EP4502488A1 - Schaltvorrichtung, hausanlage, und verfahren zum betreiben einer heizeinrichtung - Google Patents

Schaltvorrichtung, hausanlage, und verfahren zum betreiben einer heizeinrichtung Download PDF

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EP4502488A1
EP4502488A1 EP23189830.5A EP23189830A EP4502488A1 EP 4502488 A1 EP4502488 A1 EP 4502488A1 EP 23189830 A EP23189830 A EP 23189830A EP 4502488 A1 EP4502488 A1 EP 4502488A1
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EP
European Patent Office
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heating
max
switching device
switch
switching
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23189830.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Mühlegger
Markus BRANDSTÖTTER
Shahil Momin
Martin Wolf
Johannes Bauer-Marschallinger
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Fronius International GmbH
Original Assignee
Fronius International GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority to PCT/EP2024/072078 priority patent/WO2025032017A1/de
Priority to CN202480056074.9A priority patent/CN121925531A/zh
Priority to AU2024320996A priority patent/AU2024320996A1/en
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Definitions

  • the invention relates to a switching device and a method for operating or controlling a heating device for heating a medium, as well as a domestic system with such a switching device and such a heating device.
  • the medium can in particular be a fluid, i.e. a gas or a liquid, e.g. water.
  • the heating device can thus in particular have a plurality of heating elements in order to heat water in a water tank.
  • the switching device can operate a 3-phase heating rod for a water tank of a domestic system.
  • an object of the present invention to provide a switching device with which even an existing heating device can be switched in a cost-effective manner in order to provide different heating levels and thus the desired heating output.
  • a further object is to provide a method for operating an existing heating device in the manner mentioned, as well as an improved domestic system for better utilization of available electrical power, in particular from renewable energy sources.
  • a switching device for operating an external heating device for heating a medium by means of a plurality of heating elements of the heating device, which are interconnected at a common star point (star-shaped) and can be connected (or are connected) to the switching device independently of one another, wherein the switching device is designed to be supplied by at least one current phase and comprises a control device which is designed to control the heating elements independently of one another via at least one associated switch of the switching device for step-by-step Setting of a total heating output generated by the heating device according to a respective heating level.
  • a desired heating power value i.e. a total heating power setpoint
  • the control device selects a heating level that optimally implements the communicated total heating power setpoint.
  • the control device is only communicated a heating level (for example by a higher-level energy management system).
  • the information as to which heating level corresponds to which total heating power can accordingly be available on the energy management system and/or on the switching device, in particular the control device.
  • the boundaries can also be fluid, since the energy management system can be integrated into the switching device or vice versa.
  • a specific switching combination to achieve a desired heating level i.e. it can be specified by a higher-level entity (e.g. the energy management system) or selected by the control device itself.
  • a higher-level entity e.g. the energy management system
  • the energy management system only informs the switching device of the desired total heating output (i.e. total heating output setpoint) and the switching device then selects and sets the heating level and a suitable switching combination to achieve it.
  • the battery can be considered as a renewable energy source, according to other variants it can be considered separately.
  • the present solution can also be implemented cost-effectively, as it requires minimal hardware and can also be advantageously combined with existing heating systems.
  • controllable switches of the switching device comprise relays or (preferably) semiconductor switches, or each consist of a relay or (preferably) a semiconductor switch.
  • the switching device is designed to switch between at least five heating levels, particularly preferably at least seven heating levels, of different heating power. In this way, many control and regulation programs can be implemented with comparatively high precision. Switching devices with nine, eleven, twelve, thirteen or even more realizable heating levels are also advantageously provided.
  • a diode is connected in parallel to at least one switch, optionally exclusively this diode, or preferably a series connection of the diode and another switch.
  • a half-wave of electrical alternating voltage can be filtered out via the parallel-connected diode in order to be able to implement additional heating stages.
  • This diode can also be selectively switched on and off via the additional switch. or switched off to provide additional heating levels.
  • the switching device has an output for each heating element to be connected, with the switch associated with the corresponding heating element being connected in series with the output.
  • Each switch can advantageously be controlled individually by the control device.
  • other variants are also conceivable, according to which some outputs are connected differently, for example by means of a toggle switch that can switch back and forth between a current phase and the neutral conductor. In this way, additional heating stages can be implemented even with existing hardware of the heating device.
  • the outputs of the switching device can be implemented mechanically in a common socket, or in separate sockets.
  • control device is also designed to switch between implementations of the same heating power periodically or cyclically one after the other by means of different switching combinations (i.e. combinations of switch positions of the switches).
  • different switching combinations i.e. combinations of switch positions of the switches.
  • the periodic switching can ensure that the individual heating elements of the heating device and switches of the switching device are worn evenly in order to maximize the service life of the heating device.
  • the switching device in particular the control device, is designed to receive a current power value of a renewable energy source (in particular a PV system) and to adapt a current heating level at least based on the received current power value. This makes it possible to achieve optimal use of the power currently provided by the renewable energy source. This can include adapting a total heating power setpoint by the switching device.
  • a renewable energy source in particular a PV system
  • control device is designed to also adapt the current heating level based on a total heating output setpoint.
  • the switching device according to the invention can advantageously be used within the framework of an energy management system or a managed home system according to a control or regulation method.
  • the instructions (or: control commands) for adapting the current heating level can therefore be generated by the energy management system, for example.
  • control device is designed to set the current heating level such that a difference between the total heating power generated by the heating device and the total heating power setpoint is minimal.
  • the switching device can also be used in this way in a control or regulating system.
  • control device is designed to carry out a measuring method to determine which heating levels are available and/or which total heating power can be achieved with each of the available heating stages. For this purpose, a test voltage can be applied to each switch of the switching device, every possible switching combination can be switched through, and the power consumed by the heating device for each switching combination can be determined.
  • the measuring procedure can be carried out automatically, e.g. each time the switching device is initialized, or at the request of a user. As part of the measuring procedure, it can also be determined whether the heating device is connected to the switching device using a 1-phase or 3-phase connection. This makes the switching device particularly versatile and easy to install, as it can obtain the necessary information itself.
  • the present invention provides a domestic system which has a switching device according to an embodiment of the first aspect of the present invention and a heating device which is connected to the switching device and which the switching device is designed to operate.
  • the domestic system can also comprise a medium to be heated, e.g. a heat-radiating material of an infrared heating panel, and/or a fluid tank for storing a fluid, wherein the fluid in the fluid tank can be heated by means of the heating device.
  • the fluid can be water.
  • the heating elements are arranged in an infrared heating panel or a continuous flow heater or in a fluid tank.
  • the heating elements can be arranged, for example, in a wall opening of the Fluid tanks must be arranged, in particular screwed in there.
  • the domestic system also comprises a user interface by means of which one or more target parameters of the heating device, the medium, and/or a fluid tank for the medium can be set.
  • the parameter can be, for example, a target temperature of the medium, an upper threshold value for the temperature of the medium, a total heating output target value, a heating energy target value and/or the like.
  • the user interface can also be used to set other parameters of the home system, for example a charge level threshold for the charge level of a battery in the home system or the like.
  • the user interface can be integrated into the switching device or into an energy management system of the home system, or it can be designed separately.
  • the user interface can include a graphical user interface which - e.g. as part of an application - is implemented by a smartphone, a tablet, a desktop PC or the like.
  • heating elements e.g. at least two, more than 50% of the heating elements or all heating elements of the heating device have the same electrical heating resistance value. If all heating elements have the same heating resistance value, this can also be referred to as a symmetrical variant S. This is often the case with existing heating devices, e.g. 3-phase heating rods, so that high synergy effects arise here with the numerous switching combinations and correspondingly realizable heating levels of the switching device according to the invention. Alternatively, some or all heating elements can also have different electrical heating resistances. This makes it possible to implement additional heating levels. If all If heating elements have a different heating resistance value, this can also be referred to as asymmetric variant A.
  • the home system also comprises a battery and an energy management system which is designed to monitor a charge level of the battery and to allow or prevent energy extraction from the battery to operate the heating device based on the charge level. This makes it possible to achieve optimal interaction between the two energy sinks or energy storage devices, namely the medium on the one hand and the battery on the other.
  • the energy management system can be set up to control the switching device to set a higher heating level than the current one.
  • the energy management system can, for example, provide, in accordance with a user-adjustable or preset prioritization, that additional power is provided from a renewable energy source of the house system and/or from a battery of the house system and/or additional power is drawn from the public power grid and/or the power consumption of at least one local consumer of the house system is reduced.
  • the power consumption of local consumers that are connected to the (multi-pole) power grid of the house system (“house power grid") can be reduced.
  • a local consumer can be, for example, a heat pump or a well or pool pump.
  • the energy management system can also be set up to control the switching device to set a lower heating level than the current one. To do this, the above measures can be carried out or terminated in reverse.
  • the energy management system can also be configured to monitor a charge level of a battery in the home system and to only allow additional power to be drawn from the battery if the charge level of the battery is above a user-adjustable or preset charge level threshold.
  • the home system can be set up so that the switching device switches to a lower heating level than the current one if there is insufficient power (from renewable energy sources in the home system).
  • the energy management system can either instruct the control device of the switching device to reduce the heating level if there is insufficient power.
  • the energy management system can provide information about the available power to the control device, which in turn can be set up to change the heating level accordingly, i.e. increase or decrease it.
  • the present invention provides a switching device for operating an external heating device for heating a medium by means of at least one heating element of the heating device, wherein the switching device is designed to be supplied by at least one current phase and comprises a control device which is designed to switch the heating element via at least one associated switch of the switching device for (stepwise) setting of a total heating power generated by the heating device as a whole according to a respective heating stage, wherein a diode is connected in parallel to the switch.
  • the invention provides a computer program product comprising executable program code which, when executed (e.g. by means of a computing device), is adapted to To carry out a method according to an embodiment of the fourth or fifth aspect of the present invention.
  • the invention provides a non-transitory computer-readable data storage medium comprising executable program code which, when executed (e.g. by means of a computing device), is adapted to carry out the method according to an embodiment of the fourth or fifth aspect of the present invention.
  • the non-volatile computer-readable data storage medium can be designed as or comprise a semiconductor memory, e.g. an SSD memory chip.
  • the data storage medium can also comprise or comprise a CD, DVD, Blu-Ray or a magnetic storage device.
  • the invention provides a data stream which comprises executable program code or is adapted to generate program code which, when executed (e.g. by means of a computing device), is adapted to carry out the method according to an embodiment of the fourth or fifth aspect of the present invention.
  • the computing device can be any device that is designed and configured for digital computing, in particular for executing software, an application, or an algorithm.
  • the computing device can, for example, comprise at least one processor unit (e.g. at least one CPU), at least one graphics processor unit (e.g. at least one GPU), at least one field-programmable gate array, FPGA and/or at least one application-specific integrated circuit, ASIC, and/or any combination of the aforementioned elements.
  • processor unit e.g. at least one CPU
  • graphics processor unit e.g. at least one GPU
  • FPGA field-programmable gate array
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the computing device can also have a main memory and/or a non-volatile data memory, which are operatively connected to one another and/or to some or all of the previously mentioned
  • the computing device can be implemented partially or completely in a local unit (for example a personal computer, PC, a laptop, a notebook or the like) and/or partially or completely in a distributed system, e.g. a cloud computing platform or a spatially separated server.
  • Fig. 1 shows a schematic block diagram of a switching device 10 and a house system 100 according to embodiments of the present invention.
  • the switching device 10 can also be used or provided independently of the house system 100.
  • the various components of the house system 100 are optional and can be provided or not depending on the planned use or existing infrastructure. In addition, additional components not shown can of course be added.
  • the switching device 10 is designed to operate an external heating device 20 (with respect to the switching device 10), which is designed to heat a medium.
  • a fluid F in a fluid tank 50 here in particular water in a water tank
  • the heating device 20 can, for example, be arranged in a wall opening of the fluid tank 50, in particular screwed in. It is understood, however, that a wide variety of other media can also be heated, for example heat radiators of an infrared panel or the like.
  • the switching device 10 is designed such that it can set the heating device 20 to one of a plurality of possible heating levels, wherein each heating level is advantageously associated with a different heating output of the heating device 20. It is particularly advantageous that the switching device 10 is also compatible with existing, relatively simply designed heating devices 20.
  • the switching device 10 comprises a control device 11, which can be implemented by any computing unit, for example by a microcontroller, an application-specific integrated circuit (ASIC), a programmable logic controller (PLC) and/or the like.
  • the control device 11 can in particular be implemented partly in hardware and partly in software.
  • the switching device 10 is also designed to be supplied via at least one electrical line 34 by at least one current phase L, which can be a single current phase (L1, L2, L3) of a 3-phase alternating current, or two or all of these current phases.
  • the switching device 10 can also be coupled to a neutral conductor N and/or a protective conductor PE via the at least one electrical line.
  • the switching device 10 also has a plurality of switches K1, K2, K3, which are sometimes referred to jointly below (or if it does not matter which switch is meant exactly) as Ki.
  • the control device 11 is designed to switch the switches Ki, i.e. in particular to either open or close each switch Ki independently of the others (or: to switch it on or off).
  • Each of the switches Ki is designed to connect a heating device 20 to a single heating element 21-1, 21-2, 21-3. to be connected, in particular such that the corresponding heating element 21-i heats when the corresponding switch Ki is closed, and does not heat when the corresponding switch Ki is open.
  • each switch Ki can be electrically connected to a (in particular: exactly one) corresponding connection 16-i on a housing of the switching device 10, so that each heating element 21-i only needs to be electrically connected to one of the corresponding connections 16-i.
  • the heating elements 21-i are connected to a common star point 22, i.e. they are star-coupled.
  • a neutral conductor N can be connected via a connection 17 of the switching device 10, which can optionally be switched by the control device 11 via a switch KN of the switching device 10.
  • Which switches Ki, KN can be switched can vary from installation location to installation location depending on the existing rules, standards or laws and can be set in the control device 11.
  • the switches K1, K2, K3 can be designed as relays or semiconductor switches or can comprise a relay or a semiconductor switch.
  • the invention is described by way of example with three (preferably semiconductor) switches K1, K2, K3 for operating exactly three heating elements 21-i.
  • switches K1, K2, K3 for operating exactly three heating elements 21-i.
  • fewer (for example two switches Ki) or more switches Ki can be present. This applies to each of the embodiments described here. It is advantageous if the number of switches Ki is equal to the number of heating elements 21-i, or at least greater than this.
  • the control device 11 advantageously has information about which heating power P i can be provided at which of the switches Ki or at which of the connections 16-i.
  • This information (which individual heating power P i can be made available in each case) can be programmed in using a user interface 12 of the switching device or can be selected from a table. It is also conceivable that the control device 11 contains a database with common models of the heating device 20, from which the corresponding model with the corresponding individual heating power P i can then be selected by a user.
  • the user interface 12 can, instead of and/or in addition to the switching device 10, also be provided on an energy management system 40 of the building system 100, which is coupled to the switching device 10 for data communication.
  • the energy management system 40 of the building system 100 can also be integrated into the switching device 10 or vice versa.
  • the user may additionally be asked to specify, when installing the switching device 10, which heating output P i (or: which heating resistance) is applied to which terminal 16-i.
  • control device 11 is particularly preferably designed to carry out a measuring process (e.g. for current, voltage and/or frequency) in order to determine which heating resistors are present, which heating levels are available and/or which total heating power P is achieved with each of the available heating levels.
  • the control device 11 can apply a test voltage to each switch K1, K2, K3 of the switching device 10, switch through every possible switching combination, and Heating device 20 consumed power can be determined for each switching combination.
  • the measuring process can be carried out automatically, e.g. each time the switching device 10 is initialized, or at the request of a user via the user interface 12. As part of the measuring process, it can also be determined whether there is a 3-phase or a 1-phase connection of the heating device 20 to the switching device 10.
  • control device 11 has the information as to which heating level corresponds to which total heating output, the control device 11 can advantageously only be informed of a total heating output setpoint (for example by the energy management system 40), whereupon the control device 11 independently determines which heating level best corresponds to this total heating output setpoint, selects a corresponding switching combination and then sets it. Accordingly, in the following we will mainly talk about the desired heating level, although it is understood that this can be determined in each case for the best possible realization of a total heating output setpoint.
  • the total heating output setpoint can be determined, for example, depending on how much electrical power is currently generated by renewable energy sources, how much electrical power remains after deducting a total consumption of consumers 32, how high a current electricity price is and/or the like.
  • the heating elements 21-i can each have (at least) one heating resistor or consist of such a resistor.
  • the total number of all resistors of a heating element 21-i that are used for heating provides the heating power P i of the corresponding heating element 21-i.
  • control device 11 is designed to switch the heating elements 21-i independently of one another via at least one associated switch Ki of the switching device 10 for the step-by-step adjustment of a total heating power P to be generated (or: generated) by the heating device 20 as a whole according to a respective heating level.
  • the house system 100 comprises at least the switching device 10 and the heating device 20.
  • the switching device 10 is supplied with electrical power via a power grid 30 (for example a multi-pole house power grid of a household).
  • the power grid 30 can have a grid connection point 31 for connection to the public power grid 35 and at least one consumer 32, for example a heat pump.
  • the combination of the switch positions of the switches Ki and the connection of the connections 16-i by the switching device 10 results in a hierarchy of heating levels, with the lowest heating level (all switches Ki open) corresponding to a heating power of 0 watts, and the highest heating level (all switches Ki closed) corresponding to a maximum total heating output of P max .
  • Fig. 2 shows a possible connection by the switching device 10 according to an embodiment.
  • the switching device 10 (in Fig. 2 not fully shown) each of the three connections 16-1, 16-2, 16-3 is connected to a corresponding current phase L1, L2, L3 of a 3-phase alternating current, while the star point 22 is connected to a neutral conductor N, or is connected directly to the output 17 of the switching device 10.
  • the heating elements 21-i each have a heating resistor R1, R2, R2.
  • no switch KN is required on the neutral conductor N and can therefore also be omitted on the switching device 10, i.e. the neutral conductor N can remain switchless. This is advantageous in areas where switching the neutral conductor N is prohibited.
  • This connection enables four different heating levels, each corresponding to a different total heating output P.
  • the individual setting options for the switches are listed in the first three columns (0 corresponds to "switch open", 1 corresponds to "switch closed”).
  • the correspondingly set (or selected) total heating outputs P are given in the fourth column as a fraction of the maximum total heating output P max .
  • the four different heating levels that can be implemented thus correspond, for example, to the total heating outputs 0, 1/3 P max , 2/3 P max and P max .
  • Table 1 Available heating levels of variant S from Fig. 2 wiring according to Fig.
  • the two middle heating levels corresponding to the total heating powers 1/3 P max and 2/3 P max , can be achieved in combination by three different switching combinations of the switches Ki.
  • the control device 11 can be set up to periodically and/or with each new setting of one of these heating levels, successively select a different switching combination of the switches Ki in order to evenly load or wear the corresponding heating elements 21-i and the switches 16-i.
  • This also applies to each of the embodiments discussed below. provided they have at least one heating level, which can be implemented using more than one switching combination. This means that switching between the switching combinations can take place periodically and/or cyclically.
  • R1, R2, and R3 are all different, as in Fig. 2
  • This connection enables seven different heating levels, each with a different total heating output P.
  • Table 2 Available heating levels of variant A from Fig. 2 wiring according to Fig.
  • R1 has the greatest ohmic resistance in the asymmetrical variants.
  • the resistor designated R1 can also be connected to terminal 16-2 or 16-3, and so on in any permutation.
  • Fig. 3 shows a connection through the switching device 10 according to a further embodiment.
  • the The heating device 20 used is a 3-phase heating element, which, however, in contrast to the variants of Fig. 2 - is to be operated with a 1-phase power network. Accordingly, all three connections 16-i can be connected to the L1 current phase by the switching device 10.
  • Fig. 4 shows a connection through the switching device 10 according to a further embodiment.
  • the five heating levels correspond to the total heating outputs P of 0 (5 switching combinations), 1/3 P max (3 switching combinations), 1/2 P max (3 switching combinations), 2/3 P max (4 switching combinations), and P max (2 switching combinations).
  • An asymmetrical variant would result in more heating levels.
  • Even with the connection according to Fig. 4 The operation of a 1-phase heating element is possible by replacing L2 and L3 in Fig. 4 L1 is also set (not shown).
  • Fig. 5 shows a connection through the switching device 10 according to a further embodiment.
  • This embodiment differs from that according to Fig. 2 or 4 in that the switching device 10 here has the switch KN on the neutral conductor N, and that the output 16-2 can be switched via the switch K2 (toggle switch) between a connection with L2 or a connection with the neutral conductor N.
  • the seven heating levels each correspond to the total heating output P of 0, 1/6 P max , 1/3 P max , 1/2 P max , 5/9 P max , 2/3 P max , and P max .
  • the switching device 10 can have a switch (here: K2) which can be switched between one of the current phases L1, L2, L3, ie a current conductor on the one hand and the neutral conductor N on the other.
  • K2 a switch
  • the corresponding heating element 21-2 with its heating resistor R2 is alternatively coupled to the corresponding current phase L1, L2, L3 or the neutral conductor N.
  • Table 5 Available heating levels of variant A from Fig. 5 wiring according to Fig.
  • Fig. 6 shows a connection through the switching device 10 according to a further embodiment, which is a variant of the interconnection of Fig. 5 represents.
  • the heating device 20 to be operated is again a 3-phase heating rod, which is to be operated with a 1-phase power supply. Accordingly, all three connections 16-i are connected to the L1 current phase by the switching device 10. This enables six heating stages to be implemented, which are listed in Table 6 below.
  • Table 6 Available heating levels of variant S from Fig. 6 wiring according to Fig.
  • the six heating levels each correspond to the total heating output P of 0, 1/6 P max , 1/3 P max , 2/3 P max , 2/9 P max , and P max .
  • the diodes make it possible to realize additional heating stages by blocking half-waves.
  • Fig. 7 shows a connection through the switching device 10 according to a further embodiment.
  • a 1-phase heating device 20 is operated, which comprises a single heating element 21-i with a heating resistor R (or a sum of heating resistors, which can be represented with R as an equivalent resistor).
  • the switching device 10 can be designed for such 1-phase heating devices 20 with only two connections 16-1, 17 for the L1 current conductor and the neutral conductor, or can be programmed to supply only these connections with power.
  • the switching device 10 has a switch K1 that can be controlled by the control device 11 and a diode 14 connected in parallel to this switch K1.
  • three heating stages can be realized, as listed in Table 7 below: 0, 1/2 P max , and P max .
  • Table 7: Available heating levels of the variant from Fig. 7 wiring according to Fig. 7 : 3 heating levels K1 KN P R 26.45 ⁇ 0 0 0 0 0 1 1/2 P max 1000 W 1 0 0 0 1 1 P max 2000 W
  • Fig. 8 shows a connection through the switching device 10 according to a further embodiment, which is a variant of the embodiment according to Fig. 7
  • the switching device 10 has a series circuit connected in parallel with the switch K1, consisting of a further switch K1a, which can be controlled by the control device 11, and the diode 14.
  • the switch K1a forms the diode 14 is connected in series.
  • three heating stages can also be realized, as listed in Table 8 below: 0, 1/2 P max , and P max .
  • the diode 14 (either alone in parallel with a switch K1, K2, K3 as in Fig. 7 , or in a series connection with another switch K1a, whereby this series connection is connected in parallel to a switch K1, K2, K3, as in Fig. 8 ) can also be advantageously combined with other variants, in particular with 3-phase heating devices 20.
  • Fig. 9 shows a variant of the connection from Fig. 2 , which differs from this by a diode 14 connected in parallel with the switch K1 and the missing connection of the star point 22 to the neutral conductor N. Accordingly, the switching device 10 can also be designed without the connection 17 and thus, for example, have only exactly one connection 16-1, 16-2, 16-3 per current phase L1, L2, L3.
  • the five heating levels that can be achieved in this way are: 0, 1/4 P max , 1/2 P max , 3/4 P max , and P max .
  • Fig. 10 shows a 1-phase operated (or: 1-phase coupled) variant of the connection from Fig. 9
  • the neutral conductor N can be connected to the switch K2 and the terminal 16-2 (shown) or to the switch K3 and the terminal 16-3 (not shown).
  • the five heating levels that can be achieved in this way are: 0, 3/8 P max , 3/4 P max , 22/25 P max , and P max .
  • Fig. 11 shows a variant of the connection from Fig. 9 , wherein the circuit or switching device 10 consists of Fig. 11 In contrast to the circuit or switching device 10 from Fig. 9 has a neutral conductor N connected to the terminal 17 of the switching device 10, which can be switched by a switch KN ("neutral conductor switch") of the switching device 10.
  • the nine heating levels that can be achieved in this way are: 0, 1/6 P max , 1/4 P max , 1/3 P max , 1/2 P max , 2/3 P max , 3/4 P max , 5/6 P max and P max .
  • Fig. 12 shows a 1-phase operated variant of the connection from Fig. 11 .
  • the seven heating levels that can be achieved in this way are: 0, 1/6 P max , 1/3 P max , 1/2 P max , 2/3 P max , 5/6 P max , and P max .
  • Fig. 13 shows a variant of the connection from Fig. 11 , which differs from this in that the diode 14 can be switched instead of the switch KN in the neutral conductor N; the symmetrical variant S is also shown.
  • a further switch K1a is connected in series with the diode 14, by means of which the diode 14 (and preferably only the diode 14) can be switched in parallel to the switch K1 when the switch K1a is closed.
  • the switch K1a is open, the diode plays no role in the connection.
  • the seven heating levels that can be achieved in this way are: 0, 1/6 P max , 1/3 P max , 1/2 P max , 2/3 P max , 5/6 P max , and P max .
  • the seven heating levels that can be achieved in this way are: 0, 1/6 P max , 1/3 P max , 1/2 P max , 2/3 P max , 5/6 P max , and P max .
  • Fig. 14 shows a variant of the connection from Fig. 13 , with the two differences that it is a 1-phase connection and an asymmetrical variant A.
  • the eleven heating levels that can be achieved in this way are: 0, 1/12 P max , 1/6 P max , 1/3 P max , 5/12 P max , 1/2 P max , 7/12 P max , 2/3 P max , 5/6 P max , 11/12 P max , and P max .
  • Fig. 15 shows a variant of the connection from Fig. 13 , with the difference that a series circuit consisting of diode 14 and additional switch K1a, K2a, K3a is arranged on all current phases L1, L2, L3 in parallel to the respective switch K1, K2, K3 (and not only to the switch K1 as in Fig. 13 ).
  • each heating level can be set in the variant from Fig. 15 with more different switching combinations.
  • the heating device 20 can be set to a phase-accurate consumption.
  • an unbalanced load occurs at the network connection point 31 and/or in the (in-house) power network 30, i.e. if one or more current phases L1, L2, L3 have a significantly different load than one or more of the other current phases L1, L2, L3, then the switching device 10 (e.g. by an energy management system 40) can be controlled (or control itself) in such a way that the unbalanced load is counteracted by selecting a suitable heating level and/or a suitable switching combination of the switches K1, K1a, K2, K2a, K3, K3a.
  • the unbalanced load can be detected by the energy management system 40, which then either controls the switching device 10 directly accordingly, or transmits the necessary information to the switching device 10 so that the switching device 10 itself can carry out the necessary control.
  • the variant from Fig. 15 is also useful in the event of an emergency power supply, for example when the public power grid 35 fails or is switched off.
  • the inverter often sets up an emergency power supply in the local power grid 30 with a frequency of, for example, 53 Hz and detects this via a frequency measurement by the control unit 11, while in normal operation, for example, the 50 Hz of the public power grid 35 is present.
  • Fig. 15 allows a user to manually activate a single (or several) of the power phases L1, L2, L3 of the heating device 20 via a user interface 12 (of the switching device 10, the energy management system 40 or the like), for example at the lowest heating level with a heating output greater than zero, in order not to overload the emergency power supply. If an overload or a breakdown of the emergency power supply does occur, the user can again select a different power phase L1, L2, L3 for a second or third attempt.
  • this connection 16-i is connected to a heating element 21-i which has the lowest heating power or the highest heating resistance (in the examples usually R1). In this way, it is ensured that by using the diode 14 (and corresponding switching) a further heating stage is or can be provided.
  • Fig. 16 shows a schematic flow chart for explaining a method according to an embodiment of the present invention, namely a method for operating a heating device 20 or for heating a medium, in particular a fluid F, by means of a heating device 20 with a plurality of heating elements 21-i, which are connected to one another in a star shape at a common star point 22 can be connected independently to an energy source.
  • the method is carried out by means of the switching device 10 and/or the house system 100 according to an embodiment (in particular according to one of the Figures 1-6 and 9-15 ) of the present invention, but also independently thereof. Accordingly, the method can be adapted in accordance with all embodiments, variants, options and further developments described with reference to the switching device according to the invention or the house system according to the invention and vice versa.
  • An energy management system 40 which carries out this method can, for example, also be integrated into a switching device 10 according to the invention.
  • a desired total heating power P of the heating device 20 is detected, for example by a user interface 12, by an energy management system 40 or the like. Detecting the total heating power setpoint can include determining the total heating power setpoint, in particular calculating it.
  • a heating level is determined (for example by the energy management system 40 or the control device 11 of the switching device 10) which corresponds as closely as possible to the detected total heating power setpoint, ie, is as close as possible. This makes it possible to advantageously keep a difference between the total heating power generated by the heating device 20 and the total heating power setpoint to a minimum. Alternatively, it can also be provided that (according to one option) the lower heating level closest to the total heating power setpoint is selected, or (according to another option) the next higher heating level to the total heating power setpoint is selected.
  • heating elements 21-i of the heating device 20 are switched independently of one another via at least one associated switch Ki; K1a for (step-by-step) setting of the specific heating level. Examples of such and other switching actions as method steps can be found in the description of the Figures 1-6 and 9-15 and arise in particular from the tables listed therein.
  • Fig. 17 shows a schematic flow chart to explain a method according to an embodiment of the present invention, namely a method for operating a heating device 20 or for heating a medium F by means of at least one heating element 21-i of a heating device 20.
  • the method can be carried out by means of the switching device 10 and/or the domestic system 100 according to an embodiment of the present invention, but also independently thereof. Accordingly, the method can be adapted according to all embodiments, variants, options and further developments described with reference to the switching device according to the invention or the domestic system according to the invention and vice versa.
  • a desired total heating power P of the heating device 20, i.e., a total heating power setpoint, is detected, for example from a user interface 12, from an energy management system 40, from a thermostat, or the like.
  • a heating level is determined which corresponds as closely as possible (or exactly) to the recorded total heating output setpoint, i.e. in particular, which comes as close as possible to it.
  • a step S600 for the (stepwise) setting of the specific heating level, at least one first switch K1 connected in series with at least one heating element 21-i is switched, which is connected in parallel with a diode 14, wherein the switch is arranged between a current phase L1 and the at least one heating element 21-i.
  • a further switch K1a connected in series with the diode 14 and connected in parallel with the first switch K1 together with the diode 14 is also switched for the (step-by-step) setting of the specific heating level.
  • This parallel connection is thus also arranged between a current phase L1 and the at least one heating element 21-i.
  • Fig. 18 shows a schematic block diagram of a computer program product 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the computer program product 200 comprises executable program code 250 which, when executed, is configured to carry out the method according to an embodiment of the present invention, for example according to Fig. 16 or Fig. 17 .
  • Fig. 19 shows a schematic block diagram of a non-transitory computer-readable data storage medium 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the data storage medium 300 comprises executable program code 350 which, when executed, is configured to carry out the method according to an embodiment of the present invention, for example according to Fig. 16 or Fig. 17 .
  • the non-volatile computer-readable data storage medium 300 can be designed as a semiconductor memory, e.g. an SSD memory chip, or can have such a memory.
  • the data storage medium 300 can also be a CD, DVD, Blu-Ray or comprise or include a magnetic storage device.
  • the switching device 10 can advantageously be integrated into a house system 100 according to the invention and can be operated there. Accordingly, the methods according to Fig. 16 or Fig. 17 in all its variants and embodiments, in order to control the house system 100, and/or specifically the switching device 10.
  • the home system 100 can have an energy management system 40, which can in particular control flows of electrical energy via the power grid 30, in particular between power sources and/or power consumers, such as the grid connection point 31, at least one consumer 32, a battery 60 of the home system 100, a renewable energy source 70 (for example a PV system) of the home system 100, an inverter 80 of the home system 100 and/or the like.
  • an energy management system 40 can in particular control flows of electrical energy via the power grid 30, in particular between power sources and/or power consumers, such as the grid connection point 31, at least one consumer 32, a battery 60 of the home system 100, a renewable energy source 70 (for example a PV system) of the home system 100, an inverter 80 of the home system 100 and/or the like.
  • Fig. 19 shows a schematic flow diagram illustrating a possible method for selecting heating levels, where the selected heating levels are represented by the various Embodiments of the present invention can be implemented. Accordingly, the switching device 10 and/or the house system 100 can be configured to carry out such a method, or the methods according to Fig. 16 or Fig. 17 be designed or modified to include such a process.
  • start step S1 begins with a start step S1; however, it is understood that the described method is usually carried out cyclically, i.e. it always starts from the beginning, as shown by the arrows.
  • a target temperature for the medium here (only as an example) a fluid F in a fluid tank 50, is first recorded.
  • the target temperature can be specified directly by a user, for example via a user interface 12 in a smart home control application.
  • the target temperature can also be specified by an algorithm which can take into account, for example, the time of day, the season and/or a user input.
  • the recording S1 can also consist of maintaining an already specified target temperature.
  • a current actual temperature of the fluid F in the fluid tank 50 is recorded, in particular measured.
  • the actual temperature can be determined by means of a temperature sensor of the building system 100, which can be integrated into the fluid tank 50, for example.
  • a step S3 it is checked whether an actual temperature of the fluid F in the fluid tank 50 is lower than a target temperature.
  • tolerance range can be provided within which the process continues as if there were no difference. In this way, constant switching back and forth or other unstable control behavior can be prevented.
  • the tolerance ranges can be arranged symmetrically or asymmetrically around the comparison or threshold value. The latter can be used, for example, to achieve a hysteresis effect, such that a larger deviation from the threshold value is required to revise a decision than was necessary to trigger the decision in the first place.
  • corresponding tolerance ranges will not be mentioned explicitly every time in order to keep the explanations slim.
  • step S4 checks whether there is excess power in the house system 100, initially from renewable energy sources 70, e.g. from a PV system. Preferably, only renewable energy sources 70 of the house system 100 are taken into account here. For the test, a current power value of at least one renewable energy source 70 can be obtained in step S4. Optionally, other power values, for example power consumed by consumers 32, etc., can also be received. From the received power values, it can be calculated in a known manner whether there is excess power from renewable energy sources 70 of the house system 100.
  • a check is carried out in a step S5 to determine whether the charge level of the battery 60 is above a charge level threshold.
  • This charge level threshold can, for example, indicate a charge level above which charge levels are generally undesirable, whether it is to charge the battery 60, or because such a high charge level is considered unnecessary or the like.
  • the energy management system 40 controls the home system 100 in such a way that, in a step S6, an output power available on the battery 60 and released (e.g. by the customer) is added to the excess power.
  • step S7 the next step in step S7 is to check whether the excess power now determined is sufficient to switch the heating device 20 to a higher heating level. Accordingly, bidirectional communication can be established between the switching device 10 and the energy management system 40, so that on the one hand the energy management system 40 knows the currently set heating level and/or the total heating output setpoint, and on the other hand it can specify a heating level to be set and/or the total heating output setpoint to the switching device 10.
  • step S1 If a higher heating level is not possible (minus sign, "-" in the drawing), for example because the excess power is not sufficient, or because there is no higher heating level, the process continues at step S1. If a higher heating level is possible (plus sign, "+” in the drawing), a higher heating level is set in a step S8.
  • the switching device 10 is instructed, for example by the energy management system 40 (or it decides itself) to set a higher heating level, and then by the The corresponding heating level is set by switching the switches Ki, KN, Kia in the switching device 10. The method is then continued again at step S1.
  • step S4 If it is determined in step S4 that no excess power from renewable energy sources 70 is available (minus sign, "-", in the drawing), a check is carried out in step S9 as to whether electricity from the supply grid is currently being consumed, i.e. whether it is flowing into the building system 100 at the grid connection point 31. If this is not the case (minus sign, "-", in the drawing), the current heating level is maintained and the process continues at step S1.
  • step S12 checks whether the actual temperature is less than a user-adjustable or predefined upper temperature threshold, which is greater than the target temperature.
  • step S13 a check is made in step S13 to see whether excess power is available, initially from renewable energy sources. If this is not the case (minus sign, "-”, in the drawing), the process continues with step S9, as already explained. If excess power is available from renewable energy sources (plus sign, "+”, in the drawing under step S13), the process continues with step S7, i.e. by checking whether a higher heating level is possible.
  • the procedure according to Fig. 20 thus makes it possible to use the heating of the medium F (e.g. in the fluid tank 50) to store thermal energy. However, this should not be done with electricity from the public power grid 35, but only with electrical power from renewable energy sources 70 of the house system 100, and only if the actual temperature does not exceed the upper temperature threshold.
  • a charge state of the battery 60 of the house system 100 above the threshold can be used (step S5). It is understood that the person skilled in the art can adapt the method according to Fig. 20f in a variety of ways in order to carry out individual steps. add or omit in order to achieve a desired regulation or control.
  • step S8 of increasing the heating level can alternatively be replaced or supplemented by a step of switching on at least one consumer 32, e.g. a heat pump.
  • step S11 of reducing the heating level can alternatively be replaced or supplemented by a step of switching off at least one consumer 32, e.g. a heat pump. Switching on or switching off can also be replaced by increasing or reducing energy consumption.

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Abstract

Die Erfindung schafft eine Schaltvorrichtung (10) zum Betreiben einer externen Heizeinrichtung (20) zum Erwärmen eines Mediums (F) mittels einer Mehrzahl von Heizelementen (21-i) der Heizeinrichtung (20), eine Hausanlage (100), sowie verschiedene Verfahren zum Erwärmen eines Mediums (F). Die Schaltvorrichtung (10) kann, wenn Heizelemente (21-i) der Heizeinrichtung (20) an einem gemeinsamen Sternpunkt (22) miteinander verschaltet und an der Schaltvorrichtung (10) unabhängig voneinander anschließbar sind, dazu eingerichtet ist, von zumindest einer Stromphase (L) versorgt zu werden und eine Steuereinrichtung (11) umfassen, welche dazu eingerichtet ist, die Heizelemente (21-i) unabhängig voneinander jeweils über zumindest einen zugehörigen Schalter (Ki, Kia, KN) der Schaltvorrichtung (10) zur stufigen Einstellung einer von der Heizeinrichtung (20) insgesamt erzeugten Heizleistung gemäß einer jeweiligen Heizstufe zu schalten.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben, oder Steuern, einer Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Mediums, sowie eine Hausanlage mit einer solchen Schaltvorrichtung und einer solchen Heizeinrichtung. Bei dem Medium kann es sich insbesondere um ein Fluid, also ein Gas oder eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, handeln. Die Heizeinrichtung kann somit insbesondere eine Mehrzahl von Heizelementen aufweisen, um Wasser in einem Wassertank zu erwärmen. Beispielsweise kann die Schaltvorrichtung einen 3-phasigen Heizstab für einen Wassertank einer Hausanlage betreiben.
    • Technischer Hintergrund
  • Die bestmögliche Ausnutzung von verfügbarer elektrischer Leistung nimmt mit zunehmender Verbreitung von erneuerbaren Energiequellen ebenfalls stetig an Bedeutung zu. Insbesondere die Speicherung von Energie ist dabei ein wichtiger Baustein.
  • Es ist bekannt, dass viele Medien, insbesondere Fluide wie z.B. Wasser oder eine Salzschmelze, dazu verwendet werden können, um Energie in Form von Wärme zu speichern. Insbesondere in Haushalten, wo ja immer wieder Warmwasser benötigt wird, kann Wasser in einem Wassertank bereits im Vorfeld erwärmt werden, wenn gerade ein elektrischer Leistungsüberschuss besteht. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn eine Heizleistung, mit welchem das Medium erwärmt wird, auf kostengünstige Weise möglichst präzise einstellbar ist, damit der zur Verfügung stehende Leistungsüberschuss optimal verwendet werden kann.
  • Bestehende Hausanlagen sind üblicher Weise bereits mit einem Wassertank mit Heizeinrichtung, häufig einem 1-phasigen oder 3-phasigen Heizstab, ausgestattet. Leistungselektronik, um solche Heizeinrichtungen jedoch mit präzise einstellbarer elektrischer Leistung zu betreiben, ist bisher für gewöhnlich nicht vorhanden, und wäre in der Nachrüstung verhältnismäßig teuer.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Nach all dem Vorangehenden ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltvorrichtung bereitzustellen, mit welcher selbst eine bestehende Heizeinrichtung auf kostengünstige Weise schaltbar ist, um verschiedene Heizstufen und damit gewünschte Heizleistungen bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben einer bereits bestehenden Heizeinrichtung in der genannten Weise, sowie einer verbesserten Hausanlage zur besseren Ausnutzung zur Verfügung stehender elektrischer Leistung, insbesondere aus erneuerbaren Energiequellen.
  • Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Dementsprechend wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine Schaltvorrichtung zum Betreiben einer externen Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Mediums mittels einer Mehrzahl von Heizelementen der Heizeinrichtung bereitgestellt, welche an einem gemeinsamen Sternpunkt miteinander (sternförmig) verschaltet und an der Schaltvorrichtung unabhängig voneinander anschließbar (oder angeschlossen) sind, wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, von zumindest einer Stromphase versorgt zu werden und eine Steuereinrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die Heizelemente unabhängig voneinander jeweils über zumindest einen zugehörigen Schalter der Schaltvorrichtung zur stufigen Einstellung einer von der Heizeinrichtung insgesamt erzeugten Heizleistung gemäß einer jeweiligen Heizstufe zu schalten.
  • Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Steuereinrichtung ein gewünschter Heizleistungswert (d. h. ein Gesamt-Heizleistungs-Sollwert) mitgeteilt wird, und die Steuereinrichtung daraufhin eine Heizstufe auswählt, welche den mitgeteilten Gesamt-Heizleistungs-Sollwert optimal realisiert. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Steuereinrichtung lediglich (zum Beispiel durch ein übergeordnetes Energie-Managementsystem) eine Heizstufe mitgeteilt wird. Die Information, welche Heizstufe welcher Gesamt-Heizleistung entspricht, kann dementsprechend an dem Energie-Managementsystem und/oder an der Schaltvorrichtung, insbesondere der Steuereinrichtung, vorliegen. Die Grenzen können auch fließend sein, da das Energie-Managementsystem in die Schaltvorrichtung integriert sein kann oder umgekehrt.
  • Analoges kann für die Auswahl einer spezifischen Schaltkombination zur Realisierung einer gewünschten Heizstufe gelten, d. h., sie kann durch eine übergeordnete Instanz (z.B. das Energie-Managementsystem) vorgegeben werden, oder durch die Steuereinrichtung selbst ausgewählt werden. Für eine verbesserte Kompatibilität der Schaltvorrichtung mit bestehenden Energie-Managementsystemen kann es vorteilhaft sein, wenn das Energie-Managementsystem der Schaltvorrichtung lediglich die gewünschte Gesamt-Heizleistung (d. hGesamt-Heizleistungs-Sollwert) mitteilt, und die Schaltvorrichtung daraufhin die Heizstufe sowie eine passende Schaltkombination zu deren Realisierung auswählt und einstellt.
  • Auf diese Weise wird eine ideale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie ermöglicht, insbesondere der zur Verfügung stehenden Energie aus erneuerbaren Energiequellen. Dies bedeutet dabei nicht zwangsläufig eine vollständige Ausnutzung bzw. Verwendung, da andere Parameter und Randbedingungen eine Rolle spielen können, beispielsweise ein gewünschter oberer Schwellwert für eine Temperatur des Wassers, der vorrangige Wunsch, eine an die Hausanlage angeschlossene Batterie zu laden (etwa eine Fahrzeugbatterie eines Elektroautos aufgrund einer bevorstehenden Reise), und dergleichen mehr. Gemäß manchen Varianten kann die Batterie als eine erneuerbare Energiequelle betrachtet werden, gemäß anderen Varianten kann sie separat davon betrachtet werden.
  • Die vorliegende Lösung ist außerdem kostengünstig realisierbar, da sie mit geringen Hardware-Anforderungen auskommt und außerdem vorteilhaft mit bestehenden Heizeinrichtungen kombinierbar ist.
  • Vorteilhaft weisen die steuerbaren Schalter der Schaltvorrichtung Relais oder (bevorzugt) Halbleiterschalter auf, oder bestehen jeweils aus einem Relais oder (bevorzugt) einem Halbleiterschalter.
  • Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten oder Verfeinerungen von Ausführungsformen ist die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet, zwischen mindestens fünf Heizstufen, besonders bevorzugt mindestens sieben Heizstufen, verschiedener Heizleistung zu schalten. Auf diese Weise lassen sich bereits viele Steuer- und Regelprogramme mit vergleichsweise hoher Präzision realisieren. Vorteilhaft sind auch Schaltvorrichtungen mit neun, elf, zwölf, dreizehn oder noch mehr realisierbaren Heizstufen vorgesehen.
  • Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten oder Verfeinerungen von Ausführungsformen ist zu mindestens einem Schalter eine Diode parallelgeschaltet, optional ausschließlich diese Diode, oder bevorzugt eine Reihenschaltung aus der Diode und einem weiteren Schalter. Über die parallelgeschaltete Diode kann eine Halbwelle elektrischer Wechselspannung ausgefiltert werden, um zusätzliche Heizstufen realisieren zu können. Durch den weiteren Schalter kann auch diese Diode wiederum selektiv zu- oder weggeschaltet werden, um zusätzliche Heizstufen zu realisieren.
  • Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten oder Verfeinerungen von Ausführungsformen weist die Schaltvorrichtung jeweils einen Ausgang für jedes anzuschließende Heizelement auf, wobei jeweils der dem entsprechenden Heizelement zugehörige Schalter seriell mit dem Ausgang verschaltet ist. Jeder Schalter ist vorteilhaft einzeln durch die Steuereinrichtung steuerbar. Es sind aber auch andere Varianten denkbar, gemäß welchen manche Ausgänge anders verschaltet sind, etwa mittels eines Kippschalters, der zwischen einer Stromphase und dem Neutralleiter hin- und herschalten kann. Auf diese Weise können auch bei bestehender Hardware der Heizeinrichtung zusätzliche Heizstufen realisiert werden. Die Ausgänge der Schaltvorrichtung können mechanisch in einer gemeinsamen Buchse realisiert sein, oder in jeweils separaten Buchsen.
  • Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten oder Verfeinerungen von Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung außerdem dazu eingerichtet, zwischen Realisierungen derselben Heizleistung mittels unterschiedlicher Schaltkombinationen (d.h. Kombinationen von Schalterstellungen der Schalter) periodisch oder nacheinander zyklisch umzuschalten. Wie im Folgenden erläutert werden wird, gibt es häufig Heizstufen, welche über mehrere Schaltkombinationen implementiert werden können. Durch das periodische Umschalten kann sichergestellt werden, dass die einzelnen Heizelemente der Heizeinrichtung sowie Schalter der Schalteinrichtung gleichmäßig abgenutzt werden, um die Lebensdauer der Heizeinrichtung zu maximieren. Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass bei jeder neuen Einstellung einer Heizstufe mit mehreren Realisierungsmöglichkeiten durch verschiedene Schaltkombinationen zyklisch nacheinander durch die verschiedenen Schaltkombinationen durchgewechselt wird. Auch auf diese Weise kann eine besonders gleichmäßige Abnutzung der Heizelemente, der Schalter usw. erzielt werden.
  • Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten oder Verfeinerungen von Ausführungsformen ist die Schaltvorrichtung, insbesondere die Steuereinrichtung, dazu eingerichtet, einen aktuellen Leistungswert einer erneuerbaren Energiequelle (insbesondere einer PV-Anlage) zu erhalten und eine aktuelle Heizstufe zumindest basierend auf dem empfangenen aktuellen Leistungswert anzupassen. Hierdurch kann eine optimale Ausnutzung der von der erneuerbaren Energiequelle aktuell bereitgestellten Leistung erzielt werden. Dies kann das Anpassen eines Gesamt-Heizungsleistungs-Sollwerts durch die Schaltvorrichtung umfassen.
  • Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten oder Verfeinerungen von Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die aktuelle Heizstufe außerdem basierend auf einem Gesamt-Heizleistungs-Sollwert anzupassen. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung vorteilhaft im Rahmen eines Energie-Managementsystem bzw. einer gemanagten Hausanlage gemäß einem Steuer- oder Regelungsverfahren eingesetzt werden. Die Anweisungen (oder: Steuerbefehle) zum Anpassen der aktuellen Heizstufe können demnach beispielsweise von dem Energie-Managementsystem erzeugt werden.
  • Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten oder Verfeinerungen von Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die aktuelle Heizstufe derart einzustellen, dass eine Differenz zwischen der von der Heizeinrichtung insgesamt erzeugten Heizleistung und dem Gesamt-Heizleistungs-Sollwert minimal wird. Auch in dieser Weise kann die Schaltvorrichtung in einem Steuer- oder Regelungssystem eingesetzt werden.
  • Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten oder Verfeinerungen von Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, ein Messverfahren durchzuführen, um zu ermitteln, welche Heizstufen verfügbar sind und/oder welche Gesamt-Heizleistung jeweils mit jeder der verfügbaren Heizstufen realisiert wird. Hierzu kann eine Testspannung an jeden Schalter der Schaltvorrichtung angelegt werden, jede mögliche Schaltkombination durchgeschaltet werden, und eine durch die Heizeinrichtung verbrauchte Leistung bei jeder Schaltkombination ermittelt werden.
  • Auf diese Weise ist ermittelbar, welche Schaltkombinationen zur selben Heizstufe gehören, d. h., dieselbe Gesamt-Heizleistung realisieren, und welche Gesamt-Heizleistung dies numerisch jeweils ist. Das Messverfahren kann automatisch, z.B. bei jeder Initialisierung der Schaltvorrichtung, oder auf Anfrage eines Benutzers durchgeführt werden. Im Rahmen des Messverfahrens kann entsprechend auch festgestellt werden, ob ein 1-phasiger oder ein 3-phasiger Anschluss der Heizeinrichtung an die Schaltvorrichtung vorliegt. Somit ist die Schaltvorrichtung besonders vielseitig einsetzbar und leicht installierbar, da sie sich die nötigen Informationen selbst beschaffen kann.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Hausanlage bereit, welche eine Schaltvorrichtung gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung sowie eine Heizeinrichtung, welche mit der Schaltvorrichtung verbunden (oder: verschaltet) ist und zu deren Betreiben die Schaltvorrichtung eingerichtet ist, aufweist. Die Hausanlage kann außerdem ein zu erwärmendes Medium umfassen, z.B. ein wärmestrahlendes Material eines Infrarotheizpanels, und/oder einen Fluidtank zum Aufbewahren eines Fluids, wobei das Fluid in dem Fluidtank mittels der Heizeinrichtung erwärmbar ist. Insbesondere kann es sich bei dem Fluid um Wasser handeln.
  • Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten oder Verfeinerungen von Ausführungsformen sind die Heizelemente in einem Infrarotheizpanel oder einem Durchlauferhitzer oder in einem Fluidtank angeordnet. Im Falle des Fluidtanks können die Heizelemente beispielsweise in einer Wandöffnung des Fluidtanks angeordnet sein, insbesondere dort eingeschraubt sein.
  • Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten oder Verfeinerungen von Ausführungsformen umfasst die Hausanlage außerdem eine Benutzerschnittstelle, mittels welcher ein oder mehrere Soll-Parameter der Heizeinrichtung, des Mediums, und/oder eines Fluidtanks für das Medium einstellbar ist bzw. sind. Bei dem Parameter kann es sich beispielweise um eine Soll-Temperatur des Mediums, einen oberen Schwellwert für die Temperatur des Mediums, einen Gesamt-Heizleistungs-Sollwert, einen Heizenergie-Sollwert und/oder dergleichen handeln.
  • Mittels der Benutzerschnittstelle können auch weitere Parameter der Hausanlage einstellbar sein, beispielsweise ein Ladezustand-Schwellwert für den Ladezustand einer Batterie der Hausanlage oder dergleichen. Die Benutzerschnittstelle kann integriert in die Schaltvorrichtung oder in ein Energie-Managementsystem der Hausanlage, oder separat ausgebildet sein. Die Benutzerschnittstelle kann eine graphische Benutzeroberfläche umfassen, welche - z.B. im Rahmen einer Applikation - durch ein Smartphone, ein Tablet, einen Desktop-PC oder dergleichen implementiert wird.
  • Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten oder Verfeinerungen von Ausführungsformen weisen mehrere Heizelemente, z.B. mindestens zwei, mehr als 50% der Heizelemente oder alle Heizelemente der Heizeinrichtung denselben elektrischen Heizwiderstandswert auf. Haben alle Heizelemente denselben Heizwiderstandswert, ist dies auch als symmetrische Variante S bezeichenbar. Dies ist häufig der Fall bei bestehenden Heizeinrichtungen, z.B. 3-phasigen Heizstäben, sodass sich hier hohe Synergieeffekte mit den vielzähligen Schaltkombinationen und dementsprechend realisierbaren Heizstufen der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung ergeben. Alternativ können aber auch einige, oder alle, Heizelemente unterschiedliche elektrische Heizwiderstände aufweisen. Hierdurch sind zusätzliche Heizstufen realisierbar. Haben alle Heizelemente einen unterschiedlichen Heizwiderstandswert, ist dies auch als asymmetrische Variante A bezeichenbar.
  • Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten oder Verfeinerungen von Ausführungsformen umfasst die Hausanlage außerdem eine Batterie sowie ein Energiemanagementsystem, welches dazu eingerichtet ist, einen Ladezustand der Batterie zu überwachen, und Energieentnahme aus der Batterie zum Betreiben der Heizeinrichtung basierend auf dem Ladezustand zu gewähren oder zu verhindern. Hierdurch kann ein optimales Zusammenspiel der beiden Energiesenken oder Energiespeicher, nämlich des Mediums einerseits und der Batterie andererseits, erzielt werden.
  • Das Energie-Managementsystem kann dazu eingerichtet sein, die Schaltvorrichtung zu steuern, eine höhere als die aktuelle Heizstufe einzustellen. Hierzu, oder auch unabhängig davon, kann das Energie-Managementsystem beispielsweise entsprechend einer benutzereinstellbaren oder voreingestellten Priorisierung vorsehen, dass zusätzliche Leistung aus einer erneuerbaren Energiequelle der Hausanlage und/oder aus einer Batterie der Hausanlage bereitgestellt wird und/oder zusätzliche Leistung aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz bezogen wird und/oder der Leistungsverbrauch mindestens eines lokalen Verbrauchers der Hausanlage vermindert wird. Insbesondere kann ein Leistungsverbrauch lokaler Verbraucher, die an dem (mehrpoligen) Stromnetz der Hausanlage ("Haus-Stromnetz") angeschlossen sind, vermindert werden. Bei einem solchen lokalen Verbraucher kann es sich beispielsweise um eine Wärmepumpe oder eine Brunnen- oder Poolpumpe handeln.
  • Das Energie-Managementsystem kann auch dazu eingerichtet sein, die Schaltvorrichtung zu steuern, eine niedrigere als die aktuelle Heizstufe einzustellen. Hierzu können die o.g. Maßnahmen entsprechend umgekehrt durchgeführt werden bzw. beendet werden.
  • Das Energie-Managementsystem kann auch dazu eingerichtet sein, einen Ladezustand einer Batterie der Hausanlage zu überwachen und einen Bezug von zusätzlicher Leistung aus der Batterie nur dann zuzulassen, falls der Ladezustand der Batterie oberhalb eines benutzereinstellbaren oder voreingestellten Ladezustand-Schwellwerts liegt.
  • Die Hausanlage kann so eingerichtet sein, dass die Schaltvorrichtung auf eine niedrigere Heizstufe als die aktuelle umschaltet, falls keine ausreichende Leistung (aus erneuerbaren Energiequellen der Hausanlage) vorhanden ist. Hierzu kann das Energie-Managementsystem entweder die Steuereinrichtung der Schaltvorrichtung anweisen, die Heizstufe zu verringern, falls keine ausreichende Leistung vorhanden ist. Alternativ kann das Energie-Managementsystem eine Information über die vorhandene Leistung der Steuereinrichtung mitteilen, welche wiederum dazu eingerichtet sein kann, dementsprechend die Heizstufe zu verändern, d.h. zu erhöhen oder zu verringern.
  • Gemäß einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Schaltvorrichtung zum Betreiben einer externen Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Mediums mittels mindestens eines Heizelements der Heizeinrichtung bereit, wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, von zumindest einer Stromphase versorgt zu werden und eine Steuereinrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das Heizelement über zumindest einen zugehörigen Schalter der Schaltvorrichtung zur (stufigen) Einstellung einer von der Heizeinrichtung insgesamt erzeugten Gesamt-Heizleistung gemäß einer jeweiligen Heizstufe zu schalten, wobei zu dem Schalter eine Diode parallelgeschaltet ist.
  • Auf diese Weise kann, durch selektives Überbrücken oder Nicht-Überbrücken der Diode mittels des Schalters, mindestens eine zusätzliche Heizstufe realisiert werden, da die Diode eine der Halbwellen elektrischer Wechselspannung ausfiltert.
  • Gemäß einem vierten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Heizeinrichtung (oder: zum Erwärmen eines Mediums mittels einer Heizeinrichtung) mit einer Mehrzahl von Heizelementen, welche an einem gemeinsamen Sternpunkt miteinander (sternförmig) verschaltet unabhängig voneinander an eine Energiequelle anschließbar (oder angeschlossen) sind, bereit. Das Verfahren umfasst zumindest die Schritte:
    • Erfassen einer gewünschten Gesamt-Heizleistung, d. h. eines Gesamt-Heizleistungs-Sollwerts;
    • Bestimmen einer Heizstufe, welche der gewünschten Heizleistung (d. h., dem Gesamt-Heizleistungs-Sollwert) bestmöglich (oder genau) entspricht, d. h. insbesondere, diesem möglichst nahe kommt; und
    • Schalten der Heizelemente unabhängig voneinander jeweils über zumindest einen zugehörigen Schalter zur (stufigen) Einstellung der bestimmten Heizstufe.
  • Gemäß einem fünften Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Heizeinrichtung mit mindestens einem Heizelement (oder: zum Erwärmen eines Mediums mittels mindestens eines Heizelements einer Heizeinrichtung) bereit. Das Verfahren umfasst mindestens die Schritte:
    • Erfassen einer gewünschten Gesamt-Heizleistung, d. h. eines Gesamt-Heizleistungs-Sollwerts;
    • Bestimmen einer Heizstufe, welche der gewünschten Gesamt-Heizleistung (d. h. dem Gesamt-Heizleistungs-Sollwert) bestmöglich entspricht; und
    • Schalten zumindest eines Schalters, welcher zwischen einer Stromphase und dem mindestens einen Heizelement der Heizeinrichtung angeordnet ist, und welcher mit einer Diode (optional mit einer Reihenschaltung aus der Diode und einem weiteren Schalter) parallelgeschaltet ist, zur (stufigen) Einstellung der bestimmten Heizstufe.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt stellt die Erfindung ein Computerprogrammprodukt bereit, welches ausführbaren Programmcode aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, wenn er ausgeführt wird (z. B. mittels einer Recheneinrichtung), das Verfahren gemäß einer Ausführungsform des vierten oder fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung auszuführen.
  • Gemäß einem siebten Aspekt stellt die Erfindung ein nicht-flüchtige computerlesbares Datenspeichermediums bereit, welches ausführbaren Programmcode umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, wenn er ausgeführt wird (z. B. mittels einer Recheneinrichtung), das Verfahren gemäß einer Ausführungsform des vierten oder fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung auszuführen.
  • Das nicht-flüchtige computerlesbare Datenspeichermedium kann beispielsweise als ein Halbleiterspeicher, z. B. ein SSD-Speicherstein ausgebildet sein oder einen solchen aufweisen. Das Datenspeichermedium kann auch eine CD, DVD, Blu-Ray oder eine magnetische Speichervorrichtung aufweisen oder umfassen.
  • Gemäß einem achten Aspekt stellt die Erfindung einen Datenstrom bereit, welches ausführbaren Programmcode umfasst oder dazu ausgebildet ist, Programmcode zu erzeugen, welcher dazu eingerichtet ist, wenn er ausgeführt wird (z. B. mittels einer Recheneinrichtung), das Verfahren gemäß einer Ausführungsform des vierten oder fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung auszuführen.
  • Bei der Recheneinrichtung kann es sich um jedwede Einrichtung handeln, die zum digitalen Rechnen, insbesondere zum Ausführen einer Software, einer Applikation, oder eines Algorithmus ausgebildet und eingerichtet ist. Die Recheneinrichtung kann beispielsweise mindestens eine Prozessoreinheit (z.B. mindestens eine CPU), mindestens eine Graphikprozessoreinheit (z. B.: mindestens eine GPU), mindestens ein fieldprogrammable gate array, FPGA und/oder mindestens eine applikationsspezifische integrierte Schaltung, ASIC, und/oder eine beliebige Kombination der vorgenannten Elemente umfassen. Die Recheneinrichtung kann außerdem einen Arbeitsspeicher und/oder einen nichtflüchtigen Datenspeicher aufweisen, welche operativ miteinander und/oder mit einigen oder allen der zuvor genannten Elemente verknüpft sind. Die Recheneinrichtung kann teilweise oder vollständig in einer lokalen Einheit (beispielsweise einem personal computer, PC, einem Laptop, einem Notebook oder dergleichen) und/oder teilweise oder vollständig in einem verteilten System, z.B. einer Cloud-Rechenplattform oder einem räumlich getrennt angeordneten Server, implementiert sein.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen hierbei:
    • Fig. 1
    ein schematisches Blockdiagramm einer Schaltvorrichtung sowie einer Hausanlage gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 2 bis Fig. 15
    verschiedene mögliche Verschaltungen, welche durch erfindungsgemäße Schaltvorrichtungen realisierbar sind;
    Fig. 16
    ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 17
    ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 18
    ein schematisches Blockdiagramm eines Computerprogrammprodukts gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 19
    ein schematisches Blockdiagramm eines Datenspeichermediums gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    Fig. 20
    ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In sämtlichen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nicht anders angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden. Die Bezeichnung und Nummerierung der Verfahrensschritte impliziert nicht zwangsläufig eine Reihenfolge, sondern dient der besseren Unterscheidung, obwohl in einigen Varianten die Reihenfolge auch der Reihenfolge der Nummerierung entsprechen kann.
    • Detaillierte Beschreibung der Figuren
  • Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Schaltvorrichtung 10 sowie einer Hausanlage 100 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Schaltvorrichtung 10 kann dabei auch unabhängig von der Hausanlage 100 verwendet werden bzw. vorgesehen sein. Die verschiedenen Bestandteile der Hausanlage 100 sind optional und können jeweils gemäß geplantem Einsatz oder bereits bestehender Infrastruktur vorgesehen werden oder nicht. Zudem sind selbstverständlich zusätzliche, nicht gezeigte Bestandteile ergänzbar.
  • Die Schaltvorrichtung 10 ist dazu ausgelegt, eine (bezüglich der Schaltvorrichtung 10) externe Heizeinrichtung 20 zu betreiben, welche zum Erwärmen eines Mediums ausgelegt ist. Vorliegend wird als Beispiel für ein solches Medium speziell ein Fluid F in einem Fluidtank 50 (hier insbesondere Wasser in einem Wassertank) verwendet. Die Heizeinrichtung 20 kann beispielsweise in einer Wandöffnung des Fluidtanks 50 angeordnet, insbesondere eingeschraubt, sein. Es versteht sich jedoch, dass auch vielfältige andere Medien erwärmt werden können, beispielsweise auch Wärmestrahler eines Infrarotpanels oder dergleichen.
  • Wie im Folgenden näher erläutert werden wird, ist die Schaltvorrichtung 10 derart ausgebildet, dass sie die Heizeinrichtung 20 in eine Heizstufe einer Vielzahl von möglichen Heizstufen versetzen kann, wobei vorteilhaft jede Heizstufe mit einer unterschiedlichen Heizleistung der Heizeinrichtung 20 einhergeht. Besonders vorteilhaft ist es, dass die Schaltvorrichtung 10 auch mit bestehenden, verhältnismäßig einfach ausgebildeten Heizeinrichtungen 20 kompatibel ist.
  • Die Schaltvorrichtung 10 umfasst dazu eine Steuereinrichtung 11, welche durch eine beliebige Recheneinheit, beispielsweise durch einen Mikrokontroller, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und/oder dergleichen realisiert sein kann. Die Steuereinrichtung 11 kann insbesondere teilweise in Hardware und teilweise in Software realisiert sein.
  • Die Schaltvorrichtung 10 ist außerdem dazu eingerichtet, über mindestens eine elektrische Leitung 34 von zumindest einer Stromphase L versorgt zu werden, bei der es sich um eine einzelne Stromphase (L1, L2, L3) eines 3-Phasen-Wechselstroms, oder um zwei, oder um alle dieser Stromphasen handeln kann. Die Schaltvorrichtung 10 kann über die mindestens eine elektrische Leitung auch mit einem Neutralleiter N und/oder einem Schutzleiter PE gekoppelt sein.
  • Die Schaltvorrichtung 10 weist außerdem eine Mehrzahl von Schaltern K1, K2, K3 auf, welche im Folgenden teilweise gemeinsam (oder wenn es keine Rolle spielt, welcher der Schalter genau gemeint ist) auch mit Ki bezeichnet werden. Die Steuereinrichtung 11 ist dazu eingerichtet, die Schalter Ki zu schalten, d.h. insbesondere jeden Schalter Ki unabhängig von den anderen entweder zu öffnen oder zu schließen (oder: ein- bzw. auszuschalten).
  • Jeder der Schalter Ki ist dazu ausgelegt, mit einem einzelnen Heizelement 21-1, 21-2, 21-3 eine Heizeinrichtung 20 verbunden zu werden, insbesondere derart, dass das entsprechende Heizelement 21-i heizt, wenn der entsprechende Schalter Ki geschlossen ist, und nicht heizt, wenn der entsprechende Schalter Ki geöffnet ist. Hierzu kann jeder Schalter Ki mit einem (insbesondere: genau einem) entsprechenden Anschluss 16-i an einem Gehäuse der Schaltvorrichtung 10 elektrisch verbunden sein, sodass jedes Heizelement 21-i nur elektrisch mit einem der entsprechenden Anschlüsse 16-i verbunden zu werden braucht.
  • An einem jeweils von den Schaltern K1, K2, K3 abgewandten Ausgang der Heizelemente 21-1, 21-2, 21-2 sind die Heizelemente 21-i an einen gemeinsamen Sternpunkt 22 angeschlossen, d.h., sie sind sternförmig gekoppelt.
  • Über einen Anschluss 17 der Schaltvorrichtung 10 kann ein Neutralleiter N angeschlossen werden, welcher optional über einen Schalter KN der Schaltvorrichtung 10 durch die Steuereinrichtung 11 schaltbar sein kann. Welche Schalter Ki, KN jeweils geschaltet werden können, kann sich von Installationsort zu Installationsort je nach den vorliegenden Regeln, Normen oder Gesetzen unterscheiden und kann in der Steuereinrichtung 11 jeweils einstellbar sein. Die Schalter K1, K2, K3 können als Relais oder Halbleiterschalter ausgebildet sein oder ein Relais oder einen Halbleiterschalter umfassen.
  • Vorliegend wird die Erfindung beispielhaft mit drei (bevorzugt Halbleiter-)Schaltern K1, K2, K3 zum Betreiben von genau drei Heizelementen 21-i beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass auch weniger (zum Beispiel zwei Schalter Ki) oder mehr Schalter Ki vorliegen können. Dies gilt für jede der hierin beschriebenen Ausführungsformen. Vorteilhaft ist es, wenn die Anzahl der Schalter Ki der Anzahl der Heizelemente 21-i gleich ist, oder zumindest größer ist als diese.
  • Jedes Heizelement 21-i steuert eine eigene Heizleistung Pi zum Erwärmen des Fluids F bei, wobei eine maximale Gesamt-Heizleistung Pmax = P1+P2+P3 dann geleistet wird, wenn sämtliche Schalter K-i geschlossen sind. Vorteilhaft liegt der Steuereinrichtung 11 eine Information darüber vor, an welchem der Schalter Ki bzw. an welchem der Anschlüsse 16-i welche Heizleistung Pi zur Verfügung gestellt werden kann bzw. steht.
  • Diese Information (welche einzelne Heizleistung Pi jeweils zur Verfügung gestellt werden kann) kann etwa mittels einer Benutzerschnittstelle 12 der Schaltvorrichtung einprogrammiert sein oder aus einer Tabelle ausgewählt werden. Denkbar ist auch, dass in der Steuereinrichtung 11 eine Datenbank mit gängigen Modellen der Heizeinrichtung 20 vorliegt, aus denen das entsprechende Modell mit den entsprechenden einzelnen Heizleistungen Pi von einem Benutzer dann ausgewählt werden kann.
  • Die Benutzerschnittstelle 12 kann, statt und/oder zusätzlich zu an der Schaltvorrichtung 10, etwa auch an einem Energie-Managementsystem 40 der Hausanlage 100 vorgesehen sein, welches mit der Schaltvorrichtung 10 zur Datenkommunikation gekoppelt ist. Das Energie-Managementsystem 40 der Hausanlage 100 kann auch in die Schaltvorrichtung 10 integriert sein oder umgekehrt.
  • Für Modelle von Heizeinrichtungen 20, welche unterschiedliche Heizleistungen Pi ihrer Heizelemente 21-i aufweisen, kann der Benutzer zusätzlich aufgefordert werden, bei Installation der Schaltvorrichtung 10 anzugeben, an welchem Anschluss 16-i welche Heizleistung Pi (oder: welcher Heizwiderstand) anliegt.
  • Besonders bevorzugt ist jedoch die Steuereinrichtung 11 dazu ausgelegt, ein Messverfahren (z.B. für Strom, Spannung, und/oder Frequenz) durchzuführen, um zu ermitteln, welche Heizwiderstände vorliegen, welche Heizstufen verfügbar sind und/oder welche Gesamt-Heizleistung P jeweils mit jeder der verfügbaren Heizstufen realisiert wird. Hierzu kann durch die Steuereinrichtung 11 eine Testspannung an jeden Schalter K1, K2, K3 der Schaltvorrichtung 10 angelegt werden, jede mögliche Schaltkombination durchgeschaltet werden, und eine durch die Heizeinrichtung 20 verbrauchte Leistung bei jeder Schaltkombination ermittelt werden.
  • Auf diese Weise ist ermittelbar, welche Schaltkombinationen zur selben Heizstufe gehören, d. h., dieselbe Gesamt-Heizleistung P realisieren, und welche Gesamt-Heizleistung P dies numerisch (oder: quantitativ) jeweils ist. Das Messverfahren kann automatisch, z.B. bei jeder Initialisierung der Schaltvorrichtung 10, oder auf Anfrage eines Benutzers über die Benutzerschnittstelle 12 durchgeführt werden. Im Rahmen des Messverfahrens kann entsprechend auch festgestellt werden, ob ein 3-phasiger oder ein 1-phasiger Anschluss der Heizeinrichtung 20 an die Schaltvorrichtung 10 vorliegt.
  • Wenn der Steuereinrichtung 11 die Information vorliegt, welche Heizstufe welcher Gesamt-Heizleistung entspricht, kann vorteilhaft der Steuereinrichtung 11 (beispielsweise durch das Energie-Managementsystem 40) lediglich ein Gesamt-Heizleistungs-Sollwert mitgeteilt werden, woraufhin die Steuereinrichtung 11 selbständig bestimmt, welche Heizstufe diesem Gesamt-Heizleistungs-Sollwert bestmöglich entspricht, eine entsprechende Schaltkombination auswählt, und diese dann einstellt. Dementsprechend wir im Folgenden hauptsächlich von der gewünschten Heizstufe die Rede sein, wobei es sich versteht, dass diese jeweils zur bestmöglichen Realisierung eines Gesamt-Heizleistungs-Sollwerts bestimmt sein kann.
  • Der Gesamt-Heizleistungs-Sollwert kann beispielsweise in Abhängigkeit davon bestimmt werden, wieviel elektrische Leistung aktuell durch erneuerbare Energiequellen erzeugt wird, wieviel elektrische Leistung davon nach Abzug eines Gesamtverbrauchs von Verbrauchern 32 übrigbleibt, wie hoch ein aktueller Strompreis ist und/oder dergleichen.
  • Im Folgenden wird hauptsächlich der Fall beschrieben, dass alle Heizelemente 21-i dieselbe Heizleistung Pi aufweisen ("symmetrische Variante", S), da dies eine übliche Bauweise von Heizeinrichtungen 20 ist. Es versteht sich jedoch, dass alles Gesagte analog auch auf solche Heizeinrichtungen 20 angewandt werden kann, welche über verschiedene Heizelemente 21-i mit verschiedenen Heizleistungen Pi verfügen.
  • Die Heizelemente 21-i können dazu jeweils (mindestens) einen Heizwiderstand aufweisen oder aus einem solchen bestehen. Die Gesamtzahl aller Widerstände eines Heizelements 21-i, welche zum Heizen verwendet werden, stellt die Heizleistung Pi des entsprechenden Heizelements 21-i bereit.
  • Die genaue Verschaltung der Heizelemente 21-i miteinander und mit Stromphasen einer Stromversorgung ist in Fig. 1 nur schematisch dargestellt. Tatsächliche mögliche Schaltungen, welche mittels der Schaltvorrichtung 10 realisiert sein können, werden im Folgenden näher erläutert werden.
  • Es ist jedoch bereits jetzt ersichtlich, dass die Steuereinrichtung 11 dazu eingerichtet ist, die Heizelemente 21-i unabhängig voneinander jeweils über zumindest einen zugehörigen Schalter Ki der Schaltvorrichtung 10 zur stufigen Einstellung einer von der Heizeinrichtung 20 insgesamt zu erzeugenden (oder: erzeugten) Gesamt-Heizleistung P gemäß einer jeweiligen Heizstufe zu schalten.
  • Die erfindungsgemäße Hausanlage 100 umfasst zumindest die Schaltvorrichtung 10 und die Heizeinrichtung 20. Die Schaltvorrichtung 10 wird über ein Stromnetz 30 (beispielsweise ein mehrpoliges Haus-Stromnetz eines Haushalts) mit elektrischer Leistung versorgt. Das Stromnetz 30 kann einen Netzanschlusspunkt 31 zum Anschluss an das öffentliche Stromversorgungsnetz 35 und mindestens einen Verbraucher 32 aufweisen, beispielsweise eine Wärmepumpe.
  • Durch die Kombinatorik der Schalterstellungen der Schalter Ki sowie der Verschaltung der Anschlüsse 16-i durch die Schaltvorrichtung 10 ergibt sich eine Hierarchie von Heizstufen, mit der niedrigsten Heizstufe (alle Schalter Ki offen) entsprechend einer Heizleistung von 0 Watt, und der höchsten Heizstufe (alle Schalter Ki geschlossen) entsprechend einer maximalen Gesamt-Heizleistung von Pmax.
  • Im Folgenden wird zunächst eine Reihe von möglichen Verschaltungen anhand der Fig. 2 bis 15 beschrieben werden, um die vielfältigen Möglichkeiten der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren. Dabei wird auch jeweils die entsprechend bereitgestellte Hierarchie von Heizstufen erläutert werden. Im Anschluss wird erläutert werden, wie die Heizstufen für eine effiziente Nutzung zur Verfügung stehender Energie, insbesondere von erneuerbaren Energiequellen, verwendet werden kann. Es ist jedoch bereits ersichtlich, dass durch eine Vielzahl von bereitgestellten Heizstufen die aktuelle Gesamt-Heizleistung P der Heizeinrichtung 20 besonders passend und flexibel eingestellt werden kann. Dadurch wird eine Differenz zwischen der von der Heizeinrichtung 20 insgesamt erzeugten Heizleistung und dem Gesamt-Heizleistungs-Sollwert minimal gehalten.
  • Fig. 2 zeigt eine mögliche Verschaltung durch die Schaltvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform. Hierbei ist durch die Schaltvorrichtung 10 (in Fig. 2 nicht vollständig dargestellt) jeder der drei Anschlüsse 16-1, 16-2, 16-3 an eine entsprechende Stromphase L1, L2, L3 eines 3-Phasen-Wechselstroms angeschlossen, während der Sternpunkt 22 an einen Neutralleiter N angeschlossen ist, bzw. direkt mit dem Ausgang 17 der Schaltvorrichtung 10 verbunden ist. Die Heizelemente 21-i weisen jeweils einen Heizwiderstand R1, R2, R2 auf.
  • Bei dieser Variante wird kein Schalter KN am Neutralleiter N benötigt und kann daher auch an der Schaltvorrichtung 10 entfallen, d.h., der Neutralleiter N kann schalterlos bleiben. Dies ist vorteilhaft in Gebieten, in denen das Schalten des Neutralleiters N untersagt ist.
  • In einer ersten Variante S ("symmetrisch"), welche dem Betrieb eines herkömmlichen 3-phasigen Heizstabs entspricht, sind R1=R2=R3=R (nicht dargestellt). Diese Verschaltung ermöglicht vier verschiedene Heizstufen, entsprechend jeweils einer unterschiedlichen Gesamt-Heizleistung P. In der folgenden Tabelle 1 sind in den ersten drei Spalten die einzelnen Einstellungsmöglichkeiten der Schalter aufgelistet (0 entspricht "Schalter offen", 1 entspricht "Schalter zu". Die entsprechend eingestellten (oder: ausgewählten) Gesamt-Heizleistungen P sind in der vierten Spalte jeweils als Bruchteil der maximalen Gesamt-Heizleistung Pmax angegeben. Somit entsprechen die vier verschiedenen realisierbaren Heizstufen beispielhaft den Gesamt-Heizleistungen 0, 1/3 Pmax, 2/3 Pmax und Pmax. Die fünfte Spalte gibt beispielhaft entsprechende Watt-Werte bei einem Heizwiderstand R=26,45 Ω, einer Spannung von 230 V (N zu Li, d.h. von Neutralleiter zu Phase) und einer maximalen Gesamt-Heizleistung von Pmax=6kw an. Tabelle 1: Verfügbare Heizstufen der Variante S aus Fig. 2
    Verschaltung nach Fig. 2 , Variante S: 4 Heizstufen
    K1 K2 K3 P R1=R2=R3=26,45 Ω
    0 0 0 0 Pmax 0
    0 0 1 1/3 Pmax 2000 W
    0 1 0 1/3 Pmax 2000 W
    0 1 1 2/3 Pmax 4000 W
    1 0 0 1/3 Pmax 2000 W
    1 0 1 2/3 Pmax 4000 W
    1 1 0 2/3 Pmax 4000 W
    1 1 1 Pmax 6000 W
  • Die beiden mittleren Heizstufen, entsprechend den Gesamt-Heizleistungen 1/3 Pmax und 2/3 Pmax, sind kombinatorisch jeweils durch drei verschiedene Schaltkombinationen der Schalter Ki erzielbar. Somit kann die Steuereinrichtung 11 dazu eingerichtet sein, wenn eine dieser beiden Heizstufen eingestellt ist, periodisch und/oder mit jeder neuen Einstellung einer dieser Heizstufen, nacheinander zyklisch eine andere Schaltkombination der Schalter Ki auszuwählen, um die entsprechenden Heizelemente 21-i und die Schalter 16-i gleichmäßig zu beanspruchen bzw. abzunutzen. Dies gilt auch für jede der im Folgenden besprochenen Ausführungsformen, sofern sie mindestens eine Heizstufe aufweisen, welche durch mehr als eine Schaltkombination realisierbar ist. Es kann also periodisch und/oder zyklisch zwischen den Schaltkombinationen umgeschaltet werden.
  • In einer zweiten Variante A ("asymmetrisch"), sind R1, R2, und R3 alle verschieden, wie in Fig. 2 dargestellt. Diese Verschaltung ermöglicht sieben verschiedene Heizstufen mit jeweils einer unterschiedlichen Gesamt-Heizleistung P. Gemäß der folgenden Tabelle 2 entsprechen die sieben verschiedenen realisierbaren Heizstufen beispielhaft den Gesamt-Heizleistungen 0, 1/6 Pmax, 1/3 Pmax, 1/2 Pmax, 2/3 Pmax, 5/6 Pmax, und Pmax, wenn R2=R1/3 und R3=R1/2. Die fünfte Spalte gibt beispielhaft entsprechende Watt-Werte bei Heizwiderständen von R1=52,9 Ω, R2=17,63 Ω und R3=26,45 Ω, einer Spannung von 230 V (L-N). Tabelle 2: Verfügbare Heizstufen der Variante A aus Fig. 2
    Verschaltung nach Fig. 2 , Variante A: 7 Heizstufen
    K1 K2 K3 P R1 = 52,9 Ω/ R2 = 17,63 Ω / R3 = 26,45 Ω
    0 0 0 0 Pmax 0
    0 0 1 1/2 Pmax 3000 W
    0 1 0 1/3 Pmax 2000 W
    0 1 1 5/6 Pmax 5000 W
    1 0 0 1/6 Pmax 1000 W
    1 0 1 2/3 Pmax 4000 W
    1 1 0 1/2 Pmax 3000 W
    1 1 1 Pmax 6000 W
  • Hierin und im Folgenden wird o.B.d.A. der Fall beschrieben, dass bei den asymmetrischen Varianten R1 den größten Ohm'schen Widerstand aufweist. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Permutationen möglich sind. Es kann auch der mit R1 bezeichnete Widerstand an den Anschluss 16-2 oder 16-3 angeschlossen werden, und so weiter in beliebiger Permutation.
  • Fig. 3 zeigt eine Verschaltung durch die Schaltvorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hier ist die zu betreibende Heizeinrichtung 20 ein 3-phasiger Heizstab, der jedoch -im Gegensatz zu den Varianten von Fig. 2 - mit einem 1-phasigen Stromnetz betrieben werden soll. Dementsprechend können alle drei Anschlüsse 16-i durch die Schaltvorrichtung 10 mit der L1-Stromphase verbunden werden. Die hierdurch realisierbaren Heizstufen bei der symmetrischen Variante S mit R=R1=R2=R3 bzw. einer asymmetrischen Variante entsprechen wiederum denen aus Tabelle 1 und Tabelle 2.
  • Fig. 4 zeigt eine Verschaltung durch die Schaltvorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß Fig. 2 dadurch, dass die Schaltvorrichtung 10 hier den Schalter KN am Neutralleiter N aufweist. Dementsprechend sind insgesamt 5 Heizstufen gemäß der nachfolgenden Tabelle 3 für die symmetrische Variante mit R1=R2=R3=R (in Fig. 4 dargestellt) verfügbar: Tabelle 3: Verfügbare Heizstufen der Variante S aus Fig. 4
    Verschaltung nach Fig. 4 , Variante S: 5 Heizstufen
    K1 K2 K3 KN P R =26,45 Ω
    0 0 0 0 0 0
    0 0 0 1 0 0
    0 0 1 0 0 0
    0 0 1 1 1/3 Pmax 2000 W
    0 1 0 0 0 0
    0 1 0 1 1/3 Pmax 2000 W
    0 1 1 0 1/2 Pmax 3000 W
    0 1 1 1 2/3 Pmax 4000 W
    1 0 0 0 0 0
    1 0 0 1 1/3 Pmax 2000 W
    1 0 1 0 1/2 Pmax 3000 W
    1 0 1 1 2/3 Pmax 4000 W
    1 1 0 0 1/2 Pmax 3000 W
    1 1 0 1 2/3 Pmax 4000 W
    1 1 1 0 Pmax 6000 W
    1 1 1 1 Pmax 6000 W
  • Die fünf Heizstufen entsprechen den Gesamt-Heizleistungen P von 0 (5 Schaltkombinationen), 1/3 Pmax (3 Schaltkombinationen), 1/2 Pmax (3 Schaltkombinationen), 2/3 Pmax (4 Schaltkombinationen), und Pmax (2 Schaltkombinationen) . Bei einer asymmetrischen Variante ergäben sich entsprechend mehr Heizstufen. Auch bei der Verschaltung gemäß Fig. 4 ist der Betrieb eines 1-phasigen Heizstabes möglich, indem an die Stelle von L2 und L3 in Fig. 4 ebenfalls L1 gesetzt wird (nicht dargestellt).
  • Fig. 5 zeigt eine Verschaltung durch die Schaltvorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß Fig. 2 bzw. 4 dadurch, dass die Schaltvorrichtung 10 hier den Schalter KN am Neutralleiter N aufweist, und dass der Ausgang 16-2 über den Schalter K2 (Kippschalter) zwischen einer Verbindung mit L2 oder einer Verbindung mit dem Neutralleiter N umgeschaltet werden kann. Dementsprechend sind insgesamt 7 Heizstufen gemäß der nachfolgenden Tabelle 4 für die symmetrische Variante S mit R1=R2=R3=R verfügbar (nicht dargestellt) bzw. 12 Heizstufen gemäß Tabelle 5 für die asymmetrische Variante A (dargestellt) verfügbar: Tabelle 4: Verfügbare Heizstufen der Variante S aus Fig. 5
    Verschaltung nach Fig. 5 , Variante S: 7 Heizstufen
    K1 K2 K3 KN P R1=R2=R3=R= 26,45 Ω
    0 N 0 0 0 0
    0 N 0 1 0 0
    0 N 1 0 1/6 Pmax 1000 W
    0 N 1 1 1/3 Pmax 2000 W
    0 L2 0 0 0 0
    0 L2 0 1 1/3 Pampf 2000 W
    0 L2 1 0 1/2 Pmax 3000 W
    0 L2 1 1 2/3 Pmax 4000 W
    1 N 0 0 1/6 Pmax 1000 W
    1 N 0 1 1/3 Pmax 2000 W
    1 N 1 0 5/9 Pmax 3333 W
    1 N 1 1 2/3 Pmax 4000 W
    1 L2 0 0 1/2 Pmax 3000 W
    1 L2 0 1 2/3 Pmax 4000 W
    1 L2 1 0 Pmax 6000 W
    1 L2 1 1 Pmax 6000 W
  • Die sieben Heizstufen entsprechen jeweils der Gesamt-Heizleistung P von 0, 1/6 Pmax, 1/3 Pmax, 1/2 Pmax, 5/9 Pmax, 2/3 Pmax, und Pmax.
  • Diese Variante illustriert somit den allgemeinen Fall, dass die Schaltvorrichtung 10 einen Schalter (hier: K2) aufweisen kann, welcher zwischen einer der Stromphasen L1, L2, L3, d.h. einen Stromleiter einerseits und dem Neutralleiter N andererseits umschaltbar ist. Das heißt, das entsprechende Heizelement 21-2 mit seinem Heizwiderstand R2 wird alternativ mit der entsprechenden Stromphase L1, L2, L3 oder dem Neutralleiter N gekoppelt. Tabelle 5: Verfügbare Heizstufen der Variante A aus Fig. 5
    Verschaltung nach Fig. 5 , Variante A: 12 Heizstufen
    K1 K2 K3 KN P R1 = 52,9 Ω / R2 = 26,45 Ω / R3 = 17,63 Ω
    0 N 0 0 0 0
    0 N 0 1 0 0
    0 N 1 0 1/5 Pmax 1200 W
    0 N 1 1 1/2 Pmax 3000 W
    0 L2 0 0 0 0
    0 L2 0 1 1/3 Pmax 2000 W
    0 L2 1 0 3/5 Pmax 3600 W
    0 L2 1 1 5/6 Pmax 5000 W
    1 N 0 0 1/9 Pmax 666 W
    1 N 0 1 1/6 Pmax 1000 W
    1 N 1 0 10/31 Pmax 1935 W
    1 N 1 1 2/3 Pmax 4000 W
    1 L2 0 0 1/3 Pmax 2000 W
    1 L2 0 1 1/2 Pmax 3000 W
    1 L2 1 0 11/12 Pmax 5500 W
    1 L2 1 1 Pmax 6000 W
  • Die hier mit R1=2R2=3R3 beispielhaft realisierbaren zwölf Heizstufen entsprechen jeweils der Gesamt-Heizleistung P von 0, 1/9 Pmax, 1/6 Pmax, 1/5 Pmax, 10/31 Pmax, 1/3 Pmax, 1/2 Pmax, 3/5 Pmax, 2/3 Pmax, 5/6 Pmax, 11/12 Pmax, und Pmax.
  • Fig. 6 zeigt eine Verschaltung durch die Schaltvorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform, die eine Variante der Verschaltung von Fig. 5 darstellt. In Fig. 6 ist die zu betreibende Heizeinrichtung 20 wiederum ein 3-phasiger Heizstab, der jedoch mit einem 1-phasigen Stromnetz betrieben werden soll. Dementsprechend werden alle drei Anschlüsse 16-i durch die Schaltvorrichtung 10 mit der L1-Stromphase verbunden. Hierdurch sind sechs Heizstufen realisierbar, die in der nachfolgenden Tabelle 6 aufgeführt sind. Obwohl in Fig. 6 eine symmetrische Variante S dargestellt ist, versteht es sich, dass auch eine asymmetrische Variante mit teilweise oder vollständig verschiedenen Heizwiderständen R1, R2, R2 vorgesehen sein kann. Tabelle 6: Verfügbare Heizstufen der Variante S aus Fig. 6
    Verschaltung nach Fig. 6 , Variante S: 6 Heizstufen
    K1 K2 K3 KN P R1=R2=R3=R= 26,45 Ω
    0 N 0 0 0 0
    0 N 0 1 1/3 Pmax 2000 W
    0 N 1 0 0 0
    0 N 1 1 2/3 Pmax 4000 W
    0 L2 0 0 0 0
    0 L2 0 1 0 0
    0 L2 1 0 1/6 Pmax 1000 W
    0 L2 1 1 1/3 Pmax 2000 W
    1 N 0 0 0 0
    1 N 0 1 2/3 Pmax 4000 W
    1 N 1 0 0 0
    1 N 1 1 Pmax 6000 W
    1 L2 0 0 1/6 Pmax 1000 W
    1 L2 0 1 1/3 Pmax 2000 W
    1 L2 1 0 2/9 Pmax 1333 W
    1 L2 1 1 2/3 Pmax 4000 W
  • Die sechs Heizstufen entsprechen jeweils der Gesamt-Heizleistung P von 0, 1/6 Pmax, 1/3 Pmax, 2/3 Pmax, 2/9 Pmax, und Pmax.
  • Im Folgenden werden nun Ausführungsformen gezeigt und erläutert, welche jeweils mindestens eine Diode aufweisen, welche mit einem jeweiligen Schalter parallelgeschaltet ist.
  • Die Dioden ermöglichen es, durch das Blockieren von Halbwellen, zusätzliche Heizstufen zu realisieren.
  • Fig. 7 zeigt eine Verschaltung durch die Schaltvorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. In dieser einfachen Variante wird eine 1-phasige Heizeinrichtung 20 betrieben, welche ein einzelnes Heizelement 21-i mit einem Heizwiderstand R (oder einer Summe von Heizwiderständen, welche mit R als Ersatzwiderstand dargestellt werden können) umfasst.
  • Die Schaltvorrichtung 10 kann für solche 1-phasigen Heizeinrichtungen 20 mit lediglich zwei Anschlüssen 16-1, 17 für den L1-Stromleiter und den Neutralleiter ausgebildet sein, oder programmiert sein, lediglich diese Anschlüsse mit Strom zu versorgen.
  • An dem für den L1-Stromleiter bzw. die L1-Stromphase vorgesehenen Anschluss 16-1 weist die Schaltvorrichtung 10 einen durch die Steuereinrichtung 11 steuerbaren Schalter K1 sowie eine zu diesem Schalter K1 parallel geschaltete Diode 14 auf. Auf diese Weise sind, wie in Tabelle 7 im Folgenden aufgelistet, drei Heizstufen realisierbar: 0, 1/2 Pmax, und Pmax. Tabelle 7: Verfügbare Heizstufen der Variante aus Fig. 7
    Verschaltung nach Fig. 7 : 3 Heizstufen
    K1 KN P R=26,45 Ω
    0 0 0 0
    0 1 1/2 Pmax 1000 W
    1 0 0 0
    1 1 Pmax 2000 W
  • Fig. 8 zeigt eine Verschaltung durch die Schaltvorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform, die als eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 7 bezeichnet werden kann. In dieser Variante weist die Schaltvorrichtung 10 eine mit dem Schalter K1 parallel verschaltete Serienschaltung aus einem weiteren, durch die Steuereinrichtung 11 steuerbaren Schalter K1a, sowie der Diode 14 auf. Der Schalter K1a bildet dabei mit der Diode 14 eine Serienschaltung. Auf diese Weise sind, wie in Tabelle 8 im Folgenden aufgelistet, ebenfalls drei Heizstufen realisierbar: 0, 1/2 Pmax, und Pmax. Tabelle 8: Verfügbare Heizstufen der Variante aus Fig. 8
    Verschaltung nach Fig. 8 : 3 Heizstufen
    K1 K1a P R=26,45 Ω
    0 0 0 0
    0 1 1/2 Pmax 1000 W
    1 0 Pmax 2000 W
    1 1 Pmax 2000 W
  • Die Diode 14 (entweder allein in Parallelschaltung zu einem Schalter K1, K2, K3 wie in Fig. 7, oder in einer Serienschaltung mit einem weiteren Schalter K1a, wobei diese Serienschaltung zu einem Schalter K1, K2, K3 parallelgeschaltet ist, wie in Fig. 8) kann vorteilhaft auch mit anderen Varianten kombiniert werden, insbesondere auch mit 3-phasigen Heizeinrichtungen 20.
  • Fig. 9 zeigt eine Variante der Verschaltung aus Fig. 2, welche sich von dieser durch eine mit dem Schalter K1 parallelgeschaltete Diode 14 sowie den fehlenden Anschluss des Sternpunkts 22 an den Neutralleiter N unterscheidet. Dementsprechend kann die Schalteinrichtung 10 auch ohne den Anschluss 17 ausgebildet sein und somit beispielsweise nur genau einen Anschluss 16-1, 16-2, 16-3 pro Stromphase L1, L2, L3 aufweisen.
  • In einer symmetrischen Variante S mit R1=R2=R3=R (nicht dargestellt) können auf diese Weise 5 Heizstufen realisiert werden, wie in Tabelle 9 aufgelistet ist: Tabelle 9: Verfügbare Heizstufen der Variante S aus Fig. 9
    Verschaltung nach Fig. 9 , Variante S: 5 Heizstufen
    K1 K2 K3 P R1=R2=R3=R= 26,45 Ω
    0 0 0 0 0
    0 0 0 1/4 Pmax 1500 W
    0 0 1 1/4 Pmax 1500 W
    0 0 1 3/4 Pmax 4500 W
    0 1 0 0 0
    0 1 0 1/2 Pmax 3000 W
    0 1 1 1/2 Pmax 3000 W
    1 1 1 Pmax 6000 W
  • Die auf diese Weise realisierbaren fünf Heizstufen sind demnach: 0, 1/4 Pmax, 1/2 Pmax, 3/4 Pmax, und Pmax.
  • In einer asymmetrischen Variante A (dargestellt) mit drei unterschiedlichen Widerständen R1, R2, R3 können 7 Heizstufen realisiert werden, wie in Tabelle 10 aufgelistet ist: Tabelle 10: Verfügbare Heizstufen der Variante A aus Fig. 9
    Verschaltung nach Fig. 9 , Variante A: 7 Heizstufen
    K1 K2 K3 P R1 = 52,9 Ω / R2 = 26,45 Ω / R3 = 17,63 Ω
    0 0 0 0 0
    0 0 0 56/275 Pmax 1120 W
    0 0 1 2/11 Pmax 1000 W
    0 0 1 91/110 Pmax 4550 W
    0 1 0 0 0
    0 1 0 9/22 Pmax 2250 W
    0 1 1 4/11 Pmax 2000 W
    0 1 1 Pmax 5500 W
  • Die auf diese Weise mit R1=2R2=3R3 beispielhaft realisierbaren sieben Heizstufen sind demnach: 0, 2/11 Pmax, 56/275 Pmax,4/11 Pmax, 9/22 Pmax, 91/110 Pmax, und Pmax.
  • Fig. 10 zeigt eine 1-phasig betriebene (oder: 1-phasig gekoppelte) Variante der Verschaltung aus Fig. 9. Der Neutralleiter N kann dabei an den Schalter K2 und den Anschluss 16-2 angeschlossen werden (dargestellt) oder an den Schalter K3 und den Anschluss 16-3 angeschlossen werden (nicht dargestellt).
  • In einer symmetrischen Variante S mit R1=R2=R3=R (nicht dargestellt) können auf diese Weise 5 Heizstufen realisiert werden, wie in Tabelle 11 aufgelistet ist: Tabelle 11: Verfügbare Heizstufen der Variante S aus Fig. 10
    Verschaltung nach Fig. 10 , Variante S: 5 Heizstufen
    K1 K2 K3 P R1=R2=R3=R= 26,45 Ω
    0 0 0 0 0
    0 0 0 0 0
    0 0 1 3/8 Pmax 500 W
    0 0 1 22/25 Pmax 1175 W
    0 1 0 0 0
    0 1 0 0 0
    0 1 1 3/4 Pmax 1000 W
    0 1 1 Pmax 1333 W
  • Die auf diese Weise realisierbaren fünf Heizstufen sind demnach: 0, 3/8 Pmax, 3/4 Pmax, 22/25 Pmax, und Pmax.
  • In einer asymmetrischen Variante A (dargestellt in Fig. 10) mit drei unterschiedlichen Widerständen R1, R2, R3 können ebenfalls fünf Heizstufen realisiert werden, wie in Tabelle 12 aufgelistet ist: Tabelle 12: Verfügbare Heizstufen der Variante A aus Fig. 10
    Verschaltung nach Fig. 10 , Variante A: 5 Heizstufen
    K1 K2 K3 P R1 = 52,9 Ω / R2 = 17,63 Ω / R3 = 26,45 Ω
    0 0 0 0 0
    0 0 0 1/4 Pmax 375 W
    0 0 1 0 0
    0 0 1 9/10 Pmax 1350 W
    0 1 0 0 0
    0 1 0 1/2 Pmax 750 W
    0 1 1 0 0
    1 1 1 Pmax 1500 W
  • Die auf diese Weise mit R1=3R2=2R3 beispielhaft realisierbaren fünf Heizstufen sind demnach: 0, 1/4 Pmax, 1/2 Pmax, 9/10 Pmax, Pmax.
  • Fig. 11 zeigt eine Variante der Verschaltung aus Fig. 9, wobei die Verschaltung bzw. Schalteinrichtung 10 aus Fig. 11 im Gegensatz zu der Verschaltung bzw. Schalteinrichtung 10 aus Fig. 9 einen an dem Anschluss 17 der Schalteinrichtung 10 angeschlossenen Neutralleiter N aufweist, welcher durch einen Schalter KN ("Neutralleiter-Schalter") der Schalteinrichtung 10 schaltbar ist.
  • In einer symmetrischen Variante S mit R1=R2=R3=R (nicht dargestellt) können auf diese Weise 9 Heizstufen realisiert werden, wie in Tabelle 13 aufgelistet ist: Tabelle 13: Verfügbare Heizstufen der Variante S aus Fig. 11
    Verschaltung nach Fig. 11 , Variante S: 9 Heizstufen
    K1 K2 K3 KN P R1=R2=R3=R= 26,45 Ω
    0 0 0 0 0 0
    0 0 0 1 1/6 Pmax 1000
    0 0 1 0 1/4 Pmax 1500
    0 0 1 1 1/2 Pmax 3000
    0 1 0 0 1/4 Pmax 1500
    0 1 0 1 1/2 Pmax 3000
    0 1 1 0 3/4 Pmax 4500
    0 1 1 1 5/6 Pmax 5000
    1 0 0 0 0 0
    1 0 0 1 1/3 Pmax 2000
    1 0 1 0 1/2 Pmax 3000
    1 0 1 1 2/3 Pmax 4000
    1 1 0 0 1/2 Pmax 3000
    1 1 0 1 2/3 Pmax 4000
    1 1 1 0 Pmax 6000
    1 1 1 1 Pmax 6000
  • Die auf diese Weise realisierbaren neun Heizstufen sind demnach: 0, 1/6 Pmax, 1/4 Pmax, 1/3 Pmax, 1/2 Pmax, 2/3 Pmax, 3/4 Pmax, 5/6 Pmax und Pmax.
  • In einer asymmetrischen Variante A (dargestellt) mit drei unterschiedlichen Widerständen R1, R2, R3 können 13 Heizstufen realisiert werden, wie in Tabelle 14 aufgelistet ist: Tabelle 14: Verfügbare Heizstufen der Variante A aus Fig. 11
    Verschaltung nach Fig. 11 , Variante A: 13 Heizstufen
    K1 K2 K3 KN P R1 = 52,9 Ω / R2 = 26,45 Ω / R3 = 17,63 Ω
    0 0 0 0 0 0
    0 0 0 1 1/12 Pmax 500
    0 0 1 0 3/16 Pmax 1125
    0 0 1 1 7/12 Pmax 3500
    0 1 0 0 1/6 Pmax 1000
    0 1 0 1 5/12 Pmax 2500
    0 1 1 0 91/120 Pmax 4550
    0 1 1 1 11/12 Pmax 5500
    1 0 0 0 0 0
    1 0 0 1 1/6 Pmax 1000
    1 0 1 0 3/8 Pmax 2250
    1 0 1 1 2/3 Pmax 4000
    1 1 0 0 1/3 Pmax 2000
    1 1 0 1 1/2 Pmax 3000
    1 1 1 0 11/12 Pmax 5500
    1 1 1 1 Pmax 6000
  • Die auf diese Weise mit R1=2R2=3R3 beispielhaft realisierbaren dreizehn Heizstufen sind demnach: 0, 1/12 Pmax, 1/6 Pmax, 3/16 Pmax, 1/3 Pmax, 3/8 Pmax, 5/12 Pmax, 1/2 Pmax, 7/12 Pmax, 2/3 Pmax, 91/120 Pmax, 11/12 Pmax, und Pmax.
  • Fig. 12 zeigt eine 1-phasig betriebene Variante der Verschaltung aus Fig. 11.
  • In einer symmetrischen Variante S mit R1=R2=R3=R (nicht dargestellt) können auf diese Weise 7 Heizstufen realisiert werden, wie in Tabelle 15 aufgelistet ist: Tabelle 15: Verfügbare Heizstufen der Variante S aus Fig. 12
    Verschaltung nach Fig. 12 , Variante S: 7 Heizstufen
    K1 K2 K3 KN P R1=R2=R3=R= 26,45 Ω
    0 0 0 0 0 0
    0 0 0 1 1/6 Pmax 1000
    0 0 1 0 0 0
    0 0 1 1 1/2 Pmax 3000
    0 1 0 0 0 0
    0 1 0 1 1/2 Pmax 3000
    0 1 1 0 0 0
    0 1 1 1 5/6 Pmax 5000
    1 0 0 0 0 0
    1 0 0 1 1/3 Pmax 2000
    1 0 1 0 0 0
    1 0 1 1 2/3 Pmax 4000
    1 1 0 0 0 0
    1 1 0 1 2/3 Pmax 4000
    1 1 1 0 0 0
    1 1 1 1 Pmax 6000
  • Die auf diese Weise realisierbaren sieben Heizstufen sind demnach: 0, 1/6 Pmax, 1/3 Pmax, 1/2 Pmax, 2/3 Pmax, 5/6 Pmax, und Pmax.
  • In einer asymmetrischen Variante A (dargestellt) mit drei unterschiedlichen Widerständen R1, R2, R3 können 9 Heizstufen realisiert werden, wie in Tabelle 16 aufgelistet ist: Tabelle 16: Verfügbare Heizstufen der Variante A aus Fig. 12
    Verschaltung nach Fig. 12 , Variante A: 9 Heizstufen
    K1 K2 K3 KN P R1 = 52,9 Ω / R2 = 26,45 Ω / R3 = 17,63 Ω
    0 0 0 0 0 0
    0 0 0 1 1/12 Pmax 500
    0 0 1 0 0 0
    0 0 1 1 7/12 Pmax 3500
    0 1 0 0 0 0
    0 1 0 1 5/12 Pmax 2500
    0 1 1 0 0 0
    0 1 1 1 11/12 Pmax 5500
    1 0 0 0 0 0
    1 0 0 1 1/6 Pmax 1000
    1 0 1 0 0 0
    1 0 1 1 2/3 Pmax 4000
    1 1 0 0 0 0
    1 1 0 1 1/2 Pmax 3000
    1 1 1 0 0 0
    1 1 1 1 Pmax 6000
  • Die auf diese Weise mit R1=2R2=3R3 beispielhaft realisierbaren neun Heizstufen sind demnach: 0, 1/12 Pmax, 1/6 Pmax, 5/12 Pmax, 1/2 Pmax, 7/12 Pmax, 2/3 Pmax, 11/12 Pmax, und Pmax.
  • Fig. 13 zeigt eine Variante der Verschaltung aus Fig. 11, welche sich von dieser durch eine Schaltbarkeit der Diode 14 statt des Schalters KN im Neutralleiter N unterscheidet; zudem ist die symmetrische Variante S dargestellt. Das heißt, mit der Diode 14 ist ein weiterer Schalter K1a in Reihe geschaltet, mittels welchem die Diode 14 (und bevorzugt auch nur die Diode 14) zum Schalter K1 parallel schaltbar ist, wenn der Schalter K1a geschlossen ist. Wenn der Schalter K1a geöffnet ist, spielt die Diode keinerlei Rolle für die Verschaltung.
  • In einer symmetrischen Variante S mit R1=R2=R3=R (dargestellt) können auf diese Weise 7 Heizstufen realisiert werden, wie in Tabelle 17 aufgelistet ist: Tabelle 17: Verfügbare Heizstufen der Variante S aus Fig. 13
    Verschaltung nach Fig. 13 , Variante S: 7 Heizstufen
    K1 K2 K3 K1a P R1=R2=R3=R= 26,45 Ω
    0 0 0 0 0 0
    0 0 0 1 1/6 Pmax 1000
    0 0 1 0 1/3 Pmax 2000
    0 0 1 1 1/2 Pmax 3000
    0 1 0 0 1/3 Pmax 2000
    0 1 0 1 1/2 Pmax 3000
    0 1 1 0 2/3 Pmax 4000
    0 1 1 1 5/6 Pmax 5000
    1 0 0 0 1/3 Pmax 2000
    1 0 0 1 1/3 Pmax 2000
    1 0 1 0 2/3 Pmax 4000
    1 0 1 1 2/3 Pmax 4000
    1 1 0 0 2/3 Pmax 4000
    1 1 0 1 2/3 Pmax 4000
    1 1 1 0 Pmax 6000
    1 1 1 1 Pmax 6000
  • Die auf diese Weise realisierbaren sieben Heizstufen sind demnach: 0, 1/6 Pmax, 1/3 Pmax, 1/2 Pmax, 2/3 Pmax, 5/6 Pmax, und Pmax .
  • Ebenfalls mit der symmetrischen Variante S mit R1=R2=R3=R (dargestellt in Fig. 13), aber mit einer 1-phasigen Verschaltung (d.h., L1=L2=L3, nicht dargestellt) können wiederum 7 Heizstufen realisiert werden, wie in Tabelle 18 aufgelistet ist: Tabelle 18: Verfügbare Heizstufen der Variante S aus Fig. 13 bei 1-phasiger Verschaltung
    Verschaltung nach Fig. 13 , Variante S, 1-phasig: 7 Heizstufen
    K1 K2 K3 K1a P R1=R2=R3=R= 26,45 Ω
    0 0 0 0 0 0
    0 0 0 1 1/6 Pmax 1000
    0 0 1 0 1/3 Pmax 2000
    0 0 1 1 1/2 Pmax 3000
    0 1 0 0 1/3 Pmax 2000
    0 1 0 1 1/2 Pmax 3000
    0 1 1 0 2/3 Pmax 4000
    0 1 1 1 5/6 Pmax 5000
    1 0 0 0 1/3 Pmax 2000
    1 0 0 1 1/3 Pmax 2000
    1 0 1 0 2/3 Pmax 4000
    1 0 1 1 2/3 Pmax 4000
    1 1 0 0 2/3 Pmax 4000
    1 1 0 1 2/3 Pmax 4000
    1 1 1 0 Pmax 6000
    1 1 1 1 Pmax 6000
  • Die auf diese Weise realisierbaren sieben Heizstufen sind demnach: 0, 1/6 Pmax, 1/3 Pmax, 1/2 Pmax, 2/3 Pmax, 5/6 Pmax, und Pmax.
  • Fig. 14 zeigt eine Variante der Verschaltung aus Fig. 13, mit den beiden Unterschieden, dass es sich um eine 1-phasige Verschaltung, sowie eine asymmetrische Variante A handelt.
  • In dieser asymmetrischen Variante A mit beispielhaft R1=2R2=3R3 können 11 Heizstufen realisiert werden, wie in der nachfolgenden Tabelle 19 dargestellt ist: Tabelle 19: Verfügbare Heizstufen der Variante A aus Fig. 14 bei 1-phasiger Verschaltung
    Verschaltung nach Fig. 14 , Variante A, 1-phasig: 11 Heizstufen
    K1 K2 K3 K1a P R1 = 52,9 Ω / R2 = 26,45 Ω / R3 = 17,63 Ω
    0 0 0 0 0 0
    0 0 0 1 1/12 Pmax 500
    0 0 1 0 1/2 Pmax 3000
    0 0 1 1 7/12 Pmax 3500
    0 1 0 0 1/3 Pmax 2000
    0 1 0 1 5/12 Pmax 2500
    0 1 1 0 5/6 Pmax 5000
    0 1 1 1 11/12 Pmax 5500
    1 0 0 0 1/6 Pmax 1000
    1 0 0 1 1/6 Pmax 1000
    1 0 1 0 2/3 Pmax 4000
    1 0 1 1 2/3 Pmax 4000
    1 1 0 0 1/2 Pmax 3000
    1 1 0 1 1/2 Pmax 3000
    1 1 1 0 Pmax 6000
    1 1 1 1 Pmax 6000
  • Die auf diese Weise realisierbaren elf Heizstufen sind demnach: 0, 1/12 Pmax, 1/6 Pmax, 1/3 Pmax, 5/12 Pmax, 1/2 Pmax, 7/12 Pmax, 2/3 Pmax, 5/6 Pmax, 11/12 Pmax, und Pmax.
  • Bei einer 3-phasigen Verschaltung (nicht dargestellt) der asymmetrischen Variante wären dieselben Heizstufen realisierbar.
  • Fig. 15 zeigt eine Variante der Verschaltung aus Fig. 13, mit dem Unterschied, dass an allen Stromphasen L1, L2, L3 parallel zu dem jeweiligen Schalter K1, K2, K3 eine Reihenschaltung aus Diode 14 und zusätzlichem Schalter K1a, K2a, K3a angeordnet ist (und nicht nur zu dem Schalter K1 wie in Fig. 13).
  • Die hierdurch realisierbaren Heizstufen sind dieselben, wie mit Bezug auf Fig. 13 sowie die Tabelle 17 (symmetrische Variante S, 3-phasig) und die Tabelle 18 (symmetrische Variante S, 1-phasig) beschrieben wurde. Jedoch kann jede Heizstufe bei der Variante aus Fig. 15 mit mehr verschiedenen Schaltkombinationen realisiert werden.
  • Die Variante aus Fig. 15 ermöglicht darüber hinaus erkennbar eine phasengenaue Schaltung, sodass entsprechend auch ein phasengenauer Verbrauch der Heizeinrichtung 20 einstellbar ist. Tritt an dem Netzanschlusspunkt 31 und/oder im (hausinternen) Stromnetz 30 eine Schieflast auf, d. h., weisen eine oder mehrere Stromphasen L1, L2, L3 eine deutlich andere Auslastung auf als eine oder mehrere der anderen Stromphasen L1, L2, L3, dann kann die Schaltvorrichtung 10 (z.B. durch ein Energie-Managementsystem 40) derart gesteuert werden (oder selbst derart steuern), dass durch Auswahl einer passenden Heizstufe und/oder einer passenden Schaltkombination der Schalter K1, K1a, K2, K2a, K3, K3a der Schieflast entgegengewirkt wird.
  • Die Erfassung der Schieflast kann durch das Energie-Managementsystem 40 erfolgen, welche entweder die Schaltvorrichtung 10 daraufhin entsprechend direkt steuert, oder der Schaltvorrichtung 10 die nötigen Informationen übermittelt, damit die Schaltvorrichtung 10 selbst die nötige Steuerung durchführen kann.
  • Die Variante aus Fig. 15 ist auch nützlich im Falle eines Notstroms, also beispielsweise wenn das öffentliche Stromnetz 35 ausfällt oder ausgeschaltet wird. In diesem Fall wird vom Wechselrichter häufig im lokalen Stromnetz 30 eine Notstromversorgung mit einer Frequenz beispielsweise von 53 Hz aufgebaut und über eine Frequenzmessung von der Steuereinheit 11 erkannt, während im Normalbetrieb beispielsweise die 50 Hz des öffentlichen Stromnetzes 35 vorliegen.
  • In dieser Situation werden häufig nur einige wenige Verbraucher betrieben, und es kann wichtig sein, genau wählen zu können, an welcher Stromphase L1, L2, L3 wie viel Leistung abgegriffen wird. Die Variante aus Fig. 15 ermöglicht es einem Benutzer, über eine Benutzerschnittstelle 12 (der Schaltvorrichtung 10, des Energie-Managementsystems 40 oder dergleichen) manuell eine einzelne (oder mehrere) der Stromphasen L1, L2, L3 der Heizeinrichtung 20 zu aktivieren, beispielsweise auf der niedrigsten Heizstufe mit einer Heizleistung größer als null, um die Notstromversorgung nicht zu überlasten. Kommt es dennoch zu einer Überlastung oder einem Zusammenbruch der Notstromversorgung, kann der Benutzer wiederum eine andere Stromphase L1, L2, L3 für einen zweiten oder dritten Versuch auswählen.
  • Ähnliche Wahlmöglichkeiten stehen dem Benutzer auch bei den anderen, im Vorangehenden beschriebenen Verschaltungsvarianten zur Verfügung.
  • In der erfindungsgemäßen Hausanlage 200 ist es bei asymmetrischen Verschaltungsvarianten, in denen an mindestens einem Anschluss 16-i eine Diode 14 angelegt ist (sei es in Parallelschaltung mit dem entsprechenden Schalter Ki und/oder in Reihenschaltung mit dem weiteren Schalter Kia), bevorzugt, dass dieser Anschluss 16-i mit einem Heizelement 21-i verbunden ist, welches die niedrigste Heizleistung bzw. den höchsten Heizwiderstand (in den Beispielen meist R1) aufweist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass durch die Verwendung der Diode 14 (und entsprechendes Schalten) eine weitere Heizstufe bereitgestellt wird bzw. werden kann.
  • Fig. 16 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar eines Verfahrens zum Betreiben einer Heizeinrichtung 20 bzw. zum Erwärmen eines Mediums, insbesondere eines Fluids F, mittels einer Heizeinrichtung 20 mit einer Mehrzahl von Heizelementen 21-i, welche an einem gemeinsamen Sternpunkt 22 miteinander sternförmig verschaltet unabhängig voneinander an eine Energiequelle anschließbar sind.
  • Das Verfahren ist mittels der Schaltvorrichtung 10 und/oder der Hausanlage 100 gemäß einer Ausführungsform (insbesondere gemäß einer der Figuren 1-6 und 9-15) der vorliegenden Erfindung ausführbar, aber auch unabhängig davon. Dementsprechend ist das Verfahren gemäß allen mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung oder die erfindungsgemäße Hausanlage beschriebenen Ausführungsformen, Varianten, Optionen und Weiterentwicklungen anpassbar und umgekehrt. Ein Energie-Managementsystem 40, welches dieses Verfahren durchführt, kann beispielsweise auch in eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 10 integriert sein.
  • In einem Schritt S100 wird eine gewünschte Gesamt-Heizleistung P der Heizeinrichtung 20, d.h erfasst, beispielsweise von einer Benutzerschnittstelle 12, von einem Energie-Managementsystem 40 oder dergleichen. Das Erfassen des Gesamt-Heizleistungs-Sollwerts kann ein Bestimmen des Gesamt-Heizleistungs-Sollwerts, insbesondere dessen Berechnen, umfassen.
  • In einem Schritt S200 wird eine Heizstufe bestimmt (beispielsweise durch das Energie-Managementsystem 40 oder die Steuereinrichtung 11 der Schaltvorrichtung 10), welche dem erfassten Gesamt-Heizleistungs-Sollwert bestmöglich entspricht, d. h., möglichst nahe kommt. Dadurch kann eine Differenz zwischen der von der Heizeinrichtung 20 insgesamt erzeugten Heizleistung und dem Gesamt-Heizleistungs-Sollwert vorteilhaft minimal gehalten werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass (gemäß einer Option) jeweils die dem Gesamt-Heizleistungs-Sollwert nächstliegende niedrigere Heizstufe gewählt wird, oder (gemäß einer anderen Option) jeweils die dem Gesamt-Heizleistungs-Sollwert nächsthöhere Heizstufe gewählt wird.
  • In einem Schritt S300 werden Heizelemente 21-i der Heizeinrichtung 20 unabhängig voneinander jeweils über zumindest einen zugehörigen Schalter Ki; K1a, zur (stufigen) Einstellung der bestimmten Heizstufe, geschaltet. Beispiele für solche und weitere Schalthandlungen als Verfahrensschritte finden sich in der Beschreibung der Figuren 1-6 und 9-15 und ergeben sich insbesondere aus den dort aufgeführten Tabellen.
  • Fig. 17 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar eines Verfahrens zum Betreiben einer Heizeinrichtung 20 bzw. zum Erwärmen eines Mediums F mittels mindestens eines Heizelements 21-i einer Heizeinrichtung 20. Das Verfahren ist mittels der Schaltvorrichtung 10 und/oder der Hausanlage 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführbar, aber auch unabhängig davon. Dementsprechend ist das Verfahren gemäß allen mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung oder die erfindungsgemäße Hausanlage beschriebenen Ausführungsformen, Varianten, Optionen und Weiterentwicklungen anpassbar und umgekehrt.
  • In einem Schritt S400 wird eine gewünschte Gesamt-Heizleistung P der Heizeinrichtung 20, d. h., ein Gesamt-Heizleistungs-Sollwert erfasst, beispielsweise von einer Benutzerschnittstelle 12, von einem Energie-Managementsystem 40, von einem Thermostat, oder dergleichen.
  • In einem Schritt S500 wird eine Heizstufe bestimmt, welche dem erfassten Gesamt-Heizleistungs-Sollwert bestmöglich (oder genau) entspricht, d. h. insbesondere, diesem möglichst nahe kommt.
  • In einem Schritt S600 wird zur (stufigen) Einstellung der bestimmten Heizstufe zumindest ein mit mindestens einem Heizelement 21-i in Reihe geschalteter erster Schalter K1 geschaltet, welcher mit einer Diode 14 parallelgeschaltet ist, wobei der Schalter zwischen einer Stromphase L1 und dem mindestens einen Heizelement 21-i angeordnet ist.
  • In einem optionalen zusätzlichen Schritt S700 wird zur (stufigen) Einstellung der bestimmten Heizstufe außerdem ein mit der Diode 14 in Reihe geschalteter und zusammen mit der Diode 14 mit dem ersten Schalter K1 parallel geschalteter weiterer Schalter K1a geschaltet. Diese Parallelschaltung ist somit ebenfalls zwischen einer Stromphase L1 und dem mindestens einen Heizelement 21-i angeordnet.
  • Beispiele für solche und weitere Schalthandlungen wie in den Verfahrensschritten S600 und S700 finden sich in der Beschreibung der Figuren 7-15 und ergeben sich insbesondere aus den dort aufgeführten Tabellen.
  • Fig. 18 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Computerprogrammprodukts 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Computerprogrammprodukt 200 umfasst ausführbaren Programmcode 250, welcher dazu eingerichtet ist, wenn er ausgeführt wird, das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchzuführen, beispielsweise gemäß Fig. 16 oder Fig. 17.
  • Fig. 19 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines nichtflüchtigen computerlesbaren Datenspeichermediums 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Datenspeichermedium 300 umfasst ausführbaren Programmcode 350, welcher dazu eingerichtet ist, wenn er ausgeführt wird, das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchzuführen, beispielsweise gemäß Fig. 16 oder Fig. 17.
  • Das nicht-flüchtige computerlesbare Datenspeichermedium 300 kann beispielsweise als ein Halbleiterspeicher, z. B. ein SSD-Speicherstein ausgebildet sein oder einen solchen aufweisen. Das Datenspeichermedium 300 kann auch eine CD, DVD, Blu-Ray oder eine magnetische Speichervorrichtung aufweisen oder umfassen.
  • Wieder Bezug nehmend auf Fig. 1 wird nun erläutert, wie die erfindungsgemäß Schaltvorrichtung 10 vorteilhaft in eine erfindungsgemäße Hausanlage 100 eingebunden sein und dort betrieben werden kann. Dementsprechend können auch die Verfahren gemäß Fig. 16 oder Fig. 17 in allen ihren Varianten und Ausführungsformen entsprechend angepasst werden, um die Hausanlage 100, und/oder speziell die Schaltvorrichtung 10, zu steuern.
  • Die Hausanlage 100 kann ein Energie-Managementsystem 40 aufweisen, welches insbesondere Ströme elektrischer Energie über das Stromnetz 30 steuern kann, insbesondere zwischen Stromquellen und/oder Stromverbrauchern, etwa dem Netzanschlusspunkt 31, mindestens einem Verbraucher 32, einer Batterie 60 der Hausanlage 100, einer erneuerbaren Energiequelle 70 (beispielsweise einer PV-Anlage) der Hausanlage 100, einem Wechselrichter 80 der Hausanlage 100 und/oder dergleichen mehr.
  • Prinzipiell sind die Möglichkeiten und übliche Programme solcher Energie-Managementsysteme 40 bekannt. Beispielsweise ist es aus verschiedenen Gründen generell gewünscht, dass die von einer erneuerbaren Energiequelle 70 erzeugte elektrische Energie möglichst innerhalb der Hausanlage 100 verbraucht wird, falls dies nicht möglich ist, innerhalb der Batterie 60 gespeichert wird, und falls dies auch nicht mehr möglich ist, über den Netzanschlusspunkte 31 aus der Hausanlage 100 in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Es sind jedoch auch andere Schemata denkbar, beispielsweise auf einem aktuellen Strompreis basierende Schemata, die versuchen, einen finanziellen Gewinn durch Stromhandel zu erwirtschaften.
  • Fig. 19 zeigt ein schematisches Flussdiagramm, welches ein mögliches Verfahren zur Auswahl von Heizstufen illustriert, wobei die ausgewählten Heizstufen durch die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung implementiert werden können. Dementsprechend können die Schaltvorrichtung 10 und/oder die Hausanlage 100 dazu eingerichtet sein, ein solches Verfahren durchzuführen, bzw. können die Verfahren gemäß Fig. 16 oder Fig. 17 so gestaltet oder abgewandelt sein, dass sie ein solches Verfahren beinhalten.
  • Die Beschreibung beginnt mit einem Startschritt S1; es versteht sich jedoch, dass das beschriebene Verfahren üblicherweise zyklisch durchgeführt wird, d.h. immer wieder von vorne beginnt, wie durch die Pfeilverläufe dargestellt ist.
  • In dem Schritt S1 wird zunächst eine Soll-Temperatur für das Medium, hier (lediglich beispielhaft) ein Fluid F in einem Fluidtank 50, erfasst. Die Soll-Temperatur kann von einem Benutzer direkt vorgegeben werden, etwa über eine Benutzerschnittstelle 12 in einer Smart-Home-Steuerapplikation. Alternativ kann die Soll-Temperatur auch durch einen Algorithmus gegeben sein, welcher beispielsweise Tageszeit, Jahreszeit und/oder eine Benutzereingabe berücksichtigen kann. Das Erfassen S1 kann auch darin bestehen, dass eine bereits vorgegebene Soll-Temperatur beibehalten wird.
  • In einem Schritt S2 wird eine aktuelle Ist-Temperatur des Fluids F in dem Fluidtank 50 erfasst, insbesondere gemessen. Die Ist-Temperatur kann mittels eines Temperaturfühlers der Hausanlage 100 ermittelt werden, welcher beispielsweise in den Fluidtank 50 integriert sein kann.
  • In einem Schritt S3 wird geprüft, ob eine Ist-Temperatur des Fluids F in dem Fluidtank 50 kleiner ist als eine Soll-Temperatur.
  • Hier und im Folgenden versteht es sich, dass, wann immer von einem Vergleich mit einem Vergleichs- oder Schwellwert (hier: mit der Soll-Temperatur) die Rede ist, dabei immer ein Toleranzbereich vorgesehen sein kann, innerhalb dessen das Verfahren fortfährt, als gäbe es keinen Unterschied. Auf diese Weise kann ein ständiges Hin- und Herschalten oder anderes instabiles Regelverhalten verhindert werden. Die Toleranzbereiche können jeweils symmetrisch oder asymmetrisch um den Vergleichs- oder Schwellwert angeordnet sein. Letzteres kann beispielsweise eingesetzt werden, um einen Hystereseeffekt zu erzielen, etwa, dass es einer größeren Abweichung vom Schwellwert bedarf, um eine Entscheidung zu revidieren, als es nötig war, um die Entscheidung ursprünglich auszulösen. Im Folgenden werden entsprechende Toleranzbereiche nicht jedes Mal explizit erwähnt werden, um die Erklärungen schlank zu halten.
  • Ist gemäß der Prüfung in Schritt S3 (wie gesagt, optional unter Berücksichtigung eines Toleranzbereichs), die Ist-Temperatur kleiner als die Soll-Temperatur (Pluszeichen, "+", in der Zeichnung), wird in einem Schritt S4 geprüft, ob in der Hausanlage 100 überschüssige Leistung, und zwar zunächst aus erneuerbaren Energiequellen 70, z.B. aus einer PV-Anlage, vorhanden ist. Bevorzugt werden hierbei nur erneuerbare Energiequellen 70 der Hausanlage 100 berücksichtigt. Für die Prüfung kann im Rahmen des Schrittes S4 ein aktueller Leistungswert mindestens einer erneuerbaren Energiequelle 70 erhalten werden. Optional können weitere Leistungswerte, beispielsweise von Verbrauchern 32 verbrauchte Leistungen etc., ebenfalls empfangen werden. Aus den empfangenen Leistungswerten kann in bekannter Weise berechnet werden, ob überschüssige Leistung aus erneuerbaren Energiequellen 70 der Hausanlage 100 vorhanden ist.
  • Ist überschüssige elektrische Leistung vorhanden (Pluszeichen, "+", in der Zeichnung), wird in einem Schritt S5 geprüft, ob der Ladezustand der Batterie 60 oberhalb eines Ladezustand-Schwellwerts liegt. Dieser Ladezustand-Schwellwert kann beispielsweise einen Ladezustand angeben, oberhalb dessen Ladezustände generell unerwünscht sind, sei es um die Batterie 60 zu erhalten, oder weil ein derart hoher Ladezustand als unnötig angesehen wird oder dergleichen.
  • Überschreitet der Ladezustand diesen ersten Schwellwert (Pluszeichen, "+", in der Zeichnung), steuert das Energie-Managementsystem 40 die Hausanlage 100 derart, dass in einem Schritt S6 eine an der Batterie 60 verfügbare und (z.B. kundenseitig) freigegebene Ausgabeleistung der überschüssigen Leistung hinzugezählt wird.
  • Unabhängig davon, ob dies geschieht oder nicht (in Hausanlagen 100 ohne Batterie 60 werden die Schritt S4 und S5 entfallen), wird als nächstes in einem Schritt S7 geprüft, ob die nun bestimmte überschüssige Leistung ausreicht, um die Heizeinrichtung 20 auf eine höhere Heizstufe zu schalten. Demnach kann eine bidirektionale Kommunikation zwischen der Schaltvorrichtung 10 und dem Energie-Managementsystem 40 etabliert sein, sodass einerseits das Energie-Managementsystem 40 jeweils die aktuell eingestellte Heizstufe und/oder den Gesamt-Heizleistungs-Sollwert kennt, und es der Schaltvorrichtung 10 andererseits eine einzustellende Heizstufe und/oder den Gesamt-Heizleistungs-Sollwert vorgeben kann. Unter einer höheren Heizstufe ist eine Heizstufe zu verstehen, welche ceteris paribus eine größere Heizleistung bereitstellt als eine niedrigere Heizstufe. In den vorangehenden Beispielen war die niedrigste Heizstufe jeweils bei Öffnung aller Schalter erreicht (P=0), und die höchste Heizstufe bei Schließen aller Schalter (P=Pmax).
  • Ist eine höhere Heizstufe nicht möglich (Minuszeichen, "-" in der Zeichnung), etwa weil die überschüssige Leistung dafür nicht ausreicht, oder weil es keine höhere Heizstufe mehr gibt, wird das Verfahren bei Schritt S1 fortgeführt. Ist eine höhere Heizstufe möglich (Pluszeichen, "+", in der Zeichnung), wird in einem Schritt S8 eine höhere Heizstufe eingestellt. Hierzu wird die Schaltvorrichtung 10 z.B. durch das Energie-Managementsystem 40 angewiesen (oder sie entscheidet selbst), eine höhere Heizstufe einzustellen, und dann durch die Schaltvorrichtung 10 die entsprechende Heizstufe durch entsprechendes Schalten der Schalter Ki, KN, Kia eingestellt. Danach wird das Verfahren wiederum bei Schritt S1 fortgesetzt.
  • Wird in Schritt S4 festgestellt, dass keine überschüssige Leistung aus erneuerbaren Energiequellen 70 verfügbar ist (Minuszeichen, "-", in der Zeichnung), wird in einem Schritt S9 geprüft, ob aktuell Strom aus dem Versorgungsnetz verbraucht wird, d.h. am Netzanschlusspunkt 31 in die Hausanlage 100 einfließt. Ist dies nicht der Fall (Minuszeichen, "-", in der Zeichnung), wird die aktuelle Heizstufe beibehalten und das Verfahren bei Schritt S1 fortgeführt.
  • Ist dies der Fall (Pluszeichen, "+", in der Zeichnung bei Schritt S9), wird in einem Schritt S10 geprüft, ob eine niedrigere Heizstufe zur Verfügung steht (d.h., ob nicht aktuell bereits die niedrigste Heizstufe, d.h. mit einer Leistung von null, eingestellt ist). Steht keine niedrigere Heizstufe zur Verfügung (Minuszeichen, "-", in der Zeichnung bei Schritt S10), bleibt diese Heizstufe bestehen, und das Verfahren wird bei Schritt S1 fortgeführt. Steht eine niedrigere Heizstufe zur Verfügung (Pluszeichen, "+", in der Zeichnung), wird in einem Schritt S11 die Heizstufe verringert. Hierzu wird z.B. die Schaltvorrichtung 10 durch das Energie-Managementsystem 40 angewiesen (oder sie entscheidet selbst), eine niedrigere Heizstufe einzustellen, und dann durch die Schaltvorrichtung 10 die entsprechende Heizstufe durch entsprechendes Schalten der Schalter Ki, KN, Kia eingestellt. Danach wird das Verfahren wiederum bei Schritt S1 fortgesetzt.
  • Wird jedoch in Schritt S3 festgestellt, dass die Ist-Temperatur nicht kleiner als die Soll-Temperatur ist (d.h., die Ist-Temperatur ist gleich groß, größer als die Soll-Temperatur oder ggfs. innerhalb eines Toleranzbereichs um die Soll-Temperatur), dargestellt durch ein Minuszeichen, "-", links von Schritt S3 in der Zeichnung, wird in einem Schritt S12 geprüft, ob die Ist-Temperatur kleiner als ein benutzereinstellbarer oder vorgegebener oberer Temperaturschwellwert ist, welcher größer als die Soll-Temperatur ist.
  • Ist dies der Fall (Pluszeichen, "+", in der Zeichnung unter Schritt S12), wird in einem Schritt S13 wiederum geprüft, ob überschüssige Leistung, zunächst aus erneuerbaren Energiequellen, verfügbar ist. Ist dies nicht der Fall (Minuszeichen, "-", in der Zeichnung), wird bei Schritt S9 fortgefahren, wie bereits erläutert wurde. Ist überschüssige Leistung aus erneuerbaren Energiequellen vorhanden (Pluszeichen, "+", in der Zeichnung unter Schritt S13), wird bei Schritt S7 fortgefahren, d.h. mit der Prüfung, ob eine höhere Heizstufe möglich ist.
  • Ist das Ergebnis der Prüfung in Schritt S12 negativ, d. h., ist die aktuelle Temperatur (Ist-Temperatur) gleich oder größer dem oberen Temperaturschwellwert (Symbol "-" in der Figur bei Schritt S12), wird in einem Schritt S14 die niedrigste Heizstufe der Heizeinrichtung 20 eingestellt, bei der es sich für gewöhnlich um die Heizstufe mit der Leistung P=0 handeln wird, d.h., die Heizeinrichtung 20 wird ausgeschaltet. Danach wird wieder mit Schritt S1 fortgefahren.
  • Das Verfahren gemäß Fig. 20 ermöglicht es somit, das Erwärmen des Mediums F (z.B. in dem Fluidtank 50) zum Speichern von thermischer Energie zu verwenden. Dies soll allerdings möglichst nicht mit Strom aus dem öffentlichen Stromnetz 35, sondern nur mit elektrischer Leistung aus erneuerbaren Energiequellen 70 der Hausanlage 100 erfolgen, und auch nur dann, wenn dadurch die Ist-Temperatur nicht den oberen Temperatur-Schwellwert überschreitet. Außerdem kann ein Ladezustand der Batterie 60 der Hausanlage 100 oberhalb des Schwellwerts ausgenutzt werden (Schritt S5). Es versteht sich, dass der Fachmann das Verfahren gemäß Fig. 20f in mannigfaltiger Weise anpassen kann, um einzelne Schritte zu ergänzen oder wegzulassen, um eine gewünschte Regelung oder Steuerung zu bewirken.
  • Insbesondere kann, je nach Hausanlage 100 und aktueller Situation, der Schritt S8 des Erhöhens der Heizstufe alternativ auch durch einen Schritt eines Einschaltens mindestens eines Verbrauchers 32, z.B. einer Wärmepumpe, ersetzt oder ergänzt werden. Ebenso kann, je nach Hausanlage 100 und aktueller Situation, der Schritt S11 des Verringerns der Heizstufe alternativ auch durch einen Schritt eines Ausschaltens mindestens eines Verbrauchers 32, z.B. einer Wärmepumpe, ersetzt oder ergänzt werden. Einschalten bzw. Ausschalten können auch durch Erhöhen bzw. Verringern eines Energieverbrauchs ersetzt werden.
  • Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, wie die stufige Einstellbarkeit der Heizleistung der Heizeinrichtung 20 durch die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 10 es in kostengünstiger Weise ohne großen Hardware-Aufwand ermöglicht, komplexe Steuer- und Regelungsverfahren wie das in Fig. 20 durchzuführen, selbst mit einfachen, bereits installierten Heizeinrichtungen 20.

Claims (15)

  1. Schaltvorrichtung (10) zum Betreiben einer externen Heizeinrichtung (20) zum Erwärmen eines Mediums (F) mittels einer Mehrzahl von Heizelementen (21-i) der
    Heizeinrichtung (20), welche an einem gemeinsamen Sternpunkt (22) miteinander verschaltet und an der Schaltvorrichtung (10) unabhängig voneinander anschließbar sind,
    wobei die Schaltvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, von zumindest einer Stromphase (L) versorgt zu werden und eine Steuereinrichtung (11) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die Heizelemente (21-i) unabhängig voneinander jeweils über zumindest einen zugehörigen Schalter (Ki, Kia, KN) der Schaltvorrichtung (10) zur stufigen Einstellung einer von der Heizeinrichtung (20) insgesamt erzeugten Heizleistung gemäß einer jeweiligen Heizstufe zu schalten.
  2. Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dazu eingerichtet, zwischen mindestens fünf Heizstufen, bevorzugt mindestens sieben Heizstufen, verschiedener Heizleistung zu schalten.
  3. Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei zu zumindest einem Schalter (Ki, KN) eine Diode (14) parallelgeschaltet ist.
  4. Schaltvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend jeweils einen Ausgang (16-i) für jedes anzuschließende Heizelement (21-i), wobei jeweils der dem entsprechenden Heizelement (21-i) zugehörige Schalter (Ki) seriell mit dem Ausgang (16-i) verschaltet ist.
  5. Schaltvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtung (11) außerdem dazu eingerichtet ist, zwischen Realisierungen derselben Heizleistung mittels unterschiedlicher Schalterkombinationen der Schalter (Ki, KN) periodisch und/oder zyklisch umzuschalten.
  6. Schaltvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (11) dazu eingerichtet ist, einen aktuellen Leistungswert einer erneuerbaren Energiequelle (70) zu erhalten (S4, S13) und eine aktuelle Heizstufe zumindest basierend auf dem empfangenen aktuellen Leistungswert anzupassen (S8).
  7. Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (11) dazu eingerichtet ist, die aktuelle Heizstufe außerdem basierend auf einem Gesamt-Heizleistungs-Sollwert anzupassen.
  8. Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung (11) dazu eingerichtet ist, die aktuelle Heizstufe derart einzustellen, dass eine Differenz zwischen der von der Heizeinrichtung (20) insgesamt erzeugten Gesamt-Heizleistung und dem Gesamt-Heizleistungs-Sollwert minimal wird.
  9. Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Steuereinrichtung (11) dazu ausgelegt ist, ein Messverfahren durchzuführen, um zu ermitteln, welche Heizstufen verfügbar sind und/oder welche Gesamt-Heizleistung jeweils mit jeder der verfügbaren Heizstufen realisiert wird.
  10. Hausanlage (100), umfassend eine Schaltvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und eine mit der Schaltvorrichtung (10) verbundene Heizeinrichtung (20), zu deren Betreiben die Schaltvorrichtung (10) eingerichtet ist.
  11. Hausanlage (100) nach Anspruch 10, umfassend eine Benutzerschnittstelle (12), mittels welcher ein Soll-Parameter der Heizeinrichtung (20), des Mediums (F) und/oder eines Fluidtanks (50) für das Medium (F) einstellbar ist, beispielweise eine Soll-Temperatur des Mediums (F).
  12. Hausanlage (100) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, umfassend einen elektrischen Anschluss (31) an ein Stromnetz (35), wobei der Sternpunkt (22) der Heizeinrichtung (20) über einen zugehörigen Schalter (KN) an einen Neutralleiter (N) des Stromnetzes (30) angeschlossen ist und/oder über einen zugehörigen Schalter (KN) schaltbar ist.
  13. Schaltvorrichtung (10) zum Betreiben einer externen Heizeinrichtung (20) zum Erwärmen eines Mediums (F) mittels mindestens eines Heizelements (21-i) der Heizeinrichtung (20), wobei die Schaltvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, von zumindest einer Stromphase (L) versorgt zu werden und eine Steuereinrichtung (11) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das Heizelement (21-i) über zumindest einen zugehörigen Schalter (Kia) der Schaltvorrichtung (10) zur stufigen Einstellung einer von der Heizeinrichtung (20) insgesamt erzeugten Heizleistung gemäß einer jeweiligen Heizstufe zu schalten, wobei zu dem zumindest einen zugehörigen Schalter (Kia) eine Diode (14) parallelgeschaltet ist.
  14. Verfahren zum Erwärmen eines Mediums (F) mittels einer Heizeinrichtung (20) mit einer Mehrzahl von Heizelementen (21-i), welche mit einem jeweiligen ersten Anschlussende an einem gemeinsamen Sternpunkt (22) miteinander verschaltet sind und welche an einem jeweiligen zweiten Anschlussende unabhängig voneinander schaltbar sind, umfassend:
    Erfassen (S100) eines Gesamt-Heizleistungs-Sollwerts;
    Bestimmen (S200) einer Heizstufe, welche dem gewünschten Gesamt-Heizleistungs-Sollwert bestmöglich entspricht; und
    Schalten (S300) der Heizelemente (21-i) unabhängig voneinander jeweils über zumindest einen zugehörigen Schalter (Ki, Kia, KN) zur Einstellung der bestimmten Heizstufe.
  15. Verfahren zum Erwärmen eines Mediums (F) mittels mindestens eines Heizelements (21-i) einer Heizeinrichtung (20), umfassend:
    Erfassen (S400) eines Gesamt-Heizleistungs-Sollwerts;
    Bestimmen (S500) einer Heizstufe, welche dem gewünschten Gesamt-Heizleistungs-Sollwert bestmöglich entspricht; und
    Schalten (S600) zumindest eines Schalters (Kia), welcher zwischen einer Stromphase (L1) und mindestens einem Heizelement (21-i) der Heizeinrichtung (20) angeordnet ist, und welcher mit einer Diode (14), optional mit einer Reihenschaltung aus der Diode (14) und einem weiteren Schalter (K1a), parallelgeschaltet ist, zur Einstellung der bestimmten Heizstufe.
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