EP2973931A1 - Heizvorrichtung - Google Patents

Heizvorrichtung

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Publication number
EP2973931A1
EP2973931A1 EP13801507.8A EP13801507A EP2973931A1 EP 2973931 A1 EP2973931 A1 EP 2973931A1 EP 13801507 A EP13801507 A EP 13801507A EP 2973931 A1 EP2973931 A1 EP 2973931A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
supply electronics
heating resistor
heating device
heating
photovoltaic system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13801507.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Hantschel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AEI Power GmbH
Original Assignee
Refusol GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Refusol GmbH filed Critical Refusol GmbH
Publication of EP2973931A1 publication Critical patent/EP2973931A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H05B1/0244—Heating of fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H2250/00—Electrical heat generating means
    • F24H2250/02—Resistances
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the invention relates to a heating device according to the preamble of claim 1. It has already been proposed to use photovoltaic systems for heating.
  • the object of the invention is in particular to provide a generic device with improved properties in terms of high efficiency and / or low cost.
  • the object is achieved by the features of claim 1, while advantageous embodiments and modifications of the invention can be taken from the dependent claims.
  • the invention is based on a heating device, in particular for heating at least one fluid, with at least one first heating resistor and at least one supply electronics, which is provided to supply at least the first heating resistor with electricity provided by at least one first photovoltaic system.
  • the supply electronics be provided to operate at least the first heating resistor clocked at least in one operating mode.
  • a "fluid” is intended in particular to mean a liquid, a gas and / or a
  • At least the first heating resistor is provided to a
  • Latency heat storage material which is liquid, in particular in at least one operating condition, to heat. Furthermore, it is conceivable that the heating resistor to a heating of at least one solid, in particular in the form of at least one , -
  • Rock and / or mineral blocks, in particular for heat storage is provided.
  • a "heating resistor” is to be understood in particular as meaning a unit which is intended to convert electrical energy into at least 70%, in particular at least 90%, advantageously at least 95%, preferably at least 99%, heat at least one electrical component, in particular a group of, preferably permanently, parallel and / or series-connected electrical components, in particular at least one of the electrical components is designed as, preferably a metallic, ohmic resistor, Alternatively or additionally it is conceivable in that the at least one of the electrical components is designed as a semiconductor component, in particular with a controllable resistor
  • Heating resistor surrounded by a, in particular metallic, preferably tubular, enveloping body which is advantageously provided to a thermal contact, in particular by means of heat conduction and / or thermal radiation, between the
  • the heating resistor forms a snake heater.
  • at least one electrically insulating, advantageously good heat-conducting, preferably ceramic, material is arranged between the electrical component and the enveloping body.
  • at least one of the electrical components is wound around a ceramic carrier, which is inserted into an enveloping body delimiting the medium to be heated, wherein an air gap is maintained between the electrical component and the enveloping body, so that heat transfer essentially takes place by means of heat radiation ,
  • the heating resistor forms a snake heater.
  • at least one electrically insulating, advantageously good heat-conducting, preferably ceramic, material is arranged between the electrical component and the enveloping body.
  • at least one of the electrical components is wound around a ceramic carrier, which is inserted into an enveloping body delimiting the medium to be heated, wherein an air gap is maintained between the electrical component and the enveloping body, so that heat transfer essentially takes place by
  • Heating device to a fluid container and / or a Fluidleitelement, in which the
  • Heating resistor protrudes or is penetrated by the heating resistor.
  • the heating resistor forms a wall of the fluid container and / or - leitelements.
  • the supply electronics has at least one
  • the supply electronics preferably have at least one control unit which is at least provided to control and / or regulate an operation of the heating resistor.
  • a "photovoltaic system” is to be understood in particular as meaning a unit which is intended to convert light, in particular sunlight, directly into electrical energy, in particular a photovoltaic system only of photovoltaic cells, protective sheaths, carrier elements and / or connecting cables - -
  • a "timed operation” is to be understood in particular as an operating mode in which the heating resistor repeats, in particular with a frequency of more than 100 Hz, in particular more than 1 kHz, advantageously more than 10 kHz, preferably more than 20 kHz, and / or A maximum frequency of 100 kHz, in particular a maximum of 60 kHz, advantageously a maximum of 40 kHz, in particular periodically, is connected to the photovoltaic system
  • Photovoltaic system and the heating resistor is arranged, and advantageous to
  • the control unit in particular as a semiconductor switching element, preferably as a power MOSFET and / or power IGBT, alternatively as an electromechanical switching element, in particular as a relay is formed.
  • the supply electronics additionally has at least one operating mode in which the heating resistor is continuously connected to the photovoltaic system.
  • the term "provided” should be understood to mean specially programmed, designed and / or equipped.Assuming that an object is intended for a specific function should in particular mean that the object fulfills this specific function in at least one application and / or operating state and / or In particular, high efficiency and / or low costs, in particular due to component savings, can be achieved.
  • the supply electronics be provided to at least the first heating resistor in at least one operating mode with a frequency between 1 kHz and 100 kHz, in particular with a frequency between 10 kHz and 70 kHz, advantageously with a frequency between 20 kHz and 50 kHz , preferably with a frequency between 30 kHz and 40 kHz to operate.
  • a frequency between 1 kHz and 100 kHz in particular with a frequency between 10 kHz and 70 kHz, advantageously with a frequency between 20 kHz and 50 kHz , preferably with a frequency between 30 kHz and 40 kHz to operate.
  • high efficiency can be achieved.
  • Photovoltaic system can be achieved.
  • a low-cost and / or simple design with a low number of components can be achieved.
  • the supply electronics be provided to adjust a duty cycle of the pulsed operation of at least the first heating resistor to set a drop across the heating resistor performance.
  • Duty cycle of the clocked operation should be understood in particular a duty cycle of a control signal, in particular a control voltage, with which the control unit, the switching element for connecting the heating resistor with the
  • Photovoltaic system controls. In particular, a simple control can be achieved.
  • the supply electronics be provided to vary a duty cycle of the clocked operation of at least the first heating resistor to optimize the falling across the first heating resistor performance.
  • the supply electronics has at least one voltage control loop, wherein the voltage control circuit is advantageously provided to implement a voltage difference between a predetermined setpoint voltage and a measured actual voltage in a duty cycle of the clocked operation.
  • the voltage control circuit is advantageously provided to implement a voltage difference between a predetermined setpoint voltage and a measured actual voltage in a duty cycle of the clocked operation.
  • Supply electronics provided to change the target voltage and / or the duty cycle of the clocked operation at regular and / or irregular intervals in a variation step by a certain amount and a resulting
  • Variation step increases the target voltage and / or reduces the duty cycle, if in the previous variation step by increasing the target voltage and / or
  • Reduction of the duty cycle could be achieved an increase in performance or by increasing the duty cycle and / or increasing the duty cycle no performance increase could be achieved.
  • Reduction of the duty cycle could be achieved an increase in performance or by increasing the duty cycle and / or increasing the duty cycle no performance increase could be achieved.
  • Variation step reduces the target voltage and / or increases the duty cycle, if in the previous variation step by increasing the duty cycle and / or increasing the duty cycle performance could be achieved or by increasing the target voltage and / or reducing the duty cycle no performance improvement could be achieved.
  • the control unit is provided to a variation of the desired voltage and / or the duty cycle
  • the supply electronics have at least one buffering capacity allocated to the first heating resistor, which is provided to at least temporarily store energy of the photovoltaic system.
  • Buffer capacity of at least one capacitor formed is achieved because in states in which the heating resistor is not connected to the photovoltaic system in the short term, energy supplied by the photovoltaic system can be used. In particular, a high energy yield can be achieved.
  • the supply electronics be provided to measure, in particular only, a voltage above the buffer capacity for determining a power output via the heating resistor.
  • the supply electronics has at least one voltage sensor which measures a voltage drop across the buffer capacity.
  • the control unit is provided, depending on at least one voltage measurement, in particular a voltage curve over the buffer capacity, in particular only while the heating resistor is connected to the photovoltaic system, the known duty cycle of the clocked operation and an at least substantially known size of the ohmic resistance of the heating resistor to calculate a power output in the heating resistor.
  • the supply electronics is provided, in particular only, to measure a current through the heating resistor.
  • the supply electronics is provided to the duty cycle of the clocked operation, at least in response to a mean above the
  • Buffer capacity applied voltage in particular as a function of a calculated over this power output of the heating resistor to select.
  • a “medium voltage” is intended in particular to mean, in particular averaged, averaged over a period in which the heating resistor is connected to the photovoltaic system, , ,
  • the heating resistor is connected directly to a buffer capacity of
  • heating resistor is "directly" connected to the buffer capacitor, should be understood in particular that the heating resistor, at least in a state in which it is connected to the photovoltaic system, only about at least substantially pure resistive elements, in particular only electrical connecting lines and / or switching elements, in
  • Row is connected to the buffer capacity.
  • high efficiency and / or high component savings can be achieved since, in particular, additional converter stages are dispensed with.
  • the buffer capacity is intended to be connected directly to the photovoltaic system.
  • the buffer capacity only at least in
  • the supply electronics be provided to vary a frequency of the clocked operation in at least one operating mode.
  • the supply electronics are provided to vary the frequency of the clocked operation as a function of a power obtainable from the photovoltaic system.
  • the supply electronics is provided, in an operating state in which a power output via the heating resistor corresponds to a maximum of 50%, in particular a maximum of 30%, advantageously not more than 20%, preferably not more than 10% of a rated power of the heating resistor, for outputs above 50% of Rated power usual frequency of clocked operation to reduce, in particular, advantageously staggered, halve, third and / or quarter.
  • high efficiency can be achieved, since in particular switching losses , ,
  • the supply electronics be provided for a frequency of the clocked operation in a range having a width of at least 1 kHz, in particular at least 3 kHz, advantageously at least 8 kHz, and / or in a range with a width of at most 20 kHz ,
  • a maximum of 13 kHz in particular periodically and / or linearly, alternatively by leaps and bounds, to change, in order to reduce a, in particular radiated and / or retransmitted into the photovoltaic system, harmonic spectrum.
  • the supply electronics have at least one sensor unit which is provided to examine a frequency of a current taken from the photovoltaic system in order to conclude arcing typical behavior.
  • the sensor unit is formed by the voltage sensor provided for determining the power, wherein the control electronics are in particular provided to filter out a current frequency of the clocked operation from the measured signal of the voltage sensor.
  • an additional sensor in particular a current sensor for measuring a current across the labitesselle has, in order to achieve improved measurement accuracy.
  • a frequency between 10 kHz and 30 kHz, which differs from a frequency of the clocked operation, a on
  • connection contacts of the photovoltaic system in particular the
  • the supply electronics are provided, upon detection of arc-type behavior, at least in the short term, to interrupt operation of the heating resistor in order to extinguish the arc and / or to output at least a warning message.
  • the supply electronics are provided to set an operation until completion of maintenance measures, at least in the case of repeated occurrence of arc-type behavior. In particular, it can be a high security and / or a long life of the connected
  • Photovoltaic system can be achieved.
  • Temperature sensor has.
  • the temperature sensor is at least in the vicinity of the medium to be heated, advantageously enclosed by this, arranged.
  • the temperature sensor is integrated in an envelope of the heating resistor. - -
  • the supply electronics are provided to at least reduce and / or adjust an operation of at least the first heating resistor when a limit temperature is exceeded by the temperature sensor.
  • improved safety can be achieved.
  • a high level of comfort can be achieved.
  • the heater at least one
  • Fluid transport unit which is intended to pass a fluid to be heated to the heating resistor and which is controlled and / or powered by the supply electronics, in particular in dependence on the temperature sensor.
  • the fluid transport unit is provided to supply a fluid to the heating resistor.
  • the fluid transport unit is intended to force a movement of a fluid.
  • the fluid transport unit has at least one pump, a fan and / or a screw conveyor.
  • the supply electronics are provided to regulate a delivery rate of the fluid transport unit such that a temperature measured by the temperature sensor is at least substantially kept constant and / or corresponds to a predetermined value, in particular by an operator.
  • the supply electronics has at least one
  • the fluid transport unit is supplied via a separate mains connection, wherein the fluid transport unit preferably has at least one control interface via which the control unit of the
  • Supply electronics can set a delivery rate and / or speed. In particular, a high quality can be achieved.
  • the supply electronics has a control unit which is provided to monitor at least one functional unit of a control unit which controls the clocked operation of at least one heating resistor.
  • control unit has at least one separate temperature sensor and is intended to provide a connection between the heating resistor and the
  • Photovoltaic system when exceeding a threshold temperature, preferably redundant to interrupt. Overheating can be caused in particular by a malfunction of the - -
  • Control unit a malfunction of a first sensor and / or a malfunction of a switching element caused.
  • the control unit has a separate switching element connected in series between the heating resistor and the
  • control unit and the control unit each have at least one communication input in order to carry out at least one check of a functioning of the control unit.
  • control unit is provided via the communication inputs a
  • control unit and control unit are jointly provided to allow a flow of current through the heating resistor only if a functionality of both units has been ensured.
  • a high degree of safety can be achieved, in particular with regard to overheating and / or consequential damage.
  • control electronics of the supply electronics be provided to be supplied by the photovoltaic system.
  • the supply electronics have at least one voltage and / or frequency converter, which is provided to convert energy provided by the photovoltaic system into a form required by the control electronics, in particular at least the control unit, the control unit, and / or the at least one sensor ,
  • a high degree of self-sufficiency can be achieved.
  • a high level of efficiency can be achieved since the control electronics are only active, in particular, when sufficient energy is available.
  • Fig. 1 shows a heating device according to the invention for generating a
  • Fig. 2 shows an exemplary sequence of a clocked operation
  • Fig. 3 shows an alternative heating device according to the invention for connection to a plurality of photovoltaic systems.
  • FIG. 1 shows a system 1 1 with a heating device 10 and a first one
  • the heating device 10 is provided for heating and drying of a fluid formed as a bulk material and has a first heating resistor 12 and a supply electronics 20, which is provided to supply the first heating resistor 12 provided by the first photovoltaic system 16 current.
  • the supply electronics 20 is provided to operate the first heating resistor 12 clocked in different operating modes.
  • the supply electronics 20 has a first heating resistor 12 associated buffer capacity 22, which is intended to temporarily store energy of the photovoltaic system 16.
  • the supply electronics 20 has a first
  • the buffer capacity 22 is intended to be connected directly to the photovoltaic system 16.
  • the buffer capacity 22 is directly with the
  • the heating resistor 12 is connected directly to the buffer capacity 22 of the supply electronics 20.
  • the supply electronics 20 further comprises an insulation measuring unit 25, which is provided to determine whether the photovoltaic system 16 is operated in earthed or floating configuration.
  • the isolation unit 25 is between the poles of
  • the insulation measuring unit 25 has a
  • Voltage divider which operates in a first state by voltage bisecting and asymmetrically dividing in a second state, wherein a voltage at the center tap of the voltage divider is measured via a high resistance to ground potential. If too low bleeder resistances are detected by measurement in both states, a warning message is output.
  • the supply electronics 20 has a control unit 40 which controls and regulates an operation of the heating resistor 12.
  • the supply electronics 20 has a first, as - -
  • Semiconductor switching element trained, switching element 42 which is arranged in series with the heating resistor 12 and the buffer capacitor 22 and the photovoltaic system 16.
  • the power electronics 20 has a freewheeling diode 32, which is provided to occur when disconnecting the connection to the photovoltaic system 16, by possibly.
  • Supply electronics 20 has a voltage sensor 26, which measures a voltage U P across the buffer capacitor 22.
  • the supply electronics 20 has a control unit 45, which is provided to monitor at least one functioning of the control unit 40.
  • Control unit 45 has a first temperature sensor 49.
  • the temperature sensor 49 is provided to detect a temperature of the fluid in a vicinity of the
  • the control unit 45 is provided at
  • the control unit 45 has a second one
  • the second switching element 46 is arranged in series with the heating resistor 12 and the buffer capacitor 22 or the photovoltaic system 16. Provides the
  • Control unit 45 a functionality of the control unit 40 and by means of the first temperature sensor 49 determines a temperature below the threshold temperature, the control unit 45 causes a switching of the second switching element 46, so that this does not preclude a connection of the heating resistor 12 with the photovoltaic system 16.
  • the second switching element 46 is designed as a relay, but could alternatively be designed as a semiconductor switching element. Furthermore, it is alternatively conceivable that the second switching element is provided to interrupt a control signal U s of the first switching element.
  • the control unit 40 has a second temperature sensor 41. Furthermore, the heating device 10, a fluid transport unit 50, which is intended to pass a fluid to be heated to the heating resistor 12 and by the
  • Supply electronics 20 is controlled and supplied. A delivery rate of - -
  • Fluid transport unit 50 is controlled by the control unit 40 such that one of the second temperature sensor 41, seen in the transport direction behind the
  • Heating resistor 12 is arranged, measured temperature constant on a
  • the fluid transport unit 50 has a drive unit 52 designed as a screw conveyor for transporting the fluid.
  • Supply electronics 20 has a voltage converter 54, which is provided to supply the drive unit 52 of the photovoltaic system 16.
  • Control electronics so the control unit 40, the control unit 45, the
  • the drive unit is designed as a conveyor belt and the heating resistor as, for example, arranged above the conveyor belt radiant heater. But also embodiments as a water heater for liquids, especially water, are conceivable. If the control unit 40 determines that the control unit 45 is functional, the control unit 40 generates a control signal U s for driving the first switching element 42. A duty cycle t / T of the control signal U s is determined iteratively.
  • the supply electronics 20 determines from the voltage U P measured during a connection phase t of an overall interval T by the voltage sensor 26 via the buffer capacitor 22 a mean voltage U M (FIG. 2).
  • Heating resistor 12 dropping power P is then calculated by the control unit 40 after
  • Supply electronics 20 is provided for setting an over the
  • Heating resistor 12 dropping power P to adjust a duty ratio t / T of the clocked operation of the first heating resistor 12.
  • the duty ratio t / T of the clocked operation is hereby indirectly by varying a target voltage of a voltage regulator, which is provided to one of the buffer capacitor 22 and / or the
  • Power interface 36 to regulate applied voltage to a desired voltage varies to maximize the decaying power P. Should an available power be the - -
  • the supply electronics 20 are provided to operate the heating resistor 12 in an operating mode in which a power obtainable from the photovoltaic system 16 is at least 10% of a rated power of the heating resistor 12, with a frequency varying between 30 kHz and 50 kHz. In operating modes where the available power falls below 10% of rated power, the
  • Supply electronics 20 provided to operate the heating resistor 12 clocked with a frequency varying between 15 kHz and 25 kHz frequency.
  • the supply electronics 20 is provided to operate the heating resistor 12 continuously.
  • the voltage sensor 26 is used by the power electronics 20 to a
  • Frequency of the photovoltaic system 16 taken to investigate current is adjusted by filtering the current frequency of the clocked operation. If dominant frequencies in the range between 10 kHz and 30 kHz are still to be found, a photovoltaic system 16 characteristic of the arc is closed and an operation of the heating resistor 12 is interrupted for a few seconds.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention.
  • the following descriptions and the drawings are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, wherein, with regard to identically named components, in particular with regard to components having the same reference numerals, in principle also to the drawings and / or the description of the other embodiments, in particular FIGS to 2, can be referenced.
  • FIG. 3 shows a system 11a having a heating device 10a and a first, a second and a third photovoltaic system 16a, 17a, 18a.
  • the heater 10 a is as - -
  • Hot water boiler formed and has to heat water a first
  • Heating resistor 12a a second heating resistor 13a and a third heating resistor 14a.
  • the heating device 10a has a supply electronics 20a, which is provided to supply the heating resistors 12a, 13a, 14a respectively with supplied current and voltage of exactly one of the photovoltaic systems 16a, 17a, 18a.
  • the supply electronics 20a is intended to operate the heating resistors 12a, 13a, 14a clocked in several operating modes.
  • the supply electronics 20a For each of the heating resistors 12a, 13a, 14a, the supply electronics 20a has a separate buffer capacity 22a, 23a, 24a to which it is directly connected. Furthermore, the supply electronics 20a three power interfaces 36a, 37a, 38a, which are each intended to be connected to one of the photovoltaic systems 16a, 17a, 18a and each directly with an associated the
  • Buffer capacitors 22a, 23a, 24a are connected, so that the buffer capacitances 22a, 23a, 24a energy of each associated photovoltaic system 16a, 17a, 18a
  • the power interfaces 36a, 37a, 38a have a common contact.
  • the supply electronics 20a has voltage sensors 26a, 27a, 28a assigned to the respective buffer capacities 22a, 23a, 24a.
  • the heating resistors 12a, 13a, 14a are operated at the same frequency.
  • duty cycles of the clocked operations of the heating resistors 12a, 13a, 14a are varied separately in order to achieve a maximization of the falling over the respective heating resistors 12a, 13a, 14a performances.
  • the heating resistors 12a, 13a, 14a serve to heat fluid or solid in a single container.
  • the supply electronics 20a has a control unit 45a, which is provided to monitor at least one functioning of a control unit 40a, which controls the timed operation of the heating resistors 12a, 13a, 14a.
  • the control unit 40a has a first temperature sensor 41a.
  • Temperature sensor 41 a is used to monitor a temperature of the fluid and / or the solid in the container.
  • the control unit 40a is provided at
  • the control unit 45a has a second temperature sensor 49a.
  • the second temperature sensor 49a also serves to monitor a temperature of the fluid and / or the solid in the container.
  • the control unit 45a is provided to set an operation of the heating resistors 12a, 13a, 14a by the second temperature sensor 49a when a second threshold temperature slightly higher than the first threshold temperature is exceeded.
  • the supply electronics 20a has a first, a third and a fifth switching element 42a, 43a, 44a, each with exactly one of the heating resistors 12a, 13a, 14a and exactly one of the buffer capacitors 22a, 23a, 24a or exactly one of
  • Photovoltaic systems 16a, 17a, 18a are arranged in series.
  • the first, third and fifth switching elements 42a, 43a, 44a are each formed as a MOSFET or IGBT.
  • the first, third and fifth switching elements 42a, 43a, 44a are driven by the control unit 40a with clocked control signals with frequencies between 15 kHz and 50 kHz to operate the heating resistors 12a, 13a, 14a clocked.
  • Each of the heating resistors 12a, 13a, 14a is connected in parallel with a freewheeling diode 32a, 33a, 34a.
  • the control unit 45a further comprises three switching elements 46a, 47a, 48a, each of which is provided to prevent operation of the heating resistors 12a, 13a, 14a upon overheating, detected by the second temperature sensor 49a or detection of malfunction of the control unit 40a.
  • the second, fourth and sixth switching elements 46a, 47a, 48a each of which is provided to prevent operation of the heating resistors 12a, 13a, 14a upon overheating, detected by the second temperature sensor 49a or detection of malfunction of the control unit 40a.
  • Switching elements 46a, 47a, 48a are respectively arranged in series with exactly one of the heating resistors 12a, 13a, 14a and exactly one of the buffer capacitors 22a, 23a, 24a or precisely one of the photovoltaic systems 16a, 17a, 18a.
  • control unit has only a single switching element, which is arranged in series with all the heating resistors and each of the first, third and fifth switching elements.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung, insbesondere zur Erhitzung von zumindest einem Fluid, mit zumindest einem ersten Heizwiderstand (12; 12a, 13a, 14a) und zumindest einer Versorgungselektronik (20; 20a), die dazu vorgesehen ist, zumindest den ersten Heizwiderstand (12; 12a, 13a, 14a) mit von zumindest einer ersten Photovoltaikanlage (16; 16a, 17a, 18a) bereitgestelltem Strom zu versorgen. Es wird vorgeschlagen, dass die Versorgungselektronik (20; 20a) dazu vorgesehen ist, zumindest den ersten Heizwiderstand (12; 12a, 13a, 14a) zumindest in einem Betriebsmodus getaktet zu betreiben.

Description

Heizvorrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Es ist bereits vorgeschlagen worden, Photovoltaikanlagen zur Heizung zu verwenden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer hohen Effizienz und/oder geringen Kosten bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung, insbesondere zur Erhitzung von zumindest einem Fluid, mit zumindest einem ersten Heizwiderstand und zumindest einer Versorgungselektronik, die dazu vorgesehen ist, zumindest den ersten Heizwiderstand mit von zumindest einer ersten Photovoltaikanlage bereitgestellten Strom zu versorgen.
Es wird vorgeschlagen, dass die Versorgungselektronik dazu vorgesehen ist, zumindest den ersten Heizwiderstand zumindest in einem Betriebsmodus getaktet zu betreiben. Unter einem„Fluid" soll insbesondere eine Flüssigkeit, ein Gas und/oder ein,
vorzugsweise zumindest rieselfähiges, Schüttgut, insbesondere mit Partikelgrößen von maximal 5 cm, insbesondere maximal 3 cm, vorteilhaft maximal 1 cm, vorzugsweise maximal 0,5 cm, verstanden werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass zumindest der erste Heizwiderstand dazu vorgesehen ist, ein
Latenzwärmespeichermaterial, das insbesondere in zumindest einem Betriebszustand flüssig ist, zu beheizen. Weiterhin ist es denkbar, dass der Heizwiderstand zu einer Erhitzung von zumindest einem Festkörper, insbesondere in Form zumindest eines . -
Gesteins- und/oder Mineralblocks, insbesondere zur Wärmespeicherung vorgesehen ist. Unter einem„Heizwiderstand" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, elektrische Energie zu mindestens 70 %, insbesondere zu mindestens 90 %, vorteilhaft zu mindestens 95 %, vorzugsweise zu mindestens 99 %, in Wärme umzuwandeln. Insbesondere ist der Heizwiderstand von zumindest einem elektrischen Bauteil, insbesondere von einer Gruppe von, vorzugsweise permanent, parallel und/oder in Reihe geschalteter elektrischer Bauteile, gebildet. Insbesondere ist zumindest eins der elektrischen Bauteile als, vorzugsweise metallischer, ohmscher Widerstand ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das zumindest eine der elektrischen Bauteile als Halbleiterkomponente, mit insbesondere steuerbarem Widerstand, ausgebildet ist. Insbesondere ist die zumindest eine elektrische Komponente des
Heizwiderstands von einer, insbesondere metallischen, vorzugsweise röhrenförmigen, Hüllkörper umgeben, der vorteilhaft dazu vorgesehen ist, einen thermischen Kontakt, insbesondere mittels Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung, zwischen dem
Heizwiderstand und dem zu heizenden Medium, insbesondere dem Fluid, herzustellen. Insbesondere bildet der Heizwiderstand einen Schlangenheizkörper aus. Insbesondere ist zwischen der elektrischen Komponente und dem Hüllkörper zumindest ein elektrisch isolierendes, vorteilhaft gut wärmeleitendendes, vorzugsweise keramisches, Material angeordnet. Insbesondere ist zumindest eine der elektrischen Komponenten um einen Keramikträger gewickelt, der in einen, gegen das zu heizende Medium abgrenzenden, als Hohlkörper ausgebildeten Hüllkörper eingeschoben ist, wobei zwischen der elektrischen Komponente und dem Hüllkörper ein Luftspalt beibehalten ist, sodass Wärmeübertragung im Wesentlichen mittels Wärmestrahlung stattfindet. Insbesondere weist die
Heizvorrichtung einen Fluidbehälter und/oder ein Fluidleitelement auf, in das der
Heizwiderstand hineinragt bzw. der von dem Heizwiderstand durchsetzt ist. Alternativ ist es denkbar, dass der Heizwiderstand eine Wandung des Fluidbehälters und/oder - leitelements bildet. Insbesondere weist die Versorgungselektronik zumindest eine
Leistungsschnittstelle auf, die dazu vorgesehen ist, mit der Photovoltaikanlage verbunden zu werden. Vorzugsweise weist die Versorgungselektronik zumindest eine Steuereinheit auf, die zumindest dazu vorgesehen ist, einen Betrieb des Heizwiderstands zu steuern und/oder zu regeln. Unter einer„Photovoltaikanlage" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, Licht, insbesondere Sonnenlicht, direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Insbesondere ist eine Photovoltaikanlage lediglich von Photovoltaikzellen, Schutzmänteln, Trägerelementen und/oder Verbindungskabeln - -
gebildet. Unter einem„getakteten Betrieb" soll insbesondere ein Betriebsmodus verstanden werden, in dem der Heizwiderstand wiederholt, insbesondere mit einer Frequenz von mehr als 100 Hz, insbesondere mehr als 1 kHz, vorteilhaft mehr als 10 kHz, vorzugsweise mehr als 20 kHz, und/oder einer Frequenz von maximal 100 kHz, insbesondere maximal 60 kHz, vorteilhaft maximal 40 kHz, insbesondere periodisch, mit der Photovoltaikanlage verbunden wird. Insbesondere weist die Versorgungselektronik zumindest ein Schaltelement auf, das in einem Reihenschaltkreis mit der
Photovoltaikanlage und dem Heizwiderstand angeordnet ist, und vorteilhaft zur
Erzeugung des getakteten Betriebs durch die Steuereinheit angesteuert wird und das insbesondere als Halbleiterschaltelement, vorzugsweise als Leistungs-MOSFET und/oder Leistungs-IGBT, alternativ als elektromechanisches Schaltelement, insbesondere als Relais, ausgebildet ist. Vorzugsweise weist die Versorgungselektronik zusätzlich zumindest einen Betriebsmodus auf, in dem der Heizwiderstand kontinuierlich mit der Photovoltaikanlage verbunden ist. Unter„vorgesehen" soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungsund/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Es können insbesondere eine hohe Effizienz und/oder geringe Kosten, insbesondere aufgrund von Bauteilersparnis, erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Versorgungselektronik dazu vorgesehen ist, zumindest den ersten Heizwiderstand in zumindest einem Betriebsmodus mit einer Frequenz zwischen 1 kHz und 100 kHz, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 10 kHz und 70 kHz, vorteilhaft mit einer Frequenz zwischen 20 kHz und 50 kHz, vorzugsweise mit einer Frequenz zwischen 30 kHz und 40 kHz, zu betreiben. Es kann insbesondere eine hohe Effizienz erreicht werden. Insbesondere können geringe
Schaltverluste bei einer im Wesentlichen gleichbleibenden Belastung für die
Photovoltaikanlage erreicht werden. Insbesondere kann eine preiswerte und/oder einfache Ausgestaltung mit geringer Bauteilzahl erreicht werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Versorgungselektronik dazu vorgesehen ist, zur Einstellung einer über den Heizwiderstand abfallenden Leistung ein Tastverhältnis des getakteten Betriebs zumindest des ersten Heizwiderstands anzupassen. Unter einem . .
„Tastverhältnis des getakteten Betriebs" soll insbesondere ein Tastverhältnis eines Steuersignals, insbesondere einer Steuerspannung, verstanden werden, mit der die Steuereinheit das Schaltelement zur Verbindung des Heizwiderstands mit der
Photovoltaikanlage ansteuert. Es kann insbesondere eine einfache Steuerung erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Versorgungselektronik dazu vorgesehen ist, ein Tastverhältnis des getakteten Betriebs zumindest des ersten Heizwiderstands zu einer Optimierung der über dem ersten Heizwiderstand abfallenden Leistung zu variieren.
Insbesondere weist die Versorgungselektronik zumindest einen Spannungsregelkreis auf, wobei der Spannungsregelkreis vorteilhaft dazu vorgesehen ist, eine Spannungsdifferenz zwischen einer vorgegebenen Sollspannung und einer gemessenen Istspannung in ein Tastverhältnis des getakteten Betriebs umzusetzen. Insbesondere ist die
Versorgungselektronik dazu vorgesehen, die Sollspannung und/oder das Tastverhältnis des getakteten Betriebs in regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Abständen in einem Variationsschritt um einen bestimmten Betrag zu verändern und eine resultierende
Leistungsabgabe über den Heizwiderstand mit einem vor der Veränderung gemessenen Wert zu vergleichen, wobei die Sollspannung und/oder das Tastverhältnis beibehalten wird, das zu einer höheren Leistungsabgabe führt. Insbesondere wird in einem
Variationsschritt die Sollspannung vergrößert und/oder das Tastverhältnis verringert, wenn im vorherigen Variationsschritt durch Erhöhung der Sollspannung und/oder
Verringerung des Tastverhältnisses eine Leistungssteigerung erreicht werden konnte oder durch eine Verringerung der Sollspannung und/oder eine Erhöhung des Tastverhältnisses keine Leistungssteigerung erreicht werden konnte. Insbesondere wird in einem
Variationsschritt die Sollspannung verringert und/oder das Tastverhältnis vergrößert, wenn im vorherigen Variationsschritt durch Verringerung der Sollspannung und/oder Erhöhung des Tastverhältnisses eine Leistungssteigerung erreicht werden konnte oder durch eine Vergrößerung der Sollspannung und/oder Verringerung des Tastverhältnisses keine Leistungssteigerung erreicht werden konnte. Vorteilhaft ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, eine Variation der Sollspannung und/oder des Tastverhältnisses
einzustellen, wenn die Leistungsabgabe eine Nennleistung des Heizwiderstands erreicht, bis die Leistungsabgabe wieder unter die Nennleistung fällt. Es kann insbesondere eine einfache Steuerung erreicht werden. Alternativ sind Ausgestaltungen denkbar, in denen eine ideale Sollspannung und/oder ein ideales Tastverhältnis zumindest anhand von . .
gemessenen Spannungs- und Strommessgrößen des Stroms der Photovoltaikanlage und/oder anderen, einem Fachmann als geeignet erscheinenden Messgrößen berechnet wird oder in denen ein alternatives, einem Fachmann als geeignet erscheinendes Variationsverfahren eingesetzt wird. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Versorgungselektronik zumindest eine dem ersten Heizwiderstand zugeordnete Pufferkapazität aufweist, die dazu vorgesehen ist, Energie der Photovoltaikanlage zumindest zwischenzuspeichern. Insbesondere ist die
Pufferkapazität von zumindest einem Kondensator gebildet. Es kann insbesondere eine hohe Effizienz erreicht werden, da in Zuständen, in denen der Heizwiderstand kurzfristig nicht mit der Photvoltaikanlage verbunden ist, von der Photovoltaikanlage bereitgestellte Energie genutzt werden kann. Insbesondere kann eine hohe Energieausbeute erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Versorgungselektronik dazu vorgesehen ist, zu einer Bestimmung einer über den Heizwiderstand abgegebenen Leistung, insbesondere lediglich, eine Spannung über der Pufferkapazität zu messen. Insbesondere weist die Versorgungselektronik zumindest einen Spannungssensor auf, der eine über der Pufferkapazität abfallende Spannung misst. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, in Abhängigkeit von zumindest einem Spannungsmesswert, insbesondere einem Spannungsverlauf über der Pufferkapazität, insbesondere lediglich während der Heizwiderstand mit der Photovoltaikanlage verbunden ist, dem bekannten Tastverhältnis des getakteten Betriebs und einer zumindest im Wesentlichen bekannten Größe des ohmschen Widerstands des Heizwiderstands, eine in dem Heizwiderstand abgegebene Leistung zu berechnen. Es kann insbesondere eine Bauteilersparnis, ein geringer Messaufwand und/oder eine hohe Effizienz erreicht werden. Alternativ ist es denkbar, dass die Versorgungselektronik dazu vorgesehen ist, insbesondere lediglich, einen Strom durch den Heizwiderstand zu messen.
Vorteilhaft ist die Versorgungselektronik dazu vorgesehen, das Tastverhältnis des getakteten Betriebs zumindest in Abhängigkeit von einer mittleren über der
Pufferkapazität anliegenden Spannung, insbesondere in Abhängigkeit einer über diese berechnete Leistungsabgabe des Heizwiderstands, auszuwählen. Unter einer„mittleren Spannung" soll insbesondere eine über einen Zeitraum, in dem der Heizwiderstand mit der Photovoltaikanlage verbunden ist, gemittelte, insbesondere quadratisch gemittelte, . .
Spannung verstanden werden. Es kann insbesondere eine verbesserte Messgenauigkeit erreicht werden. Insbesondere kann eine Bauteilersparnis, insbesondere zumindest eine Ersparnis eines Stromsensors zur Messung eines Stroms durch den Heizwiderstand, erreicht werden. Vorteilhaft ist der Heizwiderstand unmittelbar an eine Pufferkapazität der
Versorgungselektronik angeschlossen. Darunter, dass der Heizwiderstand„unmittelbar" an die Pufferkapazität angeschossen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass der Heizwiderstand zumindest in einem Zustand, in dem er mit der Photovoltaikanlage verbunden ist, lediglich über zumindest im Wesentlichen rein ohmsche Elemente, insbesondere lediglich elektrische Verbindungsleitungen und/oder Schaltelemente, in
Reihe zu der Pufferkapazität geschaltet ist. Es kann insbesondere eine hohe Effizienz und oder eine hohe Bauteilersparnis erreicht werden, da insbesondere auf zusätzliche Wandlerstufen verzichtet wird.
Vorteilhaft ist die Pufferkapazität dazu vorgesehen, unmittelbar an die Photovoltaikanlage angeschlossen zu werden. Insbesondere sind zwischen der Leistungsschnittstelle zum Anschluss der Photovoltaikanlage und der Pufferkapazität lediglich zumindest im
Wesentlichen rein ohmsche Elemente, insbesondere lediglich elektrische
Verbindungsleitungen und/oder Schaltelemente, in Reihe zu der Pufferkapazität geschaltet. Es kann insbesondere eine hohe Effizienz und/oder eine hohe
Bauteilersparnis erreicht werden, da insbesondere auf zusätzliche Wandlerstufen verzichtet wird.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Versorgungselektronik dazu vorgesehen ist, eine Frequenz des getakteten Betriebs in zumindest einem Betriebsmodus zu variieren.
Insbesondere ist die Versorgungselektronik dazu vorgesehen, die Frequenz des getakteten Betriebs in Abhängigkeit von einer von der Photovoltaikanlage beziehbaren Leistung zu variieren. Insbesondere ist die Versorgungselektronik dazu vorgesehen, in einem Betriebszustand, in dem eine über den Heizwiderstand abgegebene Leistung maximal 50 %, insbesondere maximal 30 %, vorteilhaft maximal 20 %, vorzugsweise maximal 10 % einer Nennleistung des Heizwiderstands entspricht, eine für Leistungen über 50 % der Nennleistung übliche Frequenz des getakteten Betriebs zu verringern, insbesondere, vorteilhaft gestaffelt, zu halbieren, zu dritteln und/oder zu vierteln. Es kann insbesondere eine hohe Effizienz erreicht werden, da insbesondere Schaltverluste . .
verringert werden können. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Versorgungselektronik dazu vorgesehen ist, eine Frequenz des getakteten Betriebs in einem Bereich mit einer Breite von zumindest 1 kHz, insbesondere zumindest 3 kHz, vorteilhaft zumindest 8 kHz, und/oder in einem Bereich mit einer Breite von maximal 20 kHz, vorteilhaft maximal 13 kHz, insbesondere periodisch und/oder linear, alternativ sprunghaft und/oder zufällig, zu verändern, um ein, insbesondere abgestrahltes und/oder in die Photovoltaikanlage rückübertragenes, Oberwellenspektrum zu verringern.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Versorgungselektronik zumindest eine Sensoreinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Frequenz eines der Photovoltaikanlage entnommenen Stroms zu untersuchen, um auf lichtbogentypisches Verhalten zu schließen. Insbesondere ist die Sensoreinheit von dem zur Leistungsermittlung vorgesehenen Spannungssensor gebildet, wobei die Steuerelektronik insbesondere dazu vorgesehen ist, eine aktuelle Frequenz des getakteten Betriebs aus dem gemessenen Signal des Spannungssensors herauszufiltern. Alternativ ist es denkbar, dass die
Versorgungselektronik einen zusätzlichen Sensor, insbesondere einen Stromsensor zur Messung eines Stroms über die Leistungsschnittselle, aufweist, um eine verbesserte Messgenauigkeit zu erreichen. Insbesondere weist eine Frequenz zwischen 10 kHz und 30 kHz, die von einer Frequenz des getakteten Betriebs abweicht, auf ein
lichtbogentypischen Verhalten hin, bei dem an, insbesondere als Steckverbindern ausgebildeten, Verbindungskontakten der Photovoltaikanlage, insbesondere der
Photovoltaikzellen, Lichtbögen auftreten. Insbesondere ist die Versorgungselektronik dazu vorgesehen, bei Detektion lichtbogentypischen Verhaltens zumindest kurzfristig, einen Betrieb des Heizwiderstands zu unterbrechen, um den Lichtbogen zu löschen und/oder zumindest eine Warnmeldung auszugeben. Insbesondere ist die Versorgungselektronik dazu vorgesehen, zumindest bei wiederholtem Auftreten lichtbogentypischen Verhaltens einen Betrieb bis Abschluss von Wartungsmaßnamen einzustellen. Es kann insbesondere eine hohe Sicherheit und/oder eine hohe Lebensdauer der angeschlossenen
Photovoltaikanlage erreicht werden.
Vorteilhaft wird vorgeschlagen, dass die Versorgungselektronik zumindest einen
Temperatursensor aufweist. Vorzugsweise ist der Temperatursensor zumindest in Nähe des zu erhitzenden Mediums, vorteilhaft von diesem umschlossen, angeordnet.
Insbesondere ist der Temperatursensor in eine Hülle des Heizwiderstands integriert. - -
Alternativ oder zusätzlich ist eine separate Anordnung des Temperatursensors denkbar. Es kann insbesondere eine verbesserte Sicherheit erreicht werden. Insbesondere ist die Versorgungselektronik dazu vorgesehen, bei Überschreiten einer Grenztemperatur durch den Temperatursensor einen Betrieb zumindest des ersten Heizwiderstands zumindest zu reduzieren und/oder einzustellen. Es kann insbesondere eine verbesserte Sicherheit erreicht werden. Insbesondere kann ein hoher Komfort erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtung zumindest eine
Fluidtransporteinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, ein zu erhitzendes Fluid an dem Heizwiderstand vorbeizuführen und die durch die Versorgungselektronik, insbesondere in Abhängigkeit von dem Temperatursensor, gesteuert und/oder versorgt ist. Insbesondere ist die Fluidtransporteinheit dazu vorgesehen, ein Fluid dem Heizwiderstand zuzuführen. Insbesondere ist die Fluidtransporteinheit dazu vorgesehen, eine Bewegung eines Fluids zu erzwingen. Insbesondere weist die Fluidtransporteinheit zumindest eine Pumpe, einen Ventilator und/oder eine Förderschnecke auf. Insbesondere ist die Versorgungselektronik dazu vorgesehen, eine Fördermenge der Fluidtransporteinheit derart zu regeln, dass eine von dem Temperatursensor gemessene Temperatur zumindest im Wesentlichen konstant gehalten wird und/oder einem, insbesondere von einem Bediener vorgegebenen, Wert entspricht. Insbesondere weist die Versorgungselektronik zumindest einen
Spannungswandler und/oder Frequenzwandler auf, der dazu vorgesehen ist, von der Photovoltaikanlage bereitgestellte Energie in eine von der Fluidtransporteinheit benötigte Form zu wandeln. Alternativ ist es denkbar, dass die Fluidtransporteinheit über einen separaten Netzanschluss versorgt wird wobei die Fluidtransporteinheit vorzugsweise zumindest eine Regelschnittstelle aufweist, über die die Steuereinheit der
Versorgungselektronik eine Fördermenge und/oder -geschwindigkeit festlegen kann. Es kann insbesondere eine hohe Qualität erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Versorgungselektronik eine Kontrolleinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, zumindest eine Funktionstüchtigkeit einer Steuereinheit, die den getakteten Betrieb zumindest des einen Heizwiderstands steuert, zu überwachen.
Insbesondere weist die Kontrolleinheit zumindest einen separaten Temperatursensor auf und ist dazu vorgesehen, eine Verbindung zwischen dem Heizwiderstand und der
Photovoltaikanlage bei Überschreitung einer Grenztemperatur, vorzugsweise redundant, zu unterbrechen. Eine Überhitzung kann insbesondere durch eine Fehlfunktion der - -
Steuereinheit, einer Fehlfunktion eines ersten Sensors und/oder einer Fehlfunktion eines Schaltelements verursacht werden. Insbesondere weist die Kontrolleinheit ein separates Schaltelement auf, das in Reihe zwischen dem Heizwiderstand und der
Leistungsschnittstelle geschaltet ist. Insbesondere weisen die Kontrolleinheit und die Steuereinheit jeweils zumindest einen Kommunikationseingang auf, um zumindest eine Kontrolle einer Funktionstüchtigkeit der Steuereinheit durchzuführen. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, über die Kommunikationseingänge eine
Funktionstüchtigkeit der Kontrolleinheit durchzuführen. Insbesondere sind Steuereinheit und Kontrolleinheit gemeinsam dazu vorgesehen, lediglich dann einen Stromfluss durch den Heizwiderstand zuzulassen, wenn eine Funktionstüchtigkeit beider Einheiten sichergestellt wurde. Es kann insbesondere eine hohe Sicherheit, insbesondere gegenüber einer Überhitzung und/oder Folgeschäden, erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass eine Steuerelektronik der Versorgungselektronik dazu vorgesehen ist, von der Photovoltaikanlage versorgt zu werden. Insbesondere weist die Versorgungselektronik zumindest einen Spannungs- und/oder Frequenzwandler auf, der dazu vorgesehen ist, von der Photovoltaikanlage bereitgestellte Energie in eine von der Steuerelektronik, insbesondere zumindest der Steuereinheit, der Kontrolleinheit, und/oder des zumindest einen Sensors, benötigte Form zu wandeln. Insbesondere kann ein hoher Grad an Autarkie erreicht werden. Insbesondere kann eine hohe Effizienz erreicht werden, da die Steuerelektronik insbesondere lediglich dann aktiv ist, wenn auch genügend Energie bereitsteht.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung zur Erzeugung eines
Fluidstroms konstanter Temperatur, - -
Fig. 2 einen beispielhaften Ablauf eines getakteten Betriebs und
Fig. 3 eine alternative erfindungsgemäße Heizvorrichtung zum Anschluss an mehrere Photovoltaikanlagen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt ein System 1 1 mit einer Heizvorrichtung 10 und einer ersten
Photovoltaikanlage 16. Die Heizvorrichtung 10 ist zur Erhitzung und Trocknung eines als Schüttgut ausgebildeten Fluids vorgesehen und weist einen ersten Heizwiderstand 12 und eine Versorgungselektronik 20 auf, die dazu vorgesehen ist, den ersten Heizwiderstand 12 mit von der ersten Photovoltaikanlage 16 bereitgestelltem Strom zu versorgen. Die Versorgungselektronik 20 ist dazu vorgesehen, den ersten Heizwiderstand 12 in unterschiedlichen Betriebsmodi getaktet zu betreiben.
Die Versorgungselektronik 20 weist eine dem ersten Heizwiderstand 12 zugeordnete Pufferkapazität 22 auf, die dazu vorgesehen ist, Energie der Photovoltaikanlage 16 zwischenzuspeichern. Die Versorgungselektronik 20 weist eine erste
Leistungsschnittstelle 36 auf, die mit der Photovoltaikanlage 16 verbunden ist. Die Pufferkapazität 22 ist dazu vorgesehen, unmittelbar an die Photovoltaikanlage 16 angeschlossen zu werden. Die Pufferkapazität 22 ist unmittelbar mit der
Leistungsschnittstelle 36 verbunden. Der Heizwiderstand 12 ist unmittelbar an die Pufferkapazität 22 der Versorgungselektronik 20 angeschlossen. Die Versorgungselektronik 20 weist weiterhin eine Isolationsmesseinheit 25 auf, die dazu vorgesehen ist, zu bestimmen, ob die Photovoltaikanlage 16 in geerdeter oder erdfreier Konfiguration betrieben wird. Die Isolationseinheit 25 ist zwischen die Pole der
Leistungsschnittstelle 36 geschaltet. Die Isolationsmesseinheit 25 weist einen
Spannungsteiler auf, der in einem ersten Zustand spannungshalbierend und in einem zweiten Zustand asymmetrisch teilend arbeitet, wobei eine Spannung am Mittelabgriff des Spannungsteilers über einen hochohmigen Widerstand gegen Erdpotential gemessen wird. Werden durch Messung in beiden Zuständen zu geringe Ableitwiderstände erkannt wird eine Warnmeldung ausgegeben.
Die Versorgungselektronik 20 weist eine Steuereinheit 40 auf, die einen Betrieb des Heizwiderstands 12 steuert und regelt. Die Versorgungselektronik 20 weist ein erstes, als - -
Halbleiterschaltelement ausgebildetes, Schaltelement 42 auf, das in Reihe mit dem Heizwiderstand 12 und der Pufferkapazität 22 bzw. der Photovoltaikanlage 16 angeordnet ist. Die Versorgungselektronik 20 weist eine Freilaufdiode 32 auf, die dazu vorgesehen ist, bei Trennung der Verbindung mit der Photovoltaikanlage 16 auftretende, durch evtl.
vorhandene Eigeninduktivitäten des Heizwiderstands 12 bzw. dessen
Verbindungsleitungen generierte, Spannungen und Ströme abzuleiten. Die
Versorgungselektronik 20 weist einen Spannungssensor 26 auf, der eine Spannung UP über der Pufferkapazität 22 misst.
Die Versorgungselektronik 20 weist eine Kontrolleinheit 45 auf, die dazu vorgesehen ist, zumindest eine Funktionstüchtigkeit der Steuereinheit 40 zu überwachen. Die
Kontrolleinheit 45 weist einen ersten Temperatursensor 49 auf. Der Temperatursensor 49 ist dazu vorgesehen, eine Temperatur des Fluids in einem Nahbereich des
Heizwiderstands 12 zu messen. Die Kontrolleinheit 45 ist dazu vorgesehen, bei
Überschreiten einer Grenztemperatur durch den ersten Temperatursensor 49, der in einem Nahbereich des ersten Heizwiderstands 12 angeordnet ist, einen Betrieb des ersten Heizwiderstands 12 einzustellen. Die Kontrolleinheit 45 weist ein zweites
Schaltelement 46 auf, das dazu vorgesehen ist, eine Verbindung zwischen dem
Heizwiderstand 12 und der Photovoltaikanlage 16 bzw. der Pufferkapazität 22 zu unterbrechen. Das zweite Schaltelement 46 ist in Reihe mit dem Heizwiderstand 12 und der Pufferkapazität 22 bzw. der Photovoltaikanlage 16 angeordnet. Stellt die
Kontrolleinheit 45 eine Funktionstüchtigkeit der Steuereinheit 40 und mittels des ersten Temperatursensors 49 eine Temperatur unterhalb der Grenztemperatur fest, verursacht die Kontrolleinheit 45 ein Schalten des zweiten Schaltelements 46, so dass dieses einer Verbindung des Heizwiderstands 12 mit der Photovoltaikanlage 16 nicht entgegensteht. Das zweite Schaltelement 46 ist als Relais ausgebildet, könnte alternativ jedoch auch als Halbleiterschaltelement ausgebildet sein. Weiterhin ist es alternativ denkbar, dass das zweite Schaltelement dazu vorgesehen ist, ein Steuersignal Us des ersten Schaltelements zu unterbrechen.
Die Steuereinheit 40 weist einen zweiten Temperatursensor 41 auf. Weiterhin weist die Heizvorrichtung 10 eine Fluidtransporteinheit 50 auf, die dazu vorgesehen ist, ein zu erhitzendes Fluid an dem Heizwiderstand 12 vorbeizuführen und die durch die
Versorgungselektronik 20 gesteuert und versorgt ist. Eine Fördermenge der - -
Fluidtransporteinheit 50 wird von der Steuereinheit 40 derart geregelt, dass eine von dem zweiten Temperatursensor 41 , der in Transportrichtung gesehen hinter dem
Heizwiderstand 12 angeordnet ist, gemessene Temperatur konstant auf einem
vorgegebenen Wert bleibt. Die Fluidtransporteinheit 50 weist ein als Förderschnecke ausgebildetes Antriebsaggregat 52 zum Transport des Fluids auf. Die
Versorgungselektronik 20 weist einen Spannungswandler 54 auf, der zu einer Versorgung des Antriebsaggregats 52 von der Photovoltaikanlage 16 vorgesehen ist. Die
Steuerelektronik, also die Steuereinheit 40, die Kontrolleinheit 45, die
Temperatursensoren 41 , 49 und der Spannungssensor 26, wird über einen
Spannungswandler 21 der Versorgungselektronik 20 von der Photovoltaikanlage 16 versorgt. In einer alternativen Ausgestaltung ist es denkbar, dass das Antriebsaggregat als Förderband und der Heizwiderstand als beispielsweise über dem Förderband angeordneter Strahlungsheizkörper ausgebildet ist. Aber auch Ausgestaltungen als Durchlauferhitzer für Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, sind denkbar. Stellt die Steuereinheit 40 eine Funktionstüchtigkeit der Kontrolleinheit 45 fest, generiert die Steuereinheit 40 ein Steuersignal Us zur Ansteuerung des ersten Schaltelements 42. Ein Tastverhältnis t / T des Steuersignals Us wird hierbei iterativ ermittelt.
Die Versorgungselektronik 20 bestimmt aus den während einer Verbindungsphase t eines Gesamtintervalls T durch den Spannungssensor 26 über der Pufferkapazität 22 gemessenen Spannung UP eine mittlere Spannung UM (Figur 2). Eine über dem
Heizwiderstand 12 abfallende Leistung P wird durch die Steuereinheit 40 dann berechnet nach
P = (UM 2 / R) * (t / T) wobei R dem ohmschen Widerstand des Heizwiderstands 12 entspricht. Die
Versorgungselektronik 20 ist dazu vorgesehen, zur Einstellung einer über den
Heizwiderstand 12 abfallenden Leistung P ein Tastverhältnis t / T des getakteten Betriebs des ersten Heizwiderstands 12 anzupassen. Das Tastverhältnis t / T des getakteten Betriebs wird hierbei indirekt durch Variation einer Sollspannung eines Spannungsreglers, der dazu vorgesehen ist, eine an der Pufferkapazität 22 und/oder der
Leistungsschnittstelle 36 anliegende Spannung auf eine Sollspannung zu regeln, variiert, um die abfallende Leistung P zu maximieren. Sollte eine verfügbare Leistung die - -
Nennleistung übersteigen, wird das Tastverhältnis t / T soweit reduziert, so dass bei maximal möglichem Tastverhältnis die Nennleistung erreicht wird. Das Tastverhältnis t / T wird somit in Abhängigkeit von einer mittleren über der Pufferkapazität 22 anliegenden Spannung UM ausgewählt. Die Versorgungselektronik 20 ist dazu vorgesehen, den Heizwiderstand 12 in einem Betriebsmodus, in dem eine von der Photovoltaikanlage 16 beziehbare Leistung zumindest 10 % einer Nennleistung des Heizwiderstands 12 beträgt, mit einer zwischen 30 kHz und 50 kHz variierenden Frequenz getaktet zu betreiben. In Betriebsmodi, in denen die beziehbare Leistung unter 10 % der Nennleistung fällt, ist die
Versorgungselektronik 20 dazu vorgesehen, den Heizwiderstand 12 mit einer zwischen 15 kHz und 25 kHz variierenden Frequenz getaktet zu betreiben. In einem
Betriebsmodus, in dem eine beziehbare Leistung ca. 100 % der Nennleistung beträgt, ist die Versorgungselektronik 20 dazu vorgesehen, den Heizwiderstand 12 kontinuierlich zu betreiben. Der Spannungssensor 26 wird durch die Versorgungselektronik 20 genutzt, um eine
Frequenz des der Photovoltaikanlage 16 entnommenen Stroms zu untersuchen. Hierbei wird das Signal des Spannungssensors 26 durch Filtern der aktuellen Frequenz des getakteten Betriebs bereinigt. Sollten nun noch dominante Frequenzen im Bereich zwischen 10 kHz und 30 kHz zu finden sein, wird auf ein lichtbogentypisches Verhalten der Photovoltaikanlage 16 geschlossen und ein Betrieb des Heizwiderstands 12 für einige Sekunden unterbrochen.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnung beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Figuren 1 bis 2, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a an die Bezugszeichen des Ausführungsbeispiel in Figur 3 angefügt. Figur 3 zeigt ein System 1 1 a mit einer Heizvorrichtung 10a und einer ersten, einer zweiten und einer dritten Photovoltaikanlage 16a, 17a, 18a. Die Heizvorrichtung 10a ist als - -
Warmwasserboiler ausgebildet und weist zur Erhitzung von Wasser einen ersten
Heizwiderstand 12a, einen zweiten Heizwiderstand 13a und einen dritten Heizwiderstand 14a auf. Die Heizvorrichtung 10a weist eine Versorgungselektronik 20a auf, die dazu vorgesehen ist, die Heizwiderstände 12a, 13a, 14a jeweils mit bereitgestelltem Strom und Spannung von genau einer der Photovoltaikanlagen 16a, 17a, 18a zu versorgen. Die Versorgungselektronik 20a ist dazu vorgesehen, die Heizwiderstände 12a, 13a, 14a in mehreren Betriebsmodi getaktet zu betreiben.
Für jeden der Heizwiderstände 12a, 13a, 14a weist die Versorgungselektronik 20a eine separate Pufferkapazität 22a, 23a, 24a auf, mit der dieser unmittelbar verbunden ist. Weiterhin weist die Versorgungselektronik 20a drei Leistungsschnittstellen 36a, 37a, 38a auf, die jeweils dazu vorgesehen sind, mit einer der Photovoltaikanlagen 16a, 17a, 18a verbunden zu werden und die jeweils unmittelbar mit einer zugeordneten der
Pufferkapazitäten 22a, 23a, 24a verbunden sind, so dass die Pufferkapazitäten 22a, 23a, 24a Energie der jeweils zugeordneten Photovoltaikanlage 16a, 17a, 18a
Zwischenspeichern. Die Leistungsschnittstellen 36a, 37a, 38a weisen einen gemeinsamen Kontakt auf. Die Versorgungselektronik 20a weist den jeweiligen Pufferkapazitäten 22a, 23a, 24a zugeordnete Spannungssensoren 26a, 27a, 28a auf.
Um Geräuschentwicklungen zu vermeiden werden die Heizwiderstände 12a, 13a, 14a mit einer gleichen Frequenz betrieben. Zur Einstellung von über den Heizwiderständen 12a, 13a, 14a abfallenden Leistungen werden Tastverhältnisse der getakteten Betriebe der Heizwiderstände 12a, 13a, 14a separat variiert, um eine Maximierung der über den jeweiligen Heizwiderständen 12a, 13a, 14a abfallenden Leistungen zu erreichen. Die Heizwiderstände 12a, 13a, 14a dienen der Erhitzung von Fluid oder Feststoff in einem einzelnen Behälter. Die Versorgungselektronik 20a weist eine Kontrolleinheit 45a auf, die dazu vorgesehen ist, zumindest eine Funktionstüchtigkeit einer Steuereinheit 40a, die den getakteten Betrieb der Heizwiderstände 12a, 13a, 14a steuert, zu überwachen.
Die Steuereinheit 40a weist einen ersten Temperatursensor 41 a auf. Der erste
Temperatursensor 41 a dient einer Überwachung einer Temperatur des Fluids und/oder des Feststoffs in dem Behälter. Die Steuereinheit 40a ist dazu vorgesehen, bei
Überschreiten einer ersten Grenztemperatur durch den ersten Temperatursensor 41 a - -
einen Betrieb der Heizwiderstände 12a, 13a, 14a einzustellen oder zumindest zu reduzieren. Die Kontrolleinheit 45a weist einen zweiten Temperatursensor 49a auf. Der zweite Temperatursensor 49a dient ebenfalls einer Überwachung einer Temperatur des Fluids und/oder des Feststoffs in dem Behälter. Die Kontrolleinheit 45a ist dazu vorgesehen, bei Überschreiten einer zweiten Grenztemperatur, die leicht höher ist als die erste Grenztemperatur, durch den zweiten Temperatursensor 49a einen Betrieb der Heizwiderstände 12a, 13a, 14a einzustellen.
Die Versorgungselektronik 20a weist ein erstes, ein drittes und ein fünftes Schaltelement 42a, 43a, 44a auf, die jeweils mit genau einem der Heizwiderstände 12a, 13a, 14a und genau einer der Pufferkapazitäten 22a, 23a, 24a bzw. genau einer der
Photovoltaikanlagen 16a, 17a, 18a in Reihe angeordnet sind. Das erste, dritte und fünfte Schaltelement 42a, 43a, 44a ist jeweils als MOSFET oder IGBT ausgebildet. Das erste, dritte und fünfte Schaltelement 42a, 43a, 44a werden durch die Steuereinheit 40a mit getakteten Steuersignalen mit Frequenzen zwischen 15 kHz und 50 kHz angesteuert, um die Heizwiderstände 12a, 13a, 14a getaktet zu betreiben. Jedem der Heizwiderstände 12a, 13a, 14a ist eine Freilaufdiode 32a, 33a, 34a parallel geschaltet.
Die Kontrolleinheit 45a weist weiterhin drei Schaltelemente 46a, 47a, 48a auf, die jeweils dazu vorgesehen sind, bei Überhitzung, detektiert durch den zweiten Temperatursensor 49a oder Feststellung einer Fehlfunktion der Steuereinheit 40a einen Betrieb der Heizwiderstände 12a, 13a, 14a zu vermeiden. Die zweiten, vierten und sechsten
Schaltelemente 46a, 47a, 48a sind jeweils mit genau einem der Heizwiderstände 12a, 13a, 14a und genau einer der Pufferkapazitäten 22a, 23a, 24a bzw. genau einer der Photovoltaikanlagen 16a, 17a, 18a in Reihe angeordnet.
Alternativ sind Ausgestaltungen mit abweichenden Anzahlen an Heizwiderständen und/oder Photovoltaikanlagen denkbar. Weiterhin ist es denkbar, dass die Kontrolleinheit lediglich ein einzelnes Schaltelement aufweist, das in Reihe zu allen Heizwiderständen und jedem der ersten, dritten und fünften Schaltelemente angeordnet ist.
Weiterhin sind Ausgestaltungen denkbar, in denen mehrere Heizwiderstände wahlweise, angepasst an eine verfügbare Leistung miteinander in Reihe geschaltet werden können, und diese Auswahl in Reihe geschalteter Heizwiderstände an eine oder mehrere parallel - -
geschaltete Photovoltaikanlagen angeschlossen werden, wodurch, insbesondere aufgrund geringerer Schaltverluste, eine erhöhte Effizienz erreicht werden kann.
- -
Bezugszeichen
10 Heizvorrichtung
1 1 System
12 Heizwiderstand
13 Heizwiderstand
14 Heizwiderstand
16 Photovoltaikanlage
17 Photovoltaikanlage
18 Photovoltaikanlage
20 Versorgungselektronik
21 Spannungswandler
22 Pufferkapazität
23 Pufferkapazität
24 Pufferkapazität
25 Isolationsmesseinheit
26 Spannungssensor
27 Spannungssensor
28 Spannungssensor
32 Freilaufdiode
33 Freilaufdiode
34 Freilaufdiode
36 Leistungsschnittstelle
37 Leistungsschnittstelle
38 Leistungsschnittstelle
40 Steuereinheit
41 Temperatursensor
42 Schaltelement
43 Schaltelement
44 Schaltelement
45 Kontrolleinheit - -
46 Schaltelement
47 Schaltelement
48 Schaltelement
49 Temperatursensor
50 Fluidtransporteinheit
52 Antriebsaggregat
54 Spannungswandler
T Gesamtintervall
UM mittlere Spannung
Up Spannung
Us Steuersignal
t Verbindungsphase

Claims

Ansprüche
Heizvorrichtung, insbesondere zur Erhitzung von zumindest einem Fluid, mit zumindest einem ersten Heizwiderstand (12; 12a, 13a, 14a) und zumindest einer Versorgungselektronik (20; 20a), die dazu vorgesehen ist, zumindest den ersten Heizwiderstand (12; 12a, 13a, 14a) mit von zumindest einer ersten
Photovoltaikanlage (16; 16a, 17a, 18a) bereitgestelltem Strom zu versorgen, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungselektronik (20; 20a) dazu vorgesehen ist, zumindest den ersten Heizwiderstand (12; 12a, 13a, 14a) zumindest in einem Betriebsmodus getaktet zu betreiben.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Versorgungselektronik (20; 20a) dazu vorgesehen ist, zumindest den ersten Heizwiderstand (12; 12a, 13a, 14a) in zumindest einem Betriebsmodus mit einer Frequenz zwischen 1 kHz und 100 kHz zu betreiben.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungselektronik (20; 20a) dazu vorgesehen ist, zur Einstellung einer über den Heizwiderstand (12; 12a, 13a, 14a) abfallenden Leistung ein Tastverhältnis des getakteten Betriebs zumindest des ersten Heizwiderstands (12; 12a, 13a, 14a) anzupassen.
Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Versorgungselektronik (20; 20a) dazu vorgesehen ist, ein Tastverhältnis des getakteten Betriebs zumindest des ersten Heizwiderstands (12; 12a, 13a, 14a) zu einer Optimierung der über dem ersten Heizwiderstand (12; 12a, 13a, 14a) abfallenden Leistung zu variieren.
5. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungselektronik (20; 20a) zumindest eine dem ersten Heizwiderstand (12; 12a, 13a, 14a) zugeordnete Pufferkapazität (22; 22a, 23a, 24a) aufweist, die dazu vorgesehen ist, Energie der Photovoltaikanlage (16; 16a, 17a, 18a) zumindest zwischenzuspeichern.
6. Heizvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Versorgungselektronik (20; 20a) dazu vorgesehen ist, zu einer Bestimmung einer über dem Heizwiderstand (12; 12a, 13a, 14a) abfallenden Leistung eine
Spannung über der Pufferkapazität (22; 22a, 23a, 24a) zu messen.
7. Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungselektronik (20; 20a) dazu vorgesehen ist, das Tastverhältnis des getakteten Betriebs zumindest in Abhängigkeit von einer mittleren über der Pufferkapazität (22; 22a, 23a, 24a) anliegenden Spannung auszuwählen.
8. Heizvorrichtung zumindest nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (12; 12a, 13a, 14a) unmittelbar an eine Pufferkapazität (22; 22a, 23a, 24a) der Versorgungselektronik (20; 20a) angeschlossen ist.
9. Heizvorrichtung zumindest nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferkapazität (22; 22a, 23a, 24a) dazu vorgesehen ist, unmittelbar an die Photovoltaikanlage (16; 16a, 17a, 18a) angeschlossen zu werden.
10. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Versorgungselektronik (20; 20a) dazu vorgesehen ist, eine Frequenz des getakteten Betriebs zu variieren.
1 1 . Heizvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Versorgungselektronik (20; 20a) dazu vorgesehen ist, die Frequenz des getakteten Betriebs in Abhängigkeit von einer von der Photovoltaikanlage (16; 16a, 17a, 18a) beziehbaren Leistung zu variieren.
12. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungselektronik (20; 20a) zumindest eine Sensoreinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Frequenz eines der Photovoltaikanlage (16; 16a, 17a, 18a) entnommenen Stroms zu untersuchen, um auf lichtbogentypisches Verhalten zu schließen.
13. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Versorgungselektronik (20; 20a) zumindest einen Temperatursensor (41 , 49; 41 a, 49a) aufweist.
14. Heizvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Versorgungselektronik (20; 20a) dazu vorgesehen ist, bei Überschreiten einer Grenztemperatur durch den Temperatursensor (49; 41 a; 49a) einen Betrieb zumindest des ersten Heizwiderstands (12; 12a, 13a, 14a) zumindest zu reduzieren.
15. Heizvorrichtung zumindest nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Fluidtransporteinheit (50), die dazu vorgesehen ist, ein zu erhitzendes Fluid an dem Heizwiderstand (12) vorbeizuführen und die durch die
Versorgungselektronik (20) gesteuert und/oder versorgt ist.
16. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Versorgungselektronik (20; 20a) eine Kontrolleinheit (45; 45a) aufweist, die dazu vorgesehen ist, zumindest eine Funktionstüchtigkeit einer Steuereinheit (40; 40a), die den getakteten Betrieb zumindest des einen Heizwiderstands (12; 12a, 13a, 14a) steuert, zu überwachen.
17. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Steuerelektronik der Versorgungselektronik (20; 20a) dazu vorgesehen ist, von der Photovoltaikanlage (16; 16a, 17a, 18a) versorgt zu werden. Verfahren zum Betrieb einer Heizvorrichtung (10; 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
System mit einer Photovoltaikanlage (16; 16a, 17a, 18a) und einer Heizvorrichtung (10; 10a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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