DE202022100902U1

DE202022100902U1 - Ladesteuereinrichtung

Info

Publication number: DE202022100902U1
Application number: DE202022100902.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-02-17
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2032-02-18

Abstract

Ladesteuereinrichtung (1) zur Steuerung eines Ladezustandes (2) wenigstens eines mittels wenigstens einer Photovoltaikeinrichtung (3) aufladbaren elektrischen Energiespeicherelementes (4), umfassend wenigstens einen Anschluss (5) für die Photovoltaikeinrichtung (3), wenigstens einen Anschluss (6) für das Energiespeicherelement (4), wenigstens einen Anschluss (7) für einen Verbraucher (8) und wenigstens eine Steuereinrichtung (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (9) die Anschlüsse (5, 6, 7) so miteinander verschaltet, dass das Energiespeicherelement (4) mittels einer von der Photovoltaikeinrichtung (3) bereitgestellten Energie geladen wird, bis ein Kennwert (KWL) für den Ladezustand (2) innerhalb eines von einem ersten und einem zweiten Ladeschwellwert (LSW1, LSW2) begrenzten Ladeschwellwertbereiches (LSWB) ist, wobei tagsüber der Kennwert (KWL) in dem Ladeschwellwertbereich (LSWB) gehalten wird und nachts das Energiespeicherelement (4) über einen Verbraucher (8) so entladbar ist, dass der Kennwert (KWL) unterhalb des Ladeschwellwertbereiches (LSWB) absinkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladesteuereinrichtung zur Steuerung eines Ladezustandes wenigstens eines mittels wenigstens einer Photovoltaikeinrichtung aufladbaren elektrischen Energiespeicherelementes, umfassend wenigstens einen Anschluss für die Photovoltaikeinrichtung, wenigstens einen Anschluss für das Energiespeicherelement, wenigstens einen Anschluss für einen Verbraucher und wenigstens eine Steuereinrichtung.
Photovoltaikeinrichtungen wandeln regelmäßig Lichtenergie, insbesondere Sonnenlicht, mittels Solarzellen in elektrische Energie um. Eine solche Form der Erzeugung elektrischer Energie ist bzw. gilt als besonders nachhaltige und umweltfreundlich.
Die mittels einer Photovoltaikeinrichtung erzeugte bzw. generierte elektrische Energie wird regelmäßig direkt einem Verbraucher zum Verbrauch zur Verfügung gestellt, direkt in ein Stromnetz eingespeist und/oder bis zu einer Bereitstellung zu einem späteren Zeitpunkt in einem Energiespeicher, wie z. B. einem Akku oder einer Batterie gespeichert.
Insbesondere bei Photovoltaiksystemen, welche wenigstens eine Photovoltaikeinrichtung und wenigstens einen Energiespeicher umfassen, kommen oft Ladesteuerungen zur Steuerung eines Ladezustandes des Energiespeichers zum Einsatz. Solche bekannten Ladesteuerungen funktionieren weitgehend funktionsgerecht und zuverlässig.
Nachteilig an bekannten Ladesteuerungen ist jedoch, dass sie den Ladezustand des Energiespeichers oft nicht bedarfsgerecht und insbesondere nicht preisvorteilhaft steuern, sodass für Zeiten geringerer oder sogar gar keiner Erzeugung bzw. Produktion elektrischer Energie mittels der Photovoltaikeinrichtung nicht ausreichend Energie bevorratet wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladesteuereinrichtung bereitzustellen, welche den Ladezustand eines Energiespeichers insbesondere bedarfsgerecht und/oder preisvorteilhaft so steuert, sodass für Zeiten geringerer Stromproduktion eine mittels Photovoltaikeinrichtung bereitgestellte bzw. erzeugte elektrische Energie bevorratbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Ladesteuereinrichtung des Anspruchs 1 und mit dem Photovoltaiksystem gemäß des Anspruchs 22. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Die erfindungsgemäße Ladesteuereinrichtung, insbesondere für Eigenheime, Wohnmobile, Tiny-Houses, Boote und/oder weitere Mobilausrüstungen zur Steuerung eines Ladezustandes wenigstens eines mittels wenigstens einer Photovoltaikeinrichtung aufladbaren elektrischen Energiespeicherelementes umfasst wenigstens einen Anschluss für die Photovoltaikeinrichtung, wenigstens einen Anschluss für das Energiespeicherelement, wenigstens einen Anschluss für einen Verbraucher und wenigstens eine Steuereinrichtung. Dabei verschaltet die Steuereinrichtung die Anschlüsse, insbesondere für die Photovoltaikeinrichtung, für das Energiespeicherelement und für den Verbraucher so miteinander, dass das Energiespeicherelement mittels einer von der Photovoltaikeinrichtung bereitgestellten Energie, vorzugsweise priorisiert geladen wird, bis ein Kennwert für den Ladezustand des Energiespeicherelementes innerhalb eines von einem ersten und einem zweiten Ladeschwellwert begrenzten Ladeschwellwertbereiches ist. Dabei wird tagsüber der Kennwert für den Ladezustand in dem Ladeschwellwertbereich gehalten. Dabei ist nachts das Energiespeicherelement über einen Verbraucher so entladbar, dass der Kennwert für den Ladezustand unterhalb des Ladeschwellwertbereiches absinkt.
Dabei ist tagsüber insbesondere eine Zeitspanne zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang. Dabei ist nachts insbesondere eine Zeitspanne zwischen Sonnenuntergang und Sonnenaufgang.
Die Photovoltaikeinrichtung wandelt vorzugsweise Sonnenenergie in elektrische Energie um und stellt diese bevorzugt an einem Anschluss der Ladesteuereinrichtung bereit.
Das Energiespeicherelement ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, elektrische Energie, insbesondere eine von der Photovoltaikeinrichtung generierte elektrische Energie zu speichern und bevorzugt die Energie an einem Anschluss der Ladesteuereinrichtung, insbesondere einem Verbraucher und/oder einem externen Stromnetz bereitzustellen. Vorzugsweise umfasst das Energiespeicherelement mehrere Baugruppen bzw. kann aus mehreren Baugruppen bestehen.
Der Verbraucher verbraucht vorzugsweise eine an dem Anschluss für den Verbraucher bereitgestellte Energie.
Insbesondere kann der Kennwert für den Ladezustand tagsüber Werte annehmen, welche von dem Ladeschwellwertbereich umfasst sind.
Die erfindungsgemäße Ladesteuereinrichtung hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil besteht darin, dass die Ladesteuereinrichtung die Anschlüsse, insbesondere für die Photovoltaikeinrichtung, für das Energiespeicherelement und für den Verbraucher so miteinander verschaltet, dass das Energiespeicherelement mittels einer von der Photovoltaikeinrichtung bereitgestellten Energie, geladen wird, bis der Kennwert für den Ladezustand des Energiespeicherelementes innerhalb des Ladeschwellwertbereiches ist und tagsüber der Kennwert für den Ladezustand in dem Ladeschwellwertbereich gehalten wird. Hierdurch kann das Energiespeicherelement besonders schonend geladen werden und gleichzeitig tagsüber, d.h., zu einer Zeit, in welcher regelmäßig elektrische Energie mittels der Photovoltaikeinrichtung erzeugbar bzw. bereitstellbar ist und/oder wird, elektrische Energie einem Verbraucher zur Verfügung gestellt werden.
Dadurch dass nachts das Energiespeicherelement über einen Verbraucher so entladbar ist, dass der Kennwert für den Ladezustand unterhalb des Ladeschwellwertbereiches absinkt, kann auch nachts, d.h., zu einer Zeit, in welcher regelmäßig keine elektrische Energie mittels der Photovoltaikeinrichtung erzeugbar bzw. bereitstellbar ist und/oder wird, elektrische Energie einem Verbraucher zur Verfügung gestellt werden.
Somit ermöglicht die Ladesteuereinrichtung eine besonders bedarfsgerecht und/oder preisvorteilhaft Steuerung der von einer Photovoltaikeinrichtung bereitgestellten, insbesondere von einem Energiespeicherelement gespeicherten elektrischen Energie.
Bevorzugt umfasst die Ladesteuereinrichtung wenigstens einen Anschluss für ein externes Stromnetz, in welches Energie einspeisbar ist und/oder über welches Energie einem Verbrauch, insbesondere unabhängig von der Tages- und/oder Nachtzeit zur Verfügung stellbar ist.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist über den Anschluss für ein externes Stromnetz eine von der Photovoltaikeinrichtung bereitgestellte bzw. generierte und/oder eine von dem Energiespeicherelement gespeicherte Energie in das Stromnetz einspeisbar. Hierdurch ermöglicht die Ladesteuereinrichtung eine von der Photovoltaikeinrichtung umgewandelte und/oder von dem Energiespeicherelement gespeicherte Energie bedarfsgerecht und/oder preisvorteilhaft dem externen Stromnetz zur Verfügung zu stellen.
In zweckmäßigen Weiterbildungen stellt das Stromnetz, wenigstens an dem Anschluss für den Verbraucher Energie zur Verfügung, wenn die Photovoltaikeinrichtung und/oder das Energiespeicherelement keine für den Betrieb des Verbrauchers ausreichend Energie bereitstellt.
Besonders bevorzugt wird die von der Photovoltaikeinrichtung bereitgestellte bzw. generierte Energie dem Verbraucher und/oder dem externen Stromnetz zur Verfügung gestellt, wenn der Kennwert für den Ladezustand innerhalb des Ladeschwellwertbereiches liegt, insbesondere wenn der Kennwert für den Ladezustand größer ist als der erste Ladeschwellwert und/oder wenn der Kennwert für den Ladezustand im Wesentlichen in einem Bereich von plus/minus 5 % bis 10 % um den erste Ladeschwellwert liegt. Hierdurch kann die von der Photovoltaikeinrichtung bereitgestellte Energie insbesondere auch bei einem weitgehend vollständig (d. h. im Bereich der maximalen Ladekapazität) geladenen bzw. gefüllten Energiespeicher genutzt werden.
Bevorzugt wird die von dem Energiespeicherelement aufgenommene bzw. gespeicherte Energie dem Verbraucher und/oder dem externen Stromnetz zur Verfügung gestellt, wenn der Kennwert für den Ladezustand innerhalb des Ladeschwellwertbereiches ist. Hierdurch kann die von dem Energiespeicherelement gespeicherte Energie tagsüber dem Verbraucher und/oder dem externen Stromnetz zur Verfügung gestellt (bzw. vorzugsweise von dem Verbraucher und/oder dem externen Stromnetz genutzt) werden und gleichzeitig Energie für nachts bzw. die Nacht von dem Energiespeicherelement gespeichert und erst in der Nacht bzw. nachts dem Verbraucher und/oder dem externen Stromnetz bereitgestellt werden.
In zweckmäßigen Weiterbildungen wird die von dem Energiespeicherelement aufgenommene bzw. gespeicherte Energie dem Verbraucher und/oder dem externen Stromnetz zur Verfügung gestellt, wenn der Kennwert für den Ladezustand größer ist als der zweite Ladeschwellwert, insbesondere größer ist als der erste Ladeschwellwert und/oder wenn der Kennwert für den Ladezustand im Wesentlichen in einem Bereich von plus/minus 5 % bis 10 % um den erste Ladeschwellwert liegt.
Besonders bevorzugt ist nachts das Energiespeicherelement über einen Verbraucher so entladbar, dass der Kennwert für den Ladezustand unterhalb des Ladeschwellwertbereiches absinkt. Hierdurch kann die Ladesteuereinrichtung den Stromfluss besonders bedarfsgerecht steuern und vorliegenden und/oder zu erwartenden Gegebenheiten anpassen.
In vorteilhaften Weiterbildungen wird eine von der Photovoltaikeinrichtung bereitgestellte Energie priorisiert wenigstens einem der Anschlüsse für das Energiespeicherelement, für den Verbraucher und/oder für das Stromnetz zur Verfügung gestellt.
Insbesondere wird mittels der von der Photovoltaikeinrichtung bereitgestellten Energie erst bzw. mit höchster Priorisierung das Energiespeicherelement geladen, anschließend bzw. mit zweit höchster Priorisierung der Verbraucher versorgt und zuletzt bzw. mit geringster Priorisierung Energie in das Stromnetz eingespeist. Je nach Aufgabe und Ausgestaltung kann die Priorisierung aber auch in einer Reihenfolge erfolgen.
In zweckmäßigen Weiterbildungen wird eine von dem Energiespeicherelement bereitgestellte Energie priorisiert wenigstens einem der Anschlüsse für Verbraucher und/oder Stromnetz zur Verfügung gestellt.
Vorzugsweise wird mittels der von dem Energiespeicherelement bereitgestellten Energie, erst bzw. mit höchster Priorisierung der Verbraucher versorgt und anschließend bzw. mit niedrigerer Priorisierung Energie in das Stromnetz eingespeist. Je nach Aufgabe und Ausgestaltung kann die Priorisierung aber auch in einer anderen oder umgekehrter Reihenfolge erfolgen.
Bevorzugt wird der Kennwert für den Ladezustand von einer von dem Energiespeicher bereitgestellten elektrischen Spannung abgeleitet. Insbesondere entspricht der Kennwert der von dem Energiespeicher bereitgestellten elektrischen Spannung.
Besonders bevorzugt sind Tag und Nacht mittels eines Kennwertes für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung erkennbar. Dabei ist nachts der Kennwert für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung kleiner als ein Entladestartschwellwert. Dabei ist tagsüber der Kennwert für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung größer als der Entladestartschwellwert.
Vorzugsweise ist nachts, insbesondere in einer Zeitspanne von Sonnenuntergang bis Sonnenaufgang der Kennwert für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung kleiner als der Entladestartschwellwert und tagsüber, insbesondere in einer Zeitspanne von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang der Kennwert für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung größer als der Entladestartschwellwert.
Insbesondere wird durch eine wetterbedingte Reduzierung der Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung wie z. B. eine durch Wolken hervorgerufene bzw. bedingte Verschattung der Photovoltaikeinrichtung der Kennwert für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung nicht kleiner als der Entladestartschwellwert. Vorzugsweise wird der Kennwert für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung kleiner als der Entladestartschwellwert, wenn die Sonne hinter dem Horizont verschwindet. Bevorzugt wird der Kennwert für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung größer als der Entladestartschwellwert, wenn die Sonne über und/oder am Horizont sichtbar ist bzw. dort „steht“.
In vorteilhaften Weiterbildungen wird der Kennwert für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung weitgehend von einer an dem Anschluss für die Photovoltaikeinrichtung anliegenden elektrischen Spannung abgeleitet.
In zweckmäßigen Weiterbildungen wird der Kennwert für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung mittels eines Helligkeitssensors abgeleitet.
Vorzugsweise umfasst die Ladesteuereinrichtung wenigstens eine Positionseinrichtung zur Bestimmung einer Ortsposition, insbesondere der Ortsposition der Photovoltaikeinrichtung und/oder wenigstens eine Zeitmesseinrichtung zur Erfassung wenigstens einer Uhrzeit und/oder eines Datums. In vorteilhaften Weiterbildungen ist der Entladestartschwellwert wenigstens aus der Uhrzeit und/oder dem Datums und/oder der Ortsposition ableitbar und wird insbesondere auch aus wenigstens einem dieser abgeleitet. Insbesondere wird der Entladestartschwellwert aus einem GPS- oder Galileo-Signal abgeleitet.
Besonders bevorzugt ist der ersten Ladeschwellwert größer als der zweite Ladeschwellwert.
In zweckmäßigen Weiterbildungen liegt das Verhältnis zwischen zweiten und ersten Ladeschwellwert (d. h. LSW2/LSW1) im Bereich von 0.99 bis 0.40, vorzugsweise 0.99 bis 0.70, bevorzugt 0.95 bis 0.60, besonders bevorzugt 0.90 bis 0.50 oder 0.99 bis 0.30. Vorzugsweise liegt der erste Ladeschwellwert weitgehend im Bereich einer maximalen Ladespannung des Energiespeicherelementes, z. B. in einem Bereich von plus/minus 5 % um die maximale Ladespannung. Insbesondere entspricht der erste Ladeschwellwert weitgehend der maximalen Ladespannung des Energiespeicherelementes.
Bevorzugt umfasst die Steuereinrichtung wenigstens eine Schalteinrichtung, welche wenigstens ein pulsweitenmoduliertes Signal ausgibt, um einen elektrischen Stromfluss von der Photovoltaikeinrichtung zu dem Energiespeicherelement zu regeln und/oder zu steuern. Durch die Schalteinrichtung ist das Energiespeicherelement besonders zuverlässig aufladbar.
Vorzugsweise regeln/steuern die Schalteinrichtung den elektrischen Stromfluss von der Photovoltaikeinrichtung zu dem Energiespeicherelement so, dass das Energiespeicherelement nicht beschädigt wird und insbesondere der Kennwert für den Ladezustand nicht den erster Ladeschwellwert überschreitet. Bevorzugt regeln/steuern die Schalteinrichtung den elektrischen Stromfluss von der Photovoltaikeinrichtung zu dem Energiespeicherelement so, dass der Kennwert für den Ladezustand die maximale Ladespannung des Energiespeicherelementes nicht überschreitet.
In zweckmäßigen Weiterbildungen umfasst die Steuereinrichtung wenigstens ein Einstellelement zum Einstellen von wenigstens dem ersten Ladeschwellwert und/oder dem zweiten Ladeschwellwert und/oder dem Entladestartschwellwert. Das wenigstens eine Einstellelement ermöglicht somit eine besonders flexible und benutzerfreundliche Anpassung des ersten und/oder zweiten Ladeschwellwertes und/oder des Entladestartschwellwert an die Umgebungsbedingungen, insbesondere der Photovoltaikeinrichtung.
Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung wenigstens einen ersten als Komparator ausgestalteten Operationsverstärker auf, welcher den Kennwert für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung mit dem Entladestartschwellwert (ESSW) vergleicht.
Besonders bevorzugt weist die Steuereinrichtung wenigstens einen zweiten als Komparator ausgestalteten Operationsverstärker auf, welcher den Kennwert für den Ladezustand mit dem zweiten Ladeschwellwert vergleicht.
Bevorzugt ist dem Anschluss für die Photovoltaikeinrichtung und/oder dem Anschluss für das Energiespeicherelement wenigstens ein Kondensator zum Glätten wenigstens eines an dem Anschluss anliegenden Signals, insbesondere einer elektrischen Spannung zugeordnet. Vorzugsweise sind mehreren Anschlüssen jeweils wenigstens ein Kondensator zum Glätten wenigstens eines an dem Anschluss anliegenden Signals zugeordnet.
Besonders bevorzugt umfasst die Steuereinrichtung wenigstens eine Regeleinrichtung, mittels welche ein Lastwiderstand der Photovoltaikeinrichtung so anpassbar ist, dass der Photovoltaikeinrichtung eine Leistung im Bereich von der größtmöglichen Leistung entnommen werden kann. Vorzugsweise weicht die der Photovoltaikeinrichtung entnommenen Leistung in einem Bereich um etwa 5 bis 10 % von der größtmöglichen Leistung ab.
Vorzugsweise umfasst die Ladesteuereinrichtung wenigstens einen Notstromanschluss, insbesondere für einen Verbraucher, an welchem nachts und/oder tagsüber das Energiespeicherelement wenigstens teilweise Energie zum Verbrauch zur Verfügung stellt. Insbesondere können so Verbraucher, welche weitgehend dauerhaft bzw. ununterbrochen Strom verbrauchen, zuverlässig mit Energie versorgt werden.
Das erfindungsgemäße Photovoltaiksystem umfasst wenigstens eine Photovoltaikeinrichtung, wenigstens ein Energiespeicherelement und wenigstens eine Ladesteuereinrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde.
Auch das erfindungsgemäße Photovoltaiksystem weist die Vorteile einer Ladesteuereinrichtung auf, wie sie zuvor beschrieben wurde.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele, welche mit Bezug auf die beiliegenden Figuren im Folgenden erläutert werden.
In den Figuren zeigen:

1 eine rein schematische Darstellung eines beispielhaften zeitlichen Verlaufs des Stromverbrauchs und der Stromproduktion in Deutschland; und
2 eine rein schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Photovoltaiksystems mit einer erfindungsgemäßen Ladesteuereinrichtung.

In 1 sind rein schematisch beispielhafte realistische zeitliche Verlaufe des Stromverbrauchs 23 und der Stromproduktion 22 in Deutschland dargestellt. Dabei ist hier auf der Ordinate die Leistung 24 und auf der Abszisse die Zeit 25 aufgetragen.
Wie hier an Hand der beispielhaften zeitlichen Verläufe des Stromverbrauchs 23 und der Stromproduktion 22 an zwei aufeinanderfolgenden Tagen zu erkennen ist, wird tagsüber, insbesondere mittags mehr Strom produziert als verbraucht, während nachts insbesondere in einer Zeitspanne zwischen Sonnenuntergang und Sonnenaufgang mehr Strom verbraucht als produziert wird. So ist in dem hier dargestellten Beispiel mittags die Differenz 26 aus Stromproduktion 22 und Stromverbrauch 23 positiv (es werden etwa 7 GW mehr Strom produziert als verbraucht). Jedoch sind nachts, insbesondere nach Sonnenuntergang die Differenzen 27, 28 aus Stromproduktion 22 und Stromverbrauch 23 negativ (es werden etwa 10 bis 7 GW weniger Strom produziert als verbraucht).
Die hier rein schematisch dargestellten beispielhaften täglichen Schwankungen der Stromproduktion sind insbesondere durch den zeitlichen Verlauf der Sonneneinstrahlung bedingt. So ist tagsüber, insbesondere mittags aufgrund der regelmäßig größeren und/oder stärkeren Sonneneinstrahlung mehr Strom bzw. elektrische Energie mittels Photovoltaikeinrichtungen erzeugbar als morgens oder nachmittags und in der Zeitspanne zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang, insbesondere nachts ist kein Strom bzw. keine elektrische Energie mittels Photovoltaikeinrichtungen erzeugbar.
Dieses führt regelmäßig zu am Abend, insbesondere in der Nacht höheren Preisen für elektrische Energie als tagsüber, insbesondere mittags. Eine bedarfsgerechte und insbesondere preisvorteihafte Steuerung der mittels Photovoltaikeinrichtung erzeugten elektrischen Energie ist daher besonders vorteilhaft und wünschenswert.
In 2 ist rein schematisch ein erfindungsgemäßes Photovoltaiksystem 100 umfassend eine Photovoltaikeinrichtung 3, ein Energiespeicherelement 4 und eine erfindungsgemäßen Ladesteuereinrichtung 1 dargestellt.
Die Ladesteuereinrichtung 1 umfasst hier eine Steuereinrichtung 9, einen Anschluss 5 für die Photovoltaikeinrichtung 3, einen Anschluss 6 für das Energiespeicherelement 4 und einen Anschluss 7 für einen Verbraucher 8. Des Weiteren umfasst die Ladesteuereinrichtung 1 hier einen Notstromanschluss 21 für einen weiteren Verbraucher und einen Anschluss 10 für ein externes Stromnetz 11, in welches hier eine von der Photovoltaikeinrichtung 3 bereitgestellte elektrische Energie einspeisbar ist und welches hier dem Notstromanschluss 21 Energie zur Verfügung stellt.
Die Photovoltaikeinrichtung 3 erzeugt bzw. generiert hier elektrische Energie mittels Sonnenstrahlung und stellt diese zur weiteren Nutzung zur Verfügung.
Das Energiespeicherelement 4 ist hier dazu geeignet und ausgeführt elektrische Energie zu speichern und die gespeicherte elektrische Energie nach Bedarf dem Verbraucher 8 zum Verbrauch zur Verfügung zu stellen und/oder in das externe Stromnetz 11 einzuspeisen.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel verschaltet die Steuereinrichtung 9 die Anschlüsse 5, 6, 7, 11, 21 so miteinander, dass das Energiespeicherelement 4 mittels einer von der Photovoltaikeinrichtung 3 bereitgestellten Energie priorisiert geladen wird. Dabei wird hier das Energiespeicherelement 4 geladen bis ein Kennwert KWL für den Ladezustand 2 des Energiespeicherelementes 4 innerhalb eines von einem ersten und einem zweiten Ladeschwellwert LSW1, LSW2 begrenzten Ladeschwellwertbereiches LSWB ist.
Der Kennwert KWL wird hier von einer von dem Energiespeicherelement 4 bereitgestellten elektrischen Spannung abgeleitet. Dabei entspricht hier der erste Ladeschwellwert LSW1 etwa 95 % des maximalen Ladezustandes 2 der Energiespeichereinrichtung 4 und der zweite Ladeschwellwert LSW2 etwa 75 % des ersten Ladeschwellwertes LSW1.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird, wenn der Kennwert KWL innerhalb des Ladeschwellwertbereiches LSWB ist, die von dem Energiespeicherelement 4 gespeicherte Energie tagsüber priorisiert dem Notstromanschluss 21 zur Verfügung gestellt und nur, wenn ausreichend Energie vorhanden ist, weiter vom Energiespeicherelement 4 gespeicherte Energie an den Anschlüssen 7 und 10 bereitgestellt. Je nach Aufgabe und Ausführung kann die Priorisierung der vom Energiespeicherelement 4 gespeicherten Energie tagsüber auch in einer anderen Reihenfolge bzw. Priorisierungsordnung erfolgen.
Nachts wird hier die von dem Energiespeicherelement 4 gespeicherte Energie priorisiert dem Notstromanschluss 21 zur Verfügung gestellt und nur, wenn ausreichend Energie vorhanden ist, weiter vom Energiespeicherelement 4 gespeicherte Energie an den Anschlüssen 7 und 10 bereitgestellt. Je nach Aufgabe und Ausführung kann die Priorisierung der vom Energiespeicherelement 4 gespeicherten Energie nachts auch in einer anderen Reihenfolge bzw. Priorisierungsordnung erfolgen.
Dabei ist hier der Kennwert KWL nachts unterhalb des Ladeschwellwertbereiches LSWB absenkbar und das Energiespeicherelement weitgehend oder gar vollständig entladbar.
Die von der Photovoltaikeinrichtung 3 bereitgestellte Energie wird hier priorisiert zum Laden bzw. Aufladen des Energiespeicherelementes 4 genutzt und weitere, überschüssige Energie dem Verbraucher 8 und/oder dem externen Stromnetz 11 und/oder dem Notstromanschluss zur Verfügung gestellt, wenn der Kennwert KWL innerhalb des Ladeschwellwertbereichs LSWB liegt.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind Tag und Nacht mittels eines Kennwerts KWP für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung 3 erkennbar, wobei hier nachts der Kennwert KWP kleiner ist als ein hier über ein Einstellelement 16 einstellbarer Entladestartschwellwert ESSW und hier tagsüber der Kennwert KWP größer ist als der Entladestartschwellwert ESSW. Dabei wird hier der Kennwert KWP weitgehend von einer am Anschluss 6 der Photovoltaikeinrichtung 3 anliegenden elektrischen Spannung abgeleitet. Je nach Aufgabe und Ausführung kann der Kennwert KWP auch von anderen Größen und/oder mittels weiterer von der Steuereinrichtung 9 umfassten Baugruppen wie z. B. einer Zeitmesseinrichtung 14 oder einem Helligkeitssensor 12 ableitbar sein.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Steuereinrichtung 9 eine Schalteinrichtung 15, welche hier wenigstens ein pulsweitenmoduliertes Signal ausgibt, um einen elektrischen Stromfluss von der Photovoltaikeinrichtung 3 zu dem Energiespeicherelement 4 so zu regeln und/oder zu steuern, dass der Kennwert KWL für den Ladezustand 2 nicht den erster Ladeschwellwert LSW1 überschreitet.
Die Steuereinrichtung 9 umfasst hier einen ersten als Komparator ausgestalteten Operationsverstärker 17, welcher hier den Kennwert KWP mit dem Entladestartschwellwert ESSW vergleicht und einen zweiten als Komparator ausgestalteten Operationsverstärker 18, welcher hier den Kennwert KWL mit dem zweiten Ladeschwellwert LSW2 vergleicht.
Des Weiteren ist hier den Anschlüssen 6, 7 jeweils ein Kondensator 19 zum Glätten wenigstens einer an dem Anschluss anliegenden Spannung zugeordnet ist. Auch weist die Steuereinrichtung 9 hier eine Regeleinrichtung 20 auf, mittels welcher hier ein Lastwiderstand der Photovoltaikeinrichtung 3 so anpassbar ist, dass der Photovoltaikeinrichtung 3 eine Leistung im Bereich der größtmöglichen Leistung entnommen werden kann. Dieses kann hier mittels eines sogenannten „Maximum Power Point Treckings“ erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Ladesteuereinrichtung
2: Ladezustand
3: Photovoltaikeinrichtung
4: Energiespeicherelement
5: Anschluss
6: Anschluss
7: Anschluss
8: Verbraucher
9: Steuereinrichtung
LSW1: erster Ladeschwellwert
LSW2: zweiter Ladeschwellwert
LSWB: Ladeschwellwertbereich
KWL: Kennwert
10: Anschluss
11: Stromnetz
KWP: Kennwert
ESSW: Entladestartschwellwert
12: Helligkeitssensors
13: Positionseinrichtung
14: Zeitmesseinrichtung
15: Schalteinrichtung
16: Einstellelement
17: Operationsverstärker
18: Operationsverstärker
19: Kondensator
20: Regeleinrichtung
21: Notstromanschluss
22: Stromproduktion
23: Stromverbrauch
24: Leistung
25: Zeit
26: Differenz
27: Differenz
28: Differenz
100: Photovoltaiksystem

Claims

Ladesteuereinrichtung (1) zur Steuerung eines Ladezustandes (2) wenigstens eines mittels wenigstens einer Photovoltaikeinrichtung (3) aufladbaren elektrischen Energiespeicherelementes (4), umfassend wenigstens einen Anschluss (5) für die Photovoltaikeinrichtung (3), wenigstens einen Anschluss (6) für das Energiespeicherelement (4), wenigstens einen Anschluss (7) für einen Verbraucher (8) und wenigstens eine Steuereinrichtung (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (9) die Anschlüsse (5, 6, 7) so miteinander verschaltet, dass das Energiespeicherelement (4) mittels einer von der Photovoltaikeinrichtung (3) bereitgestellten Energie geladen wird, bis ein Kennwert (KWL) für den Ladezustand (2) innerhalb eines von einem ersten und einem zweiten Ladeschwellwert (LSW1, LSW2) begrenzten Ladeschwellwertbereiches (LSWB) ist, wobei tagsüber der Kennwert (KWL) in dem Ladeschwellwertbereich (LSWB) gehalten wird und nachts das Energiespeicherelement (4) über einen Verbraucher (8) so entladbar ist, dass der Kennwert (KWL) unterhalb des Ladeschwellwertbereiches (LSWB) absinkt.
Ladesteuereinrichtung (1) nach Anspruch 1, umfassend wenigstens einen Anschluss (10) für ein externes Stromnetz (11), in welches Energie einspeisbar ist und/oder welches Energie zum Verbrauch zur Verfügung stellt.
Ladesteuereinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die von der Photovoltaikeinrichtung (3) bereitgestellte Energie dem Verbraucher (8) und/oder dem externen Stromnetz (11) zur Verfügung gestellt wird, wenn der Kennwert (KWL) innerhalb des Ladeschwellwertbereichs (LSWB) liegt.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die von dem Energiespeicherelement (4) aufgenommene Energie dem Verbraucher (8) und/oder dem externen Stromnetz (11) zur Verfügung gestellt wird, wenn der Kennwert (KWL) innerhalb des Ladeschwellwertbereichs (LSWB)ist.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nachts das Energiespeicherelement (4) über das Stromnetz so entladbar ist, dass der Kennwert (KWL) unterhalb des Ladeschwellwertbereiches (LSWB) absinkt.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine von der Photovoltaikeinrichtung (3) am Anschluss (5) bereitgestellte Energie priorisiert wenigstens einem der Anschlüsse (6, 7, 10) zur Verfügung gestellt wird.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine von dem Energiespeicherelement (4) am Anschluss (6) bereitgestellte Energie priorisiert wenigstens einem der Anschlüsse (7, 10) zur Verfügung gestellt wird.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kennwert (KWL) für den Ladezustand (2) von einer von dem Energiespeicherelement bereitgestellten elektrischen Spannung abgeleitet wird.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Tag und Nacht mittels eines Kennwerts (KWP) für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung (3) erkennbar sind, wobei nachts der Kennwert (KWP) kleiner ist als ein Entladestartschwellwert (ESSW) und tagsüber, der Kennwert (KWP) größer ist als der Entladestartschwellwert (ESSW).
Ladesteuereinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kennwert (KWP) für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung (3) weitgehend von einer am Anschluss (6) der Photovoltaikeinrichtung (3) anliegenden elektrischen Spannung abgeleitet wird.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kennwert (KWP) für die Lichteinstrahlung auf die Photovoltaikeinrichtung (3) weitgehend mittels eines Helligkeitssensors (12) abgeleitet wird.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9-11, umfassend wenigstens eine Positionseinrichtung (13) zur Bestimmung einer Ortsposition und/oder wenigstens eine Zeitmesseinrichtung (14) zur Erfassung wenigstens einer Uhrzeit und/oder eines Datums, wobei der Entladestartschwellwert (ESSW) wenigstens aus der Uhrzeit und/oder dem Datum und/oder der Ortsposition ableitbar ist.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Ladeschwellwert (LSW1) größer als der zweite Ladeschwellwert (LSW2) ist und vorzugsweise der erste Ladeschwellwert (LSW1) weitgehend einer maximalen Ladespannung des Energiespeicherelementes (4) entspricht.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (9) wenigstens eine Schalteinrichtung (15) umfasst, welche wenigstens ein pulsweitenmoduliertes Signal ausgibt, um einen elektrischen Stromfluss von der Photovoltaikeinrichtung (3) zu dem Energiespeicherelement (4) zu regeln und/oder zu steuern.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schalteinrichtung (15) den elektrischen Stromfluss von der Photovoltaikeinrichtung (3) zu dem Energiespeicherelement (4) so regeln/steuern, dass das Energiespeicherelement (4) nicht beschädigt wird und vorzugsweise der Kennwert (KWL) für den Ladezustand (2) nicht den ersten Ladeschwellwert (LSW1) überschreitet.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (9) wenigstens ein Einstellelement (16) zum Einstellen von wenigstens dem ersten Ladeschwellwert (LSW1) und/oder dem zweiten Ladeschwellwert (LSW2) und/oder dem Entladestartschwellwert (ESSW) umfasst.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (9) wenigstens einen ersten als Komparator ausgestalteten Operationsverstärker (17) aufweist, welcher den Kennwert (KWP) mit dem Entladestartschwellwert (ESSW) vergleicht.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (9) wenigstens einen zweiten als Komparator ausgestalteten Operationsverstärker (18) aufweist, welcher den Kennwert (KWL) mit dem zweiten Ladeschwellwert (LSW2) vergleicht.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Anschluss (6) und/oder dem Anschluss (7) wenigstens ein Kondensator (19) zum Glätten wenigstens eines an dem Anschluss anliegenden Signals zugeordnet ist.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (9) wenigstens eine Regeleinrichtung (20) umfasst, mittels welche ein Lastwiderstand der Photovoltaikeinrichtung (3) so anpassbar ist, dass der Photovoltaikeinrichtung (3) eine Leistung im Bereich der größtmöglichen Leistung entnommen werden kann.
Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens einen Notstromanschluss (21), insbesondere für einen Verbraucher (8), an welchem nachts und auch tagsüber das Energiespeicherelement (4) wenigstens anteilsweise Energie zum Verbrauch zur Verfügung stellt.
Photovoltaiksystem (100) umfassend wenigstens eine Photovoltaikeinrichtung (3), wenigstens ein Energiespeicherelement (4) und wenigstens eine Ladesteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.