaikanlagen eingebunden und genutzt werden können. Dazu erfolgt ein Umschalten der bestehenden Fotovoltaikanlage auf Eigenverbrauch. Ein Eigenerzeugungszähler (15) wird zwischen Netzwechselrichter (1) und Hausknotenpunkt (9) eingefügt und der normale Verbrauchszähler (16) im Zählerschrank durch einen Zweirichtungszähler ersetzt. Der/die Netzwechselrichter (1) speisen dann in den Hausknotenpunkt (9).
Im Falle der Nicht-Verfügbarkeit von Leistungsdaten direkt aus dem Netzwechselrichter (1) wird zwischen Netzwechselrichter (1) und Hausknotenpunkt (9) ein (oder mehrere) Stromfühler (11) eingefügt, der die momentane Strommenge (und damit Energiemenge) an die Steuerung liefert.
Die im Hausknotenpunkt überschüssige Energie (Energie, die nicht von den Stromkreisen oder zur Ladung der Akkumulatoren abgenommen wird) wird automatisch in das Stromnetz (8) eingespeist (Überschussenergie).
An den gesteuerten Stromkreisen (6) können auch Elektromobile angeschlossen werden. Es sind 3-phasige und 1-phasige Stromkreise möglich.
Die gesteuerten Stromkreise werden über Schütze (Relais) (12) geschaltet. Die Schütze (Relais) werden von der Steuereinheit geschaltet (zur Freigabe oder Sperrung der entsprechenden Stromkreise (6)).
Die Steuereinheit (3) ermöglicht grafische Darstellungsmöglichkeit der Betriebszustände.
Der Lokalwechselrichter (2) enthält üblicherweise einen Laderegler zur Ladung der Akkumulatoren (7). Es könnte auch ein separater Laderegler implementiert werden, der dann durch die Steuereinheit kontrolliert wird.
Die Steuereinheit (3) kann den Ladezustand der Akkumulatoren (7) erfassen und beim Steueralgorithmus berücksichtigen.

1: Netzwechselrichter
2: Lokalwechselrichter
3: Steuereinheit
4: Regenerative Energiequellen
5: Bedienfeld an der Steuereinheit
6: gesteuerte Stromkreise
7: Energiespeicher/Akkumulatoren
8: Stromnetz
9: Hausknotenpunkt
10: Tarifschaltgerät von VNB und/oder Energieversorger
11: Stromsensor
12: Ansteuerung Schütze/Relais
13: Andere lokale Energiequellen
14: Ungesteuerte Stromkreise
15: Eigenerzeugungszähler
16: Verbrauchszähler
A: Überschusseinspeisung

Claims

1) Steuereinheit zur Regelung, Einspeisung und Speicherung von elektrischer Energie am Stromnetz unter Einbindung regenerativer oder anderer lokaler Energiequellen, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein System aus lokalen Energieerzeugern, Stromnetz, Energiespeicherung und Energieverbrauchern so steuert, dass folgende Funktionen ausgeführt werden können: a. Erfassen der lokal erzeugten Energiemenge und punktuell verbrauchten Energiemenge b. Verbrauchsregelung durch Schalten gesteuerter Stromkreise c. Laden von Akkumulatoren mit lokal erzeugter Energie oder aus dem Stromnetz d. Erfassen von Stromtarifzeiten e. Benutzerbedienung über ein Eingabefeld oder Ähnlichem f. Darstellung von Betriebszuständen g. Autarke Energieversorgung aus Akkumulatoren, regenerativer Energiequellen oder sonstiger Energiequellen h. Überschusseinspeisung in das Stromnetz i. Priorisieren von Eigenverbrauch (heute §33 Abs. 2 EEG) j. Mischen von Energieanteilen aus Stromnetz, Hausknotenpunkt, Akkumulatoren zum Betrieb von Verbrauchern an gesteuerten Stromkreisen k. Quantitative Erfassung von Energiemengen durch Energiemengenzählung l. Versorgung der lokalen Verbraucher aus den lokalen Energiequellen, dem lokalen Energiespeicher oder dem Stromnetz.

Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beschriebenen Energieflüsse entweder durch ein Steuerprogramm, manuell oder ferngesteuert beeinflusst werden können. Das Steuerprogramm kann externe Parameter wie zum Beispiel Wetterdaten oder Stromtarifinformationen berücksichtigen. Die Fernsteuerung der Steuereinheit kann durch Internet (zum Beispiel TCP/IP) oder Mobilfunk erfolgen.

Steuereinheit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der in Anspruch 1 genannten Teile des lokalen Systems (Speicher, Quelle oder Umsetzer) vorhanden sein kann oder nicht.

Steuereinheit nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Module dieser Steuereinheit auch auf mehrere Grundgeräte verteilt werden können (z. B. Wechselrichter, Laderegler), die Gesamtfunktion aber durch eine Zentraleinheit realisiert wird, die mit den Grundgeräten drahtgebunden oder drahtlos kommuniziert.