DE202012102171U1

DE202012102171U1 - Photovoltaikanlage

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Publication number: DE202012102171U1
Application number: DE202012102171U
Authority: DE
Original assignee: EULEKTRA GmbH
Current assignee: EULEKTRA GmbH
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2022-06-14

Abstract

Photovoltaikanlage, mit zumindest einem Photovoltaikmodul (11 bis 110), einem Wechselrichter (2) sowie einer Steuereinheit (16), und mit einem Energiespeicher (11) für ein wenigstens teilweise mittels des photovoltaisch erzeugten Stromes produziertes Energiespeichermedium, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass wahlweise Photovoltaikstrom und/oder durch Umwandlung des Energiespeichermediums erzeugter Speicherstrom in ein Leitungsnetz eingespeist werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikanlage, mit zumindest einem Photovoltaikmodul, einem Wechselrichter sowie einer Steuereinheit, und mit einem Energiespeicher für ein wenigstens teilweise mittels des photovoltaisch erzeugten Stromes produziertes Energiespeichermedium.
Photovoltaikanlagen dienen bekanntermaßen zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom mit Hilfe von Halbleiterbauelementen, insbesondere Siliciumzellen. Akutell werden Photovoltaikanlagen überwiegend dazu genutzt, den photovoltaisch erzeugten elektrischen Gleichstrom nach Umwandlung in einem Wechselrichter als Wechselspannung in ein öffentliches Leitungsnetz einzuspeisen. Als Gegenleistung hierfür erhält der Stromerzeuger eine gesetzlich festgelegte Einspeisevergütung. Da diese von sämtlichen Stromkunden zu entrichten ist, steht sie zunehmend mit der Folge in der Kritik, dass die Einspeisevergütung herabgesetzt wird. Aus diesem Grund ist man bestrebt, den mit Hilfe einer vorhandenen Photovoltaikanlage erzeugten Strom selbst zu nutzen.
Hierbei stellt sich allerdings das Problem, dass die Stromerzeugung bzw. der hierfür erforderliche Sonnenschein und der Strombedarf oftmals nicht miteinander korrelieren. Aus diesem Grund ist im Stand der Technik beispielsweise nach der gattungsbildenden DE 10 2010 028 823 A1 bereits ein Verfahren zur bedarfsabhängigen Regelung und Glättung der Ausgangsleistung eines mit regenerativ erzeugter Energie gespeisten Energiewandlers beschrieben worden. Dabei wird die im Wandlungsprozess erzeugte elektrische Energie in Wasserstoff umgewandelt, der seinerseits einem Verbraucher zugeführt wird. Die bekannte Vorgehensweise mag zur Versorgung von beispielsweise Automobilen geeignet sein, lässt sich allerdings kaum auf beispielsweise Immobilien übertragen.
Denn Immobilien und insbesondere Einfamilienhäuser zeichnen sich durch einen zum Teil stark schwankenden Energiebedarf aus. Das gilt insbesondere während der Heizperiode und dann, wenn allgemein Heizquellen beispielsweise zur Warmwassererzeugung angefahren und betrieben werden sollen. Solche Heizquellen benötigen oftmals elektrische Spitzenleistungen von 10 kW, 15 kW, 20 kW oder noch mehr zumindest während des Einschaltvorgangs. Solche Spitzenleistungen lassen sich kaum mit einer eigenen Photovoltaikanlage darstellen, die demgegenüber meistens Spitzenleistungen von ca. 5kW je nach zur Verfügung stehender Dachfläche liefert. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
Der Erfindung liegt das technisch Probleme zugrunde, eine derartige Photovoltaikanlage so weiterzuentwickeln, dass allgemein Schwankungen des elektrischen Energiebedarfs und insbesondere Bedarfsspitzen beherrscht werden können.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße Photovoltaikanlage im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass wahlweise photovoltaisch erzeugter elektrischer Strom und/oder durch Umwandlung des Energiespeichermediums erzeugter Strom in ein Leitungsnetz eingespeist wird.
Im Rahmen der Erfindung wird also zunächst einmal der mittels des Photovoltaikmoduls erzeugte photovoltaische Strom gleichsam wahlweise aufgespalten. Hierfür sorgt die Steuereinheit. Tatsächlich setzt sich der mit Hilfe des Photovoltaikmoduls erzeugte photovoltaische Strom im Rahmen der Erfindung aus einerseits einem direkt einem Verbraucher zugeführten Photovoltaikstrom und andererseits einem zur Erzeugung eines Speichermediums eingesetzten Speicherstrom zusammen. Die wahlweise Aufteilung des seitens des Photovoltaikmoduls erzeugten gesamten photovoltaischen Stromes in einerseits den zuvor beschriebenen Photovoltaikstrom und andererseits den Speicherstrom wird je nach Bedarf von der Steuereinheit vorgenommen.
Dabei ist die Auslegung im Regelfall so getroffen, dass der Photovoltaikstrom mit Vorrang den einen oder die mehreren Verbraucher bedient. Demgegenüber kommt der Speicherstrom typischerweise (nur) dann zum Einsatz, wenn größtenteils Verbrauchsspitzen innerhalb des Leitungsnetzes ausgeglichen werden sollen. Im Rahmen der Erfindung wird diese Vorrangsteuerung meistens dadurch erreicht, dass der Photovoltaikstrom mit einer höheren Spannung als der Speicherstrom zur Verfügung gestellt wird. Tatsächlich arbeitet der Photovoltaikstrom beispielsweise mit einer erzeugten Spannung von ca. 410 V, wohingegen der Speicherstrom typischerweise mit einer Spannung von ca. 400 V erzeugt und in das Leitungsnetz eingespeist wird. Dies sind selbstverständlich nur beispielhafte Werte.
Bei dem Leitungsnetz handelt es sich im Regelfall um ein privates – nicht öffentliches – Leitungsnetz in einer Immobilie, beispielsweise einem Einfamilienhaus. Auf diese Weise kann die Photovoltaikanlage grundsätzlich autark und als Insellösung ausgelegt werden. D. h., eine Ankopplung an das öffentliche Stromversorgungsnetz bzw. Leitungsnetz ist nicht unbedingt erforderlich, gleichwohl allerdings möglich.
Um diese spezifischen Anforderungen im Detail zu erfüllen, ist der vorgesehene Energiespeicher im Regelfall so ausgelegt, dass größtenteils die bereits angesprochenen Verbrauchsspitzen innerhalb des (privaten) Leitungsnetzes ausgeglichen werden. Dies erreicht die Erfindung durch Umwandlung des im Energiespeicher bevorrateten Energiespeichermediums in den dadurch erzeugten Speicherstrom und Einspeisen des fraglichen Speicherstromes in das (immobilieneigene) Leitungsnetz. In diesem Zusammenhang können die Verbrauchsspitzen wenigstens das Dreifache, insbesondere das Fünffache oder noch mehr der vom Photovoltaikmodul erzeugten durchschnittlichen elektrischen Leistung betragen.
Wird die beschriebene Photovoltaikanlage beispielsweise auf dem Dach eines Einfamilienhauses montiert, so stehen typischerweise elektrische Leistungen von ca. 5 kW zur Verfügung. Demgegenüber benötigt beispielsweise eine Heizung oder auch ein Durchlauferhitzer in einem solchen Einfamilienhaus bis zu 20 kW oder noch mehr. Daraus resultieren Verbrauchsspitzen, die im beschriebenen Beispielfall in etwas das Vierfache oder noch mehr der vom Photovoltaikmodul erzeugten elektrischen Leistung betragen. Die fehlende elektrische Leistung von 15 kW im Beispielfall wird nun im Rahmen der Erfindung vom Speicherstrom zur Verfügung gestellt bzw. dadurch, dass das im Energiespeicher bevorratete Energiespeichermedium kurzfristig zur zusätzlichen Erzeugung von Strom, vorliegend des Speicherstromes, genutzt wird.
Neben dem Ausgleich der im Zusammenhang mit beispielsweise Verbrauchsspitzen fehlenden elektrischen Leistung sorgt der Speicherstrom grundsätzlich auch dafür, dass eine durchgängige Stromerzeugung sichergestellt wird. So ist es beispielsweise denkbar, dass Verbraucher im fraglichen Leitungsnetz in der Nacht oder bei Ausfall der Erzeugung des photovoltaischen Stromes mit Hilfe des Speicherstromes versorgt werden. Alternativ oder zusätzlich kann für die betreffende Stromversorgung in der Nacht oder beim Ausfall des Photovoltaikmoduls auch ein Kleinkraftwerk und insbesondere Blockheizkraftwerk verantwortlich zeichnen. Meistens wird jedoch in diesen sämtlichen Fällen das im Energiespeicher bevorratete Energiespeichermedium zur Erzeugung von Strom, vorliegend des Speicherstromes genutzt.
Zu diesem Zweck hat es sich bewährt, wenn der Energiespeicher als Gasspeicher und insbesondere Wasserstoffspeicher ausgebildet ist. Grundsätzlich kann an dieser Stelle auch ein Druckgasspeicher bzw. Druckluftspeicher zum Einsatz kommen, der dazu dient, komprimierte Luft in seinem Inneren aufzunehmen. Diese komprimierte Luft kann im Bedarfsfall einen an den Energiespeicher angeschlossenen Energiewandler zur Erzeugung des bereits angesprochenen Speicherstromes antreiben. Ein Beispiel für einen solchen Energiespeicher stellen an sich bekannte Druckluftmotoren dar. Die von diesen Druckluftmotoren erzeugte Bewegung kann mit Hilfe eines Generators als weiteren Bestandteil des Energiewandlers in den gewünschten Speicherstrom umgewandelt werden.
Im Regelfall ist der Gasspeicher jedoch als Wasserstoffspeicher ausgebildet. Dabei arbeitet der Energiespeicher in der Regel mit flüssigem Wasserstoff oder einem anderen flüssigen Gas, so dass dem Energiespeicher regelmäßig ein Verflüssiger und insbesondere Gasverflüssiger vorgeschaltet ist. Der Energiespeicher bzw. Wasserstoffspeicher als solcher mag dazu dienen, flüssigen Wasserstoff zu speichern, und zwar im Sinne der sogenannten Flüssigwasserstoffspeicherung. Dazu wird der Wasserstoff im Beispielfall mit Hilfe des Verflüssigers respektive Gasverflüssigers verflüssigt, und zwar auf Temperaturen von ca. –250° C gekühlt. Dieser flüssige Wasserstoff wird dann in den Energiespeicher überführt, bei dem es sich um einen Tank mit spezieller Wärmedämmung handelt. Auch die Zuleitungen müssen entsprechend wärmegedämmt werden.
Grundsätzlich können an dieser Stelle für die Speicherung des Wasserstoffes aber auch sogenannte Metallhydridspeicher zum Einsatz kommen. Dabei wird der Wasserstoff in Lücken des kalten Metallgitters eingelagert und kommt bei Erwärmung des Speichers wieder frei. Jedenfalls steht ein meistens gasförmiges Energiespeichermedium im Energiespeicher zur Verfügung, welches mit Hilfe des dem Energiespeicher nachgeschalteten Energiewandlers in elektrische Energie, den Speicherstrom, umgewandelt werden kann bzw. zur Abfederung der angesprochenen Verbrauchsspitzen umgewandelt wird.
Dieser Speicherstrom wird wie beschrieben alternativ oder meistens zusätzlich zum Photovoltaikstrom in das Leitungsnetz eingespeist, um die angesprochenen Verbrauchsspitzen abzufangen.
Um das Energiespeichermedium mittels des eingangsseitig zur Verfügung gestellten photovoltaisch produzierten elektrischen Stromes zu erzeugen, kommt beispielsweise eine Elektrolysezelle zum Einsatz. In dieser Elektrolysezelle wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Hierzu wird der photovoltaisch erzeugte elektrische Strom eingesetzt. Das kann unmittelbar erfolgen, weil es sich bei dem photovoltaisch erzeugten elektrischen Strom regelmäßig um Gleichstrom handelt, der für die elektrolytische Zersetzung des Wassers im Beispielsfall benötigt und eingesetzt wird. Als Ausgangsstoff für das mit Hilfe des photovoltaisch produzierten elektrischen Stromes erzeugte Speichermedium fungiert also Wasser. Das ausgangsseitig der zugehörigen Elektrolysezelle entstehende Gas, insbesondere Wasserstoff, wird anschließend in dem bereits angesprochenen Verflüssiger bzw. Gasverflüssiger verflüssigt, auf die angegebenen Werte abgekühlt und sodann in den Energiespeicher wie beschrieben überführt. Der zusätzlich in diesem Kontext erzeugte Sauerstoff kann dagegen aufgefangen und beispielsweise separat genutzt werden.
So ist es denkbar, als an den Energiespeicher angeschlossenen Energiewandler eine Brennstoffzelle und insbesondere Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle zu nutzen. Bei einer solchen Brennstoffzelle handelt es sich um eine galvanische Zelle, bei welcher chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie umgewandelt wird. Tatsächlich arbeitet die bereits angesprochene Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle in der Weise, dass Sauerstoff zusammen mit dem Brennstoff, im Beispielfall Wasserstoffgas, zugeführt wird. Beide Reaktionspartner werden der Zelle bzw. den in der Zelle vorhandenen Elektroden zugeführt, die durch eine Membran oder einen Elektrolyt voneinander getrennt sind. Innerhalb der Brennstoffzelle kommt es dann zur Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser unter gleichzeitiger Erzeugung elektrischer Energie, die dann als Speicherstrom ausgangsseitig des Energiewandlers zur Verfügung steht. Der für die Reaktion erforderliche Sauerstoff kann bei diesem Vorgang durch den zuvor elektrolytisch aus der Wasserspaltung erzeugten Sauerstoff eingespeist werden.
Im Regelfall wird der flüssige Wasserstoff im Energiespeicher allerdings nicht zusammen mit Sauerstoff in einer Brennstoffzelle in elektrische Energie bzw. den Speicherstrom wie beschrieben direkt umgesetzt. Vielmehr wird der Wasserstoff oder allgemein das komprimierte Gas aus dem Energiespeicher einem Verbrennungsmotor in Verbindung mit einem Generator als Energiewandler zugeführt. Im Verbrennungsmotor wird das Gas, beispielsweise Wasserstoff, aber auch Methan, Erdgas etc. verbrannt, wobei Rotationen oder allgemein Bewegungen des Verbrennungsmotors mit Hilfe des Generators in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese steht erneut als Speicherstrom für den gewünschten Zweck zur Verfügung.
Im Übrigen kann in diesen sämtlichen Fällen die eventuelle Abwärme des Energiewandlers zusätzlich genutzt werden. So ist es denkbar, die betreffende Abwärme in andere Energieformen umzuwandeln. Alternativ oder zusätzlich hat es sich jedoch bewährt, die Abwärme des Energiewandlers direkt in eine Heizung des Einfamilienhauses im Beispielfall oder auch in die Warmwasserversorgung einzuspeisen. Das wird meistens über Wärmetauscher gewährleistet, kann aber auch direkt erfolgen. Die Abwärme wird hauptsächlich von einem ohnehin erforderlichen flüssigen Kühlmedium, beispielsweise Wasser, für den Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellt und kann auf diese Weise unschwer die beschriebene Nutzung erfahren.
Im Ergebnis wird eine Photovoltaikanlage zur Verfügung gestellt, die sich für eine autarke bzw. Insellösung zur elektrischen Energieversorgung einer Immobilie und insbesondere eines Einfamilienhauses eignet. Hierbei geht die Erfindung von der grundsätzlichen Erkenntnis aus, dass eine sogenannte Grundlast des zur Versorgung des fraglichen Hauses bzw. der Immobilie erforderlichen elektrischen Stromes von dem realisierten Photovoltaikmodul zur Verfügung gestellt werden kann. Für den Fall, dass Verbrauchsspitzen im internen bzw. privaten Leitungsnetz auftreten, insbesondere beim und in Verbindung mit dem Heizen, wird zusätzlich zu dem vorrangig genutzten Photovoltaikstrom zusätzlich ein Speicherstrom in das betreffende Leitungsnetz eingespeist.
Dieser Speicherstrom wird durch Umwandlung eines zuvor erzeugten Speichermediums zur Verfügung gestellt. Tatsächlich ist die Auslegung so getroffen, dass die Steuereinheit einerseits dafür sorgt, dass genügend Speichermedium im Speicher zur Verfügung steht und andererseits sicherstellt, dass bedarfsweise der Speicherstrom durch Umwandlung des Energiespeichermediums in das Leitungsnetz eingespeist wird und auch werden kann.
Grundsätzlich lässt sich die beschriebene Photovoltaikanlage auch mit einem Kleinkraftwerk, insbesondere einem Blockheizkraftwerk kombinieren. Dann wird die Grundlast für den in der Immobilie benötigten elektrischen Strom sowohl von der Photovoltaikanlage bzw. den Photovoltaikstrom als auch dem Blockheizkraftwerk zur Verfügung gestellt. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass Abwärme des Blockheizkraftwerkes zusammen mit Abwärme des Energiewandlers gemeinsam genutzt werden kann. Diese Abwärme lässt sich erneut in einen Heizkreislauf, einen Warmwasserkreislauf etc. einspeisen bzw. zum Wärmeübertrag auf einen solchen Kreislauf nutzen. Dadurch wird eine praktisch vollständig energieautarke Auslegung zur Verfügung gestellt, die im Regelfall sogar noch in der Lage ist, zusätzlich erzeugten elektrischen Strom an das öffentliche Leitungsnetz abzugeben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt die erfindungsgemäße Photovoltaikanlage in einer schematischen Darstellung.
Die gezeigte Photovoltaikanlage ist mit wenigstens einem Photovoltaikmodul 1 ausgerüstet. Tatsächlich sind insgesamt zehn Photovoltaikmodule 1 ₁ bis 1 ₁₀ realisiert, die zusammengenommen eine Gleichspannung (DC) von ca. 460 V im Bespielfall bei Sonnenschein erzeugen. Das ist selbstverständlich nur beispielhaft aufzufassen. Die von den Photovoltaikmodulen 1 ₁bis 1 ₁₀ erzeugte Gleichspannung von ca. 460 V im Beispielfall wird in einen Wechselrichter 2 eingespeist. Mit Hilfe des Wechselrichters 2 kann die eingangsseitige Gleichspannung in eine ausgangsseitige Wechselspannung umgewandelt werden, die über eine Abzweigleitung 3 zum Betrieb eines Verflüssigers 4 bzw. Gasverflüssigers 4 genutzt wird.
Mit Hilfe der von den Photovoltaikmodulen 1 ₁bis 1 ₁₀ erzeugten Gleichspannung respektive der Wechselspannung ausgangsseitig des Wechselrichters 2 wird ergänzend auch eine Elektrolysezelle 5 beaufschlagt. Diese Elektrolysezelle 5 wird über eine eingangsseitige Leitung 6 mit Wasser (H₂O) als Ausgangsstoff beschickt. Das Wasser mag dabei von einem nachfolgend noch näher zu beschreibenden Energiewandler 7, 8 als gleichsam "Abgas" stammen. Grundsätzlich kann natürlich auch alternativ oder zusätzlich von außen Wasser zugeführt werden.
In der typischerweise mit Gleichspannung betriebenen Elektrolysezelle 5 wird das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Der Wasserstoff wird über eine Zuleitung 9 an den Verflüssiger bzw. Gasverflüssiger 4 übergeben, der mit Hilfe des ausgangsseitig der Photovoltaikmodule 1 ₁ bis 1 ₁₀ insgesamt erzeugten photovoltaisch produzierten elektrischen Stromes über die Abzweigleitung 3 betrieben wird. Durch den Verflüssiger bzw. Gasverflüssiger 4 wird das Gas, in vorliegendem Fall Wasserstoff verflüssigt und über eine Flüssiggasleitung 10 an einen Speicher bzw. Energiespeicher 11 übergeben.
In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass die Flüssiggasleitung 10 ebenso wie der Speicher 11 vorliegend besonders wärmedämmend ausgelegt sind, um etwaige Energieverluste auf ein Minimum zu beschränken. Der Energiespeicher 11 ist seinerseits über eine Ausgangsleitung 12 an den bereits angesprochenen Energiewandler 7, 8 angeschlossen. Über diese Ausgangsleitung 12 kann Wasserstoff als Energiespeichermedium dem Energiewandler 7, 8 zugeführt werden.
Der Energiewandler 7, 8 setzt sich im Beispielfall aus einem Verbrennungsmotor 7 und einem von diesem beaufschlagten Generator 8 zusammen. Ausgangsseitig des Generators 8 wird eine Wechselspannung erzeugt, die über eine Leitung 13 an einen Verbraucher 14 abgegeben wird. Der Verbraucher 14 steht lediglich beispielhaft für einen oder mehrere Verbraucher 14, die sich typischerweise in einer Immobilie oder in mehreren Immobilien befinden. Dabei ist die Anlage im gezeigten Beispielfall insgesamt autark und als Insellösung ausgelegt. Das heißt, die Verbraucher 14 werden im Beispielfall einzig und allein mit Hilfe des von der dargestellten und gleichsam erweiterten Photovoltaikanlage erzeugten elektrischen Stromes betrieben.
Eine weitere und vom Energiewandler 7, 8 ausgehende Leitung 15 führt über eine Steuereinheit 16 direkt vom Wechselrichter 2 zum Verbraucher 14. Schließlich ist noch eine weitere Zuleitung 17 zum Verbraucher 14 vorgesehen, die ausgangsseitig an ein Kleinkraftwerk 18, im Ausführungsbeispiel ein Blockheizkraftwerk 18 angeschlossen ist. Über eine Steuerleitung bzw. weitere Leitung 19 steht die Steuereinheit 16 mit dem fraglichen Kleinkraftwerk 18 bzw. dem Blockheizkraftwerk 18 in elektrischer Verbindung.
Die Funktionsweise ist wie folgt. Mit Hilfe der einzelnen Photovoltaikmodule 1 ₁ bis 1 ₁₀ wird in Abhängigkeit vom eingestrahlten Sonnenlicht ausgangsseitig eine Gleichspannung erzeugt, die anschließend im Wechselrichter 2 in eine Wechselspannung umgewandelt wird. Die Steuereinheit 16 sorgt nun dafür, dass die fragliche Wechselspannung entweder unmittelbar an den Verbraucher 14 (über die Leitung 15) weitergeleitet wird oder bei geringem oder gar keinem Verbrauch ganz oder teilweise zur Erzeugung des Speichermediums (Wasserstoff) eine Nutzung erfährt. Zu diesem Zweck teilt die Steuereinheit 16 den ausgangsseitig der Photovoltaikmodule 1 ₁bis 1 ₁₀ erzeugten photovoltaischen Strom auf, und zwar in einen direkt über die Leitung 15 dem Verbraucher 14 zugeführten Photovoltaikstrom und in einen Speicherstrom. Dieser Speicherstrom steht ausgangsseitig des Generators 8 über die dortige (Ausgangs-)Leitung 13 ebenfalls für den Verbraucher 14 zur Verfügung.
Bevor dieser Speicherstrom 13 gleichsam "gewonnen" werden kann, ist es zunächst erforderlich, ausreichend Speichermedium (Wasserstoff) in dem Speicher 11 zu bevorraten. Auch hierfür sorgt die Steuereinheit 16, indem ein Teil des photovoltaisch von den Photovoltaikmodulen 1 ₁bis 1 ₁₀ erzeugten elektrischen Stromes ausgangsseitig des Wechselrichters 2 einerseits über die Leitung 3 zum Betrieb des Verflüssigers bzw. Gasverflüssigers 4 und andererseits über eine Zuleitung 20 für die Elektrolyse in der Elektrolysezelle 5 genutzt wird. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass die Steuereinheit 16 die Aufteilung je nach der Menge an photovoltaisch erzeugtem elektrischen Strom ausgangsseitig des Wechselrichters 2 sowie in Abhängigkeit vom Füllgrad des Speichers 11 und schließlich vom aktuellen Verbrauch beim Verbraucher 14 vornimmt.
Das heißt, die Steuereinheit 16 ist so eingerichtet, dass wahlweise der photovoltaisch erzeugte elektrische Strom und/oder der durch Umwandlung des Energiespeichermediums erzeugter Strom bzw. Speicherstrom in ein Leitungsnetz zur Versorgung des Verbrauchers 14 eingespeist wird. Neben dieser Aufteilung des photovoltaisch erzeugten elektrischen Stromes in den Photovoltaikstrom und den Speicherstrom sorgt die Steuereinheit 16 im Ausführungsbeispiel auch für den Betrieb des Kleinkraftwerkes 18 bzw. des Blockheizkraftwerkes 18. Dieses liefert typischerweise über die Zuleitung 17 einen konstanten elektrischen Strom an den Verbraucher 14. Wird die entsprechend erzeugte Leistung seitens des Verbrauchers 14 nicht abgenommen, so kann die Steuereinheit 16 über die Leitung 15 dafür sorgen, dass der vom Kleinkraftwerk 18 erzeugte Strom über die Leitungen 3, 20 – ergänzend oder alternativ zu dem photovoltaisch erzeugten Strom ausgangsseitig des Wechselrichters 2 – für die Erzeugung des Speichermediums und das Füllen des Speichers 11 genutzt wird.
Wie bereits erläutert, handelt es sich bei dem insgesamt dargestellten Leitungsnetz um ein privates bzw. immobilieninternes Leitungsnetz in beispielweise einem Einfamilienhaus. Ein zusätzliches öffentliches Leitungsnetz wird bewusst nicht mit einbezogen, kann grundsätzlich aber auch Berücksichtigung finden, beispielsweise dann, wenn der Speicher 11 voll ist und die Photovoltaikmodule 1 ₁ bis 1 ₁₀ und/oder das Kleinkraftwerk 18 mehr elektrische Energie erzeugen, als vom Verbraucher 14 abgenommen wird. In diesem Fall wird diese überschüssige Energie in das fragliche und in der Figur nicht dargestellte öffentliche Leitungsnetz eingespeist.
In jedem Fall sorgt der Energiespeicher 11 dafür, dass größtenteils Verbrauchspitzen innerhalb des Leitungsnetzes durch Umwandlung des Energiespeichermediums in den erzeugten Speicherstrom und Einspeisen des Speicherstromes ausgeglichen werden. Solche Verbrauchsspitzen treten beispielsweise beim Anfahren einer Heizung in dem besagten Einfamilienhaus auf. Das ist einleitend bereits erläutert worden.
In diesem Fall wird ergänzend zu dem mit Hilfe der Photovoltaikmodule 1 ₁bis 1 ₁₀ erzeugten photovoltaisch produzierten Strom und/oder dem vom Kleinkraftwerk 18 erzeugten Strom der Speicherstrom über die (Ausgangs-)Leitung 13 dem Verbraucher 14 zur Verfügung gestellt. Das heißt, die Steuereinheit 16 reagiert auf entsprechende Verbrauchsspitzen beim Verbraucher 14 derart, dass der Speicher 11 über seine Ausgangsleitung 12 den Energiewandler 7, 8 entsprechend beaufschlagt, damit ausgangsseitig der gewünschte Speicherstrom über die (Ausgangs-)Leitung 13 zur Verfügung gestellt wird.
Meistens reicht es hierbei aus, für lediglich eine kurze Zeit, beispielsweise einige Sekunden oder auch Minuten, eine erhöhte elektrische Leistung durch den zusätzlich zur Verfügung gestellten Speicherstrom vorzuhalten.
Wie einleitend bereits erläutert, können die Verbrauchsspitzen wenigstens das Dreifache oder noch mehr der üblicherweise vom Photovoltaikmodul bzw. den mehreren Photovoltaikmodulen 1 ₁bis 1 ₁₀ erzeugten elektrischen Leistung betragen. Bei dem Verflüssiger bzw. Gasverflüssiger 4 handelt es sich im einfachsten Fall um einen Kompressor, mit dessen Hilfe der ausgangsseitig der Elektrolysezelle 5 zur Verfügung gestellte Wasserstoff verdichtet und somit verflüssigt wird.
Etwaige Abwärme des Energiewandlers 7, 8 und/oder des Kleinkraftwerkes bzw. Blockheizkraftwerkes 18 kann darüber hinaus genutzt werden, beispielsweise zur Heizung und/oder für die Warmwasserversorgung der Immobilie. Das ist im Einzelnen nicht dargestellt. Auch hierfür sorgt die Steuereinheit 16. Ebenfalls nicht gezeigt ist eine eventuell vorgesehene unterbrechungsfreie Stromversorgung in Gestalt von Akkumulatoren und/oder Kondensatoren, mit deren Hilfe beispielsweise ein abruptes Absinken des photovoltaisch erzeugten elektrischen Stromes ausgeglichen wird, bis mit Hilfe der Steuereinheit 16 an der (Ausgangs-)Leitung 13 der Speicherstrom zur Verfügung steht. Eine solche unterbrechungsfreie Stromversorgung kann in die Steuereinheit 16 gleichsam integriert werden. Dabei versteht es sich insgesamt, dass der Photovoltaikstrom mit Vorrang den Verbraucher 14 bedient. Das heißt, jede mit Hilfe der Photovoltaikmodule 1 ₁bis 1 ₁₀erzeugte Kilowattstunde wird primär dem Verbraucher 14 direkt zugeführt. Erst wenn der Verbrauch beim Verbraucher 14 sinkt und dies von der Steuereinheit 16 registriert wird, sorgt die Steuereinheit 16 dafür, dass der Speicher 11 durch Erzeugen des Speichermediums (Wasserstoff) gefüllt wird. Für einen ausreichenden Füllungsgrad mag im dargestellten
Beispielfall ergänzend auch das Kleinkraftwerk bzw. Blockheizkraftwerk 18 sorgen, welches grundsätzlich aber auch entbehrlich ist.
Sollten einzelne oder sämtliche Photovoltaikmodule 1 ₁ bis 1 ₁₀ keinen elektrischen Strom liefern, beispielsweise in der Nacht, so sorgt die Steuereinheit 16 dafür, dass der dargestellte Verbraucher 14 mit Hilfe des Speicherstromes ausgangsseitig des Generators 8 über die zugehörige (Ausgangs-)Leitung 13 mit elektrischer Energie versorgt wird. Alternativ oder zusätzlich kann in diesem Fall auch das Kleinkraftwerk 18 über die Zuleitung 17 zum Verbraucher 14 für eine entsprechende elektrische Energieversorgung des Verbrauchers 14 bzw. der mehreren Verbraucher 14 einstehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010028823 A1 [0003]

Claims

Photovoltaikanlage, mit zumindest einem Photovoltaikmodul (1 ₁ bis 1 ₁₀), einem Wechselrichter (2) sowie einer Steuereinheit (16), und mit einem Energiespeicher (11) für ein wenigstens teilweise mittels des photovoltaisch erzeugten Stromes produziertes Energiespeichermedium, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass wahlweise Photovoltaikstrom und/oder durch Umwandlung des Energiespeichermediums erzeugter Speicherstrom in ein Leitungsnetz eingespeist werden.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittels des Photovoltaikmoduls (1 ₁ bis 1 ₁₀) erzeugte photovoltaische Strom mit Hilfe der Steuereinheit (16) in den direkt zumindest einem Verbraucher (14) zugeführten Photovoltaikstrom und den Speicherstrom aufgeteilt wird.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass der Photovoltaikstrom mit Vorrang im Vergleich zum Speicherstrom den Verbraucher (14) bedient.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Leitungsnetz um ein privates – nicht öffentliches – Leitungsnetz in einer Immobilie, beispielsweise einem Einfamilienhaus, handelt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (11) so ausgelegt ist, dass größtenteils Verbrauchsspitzen innerhalb des Leitungsnetzes durch Umwandlung des Energiespeichermediums in den erzeugten Speicherstrom und Einspeisen des Speicherstroms in das Leitungsnetz ausgeglichen werden.
Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchsspitzen wenigstens das Dreifache, insbesondere das Fünffache oder noch mehr der vom Photovoltaikmodul (1 ₁ bis 1 ₁₀) erzeugten elektrischen Leistung betragen.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (11) als Gasspeicher, insbesondere Wasserstoffspeicher, ausgebildet ist.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasspeicher (11) ein Verflüssiger, insbesondere ein Gasverflüssiger (4), vorgeschaltet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Energiespeichermediums mittels des photovoltaisch produzierten elektrischen Stromes beispielsweise eine Elektrolysezelle (5) zum Einsatz kommt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiespeichermedium ein Gas, insbesondere Wasserstoff, fungiert.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichermedium einen Energiewandler (7, 8), beispielsweise einen Verbrennungsmotor (7) in Verbindung mit einem Generator (8), speist.
Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Abwärme des Energiewandlers (7, 8) in andere Energieformen umgewandelt und/oder direkt in eine Heizung eingespeist wird.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Kleinkraftwerk, insbesondere Blockheizkraftwerk (18) vorgesehen ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie autark und als Insellösung ausgelegt ist.