DE4433428A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Energieversorgung von Klimageräten - Google Patents

Schaltungsanordnung und Verfahren zur Energieversorgung von Klimageräten

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Energieversorgung von Klimageräten, insbesondere Klimatruhen, unter Nutzung von photovoltaisch erzeugter Energie.
In der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0 576 280 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Klimaanlagensystems beschrieben, bei dem wahlweise der Antrieb durch Solarstrom oder Netzstrom erfolgen kann. Dabei soll die Solarstromversorgung so geregelt werden, daß ein bestimmter Wert eingehalten wird, um eine Gefährdung der Klimaanlage durch zu hohe Energie zu vermeiden . . Andererseits wird die Solarstromversorgung abgeschaltet, wenn der Sollwert nicht erreicht wird. Die Anlage wird dann mit Netzstrom betrieben. Mit dieser Verfahrensweise ist eine vollständige Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Solarenergie nicht möglich.
Die DE-OS 43 43 610 betrifft eine Vorrichtung zur Speisung von Ventilatoren eines Klimagerätes. Zielstellung der Patentanmeldung ist es, die Betriebssicherheit der Klimageräte zu gewährleisten, d. h. daß bei Ausfall des Energieversorgungsnetzes die Klimageräte weiter betrieben werden können. Dabei geht die Lösung davon aus, daß die Antriebe von Klimageräten vorzugsweise durch Wechselstrom erfolgen. Vorhandene Batterieanlagen zur Aufrechterhaltung der Energieversorgung elektronischer Datenverarbeitungsanlagen und Telefonvermittlungen sind demnach nicht geeignet um für die Stromversorgung der Klimageräte genutzt zu werden. Es wird deshalb vorgeschlagen, die Ventilatormotoren mit Kommutierungseinheiten zu verbinden, die an ein Wechsel- oder Drehstromnetz und eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind. Bei Ausfall des Energieversorgungsnetzes kann die Spannungsversorgung der Ventilatoren aus dem Wechselrichter erfolgen, der eingangsseitig an die Batterieanlage angeschlossen ist. Obwohl es nicht beschrieben wurde, wäre es denkbar, die Batterieanlage photovoltaisch zu versorgen. Aber auch in diesem Falle könnte die photovoltaische Energie nicht vollständig genutzt werden, da nur Batterie- oder Netzbetrieb möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, in Kombination mit der Energieversorgung aus dem Netz, eine optimale Nutzung der zur Verfügung stehenden photovoltaischen Energie zu erreichen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst, indem zum Betrieb des Verdichters bzw. anderer Verbraucher der Klimageräte ein Frequenzumrichter, der seine Energie sowohl aus einem PV-Feld als auch aus dem Netz beziehen kann, von einem als Logic-Controller bezeichneten Mikrorechnersystem angesteuert wird. Die Kälteleistung des Verdichters richtet sich nach der Ausgangsfrequenz und der damit verknüpften Spannung des Frequenzumrichters und wird nach folgenden Gesichtspunkten bestimmt:
  • a) Stellung des Betriebsartenschalters
  • b) eingestellter Raumtemperatur-Sollwert
  • c) Raumtemperatur bzw. Raumtemperaturzeitprogrammgeber
  • d) Außentemperatur bzw. deren zeitlicher Verlauf bzw. deren zu erwartender Verlauf in Abhängigkeit von der Uhrzeit
  • e) einstrahlende Energie bzw. deren zu erwartender zeitlicher Verlauf
  • f) Bilanzergebnis des sog. Energiebilanzmessers
  • g) gegenwärtige Uhrzeit
Wird mit dem Betriebsartenschalter der Sollwert der Raumtemperatur als Zielfunktion bestimmt, wird ein schnellstmögliches Erreichen des Sollwertes angestrebt. Über den Logic- Controller wird dann die gesamte photovoltaische Energie und ggf. Netzenergie eingesetzt, um dieses Ziel zu erreichen. Die übrigen vorstehenden Gesichtspunkte werden dann nicht berücksichtigt.
Hauptzielstellung der Erfindung ist aber der sogenannte "autarke Betrieb", d. h., daß nur die vom PV-Feld zur Verfügung stehende Energie genutzt wird. Reicht die vom PV-Feld zur Verfügung stehende Energie nicht aus, um den gewünschten Sollwert zu erreichen, so wird dieser Umstand in Kauf genommen. Wird vom PV-Feld mehr Energie, als momentan benötigt, erzeugt, so wird der überschüssige Teil entweder ins Netz eingespeist oder in Abhängigkeit von der Tageszeit und den bisherigen äußeren und inneren Temperaturverläufen der Istwert über den Sollwert gesteuert, wenn zu erwarten ist, daß zu einem späteren Zeitpunkt mit der dann zur Verfügung stehenden Energie ein Halten des Sollwertes nicht möglich ist. Für die Vorabschätzung des Energiebedarfs kann der Logic- Controller u. a. mit Methoden der Fuzzy-Logic arbeiten.
Erfindungsgemäß ist weiterhin über den Betriebsartenschalter der sogenannte "ökologische Betrieb mit Netzspeicher" einstellbar. Bei dieser Betriebsart versucht der Logic-Controller den eingegebenen Sollwert einzuhalten, jedoch unter dem Aspekt, daß im Bedarfsfall dem Netz nur so viel Energie entnommen wird, wie innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes im Netz gespeichert wurde. Auf diese Weise erfolgt ein Betrieb der Klimaanlage ausschließlich mit photovoltaisch erzeugter Energie unter Verwendung des Netzes als Energiespeicher. Als besonders vorteilhaft erweist sich bei dieser Betriebsart, daß mit Hilfe der im Netz gespeicherten Energie der Sollwert sehr schnell erreicht wird und dann ausschließlich auf direktem Wege durch photovoltaische Energie aufrechterhalten wird.
Eine weitere Betriebsart kann darin bestehen, daß bei abgeschalteten Verbrauchern die photovoltaische Energie ausschließlich ins Netz eingespeist wird, um zu einem späteren Zeitpunkt zur Verfügung zu stehen.
An nachfolgendem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die Abbildung zeigt eine Schaltungsanordnung zur Realisierung der Erfindung.
Der Frequenzumrichter 1 ist ausgangsseitig mit dem Verbraucher 11, im vorliegenden Fall dem Verdichter einer Kälteanlage verbunden. Der Frequenzumrichter 1 erhält seine Energie von der Leistungselektronikbaugruppe 8, die als Energiesummenbildner wirkt und von dem Solarmodul 10 über einen MPP-Regler und einem Wechselspannungsnetz 7 gespeist wird.
Die Wirkungsweise der Leistungselektronikbaugruppe 8 wird vom Logic-Controller 12 bestimmt. Der Logic-Controller 12 ist vorzugsweise ein Mikrorechner, der im wesentlichen die Komponenten Zeitplangeber 4, Energiebilanzmesser 6 und eine interne Uhr 14 sowie softwaremäßig realisierte Regelalgorhytmen erhält.
Der Logic-Controller 12 erhält Signale vom Außentemperaturfühler 2, dem Raumtemperaturfühler 3, dem Sollwertgeber 13 und dem Betriebsartenschalter 5. Dabei sind erfindungsgemäß die vorstehend beschriebenen Betriebsarten
A - Raumtemperatur einhalten
B - autarker photovoltaischer Betrieb
C - ökologischer Betrieb mit Netzspeicher
D - Klimageräte ganz oder teilweise abgeschaltet
möglich.
Bezugszeichenliste
1 Frequenzumrichter
2 Außentemperaturfühler
3 Raumtemperaturfühler
4 Zeitplangeber
5 Betriebsartenschalter
6 Energiebilanzmesser
7 Wechselstromnetz
8 Leistungselektronikbaugruppe
9 MPP-Regler
10 Solarmodul
11 Verbraucher
12 Logic-Controller
13 Sollwertgeber
14 interne Uhr

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Energieversorgung von Klimageräten unter Nutzung von photovoltaisch erzeugter Energie, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leistungselektronikbaugruppe (8) mit einem mittels MPP-Regler (9) auf den optimalen Arbeitspunkt eingestellten Solarmodul (10) und einem Wechselstromnetz (7) verbunden ist und daß die Leistungselektronikbaugruppe (8) von einem Logic-Controller (12), der insbesondere einen Energiebilanzmesser (6), einen Zeitplangeber (4) und eine interne Uhr (14) enthält, angesteuert wird und daß der Logic-Controller (12) mit einem Betriebsartenschalter (5), einem Außentemperaturfühler (2), einem Raumtemperaturfühler (3) und einem Sollwertgeber (13) verbunden ist und daß ausgangsseitig der Logic-Controller (12) und die Leistungselektronikgruppe (8) mit einem Frequenzumrichter (1) verbunden sind und daß dieser die elektrische Betriebsenergie an den Verbraucher (11) liefert.
2. Verfahren zur Energieversorgung von Klimageräten unter Nutzung von photovoltaisch erzeugter Energie, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine von einem Solarmodul (10) gelieferte Gleichleistung durch einen MPP-Regler maximiert und einer als Energiesummenbildner wirkenden Leistungselektronikbaugruppe (8), die mit einem Wechselstromnetz (7) und dem MPP-Reglerausgang in Verbindung steht, für ausgewählte Betriebszustände in eine resultierende Ausgangsgleichleistung gewandelt und diese in einem nachgeschalteten Frequenzumrichter (1) in eine veränderliche Wechselspannung variabler Frequenz umgewandelt wird, wobei der Frequenzumrichter (1) durch einen die jeweilige einstrahlungs- und außentemperaturabhängige Solargeneratorleistung in der Weise berücksichtigenden Logic-Controller (12) so beeinflußt wird, daß vordergründig die Anpassung der Verbraucherleistung an die vom Solarmodul (10) gelieferte Gleichspannungsleistung ohne Ergänzung durch Zusatzleistung aus dem Wechselstromnetz (7) Priorität hat und daß diese Anpassung unter Berücksichtigung der Raumtemperatur, der Außentemperatur, der Tageszeit, des vorgegebenen Sollwerts und des einstellbaren Regelmodus "Autarker Solargeneratorbetrieb" oder "Raumtemperatursollwerteinhaltung" erfolgt, wobei die genannte Priorität durch den einstellbaren Regelmodus "Raumtemperatursollwerteinhaltung" aufgehoben und bei jeweils maximal erreichbarer Solargeneratorgleichleistung eine aus dem Wechselstromnetz (7) entnommene und gleichgerichtete mittels der Leistungselektronikbaugruppe (8) dazusummierte Gleichleistung und Vollasteinstellung der Kälteanlage die vorgegebene Raumtemperatur schnellstmöglich eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Klimageräte zu einem Betriebssystem zusammengefaßt sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig vom gewählten Betriebsmodus bei Energieüberschuß eine Wechselspannungsrückspeisung in das Netz erfolgt und das Wechselstromnetz (7) somit nicht zur Energiequelle für ein schnelles Erreichen des Sollwertes sondern primär als Energiespeicher wirkt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Logic-Controller (12) Gesichtspunkte der Fuzzy-Logic berücksichtigt.
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