DE202012102677U1 - Device for self-consumption control in energy production by means of photovoltaic systems - Google Patents

Device for self-consumption control in energy production by means of photovoltaic systems Download PDF

Info

Publication number
DE202012102677U1
DE202012102677U1 DE202012102677U DE202012102677U DE202012102677U1 DE 202012102677 U1 DE202012102677 U1 DE 202012102677U1 DE 202012102677 U DE202012102677 U DE 202012102677U DE 202012102677 U DE202012102677 U DE 202012102677U DE 202012102677 U1 DE202012102677 U1 DE 202012102677U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
switching unit
power
programmable logic
logic controller
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE202012102677U
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE202012102677U priority Critical patent/DE202012102677U1/en
Publication of DE202012102677U1 publication Critical patent/DE202012102677U1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/14—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by switching loads on to, or off from, network, e.g. progressively balanced loading
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/388—Islanding, i.e. disconnection of local power supply from the network
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/50—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load for selectively controlling the operation of the loads
    • H02J2310/56—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load for selectively controlling the operation of the loads characterised by the condition upon which the selective controlling is based
    • H02J2310/58—The condition being electrical
    • H02J2310/60—Limiting power consumption in the network or in one section of the network, e.g. load shedding or peak shaving
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • Y02B70/3225—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20—End-user application control systems
    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Abstract

Vorrichtung zur Eigenverbrauchssteuerung bei der Energiegewinnung mittels photovoltaischer Anlagen mit mindestens einem Wechselrichter, einem Einspeisezähler, einer speicherprogrammierbaren Steuereinheit (SPS) und einer mehrphasig betreibbaren elektrischen Heizeinrichtung, insbesondere Heizpatrone eines Warmwasserspeichers, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig des mindestens einen Wechselrichters ein Sensor zur Erfassung der momentan zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung angeordnet ist, wobei der Sensor mit dem Eingang der speicherprogrammierbaren Steuerung in Verbindung steht, am Ausgang des Einspeisezählers eine Schützschalteinheit angeschlossen ist, welche eine steuerbare elektrische Verbindung zur elektrischen Heizeinrichtung herstellt, wobei die Schütze der Schalteinheit über eine Steuerleitung von der speicherprogrammierbaren Steuerung derart betätigt werden, dass entsprechend dem momentanen Leistungsangebot der photovoltaischen Anlage die elektrische Heizeinrichtung zu- oder abgeschaltet wird und hierfür die elektrische Heizeinrichtung mehrere, in ihrer Leistung abgestufte, einzeln oder in Gruppen mittels der Schützschalteinheit aktivierbare Heizelemente besitzt.Device for self-consumption control in the production of energy by means of photovoltaic systems with at least one inverter, a feed meter, a programmable logic controller (PLC) and a multi-phase electric heating device, in particular a heating cartridge of a hot water tank, characterized in that the output side of the at least one inverter has a sensor for detecting the moment Available electrical power is arranged, the sensor being connected to the input of the programmable logic controller, a contactor switching unit is connected to the output of the feed meter, which establishes a controllable electrical connection to the electrical heating device, the contactors of the switching unit via a control line from the Programmable logic controller can be operated in such a way that the electric heating according to the current range of services of the photovoltaic system device is switched on or off and for this purpose the electric heating device has a plurality of heating elements which are graded in their power, can be activated individually or in groups by means of the contactor switching unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Eigenverbrauchssteuerung bei der Energiegewinnung mittels photovoltaischer Anlagen mit mindestens einem Wechselrichter, einem Einspeisezähler, einer speicherprogrammierbaren Steuereinheit (SPS) und einer mehrphasig betreibbaren elektrischen Heizeinrichtung, insbesondere Heizpatrone eines Warmwasserspeichers, gemäß Anspruch 1.The invention relates to a device for self-consumption control in energy production by means of photovoltaic systems with at least one inverter, a feed meter, a programmable logic controller (PLC) and a multiphase operable electric heater, in particular heating cartridge of a hot water tank, according to claim 1.

Aus dem Stand der Technik sind mehrere Ansätze bekannt, solare Energie zur Gewinnung von Warmwasser und/oder Wärme bzw. elektrischer Energie zu nutzen.Several approaches are known from the prior art to use solar energy for the production of hot water and / or heat or electrical energy.

So zeigt die US 5,293,447 eine Warmwasseraufbereitungsanlage, die durch Solarenergie betrieben wird. Bei dieser Warmwasseraufbereitungsanlage ist eine Steuereinheit vorhanden, die je nach Intensität der einfallenden solaren Strahlung elektrische Heizelemente aktiviert. Zur Ansteuerung der Heizelemente wird der aus dem Photovoltaikmodul bereitgestellte Gleichstrom genutzt. Eine Ansteuerung von Heizelementen mit Gleichstrom und gleichzeitiger Netzanbindung ist jedoch problematisch und auf diesem Wege nur schwer umsetzbar.That's how it shows US 5,293,447 a hot water treatment plant powered by solar energy. In this hot water treatment plant, a control unit is present, which activates electrical heating elements depending on the intensity of the incident solar radiation. For controlling the heating elements, the direct current provided by the photovoltaic module is used. However, a control of heating elements with DC and simultaneous grid connection is problematic and difficult to implement in this way.

Ein Warmwasseraufbereitungssystem, welches mit thermischen Solarkollektoren gekoppelt ist und wobei weiterhin eine Steuerung vorgesehen ist, durch welche der aktuelle Speicherbedarf ermittelt und eine Pumpe für das Wärmeträgermedium betrieben werden kann, ist aus der US 2012/0060829 A1 vorbekannt.A hot water treatment system, which is coupled to thermal solar collectors and wherein furthermore a controller is provided, by which the current storage requirements determined and a pump for the heat transfer medium can be operated, is from the US 2012/0060829 A1 previously known.

Nachteilig an derartigen Systemen ist die unkontrollierte und damit nicht effektive Nutzung der Energie aus den Photovoltaikmodulen. Bei der Nutzung von solarer Energie in Kombination mit Systemen, die Strom aus öffentlichen Netzen beziehen, wird üblicherweise nicht zwischen dem Leistungsanteil, der von den Photovoltaikmodulen erzeugt wird, und dem Leistungsanteil, der aus dem öffentlichen Netz bezogen wird, differenziert. Hierdurch ist kein wirtschaftlicher Betrieb einer photovoltaischen Anlage möglich, insbesondere unter veränderten Bedingungen hinsichtlich der Einspeisevergütung.A disadvantage of such systems is the uncontrolled and thus not effective use of energy from the photovoltaic modules. When using solar energy in combination with systems that receive power from public networks, there is usually no differentiation between the proportion of power generated by the photovoltaic modules and the proportion of power drawn from the public grid. As a result, no economic operation of a photovoltaic system is possible, in particular under changed conditions with respect to the feed-in tariff.

Die DE 43 25 436 C2 offenbart ein Verfahren zur Durchführung einer Maximum-Power-Point-Regelung (MPP-Regelung) photovoltaischer Anlagen. Hierfür wird eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) eingesetzt, in der die Kennlinien der Solarmodule abgelegt werden, so dass aus dem jeweiligen Photovoltaikmodul eine maximale Leistung entnehmbar ist.The DE 43 25 436 C2 discloses a method for performing a maximum power point control (MPP control) of photovoltaic systems. For this purpose, a programmable logic controller (PLC) is used, in which the characteristics of the solar modules are stored, so that from the respective photovoltaic module maximum power can be removed.

Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Vorrichtung zur Eigenverbrauchssteuerung bei der Energiegewinnung mittels photovoltaischer Anlagen anzugeben, welche ohne schaltungstechnischen Aufwand leicht umgesetzt werden kann und mit deren Hilfe grundsätzlich die Möglichkeit besteht, den Eigenverbrauchsanteil gezielt zu erhöhen.From the foregoing, it is an object of the invention to provide an advanced device for self-consumption control in energy production by photovoltaic systems, which can be easily implemented without circuit complexity and with the help of which in principle there is the possibility to specifically increase the self-consumption.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.The object of the invention is achieved by the feature combination according to claim 1, wherein the dependent claims represent at least expedient refinements and developments.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt demgemäß darin, die Energie einer Photovoltaikanlage im Sinne der gewünschten Erhöhung des Eigenverbrauchsanteils dadurch zu nutzen, dass die bereitgestellte elektrische Energie einer Warmwasser- oder Heizungsanlage, insbesondere einem Warmwasserspeicher zugeführt wird, der über eine elektrisch betreibbare Heizeinrichtung energetisch versorgt ist. Die Heizelemente der Heizeinrichtung, insbesondere einer eingesetzten Heizpatrone, werden erfindungsgemäß stufenweise anhand der aktuell anstehenden photovoltaischen Leistung zu- oder abgeschaltet.The basic idea of the invention is accordingly to use the energy of a photovoltaic system in the sense of the desired increase in the self-consumption proportion by supplying the provided electrical energy to a hot water or heating system, in particular a hot water storage, which is energetically supplied via an electrically operable heating device. The heating elements of the heating device, in particular a heating cartridge used, according to the invention gradually switched on or off based on the currently pending photovoltaic power.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet unabhängig von Ausführung, Hersteller und/oder Typ eingesetzter Wechselrichter und kann ein- oder mehrphasig, insbesondere dreiphasig, ausgebildet werden.The device according to the invention operates independently of the design, manufacturer and / or type of inverter used and can be single-phase or multi-phase, in particular three-phase.

Die jeweiligen Einschaltzeitpunkte der Heizelemente werden mittels einer an sich bekannten speicherprogrammierbaren Steuerung vorgegeben.The respective switch-on of the heating elements are specified by means of a known per se programmable logic controller.

Die Erfindung geht also von einer Vorrichtung zur Eigenverbrauchssteuerung bei der Energiegewinnung mittels photovoltaischer Anlagen mit mindestens einem Wechselrichter, einem Einspeisezähler, einer speicherprogrammierbaren Steuereinheit und einer mehrphasig betreibbaren elektrischen Heizeinrichtung, insbesondere Heizpatrone eines Warmwasserspeichers aus. Erfindungsgemäß ist ausgangsseitig des mindestens einen Wechselrichters ein Sensor zur Erfassung der momentan zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung angeordnet, wobei der Sensor mit dem Eingang der speicherprogrammierbaren Steuerung in Verbindung steht.Thus, the invention is based on a device for self-consumption control in energy production by means of photovoltaic systems with at least one inverter, a feed meter, a programmable logic controller and a multi-phase operable electric heater, in particular heating cartridge of a hot water tank. According to the invention, a sensor for detecting the currently available electrical power is arranged on the output side of the at least one inverter, wherein the sensor is in communication with the input of the programmable logic controller.

Am Ausgang des Einspeisezählers ist eine Schützschalteinheit oder eine Relaisschalteinheit angeschlossen, welche eine steuerbare elektrische Verbindung zur elektrischen Heizeinrichtung herstellt, wobei die Schütze der Schalteinheit über eine Steuerleitung von der SPS derartig betätigt werden, dass entsprechend dem momentanen Leistungsangebot der photovoltaischen Anlage die elektrische Heizeinrichtung zu- oder abgeschaltet wird. Hierfür besitzt die elektrische Heizeinrichtung mehrere, in ihrer Leistung abgestufte, einzeln oder in Gruppen mittels der Schützschalteinheit aktivierbare Heizelemente.At the output of the feed meter a contactor switching unit or a relay switching unit is connected, which produces a controllable electrical connection to the electric heater, wherein the contactors of the switching unit are actuated via a control line of the SPS such that corresponding to the current power supply of the photovoltaic system, the electric heater or is switched off. For this purpose, the electric heater has several, graded in their performance, individually or in Groups by means of the contactor switch activatable heating elements.

Mit der leistungsmäßig abgestuften, über die Schützschalteinheit steuerbaren Heizeinrichtung kann der Tages-Kennlinienverlauf der photovoltaischen Anlage weitgehend approximiert werden.With the performance graded, controllable via the contactor switching unit heater, the daily characteristic curve of the photovoltaic system can be largely approximated.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung stellt die Schützschalteinheit bedarfsweise eine elektrische Verbindung auch zum öffentlichen Versorgungsnetz her.In one embodiment of the invention, the contactor switching unit makes an electrical connection to the public supply network as needed.

Die Heizelemente der Heizeinrichtung besitzen eine definierte elektrische Leistungsaufnahme und sind anschlussseitig so ausgeführt, dass eine externe Verbindung zur Schützschalteinheit realisierbar ist. In diesem Sinne ist auch ein Nachrüsten vorhandener Warmwasserspeicher mit entsprechenden elektrischen Heizeinrichtungen im erfindungsgemäßen Sinne möglich.The heating elements of the heater have a defined electrical power consumption and are on the connection side designed so that an external connection to the contactor switching unit can be realized. In this sense, retrofitting existing hot water tank with corresponding electric heaters in the sense of the invention is possible.

Mittels der Schützschalteinheit, dem Leistungserfassungssensor, der speicherprogrammierbaren Steuerung sowie einer Erfassung des momentanen Energiebedarfs eines Warmwasserspeichers kann eine Entscheidung und Auswahl hinsichtlich Eigenverbrauch oder Einspeisung in das öffentliche Netz getroffen und es können die notwendigen elektrischen Schaltzustände und Verbindungen bereitgestellt werden.By means of the contactor switching unit, the power detection sensor, the programmable logic controller and a detection of the instantaneous energy requirements of a hot water tank can make a decision and selection in terms of self-consumption or feed into the public network and it can be provided the necessary electrical switching states and connections.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to an embodiment and with the aid of figures.

Hierbei zeigen:Hereby show:

1 ein Zeit-Leistungsdiagramm einer photovoltaischen Anlage sowie approximierter Kennlinie der Heizeinrichtung; 1 a time-power diagram of a photovoltaic system and approximated characteristic of the heater;

2 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung, integriert in eine an sich bekannte Warmwasserheizanlage; 2 a schematic diagram of the device according to the invention, integrated into a known hot water heating system;

3 ein Prinzipschaltbild der Ansteuerung einer elektrischen Heizeinrichtung mit drei Heizelementen und einer Erläuterung der Schützverschaltung K1 bis K3 und 3 a schematic diagram of the control of an electric heater with three heating elements and an explanation of the contactor circuit K1 to K3 and

4 ein Prinzipschaltbild mit einer Schützschalteinheit und mehrphasigem Betrieb mit der Möglichkeit einer stufenweisen Leistungsanpassung von 1 kW bis zur gesamten elektrischen Leistung der Heizeinrichtung in Höhe von 6 kW. 4 a schematic diagram with a contactor switching unit and multi-phase operation with the possibility of a gradual power adjustment of 1 kW to the total electrical power of the heater in the amount of 6 kW.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist eine unmittelbare Kontrolle gegeben, wie viel Leistung aus der photovoltaischen Anlage zur Verfügung steht und welche tatsächlich maximal eingespeist werden kann. Um die zur Verfügung stehende Energie optimal zu nutzen, erfolgt über die Schalteinheit eine leistungsabnahmeseitige Anpassung an die Kennlinie der Photovoltaikanlage, wie dies aus der 1 ersichtlich ist.With the solution according to the invention an immediate control is given, how much power from the photovoltaic system is available and which can actually be fed in maximum. In order to make optimal use of the available energy, a power takeoff-side adaptation to the characteristic curve of the photovoltaic system takes place via the switching unit, as can be seen from FIG 1 is apparent.

Die Leistung, die von der photovoltaischen Anlage erzeugt wird, ist sowohl von der Jahreszeit als auch der Tageszeit und hier wiederum von der solaren Einstrahlungsintensität abhängig. Die programmierbare Steuerung bewertet die von der photovoltaischen Anlage erzeugte Leistung und ermöglicht einen Betrieb derart, dass z.B. die Warmwasseraufbereitung nur zu der Zeit stattfindet, in der eine maximale Leistung bzw. ausreichend hohe Leistung vom Photovoltaikmodul erzeugt wird. Das mittels elektrischer Heizung erwärmte Warmwasser im Speicher kann dann in Zeiten geringerer photovoltaischer Leistungsausbeute, z.B. nachts genutzt werden.The power generated by the photovoltaic system depends on both the season and the time of day, and here again on the solar irradiation intensity. The programmable controller evaluates the power generated by the photovoltaic system and allows operation such that e.g. the hot water treatment takes place only at the time in which a maximum power or sufficiently high power is generated by the photovoltaic module. The heated by electric heating hot water in the memory can then in times of lower photovoltaic power output, e.g. be used at night.

Die Leistungserfassung mittels entsprechender Sensorik erfolgt ausgangsseitig des Wechselrichters und vor dem Einspeisezähler, um Netzungenauigkeiten zu vermeiden. Für den Fall, dass Wechselrichter zur Verfügung stehen, die über eine integrierte Leistungssensorik verfügen, kann selbige genutzt werden.The power detection by means of appropriate sensors takes place on the output side of the inverter and in front of the feed-in meter in order to avoid network inaccuracies. In the event that inverters are available that have integrated power sensors, they can be used.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt die Heizeinrichtung drei Heizelemente, z.B. in Form von drei elektrischen Heizpatronen, die stufenweise zu- und abgeschaltet werden können. Zur Ansteuerung der Heizelemente oder Heizpatronen werden Schütze eingesetzt, die von der speicherprogrammierbaren Steuerung betätigbar sind. Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung anzuschließen, um vorhandene Leistungsreserven über die in der unterbrechungsfreien Stromversorgung enthaltenen Sekundärelemente abzuspeichern.In the embodiment shown, the heater has three heating elements, e.g. in the form of three electric heating cartridges, which can be gradually switched on and off. To control the heating elements or heating cartridges contactors are used, which can be actuated by the programmable logic controller. There is also the option of connecting an uninterruptible power supply to save existing power reserves via the secondary elements contained in the uninterruptible power supply.

In der grafischen Darstellung nach 1 ist schematisch der von der photovoltaischen Anlage erzeugte Leistungsverlauf in Abhängigkeit von der Tageszeit bezogen auf ein bestimmtes kalendarischer Datum dargestellt.In the graphic representation after 1 is shown schematically the power curve generated by the photovoltaic system as a function of the time of day relative to a specific calendar date.

Der stufenförmige Verlauf 35 stellt die approximierte Anpassung der Heizeinrichtung an den Kennlinienverlauf der photovoltaischen Anlage dar. Da die Heizeinrichtung die am photovoltaischen Modul anstehende Leistung gemäß Kurvenverlauf 30 nicht 100%ig ausnutzen kann, verbleibt ein Leistungsanteil 36. Dieser kann über bekannte elektrische Speichermittel, z.B. Sekundärelemente gespeichert werden. The step-shaped course 35 represents the approximate adaptation of the heater to the characteristic curve of the photovoltaic system. Since the heater is the pending on the photovoltaic module power curve 30 can not exploit 100%, remains a performance share 36 , This can be stored on known electrical storage means, such as secondary elements.

Die 2 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einer herkömmlichen Heizanlage 25 und einem Solarmodul 1.The 2 shows a block diagram of the device according to the invention in conjunction with a conventional heating system 25 and a solar module 1 ,

Im Ausführungsbeispiel nach 2 ist der Einfachheit halber nur ein einziges PV-Modul dargestellt, wobei selbstverständlich auch eine Vielzahl von Modulen zu einer photovoltaischen Anlage zusammengefügt und gemeinsam betrieben werden können.In the embodiment according to 2 For the sake of simplicity, only a single PV module is shown, it being understood that a large number of modules can also be combined to form a photovoltaic system and operated together.

Dem Modul 1 ist über die Gleichstrom-Versorgungsleitung 9 ein Wechselrichter 10 nachgeschaltet, der ausgangsseitig Wechselstrom 11 definierter Spannung und Frequenz erzeugt.The module 1 is via the DC power line 9 an inverter 10 downstream, the output side AC 11 defined voltage and frequency generated.

Der Wechselrichter 10 kann sowohl ein- als auch mehrphasig, insbesondere dreiphasig ausgeführt sein.The inverter 10 can be carried out both single-phase and multi-phase, in particular three-phase.

Dem Wechselrichter 10 ist ein Einspeisezähler 6 nachgeordnet, der ins Netz eingespeiste Energie bewertet.The inverter 10 is a feed-in meter 6 downstream, which evaluates energy fed into the grid.

Die vom Photovoltaikmodul 1 erzeugte Energie wird nach dem Wechselrichter 10, jedoch vor dem Einspeisezähler 6 leistungsmäßig bewertet (Punkt A). Diese Bewertung erfolgt mit Hilfe eines geeigneten Sensors 8.The from the photovoltaic module 1 Energy generated is after the inverter 10 but before the feed-in counter 6 rated in terms of performance (point A). This evaluation is carried out with the aid of a suitable sensor 8th ,

Ausgangsseitig steht der Sensor 8 mit einer SPS-Heizungssteuerung 5 in Verbindung.On the output side is the sensor 8th with a PLC heating control 5 in connection.

Die Heizungssteuerung 5 steht netzseitig mit dem Ausgang des Einspeisezählers 6 in Verbindung, wobei diese Verbindung vor dem Haushaltszähler liegt, so dass hier auch Strom aus dem öffentlichen Netz 2 über den Haushaltszähler 7 genutzt werden kann.The heating control 5 is connected to the output of the feed-in counter on the line side 6 in connection, this connection is in front of the household meter, so that here also electricity from the public network 2 via the household counter 7 can be used.

Die aus dem Photovoltaikmodul 1 erzeugte Energie wird also nach dem Einspeisezähler 6 direkt in das Hausnetz über die Verbindung 12 weitergegeben.The from the photovoltaic module 1 generated energy is thus after the feed-in meter 6 directly into the home network via the connection 12 passed.

Die Heizungssteuerung 5 wirkt mit einer Heizeinrichtung 16 zusammen, die sich innerhalb eines Warmwasserspeichers 15 befindet, der wiederum mit üblichen Radiatoren einer Warmwasserheizung in Verbindung steht. Die vom Heizkessel 25 erzeugte thermische Energie gelangt auf den Wärmetauscher 20, der im Speicher 15 angeordnet ist.The heating control 5 acts with a heater 16 together, located inside a hot water tank 15 which in turn communicates with conventional radiators of a hot water heater. The from the boiler 25 generated thermal energy reaches the heat exchanger 20 in the store 15 is arranged.

Gemäß den Darstellungen nach den 3 und 4 besteht die Heizeinrichtung 16 z.B. aus drei einzeln ansteuerbaren Heizelementen oder Heizpatronen 17, 18 und 19.According to the representations after the 3 and 4 there is the heater 16 eg from three individually controllable heating elements or heating cartridges 17 . 18 and 19 ,

Die SPS 5 führt auf Betätigungskontakte der Schütze K1 bis K3 nach 3 und ist in der Lage, je nach zur Verfügung stehender Leistung aus dem Photovoltaikmodul 1 die Heizelemente 17, 18 und/oder 19 anzusteuern. Die in der 3 und 4 integrierte Tabelle gibt an, wie die jeweiligen Schütze K1 bis K3 bzw. K1 bis K5 zu aktivieren, d.h. zu schließen sind, um die Leistungsausgabe und Leistungsanpassung zu realisieren.The PLC 5 leads to actuation contacts of the contactors K1 to K3 3 and is capable of depending on the available power from the photovoltaic module 1 the heating elements 17 . 18 and or 19 head for. The in the 3 and 4 integrated table indicates how to activate the respective contactors K1 to K3 or K1 to K5, ie to close, in order to realize the power output and power adjustment.

Wird über den Leistungssensor 8 nach 3 erkannt, dass ca. 1,3 kW Leistung aus der Photovoltaikanlage 1 bereitsteht, wird Schütz K2 aktiviert, um eine Leistung von 1 kW zu schalten und diesbezüglich das Heizelement 18 mit Strom zu versorgen.Is about the power sensor 8th to 3 realized that about 1.3 kW of power from the photovoltaic system 1 is ready, contactor K2 is activated to switch a power of 1 kW and in this respect the heating element 18 to supply electricity.

Soll eine Leistung von 4 kW aufgenommen werden, werden die Schütze K1 und K2 aktiviert.If a power of 4 kW is to be recorded, the contactors K1 and K2 are activated.

Nicht verbrauchte „Restleistung“ kann entweder im angeschlossenen Hausnetz genutzt, ins öffentliche Stromnetz 2 eingespeist oder mit einer geeigneten Einrichtung unter Wandlung des Wechselstroms in Gleichstrom über Akkumulatoren gespeichert werden.Unused "residual power" can either be used in the connected home network, in the public power grid 2 fed or stored with a suitable device with conversion of the alternating current into direct current via accumulators.

Die 4 zeigt ein Prinzipschaltbild einschließlich Schützschalteinheit mit den Schützen K1 bis K5 und der Möglichkeit, stufenweise Leistung von 1 bis 6 kW mit einer Schrittweite von 1 kW abzurufen. Die jeweilig auszuwählende Schaltung der Schützkombination ist aus der in der 4 enthaltenen Tabelle entnehmbar. The 4 shows a schematic diagram including contactor unit with the shooters K1 to K5 and the ability to retrieve incremental power from 1 to 6 kW with a step size of 1 kW. The respective circuit to be selected the contactor combination is from in the 4 contained in the table.

Darüber hinaus ist eine kundenspezifische Anpassung an vorhandene Heizungsanlagen und der gewünschten Energiemenge für den jeweiligen Eigenverbrauch möglich, ohne den erfinderischen Lösungsansatz zu veranlassen.In addition, a customization of existing heating systems and the desired amount of energy for their own consumption is possible without causing the inventive approach.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Photovoltaikanlage bzw. photovoltaischer ModulPhotovoltaic system or photovoltaic module
22
öffentliches Stromnetzpublic power grid
55
Steuerung (SPS)Control (PLC)
66
EinspeisezählerFeed-in
77
HaushaltszählerHaushaltszähler
88th
Sensor/WandlerSensor / transducer
99
Gleichstromdirect current
1010
Wechselrichterinverter
1111
Wechselstromalternating current
1212
Hausnetzhome network
1515
WarmwasserspeicherHot water storage
1616
Heizeinrichtungheater
17, 18, 1917, 18, 19
Heizelement bzw. Heizpatrone oder HeizstabHeating element or heating cartridge or heating element
2020
Wärmetauscherheat exchangers
2121
Heizkörperradiator
2525
Heizkesselboiler
3030
Leistungskurve der photovoltaischen AnlagePower curve of the photovoltaic system
35 35
approximierte Leistungsanpassung der HeizeinrichtungApproximated power adjustment of the heater
3636
Leistungsdifferenz power difference
K1 bis K5K1 to K5
Schützcontactor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 5293447 [0003] US 5293447 [0003]
  • US 2012/0060829 A1 [0004] US 2012/0060829 A1 [0004]
  • DE 4325436 C2 [0006] DE 4325436 C2 [0006]

Claims (5)

Vorrichtung zur Eigenverbrauchssteuerung bei der Energiegewinnung mittels photovoltaischer Anlagen mit mindestens einem Wechselrichter, einem Einspeisezähler, einer speicherprogrammierbaren Steuereinheit (SPS) und einer mehrphasig betreibbaren elektrischen Heizeinrichtung, insbesondere Heizpatrone eines Warmwasserspeichers, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig des mindestens einen Wechselrichters ein Sensor zur Erfassung der momentan zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung angeordnet ist, wobei der Sensor mit dem Eingang der speicherprogrammierbaren Steuerung in Verbindung steht, am Ausgang des Einspeisezählers eine Schützschalteinheit angeschlossen ist, welche eine steuerbare elektrische Verbindung zur elektrischen Heizeinrichtung herstellt, wobei die Schütze der Schalteinheit über eine Steuerleitung von der speicherprogrammierbaren Steuerung derart betätigt werden, dass entsprechend dem momentanen Leistungsangebot der photovoltaischen Anlage die elektrische Heizeinrichtung zu- oder abgeschaltet wird und hierfür die elektrische Heizeinrichtung mehrere, in ihrer Leistung abgestufte, einzeln oder in Gruppen mittels der Schützschalteinheit aktivierbare Heizelemente besitzt.Device for self-consumption control in energy production by means of photovoltaic systems with at least one inverter, a feed meter, a programmable logic controller (PLC) and a multi-phase electric heater, in particular heating cartridge of a hot water tank, characterized in that the output side of the at least one inverter, a sensor for detecting the current is arranged to provide available electrical power, wherein the sensor is connected to the input of the programmable logic controller, at the output of the feed meter a contactor switching unit is connected, which produces a controllable electrical connection to the electric heater, wherein the contactors of the switching unit via a control line of the Programmable logic controller are operated such that corresponding to the current performance of the photovoltaic system, the electric heating device is switched on or off and for this purpose the electric heater has a plurality of graded in their performance, individually or in groups by means of the contactor switching unit activatable heating elements. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der leistungsmäßig abgestuften, über die Schützschalteinheit steuerbaren Heizeinrichtung der Tagesgang-Kennlinienverlauf der photovoltaischen Anlage approximiert wird.Device according to claim 1, characterized in that the diurnal characteristic curve of the photovoltaic plant is approximated by the heating means which can be controlled by means of the contactor switching unit and which is graduated in terms of power. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schützschalteinheit bedarfsweise eine elektrische Verbindung zum öffentlichen Versorgungsnetz herstellt.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the contactor switching unit, if necessary, establishes an electrical connection to the public supply network. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente der Heizeinrichtung eine definierte elektrische Leistungsaufnahme besitzen und anschlussseitig so ausgeführt sind, dass eine externe Verbindung zur Schützschalteinheit realisierbar ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating elements of the heating device have a defined electrical power consumption and the connection side are designed so that an external connection to the contactor switching unit can be realized. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Schützschalteinheit, dem Leistungserfassungssensor, der speicherprogrammierbaren Steuerung sowie einer Erfassung des momentanen Energiebedarfs eines Warmwasserspeichers oder dergleichen Mittels eine Entscheidung und Auswahl hinsichtlich Eigenverbrauch oder Einspeisung ins öffentliche Netz getroffen und die notwendigen elektrischen Schaltzustände und Verbindungen bereitgestellt werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the contactor switching unit, the power detection sensor, the programmable logic controller and a detection of the current energy demand of a hot water tank or the like means made a decision and selection of self-consumption or feed into the public grid and the necessary electrical switching states and Connections are provided.
DE202012102677U 2012-07-18 2012-07-18 Device for self-consumption control in energy production by means of photovoltaic systems Expired - Lifetime DE202012102677U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202012102677U DE202012102677U1 (en) 2012-07-18 2012-07-18 Device for self-consumption control in energy production by means of photovoltaic systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202012102677U DE202012102677U1 (en) 2012-07-18 2012-07-18 Device for self-consumption control in energy production by means of photovoltaic systems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202012102677U1 true DE202012102677U1 (en) 2012-08-21

Family

ID=46875538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202012102677U Expired - Lifetime DE202012102677U1 (en) 2012-07-18 2012-07-18 Device for self-consumption control in energy production by means of photovoltaic systems

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE202012102677U1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2711649A1 (en) * 2012-09-25 2014-03-26 E.G.O. ELEKTRO-GERÄTEBAU GmbH Screw-in heaters and system
DE102013102465A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Refusol Gmbh heater
AT514471A1 (en) * 2013-06-27 2015-01-15 Rimpler Gerhard Dr Ing Plant for hot water production
FR3039720A1 (en) * 2015-07-27 2017-02-03 Systovi METHOD FOR MANAGING CURRENT PRODUCED BY PANELS
CN107069798A (en) * 2017-01-17 2017-08-18 陕西科技大学 The control method and its system of distributed photovoltaic power generation system
DE102016111343A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-21 sonnen GmbH Energy management system and energy management process
WO2018076044A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 Rheem Australia Pty Limited A system, apparatus and method for efficient use of solar photovoltaic energy
BE1029637B1 (en) * 2021-07-30 2023-02-28 Dyck Gustaaf Van Electrical installation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5293447A (en) 1992-06-02 1994-03-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Photovoltaic solar water heating system
DE4325436C2 (en) 1993-07-29 2000-06-29 Inst Luft & Kaeltetechnik Ggmbh Circuit arrangement for MPP control of photovoltaic solar systems and circuit arrangement for carrying out the method
US20120060829A1 (en) 2011-03-14 2012-03-15 General Electric Company Energy management system with solar water heater

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5293447A (en) 1992-06-02 1994-03-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Photovoltaic solar water heating system
DE4325436C2 (en) 1993-07-29 2000-06-29 Inst Luft & Kaeltetechnik Ggmbh Circuit arrangement for MPP control of photovoltaic solar systems and circuit arrangement for carrying out the method
US20120060829A1 (en) 2011-03-14 2012-03-15 General Electric Company Energy management system with solar water heater

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2711649A1 (en) * 2012-09-25 2014-03-26 E.G.O. ELEKTRO-GERÄTEBAU GmbH Screw-in heaters and system
DE102013102465A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Refusol Gmbh heater
AT514471A1 (en) * 2013-06-27 2015-01-15 Rimpler Gerhard Dr Ing Plant for hot water production
AT514471B1 (en) * 2013-06-27 2015-03-15 Rimpler Gerhard Dr Ing Plant for hot water production
US10054319B2 (en) 2013-06-27 2018-08-21 Gerhard Rimpler System for producing hot water
FR3039720A1 (en) * 2015-07-27 2017-02-03 Systovi METHOD FOR MANAGING CURRENT PRODUCED BY PANELS
DE102016111343A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-21 sonnen GmbH Energy management system and energy management process
WO2018076044A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 Rheem Australia Pty Limited A system, apparatus and method for efficient use of solar photovoltaic energy
US10962237B2 (en) 2016-10-28 2021-03-30 Rheem Australia Pty Limited System, apparatus and method for efficient use of solar photovoltaic energy
CN107069798A (en) * 2017-01-17 2017-08-18 陕西科技大学 The control method and its system of distributed photovoltaic power generation system
BE1029637B1 (en) * 2021-07-30 2023-02-28 Dyck Gustaaf Van Electrical installation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE202012102677U1 (en) Device for self-consumption control in energy production by means of photovoltaic systems
AT514471B1 (en) Plant for hot water production
WO2012136346A1 (en) Electric energy distribution system for a building
DE102011090141A1 (en) Method and device for using electrical energy of a device connected to a household power network for generating renewable electrical energy
EP2244352A2 (en) Photovoltaic assembly with battery and replacement power plant
DE102008008652A1 (en) Thermal electrical accumulator for use in solar thermal plants for wash water heating and heating backup, comprises heat reservoir and cold reservoir, which are thermally separated, and arrangement of thermoelectric generators are provided
DE20312293U1 (en) Supplying energy network for house has air compressor and distribution of compressed air to appliances with air driven motors
DE102012112962A1 (en) System for heating industrial thermal water, has controllable pump arranged in circulation line, electrical heating element arranged in heater arrangement with switches, and pump connected with steering control unit
EP2811233B1 (en) Device with electrically heated heat storage for hot water production
DE102010001874A1 (en) Storage e.g. lithium ion accumulator, for storing electrical power in e.g. wind power station for supplying electrical power to consumer in single family house, has control controlling delivery and receiving of energy from/by mains
DE102013003469A1 (en) Method for room- or building heating under partial use of renewable, volatile electrical energy, involves supplying electrical energy in electro-thermal storage for heating room or building by using controller
DE202013105950U1 (en) Arrangement for operating at least one consumer with the electrical power of a regenerative energy source
EP2696064A2 (en) Water supply system and method for operating a water supply system
DE102016107627B4 (en) Arrangement for hot water and heating water production with at least partial use of regenerative electrical energy
EP2918943A1 (en) Method and device for increasing storage capacity of water storage in systems for heating buildings and/or for heating drinking water and/or industrial water
DE102017109858A1 (en) Method and device for effective energy utilization
DE202014101899U1 (en) Storage arrangement for storing regenerative energy
DE102013112952A1 (en) System and method for heating drinking and heating water
DE202012011625U1 (en) Hot water tank for process water with solar module
DE102012016846A1 (en) Decentralized power generator operating method for use in power network, involves providing electrical cut-off voltage if electrical voltage in power network and/or in another power network threatens to exceed
DE102017126996A1 (en) inverter means
DE202012102144U1 (en) Grid connected photovoltaic system
DE102013005919A1 (en) Device, arrangement and method of an energy storage system for influenceable recording, storage and delivery of electrical energy, for installation in systems in public space
AT517698B1 (en) HOT WATER SYSTEM
EP0171014A1 (en) Method and device for improving the efficiency of a power station based on the capacity of the heat storage of the district heating systems

Legal Events

Date Code Title Description
R207 Utility model specification

Effective date: 20121011

R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years
R157 Lapse of ip right after 6 years