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Die Erfindung betrifft eine elektrische Anordnung, an die ein Generator und ein Energiespeicher anschließbar sind, die jeweils eine Gleichspannung in die Anordnung einspeisen können, und die einen Wechselrichter aufweist, welcher als Ausgangsspannung eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung erzeugt, welche die Anordnung über mindestens eine Ausgangsleitung ausgibt, wobei die Ausgangsspannung eine derartige Spannungshöhe und Frequenz aufweist, dass sie zur Versorgung einer lokalen Installation und zur Einspeisung in ein Spannungsversorgungsnetz geeignet ist, wobei die Anordnung mehrere elektromechanische Schalter steuert, so dass die Ausgangsspannung in einer ersten Betriebsart an dem Spannungsversorgungsnetz anliegt, und in einer zweiten Betriebsart an der lokalen Installation anliegt und vom Spannungsversorgungsnetz getrennt ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine elektrische Anlage, welche eine derartige elektrische Anordnung aufweist.
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Elektrische Anlagen zur Umwandlung regenerativer Energien, wie zum Beispiel Windkraft- oder Photovoltaikanlagen weisen zumeist eine Anordnung mit einem Wechselrichter auf, welcher eine Spannung in der Höhe und Frequenz der üblichen Netzwechselspannung ausgibt. Dabei ist es zumeist vorgesehen, dass die elektrische Ausgangsleistung des Wechselrichters außer in ein lokales Verbrauchernetz auch ganz oder teilweise in ein öffentliches Spannungsversorgungsnetz eingespeist werden kann.
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Die zur Erfindung führende Problemstellung soll im Folgenden beispielhaft und ohne Beschränkung der Allgemeinheit anhand einer Photovoltaikanlage erläutert werden. Photovoltaikanlagen zur zumindest unterstützenden Energieversorgung von Gebäuden finden zunehmende Verbreitung. Die elektrische Leistungsabgabe eines Photovoltaikgenerators unterliegt über den Tagesverlauf starken Schwankungen und entspricht daher praktisch nie genau dem momentanen Energiebedarf der im Gebäude installierten Verbraucher, welche im Folgenden zusammenfassend mit einem lokalen Leitungsnetz als lokale Installation bezeichnet werden.
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So kann eine Photovoltaikanlage während der hellen Tagesstunden eine elektrische Leistung erzeugen, die weit über den elektrischen Leistungsbedarf der lokalen Installation hinausgeht, so dass überschüssige elektrische Energie in ein öffentliches Spannungsversorgungsnetz eingespeist werden kann. In der übrigen Zeit kann es dagegen notwendig sein, zum Ausgleich von Energiedefiziten, dem öffentlichen Spannungsversorgungsnetz elektrische Energie zu entnehmen.
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Photovoltaikanlagen mit einer sogenannten Eigenverbrauchsoptimierung weisen als Energiespeicher Akkumulatoren auf, welche mehrere Kilowattstunden elektrischer Energie speichern können. Die Einspeisung bzw. Entnahme elektrischer Energie aus dem öffentlichen Spannungsversorgungsnetz erfolgt hier nur noch dann, wenn das Pufferungsvermögen des Energiespeichers überschritten wird oder wenn dies aufgrund von tageszeitbezogenen Stromtarifen einträglich ist.
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Für den Betrieb solcher Anlagen sind daher unterschiedliche Betriebsarten vorgesehen, nämlich erstens der Betrieb mit Ankopplung an das Spannungsversorgungsnetz, im vorliegenden Text kurz als Netzbetrieb bezeichnet, und zweitens der vom Spannungsversorgungsnetz abgekoppelte Betrieb, der hier als Inselbetrieb benannt ist. Der Inselbetrieb ermöglicht bei einem Netzausfall einen Betrieb von Verbrauchern einer lokalen Installation über einen gewissen Zeitraum aus der Energie eines Generators und/oder eines Energiespeichers.
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Im Netzbetrieb werden die Netzspannung und die Netzfrequenz vom Spannungsversorgungsnetz vorgegeben. Eine Änderung dieser beiden Parameter durch den Wechselrichter ist nicht möglich. Der Wechselrichter arbeitet als Stromquelle und speist je nach Energieaufkommen vom Photovoltaikgenerator bzw. aus einem Energiespeicher elektrische Energie in das Spannungsversorgungsnetz ein.
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Im Inselbetrieb ist der Wechselrichter vollständig vom Spannungsversorgungsnetz getrennt. Dabei ist es die Funktion des Wechselrichters, eine vorzugsweise dreiphasige Spannungsversorgung zur Verfügung zu stellen, wie sie im Netzbetrieb vom Spannungsversorgungsnetz bereit gestellt wird. Lastschwankungen, beispielsweise durch das Ein- und Ausschalten von angeschlossenen Verbrauchern, müssen dabei vom Wechselrichter vollständig ausgeregelt werden. Es ist das Ziel, eine vom Ausgangsstrom unabhängige Spannungsversorgung sicherzustellen. Insofern ist der Wechselrichter hier als eine Spannungsquelle zu betrachten.
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Bezüglich der Verfügbarkeit von elektrischer Energie und Leistung ergeben sich aber im Vergleich zum netzgekoppelten Betrieb Einschränkungen. Zunächst ist der Ausgangsstrom des Wechselrichters durch die Dimensionierung seiner Leistungselektronik auf einen bestimmten Wert begrenzt. Außerdem kann nicht mehr elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden, als die Summe der vom Photovoltaikgenerator aktuell gelieferten Energie und der im Energiespeicher vorhandenen Energie. Hieraus ergibt sich die Notwenigkeit eines Energie- bzw. Leistungsmanagements.
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Es stellte sich die Aufgabe, eine elektrische Anordnung zu schaffen, die auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein Energiemanagement im Inselbetrieb einer elektrischen Anlage ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Anordnung (in der zweiten Betriebsart ein Ausgangssignal erzeugt und über eine in der zweiten Betriebsart mit der lokalen Installation verbundene Ausgangsleitung ausgibt, wobei das Ausgangssignal allgemein das Vorliegen der zweiten Betriebsart oder das Vorliegen eines verminderten Energieliefervermögens des Generators und/oder des Energiespeichers signalisiert.
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Vorteilhaft ist, dass die Übertragung des Ausgangssignals keine zusätzliche Leitungen und Installationen erfordert.
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Die Signalisierung des Vorliegens der zweiten Betriebsart, also des Inselbetriebs, beziehungsweise eines verminderten Energieliefervermögens des Generators und/oder des Energiespeichers kann auf verschiedene vorteilhafte Arten erfolgen, indem wenigstens eine elektrische Größe der Ausgangsspannung auf eine charakteristische Weise variiert wird, ohne dass die Funktion der Energieversorgung dadurch wesentlich beeinträchtigt wird. Vorgesehen sein kann insbesondere eine Spannungsabsenkung, eine Frequenzänderung oder eine mehrmalige oder insbesondere periodisch oder zyklische Variation der Höhe der Ausgangsspannung. Alle diese Signalisierungsarten können vorteilhafterweise durch Detektionsmittel innerhalb der lokalen Installation automatisch erkannt werden und geeignete Maßnahmen bezüglich eines energiesparenden Betriebs der zur lokalen Installation gehörenden Verbraucher auslösen.
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Diese Maßnahmen können vorteilhaft darin bestehen, dass bestimmte Verbraucher mit einer verminderten elektrischen Leistung betrieben oder auch ganz abgeschaltet werden. Eine Abschaltung kann dabei entweder sofort oder auch nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit erfolgen. Es kann auch vorgesehen werden, Verbraucher vor dem Abschalten erst in einen sicheren Zustand zu überführen, also beispielsweise Computer vor dem Abschalten herunterzufahren.
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Für die meisten Verbraucher kann vorteilhaft eine Absenkung der Versorgungsspannung vorgesehen werden. Viele Verbraucher mit einer hohen Leistungsaufnahme weisen das elektrische Verhalten eines ohmschen Widerstands auf. Bei derartigen Verbrauchern kann die Leistungsaufnahme durch eine Spannungsabsenkung wirkungsvoll begrenzt werden, da die Leistungsaufnahme quadratisch mit Spannungsabsenkung absinkt (P ~ U2). Im Verbundnetz ist eine Spannungstoleranz von ±10% zulässig. Mit dieser Spannungsänderung ergibt sich eine Leistungsvariation von etwa ±20%. Insofern stellt eine Spannungsabsenkung eine wirkungsvolle Maßnahme zur Leistungsreduzierung dar. Es kann sogar eine noch größere Spannungsabsenkung vorgesehen werden, weil bezüglich des Inselnetzes nicht unbedingt die für ein Spannungsversorgungsnetz geltenden Toleranzgrenzen übernommen werden müssen.
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Eine Spannungsabsenkung erreicht, wichtige Verbraucher wie beispielsweise Notbeleuchtungen, Telekommunikationseinrichtungen, Kühlgeräte, möglichst lange in Betrieb zu halten. Solche Verbraucher sind in aller Regel mit elektronischen Schaltnetzteilen ausgestattet, die eine sehr viel größere Spannungsvarianz zulassen ohne Funktionseinschränkungen aufzuweisen.
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Besonders vorteilhaft ist, dass eine Spannungsabsenkung unmittelbar energiesparend wirksam wird, ohne auf Detektionsmittel angewiesen zu sein.
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Anstelle oder zusätzlich zu einer Spannungsabsenkung kann die Inselbetriebsart der elektrischen Anordnung, und insbesondere auch ein zu Ende gehender Energievorrat des Energiespeichers durch eine zyklische Spannungsvariation signalisiert werden. Vorgesehen sein kann beispielsweise, dass die Ausgangsspannung der elektrischen Anordnung im Sekundentakt periodisch um 10% abgesenkt und wieder angehoben wird. Diese Signalisierung, die natürlich nicht dauerhaft erfolgen muss, sondern auch in zeitlichen Abständen zyklisch wiederholt werden kann, kann durch ein automatisches Detektionsmittel erkannt werden.
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Darüber hinaus kann es zu auffälligen Effekten (wie etwa Helligkeitsschwankungen elektrischer Leuchtmittel oder Drehzahlschwankungen elektrischer Antriebe) führen, so dass diese Signalisierung auch als Hinweis für menschliche Benutzer leicht erkennbar ist. Hierdurch kann entweder das Detektionsmittel automatisch oder der Benutzer auf manuellem Weg eine geeignete Reaktion auf die signalisierte Betriebsart einleiten.
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Als eine weitere Möglichkeit der Signalisierung kann eine Frequenzänderung der Ausgangsspannung vorgesehen sein. Frequenzänderungen im Promillebereich wirken sich im Allgemeinen nicht direkt auf den Betrieb elektrischer Verbraucher auf und sind daher auch durch einen Benutzer nicht direkt wahrnehmbar. Durch ein elektronisches Detektionsmittel sind derartige Frequenzänderungen aber leicht erkennbar und auswertbar.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die 1 und 2 zeigen jeweils in Form eines Blockschaltbilds den Aufbau einer elektrischen Anlage, die elektrische Energie zur Versorgung einer lokalen Installation, welche etwa durch die Gesamtheit der elektrischen Anlagen und Verbraucher eines Gebäudes gegeben sein kann, bereitstellt und die darüber hinaus elektrische Energie in ein öffentliches Spannungsversorgungsnetz einspeisen kann. Die 3 stellt Details der lokalen Installation dar. Die 4 bis 6 zeigen in jeweils einem Diagramm Beispiele möglicher Ausgangssignale.
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Zentrales Element der in den 1 und 2 dargestellten elektrischen Anlage ist, hervorgehoben durch eine gestrichtelte Umrandung, eine elektrische Anordnung 5, an die ein Photovoltaikgenerator 10 und ein Energiespeicher 11 anschließbar sind. Der Photovoltaikgenerator 10 besteht aus einer Vielzahl von, hier nicht dargestellten, Photovoltaikmodulen, welche wiederum jeweils eine Vielzahl von Solarzellen aufweisen. Der Photovoltaikgenerator 10 wandelt Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie um, wobei die abgegebene elektrische Leistung in Abhängigkeit vom momentanen Lichteinfall im Tagesverlauf variieren kann.
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Um die Leistungsabgabe der elektrischen Anordnung 5 besser an den Bedarf der lokalen Installation 3 anzupassen, ist der Energiespeicher 11 vorgesehen, der vorzugsweise aus einer Zusammenschaltung von Akkumulatoren mit einer Gesamtkapazität in der Größenordnung mehrerer Kilowattstunden besteht. Der Energiespeicher 11 kann durch die vom Photovoltaikgenerator 10 abgegebene elektrische Energie geladen werden. Darüber hinaus kann er in Zeiten, in denen der Leistungsbedarf der lokalen Installation 3 die abgegebene Leistung des Solargenerators 10 überschreitet, die fehlende Leistung ausgleichen.
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Sowohl dem Photovoltaikgenerator 10 als auch dem Energiespeicher 11 ist innerhalb der elektrischen Anordnung 5 jeweils ein DC/DC-Wandler 8, 9 zugeordnet, welche die vom Photovoltaikgenerator 10 beziehungsweise dem Energiespeicher 11 abgegebenen Spannungen auf das zur Einspeisung in das öffentliche Spannungsversorgungsnetz 1 erforderliche Spannungsniveau bringen. Die Ausgangsspannungen der DC/DC-Wandler 8, 9 werden von einem DC/AC-Wandler 7, der nachfolgend als Wechselrichter 7 bezeichnet ist, in eine zur Versorgung der lokalen Installation 3 oder zur Einspeisung in das Spannungsversorgungsnetz 1 geeignete mehrphasige Wechselspannung umgewandelt. Der DC/DC-Wandler 9 ist bidirektional ausgeführt, um ein Laden des Energiespeichers 11 aus der Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers 8 zu ermöglichen.
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Die Ausgangsspannung U des Wechselrichters 7 wird über einen Trennschalter 30 auf eine erste Ausgangsleitung 13 geführt, die über einen Solarenergiezähler 4 mit einem Verbindungsknotenpunkt 6 der Hauptleitung 12 verschaltet ist. Der Solarenergiezähler 4 dient zur Ermittlung der von dem Photovoltaikgenerator 10 und dem Energiespeicher 11 in die lokale Installation 3 bzw. das Spannungsversorgungsnetz 1 eingespeisten Energiemenge.
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In die Hauptleitung 12, welche die Verbindung zwischen dem öffentlichen Spannungsversorgungsnetz 1 und der der lokalen Installation 3 herstellt, ist ein bidirektional messender elektronischer Energiezähler 2 eingeschleift, der sowohl die aus dem öffentlichen Spannungsversorgungsnetz 1 bezogene als auch die in das öffentliche Spannungsversorgungsnetz 1 eingespeiste Energiemenge erfasst.
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Der Ausgang des Wechselrichters 7 ist außerdem mit einer zweiten Ausgangsleitung 14 verbunden, die zu Schaltkontakten eines elektromechanischen Schalters 22 einer Umschaltvorrichtung 20 geführt ist.
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Die in den 1 und 2 vereinfacht dargestellten Wechselstrom- und -spannungsführenden Leitungen 12, 13, 14 umfassen neben einem Neutralleiter sämtliche zur elektrischen Anlage gehörenden Phasenleiter und sind daher für die üblichen dreiphasigen Spannungsnetze vieradrig ausgeführt.
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Die elektrische Anordnung 5 weist einen hier nicht dargestellten Mikrocontroller auf, der die inneren und äußeren Abläufe der elektrischen Anordnung 5 kontrolliert. Die elektrische Anordnung 5 steuert damit insbesondere eine Umschaltvorrichtung 20 an, welche zwei steuerbare elektromechanische Schalter 21, 22, ausgeführt als Schütze oder Relais, aufweist, sowie auch einen in die Ausgangsleitung 13 geschalteten Trennschalter 30, welcher aus mindestens zwei elektromechanischen Schaltern 31, 32 mit in Reihe geschalteten Schaltkontakten besteht. Die Polzahl der elektromechanischen Schalter 21, 22, 31, 32 entspricht mindestens der Leiteranzahl der daran angeschlossenen Leitungen 12, 13, 14, so dass die Schalter 21, 22, 31, 32 die Leitungen 12, 13, 14 allpolig trennen bzw. miteinander verbinden können.
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Die 1 verdeutlicht als Standardbetriebsart den Netzbetrieb der elektrischen Anlage. Der Trennschalter 30 ist hier geschlossen, so dass der Ausgang des Wechselrichters 7 nun über den Zähler 4 am Verbindungsknotenpunkt 6 der Hauptleitung 12 angeschlossen ist. Über den geschlossenen Schalter 21 der Umschaltvorrichtung 20 ist die Hauptleitung auch mit der lokalen Installation 3 verbunden, so dass die lokale Installation 3 sowohl aus dem Spannungsversorgungsnetz 1 als auch durch die Anordnung 5 mit elektrischer Energie versorgt werden kann.
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Im Netzbetrieb verhält sich der Wechselrichter 7 wie eine Stromquelle; Netzspannung und Netzfrequenz werden vom Spannungsversorgungsnetz 1 eingeprägt. Insofern ist eine Steuerung oder Regelung der Netzspannung und Netzfrequenz nicht erforderlich und auch gar nicht möglich. Die Aufgabe des Wechselrichters 7 ist es, seinen Ausgangsstrom in Phase zum Netzspannungsverlauf in das Spannungsversorgungsnetz 1 einzuspeisen. Je nach den Anforderungen des Netzbetreibers kann der Wechselrichter 7 auch Blindleistung in das Spannungsversorgungsnetz 1 einspeisen, so dass sich zwischen der Netzspannung und dem Ausgangsstrom eine Phasenverschiebung einstellen kann.
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Die 2 soll den Inselbetrieb der elektrischen Anlage verdeutlichen, in welchem die Verbraucher der lokalen Installation 3 vollständig unabhängig vom Spannungsversorgungsnetz 1 betrieben werden. Für den Inselbetrieb ist die lokale Installation 3 vollständig vom Spannungsversorgungsnetz 1 getrennt, weil im Falle eines Ausfalls der Erzeugungseinheiten im Spannungsversorgungsnetz 1 die am Spannungsversorgungsnetz 1 verbliebenen Lasten (außerhalb der lokalen Installation 3) die Ausgangsspannung des Wechselrichters 7 sonst kurzschließen würden.
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Diese vollständige Trennung wird erstens durch den geöffneten Trennschalter 30 bewirkt, der die Hauptleitung 12 vom Ausgang des Wechselrichters 7 trennt und zweitens durch die Umschaltung der beiden gekoppelten Schalter 21, 22 der Umschaltvorrichtung 20. Über den geschlossenen Schalter 22 der Umschaltvorrichtung 20 und die zweite Ausgangsleitung 14 ist die lokale Installation 3 im Inselbetrieb direkt an den Ausgang des Wechselrichters 7 angeschaltet.
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Im Inselbetrieb wird der Wechselrichter 7 als Spannungsquelle betrieben, was bedeutet, dass Netzspannung und Netzfrequenz nun vom Wechselrichter 7 geregelt werden. Dabei wird nur noch genau soviel Strom in die lokale Installation 3 eingespeist, dass sich der gewünschte Spannungsverlauf in der jeweiligen Lastsituation einstellt.
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Grundsätzlich problematisch am Inselbetrieb ist, dass diese Betriebsart in der Regel zumeist nur über einen begrenzten Zeitraum kontinuierlich aufrecht zu erhalten ist, und zwar abhängig von der Dimensionierung des Photovoltaikgenerators 10 und des Energiespeichers 11, vom momentanen Energieeintrag in den Photovoltaikgenerators 10 und vom Ladezustand des Energiespeichers 11, sowie auch von der momentanen Leistungsaufnahme der Verbraucher in der lokalen Installation 3.
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Um diesen Zeitraum für den Inselbetrieb möglichst weit auszudehnen, was besonders bei einem Ausfall des Spannungsversorgungsnetzes 1 vorteilhaft ist, ist bei einer gegebenen elektrischen Anlage am einfachsten der Parameter der momentanen Leistungsaufnahme der Verbraucher der lokalen Installation 3 beeinflussbar.
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Hierzu ist es wesentlich, der lokalen Installation 3 zu signalisieren, dass sich die elektrische Anlage in der Betriebsart Inselbetrieb befindet. Dies könnte im Prinzip über eine von der elektrischen Anordnung 5 ausgehenden speziellen Signalleitung erfolgen, welche ein die aktuelle Betriebsart der elektrischen Anordnung 5 codierendes Signal an die lokale Installation 3 übermittelt. Allerdings kann es sehr aufwendig sein, eine derartige Signalleitung entlang einer größeren lokalen Installation zu installieren. Problematisch ist auch, dass die üblichen Anschlussmittel der elektrischen Verbraucher der lokalen Installation 3, also Stecker und Steckdosen, keinen Kontakt für eine solche Signalisierungsleitung vorsehen.
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Daher ist es vorgesehen, ein die Inselbetriebsart mitteilendes Ausgangssignal AS zusammen mit der Ausgangsspannung U des Wechselrichters 7 über die im Inselbetrieb mit der lokalen Installation 3 verbundene Ausgangsleitung 14 auszugeben. Vorzugsweise ergibt sich das Ausgangssignal AS einfach durch eine gezielte Beeinflussung einer elektrischen Größe der Ausgangsspannung U. Hieraus ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass keine zusätzlichen Leitungen installiert werden müssen, da die Information implizit über die Ausgangsleitung 14 mit übertragen wird.
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Die 3 verdeutlicht einige mögliche Ausführungsdetails einer lokalen Installation 3. Beispielhaft dargestellt sind drei Verbraucher V1, V2, V3, die an der lokalen Installation 3 betrieben werden können. Durchgezogene Linien stellen fest installierte Leitungsverbindungen dar, gestrichelte Linien stehen für trennbare elektrische Verbindungen, die vorzugsweise über nicht dargestellte Stecker und Steckdosen hergestellt werden. Den Verbrauchern V1 und V2 ist jeweils ein Detektionsmittel D1 bzw. D2 zugeordnet, welche Signalisierungen durch ein Ausgangssignal AS der elektrischen Anordnung 5 erkennen können. Die Detektionsmittel D1, D2 reagieren auf mindestens eine und idealerweise auf jede der vorgesehenen Signalisierungsarten, welche insbesondere eine Frequenzvariation, oder eine Absenkung oder Variation der Spannungshöhe der Ausgangsspannung U verwenden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass unterschiedliche Signalisierungsarten zu unterschiedlichen Reaktionen der Detektionsmittel D1, D2 mit verschiedenartiger Beeinflussung der zugehörigen Verbraucher V1, V2 führen.
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Das Detektionsmittel D1 ist hier als fest installierter Teil der lokalen Installation 3 dargestellt, der einen etwa über eine Steckverbindung anschließbaren Verbraucher V1 bei Vorliegen eines Ansteuersignals AS beeinflussen und insbesondere abschalten kann.
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Das Detektionsmittel D2 ist dagegen ein fester Bestandteil eines „intelligenten” Verbrauchers V2, so dass das Detektionsmittel D2 bei Vorliegen eines Ansteuersignals AS den Verbraucher V2 auf eine spezifische, im Verbraucher V2 intern festgelegte Weise, beeinflussen kann.
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In Gegensatz dazu ist der Verbraucher V3 weder mit einem internen noch mit einem externen Detektionsmittel verbunden. Durch eine Absenkung der Ausgangsspannung U durch die elektrische Anordnung 5 kann aber auch dieser Verbraucher V3 mit einer reduzierten elektrischen Leistung betrieben werden.
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Die hier vorgeschlagenen Signalisierungsarten sind in den 4 bis 6 durch jeweils ein Diagramm weiter verdeutlicht.
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In der 4 ist die Ausgangsspannung U gegen den prozentualen Entladungswert des Energiespeichers 11 aufgetragen. Dargestellt sind beispielhaft zwei mögliche Verläufe einer Absenkung der Ausgangspannung U. Gemäß der durchgezogenen Linie wird bei einer 80-prozentgen Entladung des Energiespeichers 11 die Ausgangsspannung um etwa 20% abgesenkt.
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Die zusätzliche gestrichelte Linie deutet an, dass alternativ zur vorherigen Strategie, ab einem vorgegebenen Entladungszustand, hier 50%, auch eine kontinuierlich erfolgende Spannungsabsenkung eingeleitet werden kann, bei der die Ausgangsspannung U mit steigender Entladung des Energiespeichers 11 ausgehend von anfangs 100% allmählich einen Spannungswert von 80% der Nennspannung erreicht. Selbstverständlich können auch andere Verläufe einer entladungsabhängigen Spannungsabsenkung vorgesehen werden. Darüber hinaus kann auch eine phasenselektive Spannungsabsenkung realisiert werden.
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Bei einer drohenden Energieverknappung besteht alternativ die Möglichkeit einer Veränderung der Frequenz f der Ausgangsspannung U in Abhängigkeit vom Entladungszustand des Energiespeichers 11. Zwei beispielhafte Verläufe sind in der 5 durch eine durchgezogene und ein gestrichelte Linie skizziert.
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Die Verstellung der Ausgangsfrequenz erfolgt in einem nur kleinen Bereich von beispielsweise ±0,5 Hz, so dass die Energieübertragung selbst nicht beeinträchtigt wird. Angelehnt ist diese Form der Regelung an die sogenannte Primärregelung im Verbundnetz. Auch hier wird mittels Frequenzvariation der Energiezustand des Netzes signalisiert.
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Es ist vorgesehen, zukünftigen „intelligenten” Verbrauchern die Energieverknappung zu signalisieren, so dass derartige Verbraucher ihren Energiebedarf reduzieren. Als Beispiel wäre hier die Reduktion der Temperatur bei einer Waschmaschine oder die zeitliche Verlängerung eines Waschprogramms zu nennen, damit der augenblickliche Leistungsbedarf abgesenkt und somit die Energieaufnahme des Gerätes gesenkt oder zeitlich verzögert werden kann. Eine zeitliche Verzögerung der Energieaufnahme eines Gerätes birgt den Vorteil, dass unter Umständen durch den natürlichen Tagesverlauf der photovoltaischen Energieerzeugung wieder Energie von einem Solargenerator gewonnen werden kann und somit ein Zusammenbruch der kompletten Energieversorgung vermieden werden kann. Falls keine der beiden zuvor genannten Maßnahmen zum Erfolg führen, dann sollte dem Benutzer das nahende Ende der Energieversorgung erkennbar gemacht werden.
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Diese kann durch eine gezielte Spannungsvariation signalisiert werden, z. B. durch eine zyklische Spannungsabsenkung im Sekundentakt, wie sie in der 6 skizziert ist. Aufgetragen ist die Ausgangsspannung U gegen die Zeit t. Der Wert der Ausgangsspannung U zeigt hier eine zyklische Variation von etwa 10% mit einer Periodendauer von beispielsweise einer Sekunde. Der zyklische Wechsel macht erkennbar, dass ein kritischer Energiezustand erreicht ist.
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Das Ziel hierbei ist, dass der Benutzer wichtige Systeme in einen sicheren Zustand bringt, bevor die Energieversorgung komplett zusammenbricht. Als besonders wichtige Systeme können etwa informationstechnische Einrichtungen (Computer, Router oder ähnliches) oder auch medizinische Überwachungs- und Therapieeinrichtungen gelten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannungsversorgungsnetz
- 2
- Energiezähler (bidirektional)
- 3
- lokale Installation
- 4
- Solarenergiezähler
- 5
- elektrische Anordnung
- 6
- Verbindungsknotenpunkt
- 7
- Wechselrichter (DC/AC-Wandler)
- 8
- DC/DC-Wandler
- 9
- DC/DC-Wandler (bidirektional)
- 7, 8, 9
- Spannungswandler
- 10
- Photovoltaikgenerator (Generator)
- 11
- Energiespeicher
- 12
- Hauptleitung
- 13, 14
- Ausgangsleitung(en)
- 12, 13, 14
- Leitungen
- 20
- Umschaltvorrichtung
- 21, 22
- (elektromechanische) Schalter
- 30
- Trennschalter
- 31, 32
- (elektromechanische) Schalter
- AS
- Ausgangssignal
- D1, D2
- Detektionsmittel
- f
- Frequenz
- U
- Ausgangsspannung
- V1, V2, V3
- Verbraucher
