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1. Bezeichnung der Erfindung
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Beliebig in der Leistung skalierbare, permanent vollastfähige, regenerative elektrische Energieerzeugungs- und Kraftwerktechnologie.
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2. Beschreibung der Erfindung
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Es wird in dieser Beschreibung eine „neuartige Hochfrequenz Energieerzeugungstechnologie beschrieben, die wie in den Schutzansprüchen Nummer 1, 2, 3 und 4 dargestellt, mit verschiedenen Nennleistungen wie z.B. ab 0,5 kW bis 1 MW oder mehr permanent betrieben werden können.
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Die Technologie kann eingesetzt werden in:
- - maritimen Bereich als integrierte Energieerzeuger für Schiffsantriebe
- - Land Anwendungen als autarke Energieerzeugungskraftwerke
- - der Luftfahrt als integrierte elektrische Energieerzeuger für Flugzeugantriebe
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Die Technologie kann integriert und betrieben werden in:
- - bestehende oder neue Bauwerke
- - Container
- - Sonstige Räumlichkeiten die den Betrieb ermöglichen.
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Je nach Begebenheit können einzelnen Segmente des Kraftwerks konstruiert, montiert und in Betriebgenommen werden. Einzelne Bereiche und Segmente der Technologie können bei Bedarf räumlich getrennt und separat installiert werden.
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Die hier beschrieben Technologie wird wie in dem Schutzanspruch Nummer 3 dargestellt, in 2 Betriebsvarianten eingesetzt.
- 1. Off- grid Betrieb
- 2. On- grid Betrieb
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Bei beiden Betriebsvarianten findet die Energieerzeugung ausschließlich in off grid Variante statt!
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Die on- grid Variante unterscheidet sich wie in dem Schutzanspruch Nummer 3 dargestellt, gegenüber der off- grid Variante ausgangsseitig am Verteilerschaltschrank. In on- grid Betrieb speist ein intergrierter netzkonformer Wechselrichter die erzeugte elektrische Energie in das öffentliche Netz oder in ein vorhandenes Energienetz.
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Die zulassungstechnischen Bestimmungen für off- grid Systeme sind in der Regel einfacher als die on- grid Systeme. Der Einsatz eines in dem jeweiligen Land zugelassenes netzkonformen Wechselrichters erleichtert die Genehmigungsmodalitäten.
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Durch die hier beschriebene Konstruktion und Systemsymbiose wird das permanente elektrische Energieerzeugungskraftwerk gegenüber den herkömmlichen regenerativen Energieerzeugungssystemen wie:
- • Windgeneratoren,
- • Windparks,
- • PV Anlagen,
- • PV Parks,
- • Hydrokraftwerken
- • Kernenergie Kraftwerken
- • Kohlekraftwerken
- • Altholzverbrennungskraftwerken
- • oder andere bekannte herkömmliche Technologien
in den gleichen Leistungsklassen: - • Autark und dezentraler
- • besser in Energiegestehungskosten, durch kein Bedarf an externen oder verbrauchbaren Energiequellen
- • erheblich kleiner in den Dimensionen und Gewicht, durch die Bauweise
- • kostengünstiger in der Herstellung, wegen Technologievorteil
- • effizienter in Leistung, in Relation zu Energieverbrauch zu Energieerzeugung
- • permanenter, auch in Vollastbetrieb, Tag und Nacht
- • mobiler wegen der Bauweise, auch in der Containervariante,
- • niedriger in Wartungskosten, durch Technologievorteil,
- • längere Lebensdauer durch weniger externe Einflüsse,
- • einfacher in der Umsetzung, wegen Kompaktheit
- • und einfacher in der Integration in die Netze in jeder Region,
welches die permanente Nennleistungsfähige regenerativem elektrischem Energieerzeugungskraftwerk sehr wettbewerbsfähig in Preis/Leistung, Amortisation und unschlagbar in der Verfügbarkeit macht.
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3. Technisches Gebiet der Erfindung und Anwendungsbereiche
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Gebiet der Erfindung ist im Bereich der alternativen elektrischen Kraftwerk- und Energieerzeugungstechnologien.
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Die Anwendungsbereiche sind:
- - An Land als Energieerzeugungskraftwerk
- - Maritimer Bereich als Schiffsantriebstechnik
- - Elektromobilität als integrierte Energieerzeuger in Elektroautos
- - Luft- und Raumfahrt als integrierte elektrische Energieerzeuger
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4. Zielsetzungen und technische Aufgaben
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a. Ziele:
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Eine regenerative Energieerzeugungstechnologie fertigzustellen, die:
- - sicher und gefahrlos Betrieben werden kann
- - 24/365 permanent vollastfähig ist
- - in der Leistung beliebig skaliert werden kann
- - unschlagbar in Preisleistung ist
- - unschlagbare Energiegestehungskosten pro kW/h elektrische Energie hat
- - eine lange Lebensdauer hat
- - dezentral und völlig autark betrieben werden kann
- - in off- und on grid betrieben werden kann
- - leicht integrierbar in Bestandsstrukturen ist
- - sehr wenig Wartung hat
- - kombinierbar mit anderen regenerativen Technologien ist
- - das Potenzial hat die Kernenergie zu ersetzen
- - Arbeitsplätze schaffen kann, durch Energiepreisregulierung
- - neue Perspektiven für Energieversorgungsuntemehmen bringt
- - im maritimen Bereich, an Land sowie in der Luftfahrt eingesetzt werden kann
- - bei der Energieerzeugung 0% co2 Ausstoß hat
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b. Technische Aufgaben:
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- - Schaffung von neuartigen Lösungen im Bereich der regenerativen Energieerzeugung
- - Minimierung von mechanischen Verlusten
- - Realisierung von sinnvollen Systemkombinationen für mechanische Bauteile in unterschiedlichen Betriebsparametern
- - Steuerung- und Programmparameter für elektronische Peripheriegeräte wie z.B. ein Frequenzumrichter zu definieren
- - Einen mit dem Frequenzumrichter in Symbiose funktionierenden Hochfrequenzmotor Kombination zu Entwickeln
- - In Zusammenhang mit Schwungrädern die Gewicht und Drehzahlverhältnisse zu definieren,
- - Permanente Energieerzeugung sicherzustellen
- - Systemverluste zu eliminieren
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5. Stand der Technik und Mängelbeseitigung
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Aktuelle Stand der Technik im Bereich der vergleichbaren regenerativen Energieerzeugungsanlagen ist sehr überschaubar. Alle Energieformen haben das Ziel eine annehmbare Preisleistungsverhältniss, Langlebigkeit des Produkts und kurze ROI des Gesamtsystems zu erreichen.
Im folgenden werden einpaar der wichtigen regenerativen Energieerzeugsvarianten kurz dargestellt.
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5.1 Containerlösungen
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Bisher wurden Kontainerlösungen als Hybridsysteme konzipiert. Die Batteriespeicherkapazität der Anlagen wird an den Verbrauchern bemessen.
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- Mangel 1
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Der tägliche Bedarf an Energie wird in der Nachtzeit aus den Batterien entnommen. Um die Überbrückung in der Nachtzeit sicherzustellen werden die Batterieleistungen überdimensioniert. Dies trägt zu verteuerung der Anlage bei.
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Mangel Beseitigung
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Die hier beschriebene Technologie erzeugt permanent regenerative Energie. Die Batteriekapazität muss nicht mehr für die Überbrückung in der Nacht ausgelegt sein. Batterien werden lediglich passend zur Systemauslastung dimensioniert.
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Keine überdimensionieren der Energieerzeuger mehr nötig um den täglichen Gesamtbedarf sicherzustellen. Keine Überdimensionierung der Batterien nötig um die permanente Energieerzeugung sicherzustellen.
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- Mangel 2
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Die Ladecyclen der Batterien begrenzen die Langlebigkeit. Austausch der Batterien werden unvermeindlich, die weitere Kosten mit sich bringen.
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Mangel Beseitigung
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Die Ladezyklen relevanz hebt sich bei dem hier beschrieben Technologie auf. Die Batterien werden durch das Systeminterne Energieerzeugung immer vollgeladen. Die Batterieauslatung begrenzt sich lediglich auf die Energieabnahme beim Starten des Kraftwerks für eine Dauer von ca. 1 Min.
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- Mangel 3
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Die Energieerzeugung ist jenach begebenheit unterschiedlich.
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Einige Container werden vorwiegend mit PV Anlagen in Kombination mit Windräder konzipiert. Die Kombination von verschiedenen energieerzeugern bringen anpassungsschwierigkeiten an die jeweils andere Technik mit sich.
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Herkömmliche Lösungen beinhalten um die permanentheit zu gewährleisten einen Dieselgenerator, um bei Not zu überbrücken. Der Dieselverbrauch ist in meisten Fällen immens, wenn die Sonneneinstrahlung oder das Windpotenzial nicht ausreichend gut sind.
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Dabei werden die Batterien bis zum Limit entladen. Um solange wie möglich die regenerative Energien nutzen zu können werden die Komponenten der regenerativen energieerzeugern idr. überdimensioniert. Bei erreichung von bestimmten gesunkenen Ladezutand der Batterien Springt der Dieselgenerator an, bis die Batterien den vorgegebenen Ladezustand erreichen, oder bis die regenerativen Energierzeuger in der lage sind, die Batterien ebenfalls bis zum vorgegebenen Ladezustand zu bringen. Dies führt dazu, das der Dieselgenerator fast immer läuft. Herkömmliche Containerlösungen stellen keine Endlösung für eine permanente saubere Energieerzeugung dar.
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Mangel Beseitigung
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Bei dem hier beschriebenen Technik befindet sich die primäre energieerzeugung im internen Systembereich. Der interne Systembereich ist in Symbiose und erzeugt die permanente Hauptenergie.
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Eine direkt Störung der Energieerzeuger untereinander ist nicht möglich, da die Schnittstellen für die Externen Energieerzeuger die Batterien sind.
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Ein Dieselgenerator muss nicht anspringen um die Batterien zu laden, weil nicht genug Sonne oder Wind da ist.
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5.2 Windenergieanlagen
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Stand der Technik ist bekannt.
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- Mangel 1
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Die Vorteile aus der Entwicklung vom neuerengeneration Windenergieanlagen können sich in bestimmten Fällen als Nachteile herausstellen. Die Windenrgie ist in den Leistungen begrenzt. Um größere Leistungen zu erzeugen müssen sich die Generatoren und die Flügelflächen vergößern. Dies führ zu mehr Kosten und Platzbedarf.
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Mangel Beseitigung
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Für die permanente regenerative Energieerzeugung ist die Kombination der regenerativen energiequellen unvermeidbar, da eine bestimmte Energieform alleine immer begrenzt ist. Durch die hier beschriebene neuartige Technik in Kombination mit vorhandenen Energieerzeugungstechniken ist es möglich die permanente Eergieerzeugung bezahlber sicherzustellen.
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- Mangel 2
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Bei Instandhaltung oder Reparatur der Anlagen wird der gesammt Windgenerator gestoppt. Die Energieerzeugung ist Null. Die Anlagen- und Energiegestehungskosten sind sehr hoch. Die hohen Kosten werden auf die Endnutzer umgelegt. Diese müssen dann höhere Energiepreise bezahlen.
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Mangel Beseitigung
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Die hier beschriebene technologie wird in teilsegmenten Konzipiert. Das heisst das mehrere Energieerzeuger einen System Versorgen. Wenn eines der Versorger Reparatur hat, laufen die anderen Erzeuger weiter. Z.B. Das Systems besteht aus 5 Segmenten. 1 wird repariert, die anderen 4 laufen weiter. Somit werden die Verbraucher für eine kurze Zeit mit z.B. 80 % der Kapazität weiter versorgt, bis der 5. Segment wieder in Betrieb genommen wird.
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- Mangel 3
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Die Windenergie allein ist nicht in der Lage, die permanent Nennleistungsfähige regenerative Energieerzeugung sicherzustellen. Sie funktioniert nur wenn genügend Windpotenzial vorhanden ist.
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Mangel Beseitigung
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Die hier beschriebene Technologie ist in der Lage durch neuartige Systemsymbiose permanent regenerativ Energie zu erzeugen. Sie ist nicht abhängig vom hohem permanenten Windpotenzial oder Sonneneinstarhlungskapazität. Die spezielle Kombination aller Komponenten heben die Nachteile der einzelnen Technologien auf.
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- Mangel 4
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Die Anlagen sind sehr teuer und benötigen sehr viel Landflächen. Die Landschaftverschandelung ist einer der Hauptnachteile der Windenergie. Daher sinkt die Akzeptanz dieser Technologie.
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Mangel Beseitigung
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Die hier beschriebene Technologie kann in die Bestandsstrukturen wie Lagerhallen, Gebäude oder vorhandene ungenutzte Flächen montiert werden. Dadurch entfallen die Mehrkosten wegen Erreichung der Standorte für eine Montage der Anlagen.
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Bei der Aufstellung in neue Flächen wird in der relation wesentlich weniger Platz benötigt als die herkömmlichen Technologien wie Wingeneratoren oder Solarkraftwerke.
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Z.B. wird für eine1 MW permanent regenerative Kraftwerk mit der hier beschriebenen Technik ca. 250 qm Geschlossene Fläche benötigt.
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Die Kleinwindenergie ist als eine weitere kleine Unterstützung zu unsere Kraftwerktechnologie. Sie kann mit PV in die vorhandene Struktur oder in die direkte Nähe aufgestellt werden.
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5.3 Photovoltaik Kraftwerke
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Stand der Technik ist bekannt.
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- Mangel 1
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Die Photovoltaik allein ist nicht in der Lage die permanente regenerative Energieerzeugung sicherzustellen. In der Nachtzeit erzeugt die Anlage nichts. Bei bewölktem Wetter sink die Anlagenleistung.
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Mangel Beseitigung
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Durch die hier beschriebene neuartige Systemkombination und elektrische energieerzeugungstechnologie wird permanente Nenneleistung am Kraftwerk erzeugt. Die Abhängigkeit von einer einziegen Energieerzeugungsquelle wurde hier durch die spezielle Technologie aufgehoben, da verschiedene Energieerzeuger und Techniken sich gegenseitig unterstützen.
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- Mangel 2
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Um die erforderliche permanente Nennleistung für den Verbraucher sicherzustellen müssten sehr große Speichersysteme und sehr große PV und Batterie Kapazitäten installiert werden.
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Mangel Beseitigung
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Bei der integration in unsere Technologie trägt die Photovoltaik dazu bei, die permanente Energieerzeugung zu unterstützen. Die Auslegung der PV Kapazität richtet sich nach dem Täglichen Gesamtbedarf des Systems.
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Die primäre Energieerzeugung am Kraftwerk wird dadurch entlastet. Für den Systeminternen eigenbedarf muss keine zusätzliche Energie erzeugt werden. Das vom System benötigte Gesamtenergiebedarf für einen reibungslosen Betrieb wird durch PV erzeugt. Dafür werden die PV Paneele und auch die Batteriespeicher ausreichend konzipiert.
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- Mangel 3
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Sehr hohe Platzbedarf um hohe Leistung zu erzeugen.
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Mangel Beseitigung
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Ein Vergleich gegenüber einer begrenzten Technologie wie die Solar Energie ist nicht zielführend, da PV nicht Permanent gleiche Leistung erzeugen kann.
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Durch die kompakte Konzipierung der hier beschriebenen Technologie wird der Platzbedarf wesentlich kleiner.Die Kapazität von intergrierte PV Anlage in das hier beschriebene Systems ist sehr überschaubar, da andere Energieerzeugungsquellen integriert sind.
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6. Stand der Technik mit dem hier beschriebenen Kraftwerkstechnologie
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Die konzipierung dieser Kraftwerktechnik beruht auf eine neuartige Anordnung und Systemsymbiose von verschienen Komponenten und Bauteilen..
Neben den herkömmlichen Teilen wurden Hardware Komponenten wie Hochfrequenzmotor verbaut, die auch in der Luft- und Raumfahrt anwendung finden. Wir setzen diese Frequenzmotoren für die elektrische Energieerzeugung ein.
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Die Standard Betriebsparameter der herkömmlichen Teile die in anderen Systemen verbaut werden, wurden hier wie in den Schutzansprüchen Nummer 2 und 4 dargestellt, in gebrauchsfähigen Dimensionen in die hier beschriebene Technologie gebrauchsfähig integriert.
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Für die Herstellung der Systemsymbiose und sicherung der permanenten Energieerzeugung am Kraftwerk wurden folgende technische Randbedingungen erfüllt:
- • Eigene Programierung aller Betriebsparameter
- • Für die Energieerzeugung konzipierte Hochfrequenzmotor mit eigenen technischen Details
- • Stabilisierung der Drehmomente an relevanten Schnittstellen und Übersetzungen
- • Umsetzung von effizienzfördernden Drehzahl- und Drehmoment übertragungstechniken
- • Konzipierung von einem niedrigdrehzahl Synchrongenerator für interne Energieerzeugung
- • Sicherung und anpassung des Systeminternen Verbrauchs
- • Integration von PV
- • Optional Integration von Windenergie
- • Integration von Speichermedien
- • Entwurf von eigens für das Kraftwerk konzipierten Schaltschränke
- • Erfüllung von sicherheitstechnischer Betrieb
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Einige der integrierten Komponenten werden in unterschiedlichen Anwendungen genutzt. Diese Komponenten sind ideal für den Einsatz in unseren Kraftwerken geeignet.
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Die hier beschriebene Kraftwerkstechnologie ist aktuell die einzige bezahlbare, permanent Nennleistungsfähige, mit 0% co2 saubere, regenerative und umsetzbare Kraftwerktechnik im Markt!
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Die besonderen Vorteile sind:
- • Absolute autarkie und Dezentralität.
- • Beliebig in Leistung und Dimensionen skalierbar.
- • Anwendbar in maritimen, Land- und Luft Bereichen.
- • Niedrigste Energiegestehungskosten von ca. unter 1 Eurocent pro kW.
- • Weniger Platz Bedarf für die gleiche permanente Nennleistung als herkömmliche Kraftwerktechniken.
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Das regenerative Kraftwerksystem besteht wie in dem Schutzanspruch Nummer 4 dargelegt, aus einer Systemanordnung von mehreren Komponenten, die ausschließlich in ihrer Gesamtheit in Symbiose funtioniert und permanent regenerative Energie und Wärme erzeugt.
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7. Kurzbeschreibung der Systemfunktionen des Kraftwerks
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Im folgenden lesen Sie die grobe Systemerklärung. Die detailerklärung erfolgt in den unteren Abschnitten.
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Start des Systems
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Bezugnehmend auf die Darstellung in 1 werden folgende Erklärungen gemacht. Am Hauptschaltschrank wird die Starttaste betätigt, wodurch ein Frequenzumrichter aktiviert wird.
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Der Start und Primäre Antriebsenergie, sowie die Energie im Betrieb wird permanent aus den Batterien oder aus dem öffentlichen Energienetz entnommen.
Der Hauptschaltschrank und der Frequenzumrichter sind permanent online durch die Energieversorgung über ein Backup System (optional über bypass mit Batteriespeicher).
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 5 dargelegt, steuert der Frequenzumrichter direkt den Hochfrequenzmotor an.
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Beim Systemstart regelt das Programm des Frequenzumrichter die stufenweise Drehzahlerhöhung und fährt das Systems langsam hoch bis zur Nenndrehzahl.
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 6 dargelegt, sind die folgenden primären Energieerzeugungskomponenten auf einer Hauptchassis in 3 Linien aufgebaut.
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 7 dargelegt, treibt der Hochfrequenzmotor in der Linie 1 eine an die Welle integrierte Schwungrad und Riemenscheibe an.
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 7 dargelegt, wird die vom Hochfrequenzmotor erzeugte hohe Drehzahl von 6.000 U/min. und der Drehmoment aus der Linie 1 über ein an der Welle verbaute kleine Keilriemenscheibe, über 4 Keilriemen an die große Keilriemenscheibe in der 2. Linie übertragen. Dabei wird die Drehzahl um die hälfte auf 3.000 U/min. reduziert.
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Auf der Welle in der Linie 2 ist ein Schwungrad integriert. Wie in dem Schutzanspruch Nummer 7 dargelegt, wird über eine kleine Riemenscheibe die Drehzahl und Drehmoment aus der Linie 2 an die große Riemenscheibe in Linie 3 übertragen. Dabei wird die Drehzahl um die hälfte auf 1.500 U/min. reduziert.
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 8 dargelegt, treibt die Welle in der Linie 3 gleichzeitig einen Asynchrongenerator und eine Getriebe an.
Asynchrongenerator ist der Energieerzeuger für die externen Verbraucher.
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 9 dargelegt, reduziert die Getriebe die in der Linie 3 vorhandene Drehzahl z.B. mit 15:1 und treibt mit sehr niedrige Drehzahl von 100 /min.den Synchrongenerator an.
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Bei off- grid Systems lädt der Synchrongenerator permanent über ein Laderegler die Hauptbatteriespeicher.
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Die Hauptbatterien und das Backup System werden auch über externe Erzeuger wie PV Panele- und oder Windräder geladen. Ein Backup System ist integriert um die Systemverbraucher aufrechtzuhalten.
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8. Ausführungsbeispiel
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Bezugnehmend auf die Darstellung in 1,2 und 3 wird folgendes Beispiel erklärt:
- Die hier beschriebene Energieerzeugungstechnologie kann beliebig in Nennleistung skaliert werden, z.B. in kW, MW und GW Bereich.
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In den folgenden Abschnitten erklärten Komponenten, ihre technischen Angaben und Werte wie z.B. Spannungen, Drehzahlen, Dimensionen usw. können wie in den Schutzansprüchen Nummer 1, 2, 3 und 4 dargestellt, je nach Kraftwerkstyp und Kraftwerksnennleistung unterschiedlich konzipiert und gebaut werden.
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In dem folgenden Beispiel wird die autarke Version erklärt.
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Dies vorausgeschickt werden für das Beispiel Kraftwerk in dieser Schrift folgende Werte genommen. 100 kW permanente Nennleistung - regenerativer Beispielkraftwerk nach Schutzanspruch Nummern 2 und 4
| • | 1x Hauptschaltschrank | 100 kW/ (120 V) 220-400 Volt AC |
| - | Frequenzumrichter | 110 kW/ 400 Volt AC |
| - | Backup System | 6x 12 V - 200 Ah Batterie/ Wechselrichter/ Laderegler |
| • | 1x Hochfrequenzmotor | 120 PS/200 Hz., 6.000 U/min. |
| • | 1x Mitnehmer | Für Hochfrequenzmotor |
| • | 1x 1. Welle mit einem Schwungrad | 95 kg |
| • | 1x 1. Welle Keilriemenscheibe | 200 mm Durchmesser |
| • | 1x 2. Welle Keilriemenscheibe | 400 mm Durchmesser |
| • | 1x 2. Welle Schwungrad | 95 kg |
| • | 1x 2. Welle Keilriemenscheibe | 200 mm Durchmesser |
| • | 1x 3. Welle Keilriemenscheibe | 400 mm Durchmesser |
| • | 1x Mitnehmer | Für Asynchrongenerator |
| • | 1x Asynchrongenerator | 150 kW/ 400 VAC, 1.500 U/min. |
| • | 1x Mitnehmer | Für Getriebe Eingang |
| • | 1x Getriebe | 15:1 |
| • | 1x Mitnehmer | Für Synchrongenerator |
| • | 1x Synchrongenerator | 100 kW/400 VAC, 100 U/min. |
| • | 1x Systemchassis | Für Motoren, Generatoren usw. |
| • | 1x Verteilerschaltschrank | 100 kW/ 220 VAC/ 400 - 600 VDC |
| • | 1x Laderegler für Batterien | 120 kW/ Input 400 VAC- Output 600 VDC(Regler nach Synchrongenerator) |
| • | 1x Hauptbatterien | 176 × 12 V- 200 Ah/ 600 Volt Schaltung |
| • | 1x PV Anlage | 72 × 450 Watt (oder höher) Paneele Monocrystalline |
| • | 1x Windgenerator | 2x 10 kW |
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9. Besonderheiten zu dem Ausführungsbeispielkraftwerk mit 100 kW Nennleistung
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 4 dargelegt, werden bezugnehmend auf die Darstellungen in den 1, 2 und 3 aus dem Systemschema die einzelnen Positionen sowie deren Mehrwert im folgenden Beispiel erklärt.
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Das Kraftwerksystem ist eine dezentrale und autark funktionierende standardisierte Systemeinheit. Unter Standardisiert wird folgendes verstanden: Für jede Kraftwerk Nennleistung werden alle Bauteil genau in den dazugehörigen Dimensionen und in den passenden Eigenschaften festgelegt. Die permanente Energieerzeugung wird gewährleistet durch die in dem Systemschema festgelegten Anordnungen der Komponenten in Zusammenhang mit den passenden Parametern der einzelnen Bauteile.
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Die verbauten Bauteile wurden diesem Zweck entsprechend konfiguriert, Programmiert und Angepasst. Alle Teile wurden dem Beispiel Kraftwerk (100 kW) in dieser Schrift entsprechend festgelegt.
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Die Energiemultiplikation oder die Drehmomenterhöhung ist abhängig von unterschiedlichen Funktionsweisen der einzelnen Komponenten. Ohne die aneinanderreihung dieser Eigenschaften und Betriebswerte ist die Drehmomenterhöhung nicht möglich.
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10. Gesamt Systemaufbau vom Ausführungsbeispielkraftwerk
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Wie in den Schutzansprüchen Nummer 2, 4 und 10 genannt, wird bezugnehmend auf die Darstellungen in der 1 folgendes Beispiel Systemschema erklärt. In der 1 wird auch der Energiekreislauf des gesammten Kraftwerks an Hand von Pfeilen dargestellt.
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Montierte Positionen in Figur 1 laut Systemschema:
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Chassis - Linie 1
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- • Position 1 - Hauptschaltschrank mit Frequenzumrichter
- • Position 2 - Hochfrequenzmotor (Hohe Drehzahl 6.000 U/min.)
- • Position 3 - Mitnehmer
- • Position 4 - Stehlager 2x
- • Position 5 - Schwungrad (Schwungrad zur Drehzahlstabilisierung)
- • Position 6 - Keilriemenscheibe mit 4 Keilriemen (Keilriemenübersetzung von hoher Drehzahl 6.000 U/min. in der Linie 1 zu mittlere Drehzahl 3.000 U/min in die Linie 2)
- • Position 7 - Welle,.
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Chassis - Linie 2
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- • Position 8 - Welle
- • Position 4 - Stehlager 2x
- • Position 5 - Schwungscheibe (Schwungrad zur Drehzahlstabilisierung)
- • Keilriemenscheibe mit 4 Keilriemen (Keilriemenübersetzung von mittlerer Drehzahl 3.000 U/min in der Linie 2 zu normale Drehzahl 1.500 U/min in der Linie 3)
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Chassis - Linie 3
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- • Position 9 - Welle. Keilriemen (Aufnahme Normale Drehzahl 1.500 U/min)
- • Position 4 - Stehlager 2x
- • Position 3 - Mitnehmer 3x
- • Position 10 - Asynchrongenerator (Normale Drehzahl 1.500 U/min)
- • Position 12 - Getriebe (Übersetzung 15:1)
- • Position 13 - Synchrongenerator (Langsame Drehzahl 100 U/min)
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Weitere Positionen im Systems:
- • Position 14 - Laderegler
- • Position 15 - Hauptbatteriespeicher
- • Position 16 - PV Laderegler
- • Position 17 - PV Paneele
- • Position 18 - Windgenerator Laderegler
- • Position 19 - Windgenerator
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Erklärungen zu den einzelnen Linien auf dem Systemchassis:
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Linie 1
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Komponenten:
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- • 1x Hochfrequenzmotor, mit 200 Hz.
- • 1x Mitnehmer
- • 1x Welle
- • 2x Stehlager (für eine Welle)
- • 1x Schwungrad 95 kg
- • 1x Keilriemenscheibe Durchmesser 200 mm
- • 4x Keilriemen
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Erklärungen:
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Wie in den Schutzansprüchen Nummer 6 und 7 dargelegt, wird die Linie 1 mit hohem Drehzahl wie z.B. ca. 6.000 U/min. betrieben. Die Komponenten werden sehr genau gewuchtet, um eine Präzise Lauft sicherzustellen. 4 Keilriemen übertragen den Drehmoment ohne Verluste direkt in die nächste Linie 2. Die Keilriemenverluste werden durch den Schwungrad aufgehoben.
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Der Frequenzumrichter gibt dem Hochfrequenzmotor seine Betriebszustände an Hand von spezielle Parametrierung des Frequenzumrichters vor. Das hohe Drehmoment an der Welle des Hochfrequenzmotors wird durch die Kombination von beiden erreicht.
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Der Frequenzumrichter reguliert die erzeugte Leistung des Hochfrequenzmotors.
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Je nach Belastungszustand gibt der Frequenzumrichter dem Hochfrequenzmotor den idealen Belastungspunkt vor.
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 5 dargelegt, arbeitet die eigen Parametrierte Frequenzumrichter in Zusammenhang und Symbiose mit dem Hochfrequenzmotor.
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Die gewünschten Betriebseigenschaften des Hochfrequenzmotors können im kehrschluss auch nur in Zusammenhang mit den speziellen Parameternd des Programms erreicht werden.
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Die eigene Parametrierung des Frequenzumrichters ist ein wichtiger Schutz. Ohne diese Parametrierung würde eine Kopie des gesammten Systems nicht funktionieren.
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Effekte:
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- • Die Eingangs- und Betriebsenergie für den Antrieb des Hochfrequenzmotors wird aus dem Batteriespeicher entnommen.
- • Hohe Motor Frequenz (in Kombination durch Frequenzumrichter Parameter)
- • Drehmoment steigerung am Hochfrequenzmotor in Kombination mir den speziellen Parametern im Frequenzumrichter. Der Drehmoment in dem Hochfrequenzmotor steigt gegenüber einem Standard 50 Hz. Motor z.B. um das 4 fache.
- • Erhöhung der Magnetfeld im Hochfrequenzmotor durch außerstandard Parameter im Frequenzumrichter.
- • Hohe Drehmoment an der Welle
- • Eliminierung der Verluste bei Keilriemenübersetzung durch angepasste Schwungrad Gewicht
- • Drehmomentstabilität durch Schwungrad an der Welle
- • Drehmoment steigerung durch: Drehzahlminimierung bei Übertragung der kinetischen Energie aus der Linie 1 von kleinen Keilriemenscheibe auf den großen Keilriemenscheibe in der Linie 2. Das Drehmoment steigt in der Linie 2 z.B. um 100%.
- • Präzise lauf - längere Lebensdauer
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Linie 2
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Komponenten:
- • 1x Welle
- • 3x Stehlager (für eine Welle)
- • 1x Schwungrad 95 kg
- • 1x Keilriemenscheiben Durchmesser 400 mm
- • 1x Keilriemenscheibe Druchmesser 200 mm
- • 4x Keilriemen
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Erklärungen:
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Wie in den Schutzansprüchen Nummer 6 und 7 Wassererhitzung dargelegt, wird diese Linie mit mittlerem Drehzahl wie z.B. ca. 3.000 U/min. betrieben. Die Komponenten werden sehr genau gewuchtet, um eine Präzise Lauft sicherzustellen. 4 Keilriemen übertragen den Drehmoment ohne Verluste direkt in die nächste Linie. Die Verluste werden durch den Schwungrad aufgehoben.
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Effekte:
- • Hohe Drehmoment an der Welle
- • Drehmomentstabilität durch Schwungrad an der Welle
- • Eliminierung der Verluste bei Keilriemenübersetzung durch angepasste Schwungrad Gewicht
- • Drehmoment erhöhung durch: Drehzahlminimierung bei Übertragung der kinetischen Energie aus der Linie 2 von kleinen Keilriemen auf den großen Keilriemen in der Linie 3. Das Drehmoment steigt in der Linie 3 z.B. um 100%.
- • Präzise lauf - längere Lebensdauer
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Linie 3
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Komponenten:
- • 1x Asynchrongenerator
- • 2x Stehlager (für eine Welle)
- • 1x Keilriemenscheibe Durchmesser 400 mm
- • 3x Mitnehmer (2 zwischen Asynchronmotor und Getriebe. Eins zwischen Getriebe und Synchrongenerator)
- • 1x Welle (Die Welle läuft zwischen Asynchrongenerator und Getriebe)
- • 1x Getriebe (z.B. Planetengetriebe 15:1)
- • 1x Synchrongenerator
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Erklärungen:
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Wie in den Schutzansprüchen Nummer 6, 7 und 8 dargelegt, wird diese Linie auf der Asynchrongenerator Seite mit normalem Drehzahl wie z.B. ca. 1.500 U/min. betrieben. Auf der Synchrongenerator Seite wird die Drehzahl durch die Getriebeübersetzung sehr niedrig, z.B. 100 U/min. Der Synchrongenerator ist ein langsamläufer. Die Komponenten werden sehr genau gewuchtet, um eine Präzise Lauft sicherzustellen.
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Effekte:
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- • Hohe Drehmoment an der Welle
- • Drehmomentsteigerung durch Keilriemenübersetzung
- • Energieversorgung für Verbraucher
- • Abgabe der permanenten Nennleistung an Verbraucher über Asynchrongenerator
- • Drehmoment steigerung durch Drehzahlregulierung über Getriebe
- • Batterieladung durch Synchrongenerator
- • Präzise lauf - längere Lebensdauer
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Erkläung zu dem Hauptschaltschrank:
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Komponenten:
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- • 1x Frequenzumrichter
- • 1x Backup System
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Erklärungen:
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Wie in dem Schutzansprüchen Nummer 6, 7 und 8 dargelegt, der Frequenzumrichter steuert den Hochfrequenzmotor und bestimmt seine Betriebsparameter. Die Speziellen Programmparameter des Frequenzumrichters ermöglichen einen präzisen Lauf und Lastensteuerung während dem Betrieb.
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 11 dargelegt, das Backup System stellt die permanente und erforderliche standby Energieversorgung für alle Komponenten im Hauptschaltschrank incl. des Frequenzumrichters.
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Die eigenständigen Batterien im Backup System werden durch eine separate, ingrierte PV Anlage und bypass über die Hauptbatterien geladen. Das Backup System hat eine eigene Batteriespeicher, die bei Not das System im Hauptschaltschrank aufrechthalten kann.
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Effekte:
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- • Drehmomentsteigerung durch spezielle außerstandard Parameter in dem Frequenzumrichter in kombination mit den Hochfrequenzmotor Eigenschaften. Der Drehmoment steigt bei dem Hochfrequenzmotor gegenüber einen Standard 50 Hz. Motor um das 4 fache.
- • Sicherung der Energieversorgung im System durch Backup System.
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Erkläung zu dem Verteilerschaltschrank:
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Komponenten:
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- • 1x Datenanzeige: Systemspannung, Ampere, Hz.
- • 1x Sicherungen und Schnittstellen für Verbraucheranschlüsse
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Erklärungen:
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Der Verteilerschrank Spannungsbreiche 220 - 400 Volt AC. Anschlusspunkte für beliebige Anzahl an Verbraucher.
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Effekte:
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- • Die Verbraucher haben bei Bedarf permanent die Nennleistung zu Verfügung
- • Die abgenommene elektrische Energie kann in unterschiedlichen Level erfolgen, höher oder niedriger.
- • Einphasig oder Dreiphasige abnahme möglich.
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Erkläung zu dem Batteriespeicher:
-
Komponenten:
-
- • 1x Batteriespeicher System
- • 1x Ladekontroleinheit
- • 5x PV Laderegler a 25 kW
- • 2x Windladeregler a 10 kW
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Erklärungen:
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Die Batterien werden auf 600 Volt geschaltet. Die 600 Volt Schaltung ist wichtig für Kabeldimensionierungen und bessere Betriebseigenschaften der elektronischen Komponenten.Schaltung aufbau ist Parallel und in Reihe. Die stabile 400 Volt Systemspannung (steuerung der Frequenzumrichter und Antrieb Hochfrequenzmotor) wird von den auf 600 Volt geschalteten Batterien entnommen.
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Effekte:
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- • Lange Lebensdauer der Batterien weil keine Entladung stattfindet. Die Batterien sind ständig voll.
- • Batterien sind im Betrieb nur noch durchgangsposten.
- • Präzise Ladekontrolle von mehreren Energieerzeugern durch Ladekontrolleinheit.
- • Durch höhere Spannung niedrigere Ströme.
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Erkläung zu dem PV Anlage und Windgenerator
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Komponenten:
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- • 1x Photovoltaik System (72 Paneele z.B. a 450 Watt oder höher)
- • 1 x Windgeneratorsystem (2 x z.B. 10 kW)
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Erklärung:
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Die PV Anlage und Windgeneratoren unterstützen die Batteriespeicher und halten das System gemeinsam mit der Primärernergieerzeugung aufrecht.
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11. Vorteile und Mehrwert der Positionen bei der Energieerzeugung vom Ausführungsbeispielkraftwerk
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11.1 Figur 1, Position 1 - Hauptschaltschrank
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in der Position 1 - Hauptschaltschrank verbauten Einzelteile: Frequenzumrichter, Backup System, diverse Elektronik Bauteile. (Backup System wird in Punkt 15.11 erklärt).
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Der Hauptschaltschrank besteht aus 2 Bereichen.
- Bereich 1: Anschlusspunkt für Batterieladereglern, Frequenzumrichter und Backup-System
- Bereich 2: Schütze und Sicherungen usw.
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Vorteile Frequenzumrichter:
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 5 dargelegt, ist der Frequenzumrichter ein Bauteil, der unterschiedliche Betriebsprogramme für verschiedene Zwecke ausführen kann. Die Hersteller dieser Komponenten konfigurieren die Geräte Betriebsparameter so, dass der Nutzer den für ihn passende Betriebsprogramm setten kann.
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Der Frequenzumrichter bestimmt das Betriebsverhalten und die Betriebseigenschaften des anzutreibenden Motors. Der Frequenzumrichter kann bestimmen, dass der Motor höhere oder niedrigere Drehmoment haben soll. Drehmomenterhöhung bis zu 20% ist durch eigene Parametrierung möglich.
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Bezugnehmend auf die Darstellung in der 2 wird folgendes Beispiel erklärt: Ein Motor hat 10 PS und dreht sich mit 1 U/min.
- 1. Motorbetrieb ohne Frequenzumrichter: Die Welle des Motors kann von hand gehalten werden.
- 2. Motorbetrieb mit Frequenzumrichter und beliebiges Programm: Die Welle des Motors kann von hand gehalten werden.
- 3. Motorbetrieb mit Frequenzumrichter, unsere Programm und Parameter: Die Welle des Motors kann von hand nicht gehalten werden.
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11.2 Figur 1, Position 15 - Batteriespeicher
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In der Position 15 Batteriespeicher verbauten Einzelteile: Batterien
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Vorteile der Bateriespeicher
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Alle verbauten Batterien haben gleiche Spezifikationen mit selben Eigenschaften. Sie sind für die Aufnahme von hohen Strömen vorgesehen. Batterien werden auf 600 Volt geschaltet. Batterien werden durch Überladeschutzkontakte geschützt.
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Die Auslegung der Batteriekapazität richtet sich nach der Kraftwerksleistung.
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Die höchste Batteriebelastung findet beim Start des systems statt. Bis das System in die eingeschwungegene Betriebszustand hochgefahren ist, wird die benötigte Energie aus den Batterien entnommen.
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Die Batterie Belastung erfolgt bis zu dem Zeitpunkt, wo alle Komponenten ihre erforderlichen Betriebswerte erreicht haben. Dauer ca. 1 Minute.
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Nach erreichung der erforderlichen Betriebswerte findet eine kontinuierliche Ladung und Entladung statt. Dadurch sind die Batterien ein durchgangsposten. Ladezyklen Vorteil und die Lebensdauer der Batterien steigt.
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Im normalen Betriebszustand werden die Batterien über den Synchrongenerator und den externen Energeierzeuqern geladen. Die nutzbare Batteriekapazität bleibt im Betrieb immer auf Maximum.
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Die Batterien versorgen permanent über den Frequenzumrichter den Hochfrequenzmotor.
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11.3 Figur1, Position 2 - Hochfrequenzmotorotor (Linie 1)
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In der Position 9 - Hochfrequenzmotor verbauten Einzelteil: Hochfrequenzmotor 200 Hz.
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Vorteile des Hochfrequenzmotors
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 5 dargelegt, wird bezugnehmend auf die 1 folgendes Beispiel erklärt.
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Der Hochfrequenzmotor ist der zentrale Antriebsmotor des gesammten Systems.
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Im Energieerzeugungssektor wird herkömmlich bisdato keine Hochfrequenzmotor eingesetzt.
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Der Einsatz von angepasster Parametrierung eines Frequenzumrichters in Kombination mit einem Hochfrequenzmotor werden sehr hoge Drehmomente erzeugt. Der Hochfrequenzmotor benötigt dafür hohe Drehzahlen, wie z.B. 6.000 U/min.
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Um die abgegebene Leistung des Hochfrequenzmotors zu verbessern müssen alle Systemrelevanten Verluste an den darauffolgenden beweglichen Teilen eliminiert werden.
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Der Frequenzumrichter bestimmt den Betrieb des Hochfrequenzmotors. Die bauliche sowie die elelektrischen Eigenschaften des Hochfrequenzmotors sind auf die Parameter des Frequenzumrichters angepasst.
Die termischen Betriebseigenschaften ändern sich nicht. Mittlere zulässige Übertemperatur (Umgebungstemperatur = 40 °C) beträgt ca. 80 °C (Klasse B).
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Bezugnehmend auf die Darstellung in der
1 wird folgendes Beispiel erklärt: Beispieldaten eines normalenHochfrequenzmotors ohne Frequenzumrichter ansteuerunq:
| - | Motor Hz. | 200 Hz. |
| - | Spannung | 380 Volt AC |
| - | Drehzahl | 6.000 |
| - | PS | 50 |
| - | Drehmoment z.B. | 80 Nm |
Beispieldaten unseres Hochfrequenzmotors mit unseren Frequenzumrichterparametern:
| - | Motor Hz. | 200 Hz. |
| - | Spannung | 380 Volt AC |
| - | Drehzahl | 6.000 |
| - | PS | 50 |
| - | Drehmoment z.B. | 100 Nm |
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11.4 Figur 1 - Drehzahlstabilisierung in der Linie 1
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In der Linie 1 - Drehzahlstabilisierung verbauten Einzelteil: Welle, Mitnehmer, Stehlager, Schwungrad, Keilriemenscheibe, Keilriemen.
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Vorteile der Drehzahlstabilisierung
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Wie in den Schutzansprüchen Nummer 6 und 7 dargelegt, wird bezugnehmend auf 1, 2 und 3 folgendes Beispiel Erklärt.
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Die hohe Drehzahl z.B. 6.000 U/min. und Drehmoment vom Hochfrequenzmotor (Antriebsmotor) wird durch den Schwungrad an der Welle stabilisiert und trägt dazu bei das der Hochfrequenzmotor besser und ruhiger läuft.
-
Das Schwungrad setzt die Reibungsverluste zwischen Keilriemenscheibe und Keilriemen auf null. Ohne das Schwungrad an der Welle würden die Verluste am Keilriemen direkt dem Hochfrequenzmotor angehängt werden. Dies wurde hier eliminiert.
-
Das Schwungrad komprimiert die Kinetische Energie in sich und behebt die Probleme bei abruppten Systembelastungen zB. Durch Erhöhung der Leistung oder zuschalten eines großen verbrauchers. Ohne das Schwungrad würde die spontane mehrbelastung direkt an dem Hochfrequenzmotor anliegen. Dies wurde hier eliminiert.
-
Das Schwungrad kompensiert somit die Lastenänderungen während Betrieb und ist eine stabilisierung für den Drehmoment und sorgt für einen sauberen Betrieb bei Lastveränderungen.
-
Der Schwungrad Auswahl richtet sich nach der umzusetzenden Drehmoment und wird nach Gewicht, Durchmesser und Drehzahl festgelegt.
-
Systemverluste wurden in der Linie 1 eliminiert.
Präzise Auswuchtung der Teile trägt zu eine sauberen Lauf aller Komponenten bei.
-
Die vorhandene Leistung an der Linie 1 wird mittels 4 Keilriemen über eine kleine Keilriemenscheibe z.B. 200 mm auf die Linie 2 mit großen Keilriemenscheibe mit Durchmesser von 400 mm übertragen.
-
Der Drehmoment steigt z.B. um 100% beim übertragen von kleine Keilriemenscheibe in die große Keilriemenscheibe. Durch Einsatz von 4 Keilriemen wird der Drehmoment ohne Verluste übertragen.
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Die Drehmomenterhöhung in der Linie 1 hängt auch von der gesamt Systemsymbiose ab. Unter Gesamtsystemsymbiose ist die aneinanderreihung aller komponenten und deren Effekte zu verstehen.
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11.5 Figur 1 - Drehzahlreduzierung in der Linie 2
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In der Linie 1 - Drehzahlreduzierung verbauten Einzelteile: Welle, Stehlager, Schwungrad, Keilriemen, 2x Keilriemenscheibe.
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Vorteile der Drehzahlreduzierung in der Linie 2
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Wie in den Schutzansprüchen Nummer 5, 6 und 7 dargelegt, wird folgendes Beispiel Erklärt.
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Die von der Linie 1 über 4 Keilriemen übertragene hohe Drehzahl von 6.000 U/min. wird hier in der Linie 2 auf 3.000 U/min. reduziert.
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Das Schwungrad in der Linie 2 ist gleich schwer wie das Schwungrad in der Linie 1.
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Die von der Linie 1 übertragene hohe Drehzahl und Drehmoment vom Hochfrequenzmotor (Antriebsmotor) wird hier in der Linie 2 ebenfalls durch ein Schwungrad an der Welle stabilisiert und trägt dazu bei das der Hochfrequenzmotor besser, ruhiger und ohne Verluste am Drehmoment läuft.
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Das Schwungrad an der Welle (Linie 2) setzt zugleiche mit dem Schwungrad an der Linie 1 die Reibungsverluste zwischen Keilriemenscheibe und Keilriemen auf null.
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Ohne das Schwungrad an der Welle würden die Verluste am Keilriemen direkt dem Hochfrequenzmotor angehängt werden. Dies wurde hier eliminiert.
-
Das Schwungrad komprimiert die Kinetische Energie in sich und behebt die Probleme bei abruppten Systembelastungen zB. Durch Erhöhung der Leistung oder zuschalten eines großen verbrauchers. Ohne das Schwungrad würde die spontane mehrbelastung direkt an dem Hochfrequenzmotor anliegen. Diese Problem wurde hier in der Linie 2 ebenfalls eliminiert.
-
Das Schwungrad kompensiert somit die Lastenänderungen während dem Betrieb und ist eine stabilisierung für den Drehmoment und sorgt für einen sauberen Übergang bei Lastveränderungen.
-
Der Schwungrad Auswahl richtet sich nach der umzusetzenden Drehmoment und wird nach Gewicht, Durchmesser und Drehzahl festgelegt.
-
Systemverluste wurden in der Linie 2 eliminiert.
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Präzise Auswuchtung der Teile trägt zu eine sauberen Lauf aller Komponenten bei.
-
Der Wellendurchmesser wird an den Drehmoment angepasst.
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Die vorhandene Leistung an der Linie 2 wird mittels 4 Keilriemen über eine kleine Keilriemenscheibe z.B. 200 mm auf die Linie 3 mit großen Keilriemenscheibe mit Durchmesser von 400 mm übertragen.
-
Der Drehmoment steigt z.B. um 100% beim übertragen von kleine Keilriemenscheibe in die große Keilriemenscheibe.
-
Die Drehmomenterhöhung in der Linie 2 hängt auch von der gesamt Systemsymbiose ab. Unter Gesamtsystemsymbiose ist die aneinanderreihung aller komponenten und deren Effekte zu verstehen.
-
Bezugnehmend auf die
1,
2 und
3 wird folgendes Beispiel für die Welle in der Linie 2 erklärt: Eingangsenergie/ Hochfrequenzmotor Daten mit Frequenzumrichter und unsere Parameter)
| - | Motor Hz. | 200 Hz. |
| - | Drehzahl Motor | 6.000 |
| - | PS | 50 |
| - | Drehmoment z.B. | 100 Nm |
Wellen Daten Linie 2: Mittlere Drehzahl)
| - | Drehzahl | 3.000 |
| - | Drehmoment z.B. | 200 Nm |
-
11.6 Figur 1 - Drehzahlreduzierung in der Linie 3
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in der Linie 1 - Drehzahlreduzierung verbauten Einzelteile: Welle, Keilriemenscheibe, Stehlager, 2x Mitnehmer
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Vorteile der Drehzahlreduzierung in der Linie 3
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Wie in den Schutzansprüchen Nummer 6 und 7 dargelegt, wird folgendes Beispiel Erklärt.
-
Die von der Linie 2 über 4 Keilriemen übertragene mittlere Drehzahl von 3.000 U/min. wird hier in der Linie 3 auf 1.500 U/min. reduziert.
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An der Welle ist kein Schwungrad vorhanden.
-
Der Wellendurchmesser wird an den Drehmoment angepasst.
-
Präzise Auswuchtung der Teile trägt zu eine sauberen Lauf aller Komponenten bei.
-
Die vorhandene Wellenleistung in der Linie 3 wird über einen Mitnehmer an den Asynchrongenerator abgegeben.
-
Bezugnehmend auf die
1,
2 und
3 wird folgendes Beispiel für die Welle in der Linie 3 erklärt: Eingangsenergie/ Hochfrequenzmotor Daten mit Frequenzumrichter und unsere Parameter)
| - | Motor Hz. | 200 Hz. |
| - | Drehzahl Motor | 6.000 |
| - | PS | 50 |
| - | Drehmoment z.B. | 100 Nm |
Wellen Daten Linie 2: Mittlere Drehzahl)
| - | Drehzahl | 3.000 |
| - | Drehmoment z.B. | 200 Nm |
Welle Daten Linie 3: (Normale Drehzahl)
| - | Drehzahl | 1.500 |
| - | Drehmoment z.B. | 300 Nm |
-
11.7 Figur 1 - Position 10 Asynchrongenerator in der Linie 3
-
In der Position 10 - Asynchrongenerator verbauten Einzelteile: Asynchrongenerator, Mitnehmer.
-
Vorteile des Asynchrongenerators
-
Wie in den Schutzansprüchen Nummer 6, 7 und 8 dargelegt, wird folgendes Beispiel Erklärt.
-
Der Asynchrongenerator wird direkt von der Welle in der Linie 3 über einen Mitnehmer angetrieben.
Sie erzeugt die Nennleistung des Kraftwerks und versorgt direkt den Verteilerschaltschrank.
-
Der Asynchrongenerator bestimmt die Belastung des gesamten Systems, nach der abzugebende Leistung an den Verbrauchern.
-
Der Asynchrongenerator wird höher als die angegebene Nennleistung des Kraftwerks ausgelegt. Zum Beispiel:
- • Angegebene Nennleistung des Kraftwerk 100 kW
- • Auslegung des Asynchrongenerators 150 kW
-
Die Nennleistung wird an externe Verbraucher abgegeben. Die 50 kW Mehrkapazität des Asynchrongenerators kann für eigene Testläufe am Kraftwerk selbst gebraucht werden. Die Mehrkapazität kann auch in die Batterien eingespeist werden.
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Die Kinetische Energie und sehr hohe Drehmoment an der Welle in der Linie 3 wird über den Asynchrongenerator in Elektrische Energie umgewandelt.
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11.8 Figur 1, Position 12 - Getriebe
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In der Position 12 - Getriebe verbauten Einzelteile: Planetengetriebe, Mitnehmer
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Vorteile der Getriebe
-
Wie in den Schutzansprüchen Nummer 8 und 9 dargelegt, wird folgendes Beispiel Erklärt.
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Die vorhandene Wellenleistung in der Linie 3 wird über einen Mitnehmer an die Getriebe abgegeben. Der Eingangsdrehzahl der Getriebe beträgt 1.500 U/min.
-
Die Getriebe hat 15:1 Übersetzung.
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An dem hier beschriebenen Beispielkraftwerk liegt an der Getriebe eingangsseitig eine Drehmoment von z.B. 300 Nm an. Durch die 15: 1 Drehzahlreduzierung über die Getriebe wird der Drehmoment erhöht.
-
Das Getriebe treibt einen sehr langsamlaufenden Generator mit 100 U/min. an.
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Die Drehmomenterhöhung über die Getriebe hängt auch von der gesamt Systemsymbiose ab. Unter Gesamtsystemsymbiose ist die aneinanderreihung aller komponenten und deren Effekte zu verstehen.
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Bezugnehmend auf die
1,
2 und
3 wird folgendes Beispiel für die Welle in der Ausgangsseite von der Getriebe erlärt: Eingangsenergie/ Hochfrequenzmotor Daten (mit Frequenzumrichter und unsere Parameter)
| - | Motor Hz. | 200 Hz. |
| - | Drehzahl Motor | 6.000 |
| - | PS | 50 |
| - | Drehmoment z.B. | 100 Nm |
Wellen Daten Linie 2: (Mittlere Drehzahl)
| - | Drehzahl | 3.000 |
| - | Drehmoment z.B. | 200 Nm |
Welle Daten Linie 3: (Normale Drehzahl)
| - | Drehzahl | 1.500 |
| - | Drehmoment z.B. | 300 Nm |
Welle Daten Getriebe Ausgangsseite: (Langsame Drehzahl)
| - | Drehzahl | 100 |
| - | Drehmoment z.B. | 400 Nm |
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11.9 Figur 1, Position 13 - Synchrongenerator
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in der Position 13 - Synchrongenerator verbauten Einzelteile: Synchrongenerator
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Vorteile des Synchrongenerators
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 9 dargelegt, wird folgendes Beispiel Erklärt.
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Die Kinetische Energie und sehr hohe Drehmoment am Getriebeausgang in der Linie 3 wird über den Synchrongenerator in Elektrische Energie umgewandelt.
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Der langsamläufer Synchrongenerator hat den Effekt, das es hohe Drehmomente bei langsamen Drehzahlen umsetzen kann. Der Generator ist von der Baugröße größer als herkömmliche Synchrongeneratoren mit höheren Drehzahlen. Der Synchrongenerator darf keine höhere Drehzahl haben um die gewünschte Effekt bei der Systemsymbiose zu erreichen. Wenn die Drehzahl von 100 U/min auf 200 U/min erhöht wird, sinkt die erzeugte Leistung des Synchrongenerators. Die Rückeinspeisung in die Batterien wäre in dem Fall niedriger als die benötigte Leistung um die permanentheit zu gewährleisten. Die Kombination von Synchrongenerator, entnehmbare Leistung aus den Batterien und der Energiebedarf des Hochfrequenzmotors wurden hier in Gleichgewicht gebracht.
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11.10 Figur 1, Position 14 - Batterieladeregler
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In der Position 14 Batterie Laderegler verbauten Einzelteile: Batterieladeregler.
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Vorteile der Batterieladeregler
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Bezugnehmend auf die 1 wird folgendes Beispiel Erklärt.
Der Laderegler ladet die Batterien mit der Energie die der Synchrongenerator erzeugt. Die Wechselspannung wird gleichgerichtet und effizient in die Batterien geladen. Die zuladende Energie in die Batterien richtet sich nach dem Systemauslaustung des Kraftwerks, welches über den Frequenzumrichter gesteuert wird. Der Laderegler hält die Spannungsgrenzen ein und steuert lediglich den Strom.
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11.11 1, Position 1 - In dem Hauptschaltschranlk verbaute Backup Systems in der Position 1 - Backup System verbauten Einzelteile: Batterien, Wechselrichter mit Laderegler integriert.
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Vorteile des Backup Systems
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Wie in dem Schtzuanspruch Nummer 11 dargelegt wird folgendes Beispiel Erklärt.
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Das Backup System stellt die erforderliche Energie für den Standbybetrieb des gesammten Systems in dem Hauptschaltschrank zu verfügung. Sie versorgt alle in Hauptschaltschrank verbauten Elektronischen Bauteile wie Frequenzumrichter, Display usw. mit ausreichende Energie für den Standby Betrieb.
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Vorrangig werden die Batterien des Backup Systems über eine separate PV Anlage geladen. Zusätzlich werden die Batterien auch über ein Trafo über die Hauptbatterien geladen.
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11.12 Figur 1, Position 11 - Verteileschaltschrank
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In der Position 11 - Verteilerschrank verbauten Einzelteile: Schalter, Ausgänge für 220, 380, Stopp Schalter, Display.
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Vorteile der Verteilerschaltschrank
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 4 dargelegt, wird folgendes Beispiel Erklärt.
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Der Verteilerschaltschrank ist als Verteiler für die Verbraucher vorgesehen.
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Die Anzahl der Anschlüsse richten sich nach Anzahl der zu versorgenden Verbraucher.
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Über ein Stoppschalter kann die externe Energieversorgung gestoppt werden.
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11.13 Figur 1, Position 16 - PV Laderegler
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In der Position 16 - PV Laderegler verbaute Einzelteile: PV Laderegler mit Spannungsschutz. Vorteile des PV Ladereglers
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 4 dargelegt, wird folgendes Beispiel Erklärt.
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Die Laderegler werden in hohem Spannungsbereich betrieben.
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Eingansspannung des Ladereglers beträgt 500 Volt DC. Die Ausgangsspannung beträgt 600 Volt DC.
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Die Batterien sind auf 600 Volt geschaltet um die Ströme zu minimieren und Spannung hoch zu halten.
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11.14 Figur 1, Position 18 - Windladeregler
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In der Position 18 - Wind Laderealer verbaute Einzelteile: Wind Laderegler.
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Vorteile der Windladeregler
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 4 dargelegt, wird folgendse Beispiel Erklärt.
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Die Anzahl der Windladeregler richtet sich nach der Installierten Anzahl der Windgeneratoren. Die Menge kann beliebig nach Projekt skaliert werden.
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Der Windladeregler hat die Besonderheit, das er eingangsseitig bis 600 Volt AC und Ausgangsseitig auch 600 Volt DC passend zur Batteriespanngung hat.
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11.15 Figur 1, Position 17 - PV Paneele
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in der Position 17 - PV Paneele verbauten Einzelteile: PV Paneele, Konverter für jede Paneele. Vorteile der PV Paneele
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 4 dargelegt, wird folgendes Beispiel Erklärt.
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Die Menge der PV gruppen kann beliebig nach Projekt skaliert werden.
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Die zu installierende PV Kapazität wird ermittelt durch, Standortbegebenheiten, in Kombination mit anpassung der Komponenten in dem internen Systembereich des Kraftwerks. Das heist, dass an manchen Standorten weniger PV installiert werden kann.
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Dafür kommen andere Alternativen in anbetracht. Bei Fällen wo die externe Energieerzeugung nicht hoch genug skaliert werden kann, werden die internen Systemkomponenten angepasst oder höher skaliert. Die Unterstützung durch Windgeneratom ist ebenfalls möglich.
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30% von der Kraftwerkleistung ist eine gute Basis für die zu installiernde PV Kapazität. Sie reicht aus, um alle Komponenten permanent online zu halten, die für den Start des gesammten Systems nötig sind. Die PV unterstützt die Batterien und verhindert auch die Schwankungen bei Spannungsabfällen.
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Die Batterie Betriebsspannung beträgt 600 Volt. Daher werden die PV Pannele jeweils in Reihe und Parallel geschaltet um die nötige Laderegler Eingangsspannung von 500 Volt DC zu erreichen. Laderegler Ladespannung beträgt 600 Volt DC
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11.16 Figur 1, Position 19 - Windgenerator
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In der Position 19 - Wingenerator verbaute Einzelteile: Windgenerator, Dumpload, Mast, Laderegler.
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Vorteile des Windgenerators
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Wie in dem Schutzanspruch Nummer 4 dargelegt, wird folgendes Beispiel Erklärt.
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Überall da, wo die Windverhältnisse ausreichend sind und die Begebenheiten am Standort es zulassen können Windgeneratoren mit in den Kraftwerksystem integriert werden.
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Die Menge der Windgeneratoren kann beliebig nach Projekt skaliert werden.
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Der einsatz von Windgeneratoren in unserem Kraftwerksystem ist die günstigste Variante für einen Windgeneratorbetrieb.
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Die erzeugte Energie wird über einen Batterieladeregler in die Batterien geladen.
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Die Genehmigungen oder einzuhaltende Vorschriften beschränken sich bei off grid System lediglich auf die baulichen Bestimmungen.
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Der Windgenerator besteht aus 4 Hauptkomponenten
- • Windgenerator
- • Mast
- • Laderegler
- • Dumpload (Wiederstand)
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Figurenliste
-
- ▪ 1 - Schema Beispielkraftwerk 100 kW - Gesamt Systemskizze.
- ▪ 2 - Darstellung Beispielkraftwerk 100 kW - Betrieb mit und ohne Frequenzumrichter.
- ▪ 3 - Darstellung Beispielkraftwerk 100 kW - Kombination, Frequenzumrichter, unsere Parameter und Hochfrequenzmotor.
-
Bezugszeichenliste:
-
- 1:
(Schema Beispielkraftwerk 100 kW Gesamt Systemskizze) In dieser Figur werden alle Komponenten des gesamten Systems, Aufbau und Energie-Flussrichtung des Kraftwerks dargestellt.
- Bezeichnung der Nummern aus 1:
- 1
- Hauptschaltschrank (mit Frequenzumrichter)
- 2
- Hochfrequenzmotor
- 3
- Mitnehmer
- 4
- Stehlager
- 5
- Schwungscheibe
- 6
- Keilriemen
- 7
- Welle Linie 1
- 8
- Welle Linie 2
- 9
- Welle Linie 3
- 10
- Asynchrongenerator
- 11
- Verteiler Schaltschrank
- 12
- Getriebe
- 13
- Synchrongenerator
- 14
- Laderegler
- 15
- Hauptbatteriespeicher
- 16
- PV Laderegler
- 17
- PV Paneele
- 18
- Windgenerator Laderegler
- 19
- Windgenerator
- 2:
(Darstellung Beispielkraftwerk 100 kW- Betrieb mit und ohne Frequenzumrichter).
In dieser Figur wird die Betriebseigenschaft des Frequenzumrichters in Kombination mit Hochfrequenzmotor unseren Parametern dargestellt (ausgegangen von einer Beispiel Drehzahl von 1 U/min).
- Bezeichnung der Nummern aus 3:
- 1
- Motorantrieb ohne Frequenzumrichter
- 2
- Hochfrequenzmotor
- 3
- Drehende Welle kann von Hand gehalten werden
- 4
- Motorantrieb mit Frequenzumrichter und beliebigem Programm
- 5
- Hochfrequenzmotor
- 6
- Drehende Welle kann von Hand gehalten werden
- 7
- Motorantrieb mit Frequenzumrichter und unsere Programm Parametern
- 8
- Hochfrequenzmotor
- 9
- Drehende Welle kann von Hand nicht gehalten werden, da das Drehmoment gestiegen ist.
- 3:
(Darstellung Beispielkraftwerk 100 kW - Antriebsmotor - Hochfrequenzmotor)
In dieser Figur werden die unterschiedlichen Betriebseffekte eines Antriebsmotors mit- und ohne Frequenzumrichter und mit und ohne unsere Parameter dargestellt/erklärt.
- Bezeichnung der Nummern aus 4:
- 1
- Normaler Motor 50 Hz.
- 2
- Ansteuerung ohne Frequenzumrichter
- 3
- Keine Drehmoment Erhöhung
- 4
- Normaler Motor 50 Hz.
- 5
- Ansteuerung mit Frequenzumrichter
- 6
- Keine Drehmoment Erhöhung
- 7
- Normaler Motor 50 Hz.
- 8
- Ansteuerung mit Frequenzumrichter und unsere Parameter
- 9
- Keine Drehmoment Erhöhung
- 10
- Hochfrequenzmotor 200 Hz.
- 11
- Ansteuerung ohne Frequenzumrichter
- 12
- Keine Drehmoment Erhöhung
- 13
- Hochfrequenzmotor 200 Hz.
- 14
- Ansteuerung mit Frequenzumrichter
- 15
- Keine Drehmoment Erhöhung
- 16
- Hochfrequenzmotor 200 Hz.
- 17
- Ansteuerung mit Frequenzumrichter und unsere Parameter
- 18
- Sehr hohe Drehmoment Erhöhung
