DE4433428C2 - Verfahren zur Energieversorgung von Klimageräten - Google Patents

Verfahren zur Energieversorgung von Klimageräten

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieversorgung von Klimageräten, insbesondere Klimatruhen, unter Nutzung von photovoltaisch erzeugter Energie.
In EP 0 576 280 A2 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Klimaanla­ gensystems 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 ver­ meiden. 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 43 43 610 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Speisung von Ventilatoren eines Klimage­ rätes. 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 Klimage­ räten vorzugsweise durch Wechselstrom erfolgen. Vorhandene Batterieanlagen zur Auf­ rechterhaltung der Energieversorgung elektronischer Datenverarbeitungsanlagen und Tele­ fonvermittlungen sind demnach nicht geeignet um für die Stromversorgung der Klimageräte genutzt zu werden. Es wird deshalb vorgeschlagen, die Ventilatormotoren mit Kommutie­ rungseinheiten zu verbinden, die an ein Wechsel- oder Drehstromnetz und eine Gleichspan­ nungsquelle angeschlossen sind. Bei Ausfall des Energieversorgungsnetzes kann die Span­ nungsversorgung 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 photo­ voltaische Energie nicht vollständig genutzt werden, da nur Batterie- oder Netzbetrieb mög­ lich 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 des ersten Patentanspruchs gelöst. Die weiteren An­ sprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahren. Erfin­ dungsgemäß wird zum Betrieb des Verdichters bzw. anderer Verbraucher der Klimageräte ein Frequenzumrichter, der seine Energie sowohl aus einem PV-Feld als aus dem Netz be­ ziehen kann, von einem als Logic-Controller bezeichneten Mikrorechnersystem angesteuert.
Die Kälteleistung des Verdichters richtet sich nach der Ausgangsfrequenz und der damit ver­ knüpften Spannung des Frequenzumrichters und wird nach folgenden Gesichtspunkten be­ stimmt:
  • 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 erwartende zeitliche Verlauf
  • f) Bilanzergebnis des sog. Energiebilanzmessers
  • g) gegenwärtige Uhrzeit
Wird mit dem Betriebsartenschalter der Sollwert der Raumtemperatur als Zielfunktion be­ stimmt, 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 benö­ tigt, erzeugt, so wird der überschüssige Teil entweder ins Netz eingespeist oder in Abhän­ gigkeit 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 aufrecht erhalten 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 des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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 9 und einem Wechselspannungsnetz 7 gespeist wird.
Die Wirkungsweise der Leistungselektronikbaugruppe 8 wird vom Logic-Controller 12 be­ stimmt. Der Logic-Controller 12 ist vorzugsweise ein Mikrorechner, der im wesentlichen die Komponenten Zeitplangeber 4, Energiebilanzmesser 6 und eine interne Uhr 14 sowie soft­ wareseitig realisierte Regelalgorithmen enthält.
Der Logic Controller 12 erhält seine Signale vom Außentemperaturfühler 2, dem Raumtem­ peraturfühler 3, dem Sollwertgeber 13 und dem Betriebsartenschalter 5. Dabei sind erfin­ dungsgemäß die vorstehend beschriebenen Betriebsarten
A - Raumtemperatur einhalten
B - autarker photovoltaischer Betrieb
C - ökologischer Betrieb mit Netzspeicher
D - Klimageräte ganz oder teilweise abgeschaltet
möglich.

Claims (4)

1. 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 Gleichspannung durch einen MPP-Regler (9) 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 Wech­ selspannung variabler Frequenz umgewandelt wird, wobei der Frequenzumrichter (1) durch einen die jeweilige einstrahlungs- und außentemperaturabhänige Solargenerator­ leistung in der Weise berücksichtigenden Logic-Controller (12) so beeinflußt wird, dass vordergründig die Anpassung der Verbraucherleistung an die vom Solarmodul (10) ge­ lieferte Gleichspannungsleistung ohne Ergänzung durch Zusatzleistung aus dem Wech­ selstromnetz (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 "Raumtemperatur­ sollwerteinhaltung" erfolgt, wobei die genannte Priorität durch den einstellbaren Regel­ modus "Raumtemperatursollwerteinhaltung" aufgehoben und bei jeweils maximal er­ reichbarer Solargeneratorgleichleistung eine aus dem Wechselstromnetz (7) entnomme­ ne und gleichgerichtete mittels der Leistungselektronikbaugruppe (8) dazusummierte Gleichleistung und Volllasteinstellung der Kälteanlage die vorgegebene Raumtemperatur schnellstmöglich eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Klimageräte zu ei­ nem Betriebssystem zusammengefaßt sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig vom gewählten Betriebsmodus bei Energieüberschuß eine Wechselspannungsrückspeisung in das Netz erfolgt und das Wechselstromnetz (7) somit nicht nur Energiequelle für das schnelle Er­ reichen des Sollwertes sondern primär als Energiespeicher wirkt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Logic-Controller (12) Gesichtspunkte der Fuzzy-Logic berücksichtigt.
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