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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungsanlage zum Erzeugen, Verteilen und Verbrauchen elektrischer Leistung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Stromversorgungsanlage.
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Es sind Stromversorgungsanlagen bekannt, die Photovoltaik-Anlagen verwenden, um damit erzeugten Strom zur Versorgung von Verbrauchern, also elektrischen Geräten, bereitzustellen. Zusätzlich sind solche Stromversorgungsanlagen an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossen, um einen Teil der von der Photovoltaik-Anlage erzeugten, elektrischen Leistung in das Versorgungsnetz einspeisen zu können. Außerdem kann elektrische Leistung aus dem elektrischen Versorgungsnetz entnommen werden, wenn die Photovoltaik-Anlage nicht genügend elektrische Leistung erzeugen kann, um die angeschlossenen Verbraucher zu versorgen. Es ist zu beachten, dass hierbei oftmals eine geringere Vergütung für eingespeiste Leistung gegeben wird, als ein Preis für entnommene Leistung zu zahlen ist.
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Über eine Millionen deutsche Haushalte nutzen primär Nachtspeicherheizungen, die insoweit Wärmespeicher sind, um ihren Heizbedarf zu decken. Zudem werden weitere Geräte mit sog. ohmscher Last, wie bspw. elektrische Warmwasserspeicher, in solchen oder anderen Haushalten genutzt. Immer häufiger weisen somit solche Stromversorgungsanlagen Photovoltaik-Anlagen, insbesondere auf den Dächern von Wohnhäusern auf, und solche ohmsche Verbraucher zur Heizungsversorgung oder Warmwasserbereitung. Hierbei ergibt sich die Möglichkeit, den Eigenverbrauchsanteil des PV-Stroms durch die Nutzung des überschüssigen, solarerzeugten Stroms, also eine Überschussleistung der Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage), zur Versorgung dieser ohmschen Verbraucher signifikant zu erhöhen. Der Eigenverbrauchsanteil ist hierbei der Anteil des erzeugten Stroms bzw. der erzeugten elektrischen Leistung, der nicht in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist, sondern von den angeschlossenen Verbrauchern verbraucht wird. Dieser Anteil braucht also nicht zu einer geringen Vergütung eingespeist zu werden, sondern kann dazu benutzt werden, die Entnahme elektrischer Leistung, aus dem elektrischen Versorgungsnetz zu einem hohen Preis zu verringern.
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Nachtspeicherheizungen weisen die Besonderheit auf, dass sie über Nacht, nämlich zu einem geringen Strompreis aufgeheizt werden, um die hierbei gespeicherte Wärmeenergie am Tage bei Bedarf abzugeben. Entsprechend sind solche Nachtspeicherheizungen durch Photovoltaik-Anlage bestimmungsgemäß nicht betreibbar. Überhaupt kommt ihnen eine besondere Bedeutung zu, weil sie aufgrund des Betriebs mit sog. Nachtstrom über einen eigenen Anschluss, zumindest einem eigenen Stromzähler mit Strom versorgt werden. Zum Betreiben einer integrierten Steuerung, also bspw. eines Steuercomputers oder Steuerprozessors und zum Betrieb von integrierten Lüftern zur steuerbaren Wärmeabgabe, kann ein zusätzlicher elektrischer Anschluss vorgesehen sein, der aber vergleichsweise wenig Energie aufnimmt und nicht von dem Nachtstrom abhängt.
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Auch Brauchwasserspeicher, die also warmes Wasser zum Verbrauch in einem Haushalt oder dergleichen bereithalten, können mittels Strom beheizt werden. In diesem Fall benötigen sie, ähnlich wie die Nachtspeicherheizungen, vergleichsweise viel elektrische Leistung. Im Gegensatz zu den Nachtspeicherheizungen sind solche Brauchwasserspeicher üblicherweise nicht über einen separaten Anschluss oder separaten Stromzähler an das elektrische Versorgungsnetz angeschlossen, sondern sind wie die meisten übrigen Verbraucher an dem Niederspannungshausnetz, also in Deutschland an dem 230 V Netz angeschlossen. Sie werden teilweise ununterbrochen betrieben, sind dabei zumindest betriebsbereit, so dass abhängig von der Wassertemperatur der Wasserspeicher beheizt wird, was durch eine entsprechende Steuerung bzw. Regelung erfolgt. Häufig wird der von der Photovoltaik-Anlage erzeugte Strom primär, also überwiegend, für den Eigenverbrauch der zahlreichen Haushaltsgeräte verwendet. Bei üblicher Auslegung einer Photovoltaik-Anlage für ein Haus oder Eigenheim liegt der Eigenverbrauch dabei an sonnigen Tagen, jedenfalls in Deutschland, unter den Erträgen, die z. B. in der Zeit zwischen 9 Uhr oder 10 Uhr bis 15 Uhr oder 16 Uhr anfallen. Während dieser Zeit wird in typischen Haushalten somit ein großer Teil des von der PV-Anlage erzeugten Stroms ins Netz eingespeist.
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Ein Eigenverbrauch des PV-Stroms, also des von der PV-Anlage erzeugten Stroms, ist für den Besitzer der Stromversorgungsanlage, zumindest in Deutschland bei aktueller Förderung, vorteilhaft. Durch den Eigenverbrauch wird zudem eine Belastung der Verteilnetze durch von vielen Haushalten gleichzeitig eingespeiste Energie reduziert. Um möglichst viel Eigenverbrauch zu haben, können elektrische Geräte, also Verbraucher des Stromverteilungnetzes, immer dann eingeschaltet werden, wenn die Photovoltaik-Anlage einen Überschuss erzeugt. Problematisch kann hierbei aber sein, dass der erzeugte Überschuss geringer ist als die Leistungsaufnahme des Verbrauchers, der dann zugeschaltet werden soll. Erzeugt also eine Photovoltaik-Anlage eine geringere Leistung als Überschuss, wird dann ein Verbraucher mit großer Leistung zugeschaltet, die größer ist als diese Überschussleistung, führt dies im Ergebnis dazu, dass die Differenz der großen Leistung des Verbrauchers zu der geringeren Überschussleistung der PV-Anlage aus dem elektrischen Versorgungsnetz bezogen und bezahlt werden muss. Da dieser Strombezug teurer als der ursprünglich vorgesehene Strombezug sein kann, kann die Einsparung durch den Eigenverbrauch negativ ausfallen. Bei Nachtspeicherheizungen geht dadurch der Vorteil des geringeren Sondertarifs für diesen Anteil des bezogenen Stroms verloren. Es folgt also genau das Gegenteil von dem was eigentlich erreicht werden sollte.
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Übliche thermische Speicher mit ohmschen Lasten, die auch hier betrachtet werden, also sowohl Nachtspeicherheizungen als auch Warmwasserspeicher, besitzen typische Anschlussleistungen, die von 2 bis 7 kW je Gerät reichen. Insbesondere bei Wärmespeicherheizungen, also Nachtspeicherheizungen, liegt die Gesamtanschlussleistung für eine Wohnung typischerweise im Bereich von 10 bis 20 kW. Diese Leistung verteilt sich typischerweise auf vier bis sieben Geräte. Damit stellen solche Geräte zumindest von dieser Leistungsgröße her ein hohes Potenzial für Eigenverbrauch dar, also ein gutes Potenzial, überschüssige Leistung aus Photovoltaik-Anlagen aufzunehmen. Andererseits liegt diese Leistung meist weit über dem Überschussanteil der PV-Leistung. Es kommt hinzu, dass dieser Überschussanteil besonders in den Monaten der Heizperiode meist deutlich geringer ausfällt. Es wäre also nicht sinnvoll, aufgrund eines relativ geringen Überschussanteils solche Verbraucher hoher Leistung zu zuschalten.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, wenigstens eines der oben beschriebenen Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, mit der eine Stromversorgungsanlage noch effizienter betrieben werden kann, insbesondere bei der eine Stromversorgungsanlage Nachtspeicherheizungen und/oder Warmwasserspeicher zu Erhöhung der Effizienz einsetzt. Zumindest soll gegenüber vorbekannten Lösungen eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.
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Erfindungsgemäß wird eine Stromversorgungsanlage gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Eine solche Stromversorgungsanlage ist somit zum Erzeugen, Verteilen und Verbrauchen elektrischer Leistung vorgesehen. Sie umfasst elektrische Verbraucher, eine Photovoltaik-Anlage, eine Einspeisevorrichtung und eine Versorgungssteuereinheit. Die elektrischen Verbraucher umfassen wenigstens einen variablen Verbraucher. Ein solcher variabler Verbraucher ist durch eine Verbrauchersystemleistung gekennzeichnet. Diese Verbrauchersystemleistung, die häufig auch die Nennleistung des Verbrauchers darstellt, ist diejenige Leistung, mit der er bestimmungsgemäß betrieben wird. Dies kann insbesondere auch die Anschlussleistung des Gerätes sein, also bspw. eine Anschlussleistung von 2 kW oder von 7 kW für eine Nachtspeicherheizung oder einen Warmwasserspeicher, um nur einige Beispiele zu nennen. Außerdem ist dieser variable Verbraucher dazu ausgebildet, mit reduzierter Eingangsleistung betrieben zu werden. Der Verbraucher kann also auch betrieben werden, wenn ihm eingangsseitig seine Verbrauchersystemleistung, also bspw. seine Anschlussleistung, nicht vollständig zur Verfügung gestellt wird. Bspw. kann er, jedenfalls gemäß einer Ausführungsform, auch bei deutlich reduzierter Eingangsspannung noch betrieben werden, ohne Schaden zu nehmen. Es könnte allerdings auch vorgesehen sein, dass der Verbraucher selbst seine Leistung steuerungstechnisch reduziert.
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Besonders ohmsche Verbraucher und hierbei insbesondere eine Nachtspeicherheizung und ein Warmwasserspeicher kommen als solche variable Verbraucher in Betracht. Wird diesem ohmschen Verbraucher, also seiner ohmschen Last eine geringere elektrische Leistung bereitgestellt, indem bspw. eine geringe Eingangsspannung bereitgestellt wird, verbraucht der ohmsche Verbraucher entsprechend weniger elektrische Leistung. Die damit verbundene Heizleistung wird entsprechend reduziert, weil die aufgenommene elektrische Leistung im Wesentlichen in dem ohmschen Verbraucher bzw. seiner ohmschen Last in Wärme umgesetzt wird.
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Der Aufbau dieser Stromversorgungsanlage ist somit so, dass die Photovoltaik-Anlage elektrischen Strom aus Licht erzeugt, was mit wenigstens einem PV-Modul durchgeführt wird. Das PV-Modul erzeugt einen Gleichstrom und dieser wird letztlich mittels eines Wechselrichters oder ähnlicher Vorrichtung in einen elektrischen Wechselstrom umgesetzt. Dieser oder ein Teil davon kann mittels einer Einspeisevorrichtung als elektrischer Strom in ein elektrisches Versorgungsnetz eingespeist werden.
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Die Versorgungssteuereinheit steuert wenigstens für einen der variablen Verbraucher, ggf. also für den einzigen variablen Verbraucher, die bereitzustellende Eingangsleistung. Somit wird über diese Versorgungssteuereinheit erreicht, dass dem wenigstens einen variablen Verbraucher auch eine variable Eingangsleistung bereitgestellt wird, nämlich vorzugsweise abhängig von überschüssiger Leistung der Photovoltaik-Anlage, die auch abgekürzt als PV-Anlage bezeichnet wird.
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Die Versorgungssteuereinheit kann dabei einen oder mehrere variable Verbraucher entsprechend mit variabler, nämlich insbesondere reduzierter Eingangsleistung versorgen. Dabei ist unter einer reduzierte Leistung natürlich eine solche zu verstehen, die noch einen signifikanten Wert größer 0 aufweist.
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Vorzugsweise ist die Stromversorgungsanlage, insbesondere nämlich die Versorgungssteuereinheit dazu eingerichtet, wenigstens einen variablen Verbraucher dann mit einer reduzierten Leistung zu versorgen, wenn die Photovoltaik-Anlage mehr Leistung erzeugt, als die übrigen Verbraucher abnehmen, insbesondere dann, wenn diese erzeugte Mehrleistung unter der Verbrauchersystemleistung liegt. Insbesondere ist die Stromversorgungsanlage, insbesondere die Versorgungssteuereinheit dazu eingerichtet, wenigstens einem variablen Verbraucher eine Leistung in genau der Höhe der momentanen Überschussleistung der PV-Anlage bereitzustellen.
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Vorzugsweise umfasst die Versorgungssteuereinheit einen Wechselrichter, einen Stromsteller und/oder einen Frequenzumrichter bzw. ist als solcher ausgebildet. Grundsätzlich sind diese Geräte dazu vorbereitet, insbesondere über ein Modulationsverfahren einen Ausgangsstrom bzw. eine Ausgangsspannung auch als Wechselstrom bzw. Wechselspannung mit vorgegebener Amplitude, die auch variieren kann, zu erzeugen. Dabei kann ein Wechselrichter ein Gerät bezeichnen, das aus einem Gleichstrom oder einer Gleichspannung einen Wechselstrom bzw. eine Wechselspannung erzeugt. Ein Stromsteller kann einen Strom mit vorgegebener Amplitude erzeugen, ggf. auch als Gleichstrom mit vorgegebener Amplitude. Ein Frequenzumrichter ist ein Gerät, das sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig ein Signal mit einer vorgegebenen Frequenz aufweist, wobei sich diese Frequenzen unterscheiden können. Vorzugsweise wird hier aber ein Frequenzumrichter vorgeschlagen, der ausgangsseitig ein Signal mit derselben Frequenz wie eingangsseitig aufweist, aber mit einer geänderten Amplitude. Hierdurch kann der jeweilige variable Verbraucher gezielt mit der Eingangsleistung versehen werden, die er auch erhalten soll. Wechselrichter, Stromsteller als auch Frequenzumrichter können zudem auf vorteilhafte Weise in eine Regelung oder Steuerung, insbesondere digitale Regelung oder Steuerung eingebunden werden und insoweit auch dynamisch neue Vorgaben umsetzen und auch kontinuierlich ändernden Bedingungen nachgeführt werden. Im Übrigen kann ein Frequenzumrichter so aufgebaut sein, dass er eingangsseitig zunächst einen Gleichrichter aufweist und für das gleichgerichtete Signal dann einen Wechselrichter aufweist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Versorgungssteuereinheit zum Steuern der Höhe der dem wenigstens einen variablen Verbraucher bereitzustellenden Eingangsleistung erst wirksam wird, insbesondere also erst dann eingeschaltet wird, wenn wenigstens ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt ist. Als Kriterien kommen vorzugsweise, allein oder in Kombination, in Betracht, dass eine Überschussleistung der PV-Anlage einen vorbestimmen Schwellwert überschreitet oder dass die Überschussleistung der PV-Anlage für eine vorbestimmte Zeitdauer vorliegt, wobei die Höhe der Überschussleistung, solange sie denn größer als 0 ist, unberücksichtigte bleiben kann. Als Kriterium kommt außerdem oder zusätzlich in Betracht, dass die Überschussleistung der PV-Anlage einen vorbestimmten Schwellwert für eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet. Hierbei kann sich der Schwellwert als auch die vorbestimmte Zeitdauer von einem Schwellwert oder einer vorbestimmten Zeitdauer unterscheiden, die nicht in Kombination betrachtet werden. Außerdem oder alternativ kann als Kriterium überprüft werden, ob eine Überschussleistung der PV-Anlage vorliegt und wenigstens ein Stabilitätskriterium erfüllt ist. Hierbei kann beispielsweise berücksichtigt werden, ob die Überschussleistung ihrer Höhe nach, oder auch ihrer Stetigkeit nach zu einer stabilen Ansteuerung bzw. zu einem stabilen Einsatz der Versorgungssteuereinheit geeignet ist.
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Vorzugsweise wird die reduzierte Leistung durch die Versorgungssteuereinheit derart bereit gestellt, dass sie eine reduzierte Versorgungsspannung als Eingangsspannung bereitstellt. Diese Überschussleistung, die insoweit auch als Angebotsleistung P
an bezeichnet werden kann, kann variieren. Diese Variation kann sowohl von einer Variation der Einstrahlung auf die PV-Anlage abhängen, als auch von einer Variation des Leistungsverbrauchs der übrigen Verbraucher abhängen, die ihre Leistung verändern oder zu- oder abgeschaltet werden. Es wird vorgeschlagen, die reduzierte Leistung, die den variablen Verbrauchern zugeführt wird, entsprechend anzupassen. Wird dieser wenigstens eine, variable Verbraucher, insbesondere ohmscher Verbraucher, vom normalen Hausnetz bzw. vom elektrischen Versorgungsnetz getrennt, so kann die Eingangsspannung U
r insbesondere durch einen entsprechenden zusätzlichen Wechselrichter so geregelt werden, dass diese den wenigstens einen variablen Verbraucher zugeführte Leistung der Angebotsleistung P
an entspricht. Die Zusammenhänge ergeben sich aus der folgenden Gleichung
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Dabei steht Rist für den ohmschen Widerstand aller hiervon betroffenen, insbesondere in einem separaten Stromkreis angeschlossenen Verbraucher. Im Gegensatz zu anderen elektrischen und elektronischen Geräten ist bei den genannten Geräten, nämlich ohmschen Verbrauchern wie insbesondere einer Nachtspeicherheizung, als auch eines Warmwasserspeichers, ein solcher Betrieb mit verringerter Spannung möglich, wodurch auch kein Nachteil und insbesondere keine Gefährdung der Geräte entsteht. Bei den Heizgeräten dient der Einsatz der elektrischen Leistung der Erzeugung von Wärme, die in den Raum abgegeben wird. Da ein Wärmespeicher die Energie nicht unmittelbar abgibt, spielt die zeitliche Verschiebung der Aufladung, die also hier bspw. früher als sonst erfolgt, keine oder keine wesentliche Rolle. Der Betrieb mit geringerer Spannung bzw. Leistung führt nur zu einer verlangsamten Nachladung. Warmwasserspeicher sind ebenfalls Geräte mit einer guten thermischen Isolierung, so dass auch hier eine Verschiebung der Aufheizzeiten und ein Aufheizen mit langsamerer Geschwindigkeit möglich ist.
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Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der variable Verbraucher, insbesondere wenn er als Warmwasserspeicher ausgebildet ist, bestimmungsgemäß Wasser in einem Wasserspeicher mit einer vorbestimmten Betriebstemperatur bereithält. Dieses erwärmte Wasser steht dann insbesondere im Haushalt als Warmwasser zur Verfügung und kann bspw. zum Duschen oder Abwaschen verwendet werden. Je nach Ausführung des Warmwasserspeichers und der angeschlossenen Technik ist eine vorbestimmte Betriebstemperatur vorgesehen, die etwa im Bereich von 40 bis 60°C liegen kann. Es wird nun vorgeschlagen, im Falle einer Überschussleistung der PV-Anlage das Wasser in dem Warmwasserspeicher über die vorbestimmte Betriebstemperatur hinaus zu überhitzen, es also auch dann zu heizen, wenn die vorbestimmte Betriebstemperatur erreicht ist. Vorzugsweise wird hier eine höhere Temperatur vorbestimmt oder kann durch den Benutzer eingestellt werden. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass durch diese Aufheizung auf eine überhöhte Temperatur der Warmwasserspeicher zum Eigenverbrauch genutzt werden kann. Meist wird das Wasser des Warmwasserspeichers bei einer nachfolgenden Benutzung ohnehin mit kaltem Wasser gemischt, bspw. in einer Mischbatterie oder sogar mit Hilfe eines Thermostats, so dass diese überhöhte Temperatur bei der Verwendung durch entsprechend hohen Anteil Kaltwasser ausgeglichen werden kann.
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Vorzugsweise ist wenigstens eine Umschaltvorrichtung vorgesehen, um einen Versorgungseingang wenigstens eines der variablen Verbraucher wahlweise mit dem elektrischen Versorgungsnetz oder mit der Versorgungssteuereinheit elektrisch zu verbinden. Die Verbindung mit dem elektrischen Versorgungsnetz kann eine Verbindung mit einem entsprechenden Nachtstromzähler beinhalten. Wird die Umschalteinrichtung so umgeschaltet, dass der Versorgungseingang des wenigstens einen variablen Verbrauchers mit der Versorgungssteuereinheit verbunden wird, kann darüber eine variable Eingangsleistung bereitgestellt werden. Diese Umschalteinrichtung kann bspw. zeitabhängig getätigt werden, um bspw. eine Nachtspeicherheizung nachts insbesondere über den Nachtstromzähler mit dem elektrischen Versorgungsnetz zu verbinden und sie tagsüber für eine Einspeisung der Überschussleistung mit der Versorgungssteuereinheit zu verbinden. Außerdem oder alternativ kann vorgesehen sein, die Umschalteinrichtung abhängig einer Überschussleistung umzuschalten. Jedenfalls tagsüber, wenn grundsätzlich mit einer Lichteinstrahlung bzw. Sonneneinstrahlung gerechnet werden kann, kann eine bedarfsweise Umschaltung vorteilhaft sein. Des Nachts, wenn ohnehin keine elektrische Leistung von der PV-Anlage erwartet werden darf, kann es sinnvoll sein, die Umschalteinrichtung dauerhaft so einzustellen, dass die variablen Verbraucher mit dem elektrischen Versorgungsnetz bzw. dem spannungsfesten Hausnetz verbunden sind.
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Die Versorgungssteuereinheit zum Bereitstellen einer variablen Eingangsleistung ist vorzugsweise an das spannungsstarre Hausnetz oder dergleichen, also den spannungsstarren Ausgang des Wechselrichters der PV-Anlage gekoppelt. Dabei ist unter dieser starren Spannung oder festen Spannung der Effektivwert der Wechselspannung zu verstehen, nicht die Augenblicksspannung. Auch dieser Effektivwert kann dabei natürlich in gewissen Grenzen, z. B. einigen Prozent, schwanken, was hier auch noch als spannungsstarr oder spannungsfest bezeichnet wird.
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Die Versorgungssteuereinheit, die insbesondere als Wechselrichter, Frequenzumrichter oder Stromsteller ausgebildet ist, wandelt die eingangsseitige Wechselspannung fester Spannungsamplitude in eine ausgangsseitige Wechselspannung mit variabler, insbesondere verringerter Amplitude und führt dies dem variablen Versorger und den variablen Versorgern zu. Alternativ kann auch vorgesehen sein, unmittelbar auf einen Gleichstrom bzw. eine Gleichspannung innerhalb der PV-Anlage zu zugreifen, insbesondere auf einen unmittelbar von den PV-Modulen oder dem einen PV-Modul erzeugten Gleichstrom, oder ggf. auf einen andere Gleichstrom bzw. andere Gleichspannung, die in der PV-Anlage als Zwischengröße auftritt. Dies kann bspw. der Ausgang eines MPP-Trackers sein, der das PV-Modul oder die PV-Module so ansteuert, dass sie in ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden. Hier kommt es insbesondere vor, dass Gleichspannungen mit vergleichsweise geringer Amplitude auftreten und diese geringere Amplitude zu verwenden, um mittels der Versorgungssteuereinheit dem wenigstens einen variablen Verbraucher ein Signal ebenfalls mit vergleichsweise geringer Spannung zu Verfügung zu stellen, kann die Effizienz erhöhen, weil zumindest für diesen Leistungsanteil ein unnötiges Spannungshochsetzen und wieder Spannungsheruntersetzen vermieden werden kann.
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Grundsätzlich kann gemäß einer alternativen Ausführungsform auch vorgesehen werden, dass die Versorgungssteuereinheit die variablen Verbraucher unmittelbar ansteuert, so dass diese von sich aus eine reduzierte Leistung abfragen.
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Erfindungsgemäß wird zudem ein Verfahren zum Betreiben einer Stromversorgungsanlage vorgeschlagen. Dieses Verfahren arbeitet so, wie im Zusammenhang mit wenigstens einer Ausführungsform zur Erläuterung der Stromversorgungsanlage beschrieben wurde bzw. wird. Vorzugsweise wird dazu auch eine Stromversorgungsanlage gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen verwendet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beispielhaft näher erläutert.
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1 zeigt einen schematischen Schalt- und Regelkreis einer Stromversorgungsanlage gemäß einer Variante.
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2. zeigt schematisch einen Schalt- und Regelkreis einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsanlage mit einer Nachtspeicherheizung mit einem elektronischen Aufladeregler.
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3 zeigt schematisch einen Schalt- und Regelkreis einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsanlage mit Nachtspeicherheizung mit einem thermomechanischem Aufladeregler.
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4 zeigt schematisch einen Schalt- und Regelkreis einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsanlage mit einer Nachtspeicherheizung und einem elektrisch betriebenen Wasserbereiter.
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Die 1, und auch die 2 bis 4, zeigen einen Schalt- und Regelkreis einer Stromversorgungsanlage 1. Diese Stromversorgungsanlage 1 umfasst eine Photovoltaik-Anlage 2, die abgekürzt auch als PV-Anlage bezeichnet werden kann. Sie umfasst wenigstens ein PV-Modul 4, das hier auch repräsentativ für weitere PV-Module gezeigt ist. Weiterhin umfasst die Stromversorgungsanlage 1 einen Wechselrichter 6 zum Umwandeln eines von dem wenigstens einen PV-Modul 4 erzeugten Gleichstroms in einen Wechselstrom bzw. eine Wechselspannung mit konstanter Amplitude. Der Wechselrichter 6 kann als Teil der PV-Anlage 2 angesehen werden, sodass die PV-Anlage 2 wenigstens ein PV-Modul 4 und wenigstens einen Wechselrichter 6 umfasst. Der Wechselrichter 6 speist diese Wechselspannung bzw. diesen Wechselstrom in ein Versorgungs- oder Verteilnetz 8 ein, das üblicherweise ein Hausnetz 8 eines Haushalts oder Wohngebäudes ist. Insoweit kann auch vereinfachend der Begriff Hausnetz 8 verwendet werden. An dem Hausnetz 8 sind Verbraucher 10 angeschlossen, um darüber mit elektrischer Energie versorgt zu werden. Die 1, wie auch die übrigen Figuren, enthält exemplarisch für viele Verbraucher das gezeigte Symbol. Das Hausnetz 8 weist eine feste Wechselspannung von beispielsweise 230 V auf und ist über einen Hauptnetzanschluss 12 mit einem elektrischen Versorgungsnetz 14 verbunden. Über den Hauptnetzanschluss 12 kann elektrischer Strom aus dem elektrischen Versorgungsnetz 14 bezogen werden oder es kann elektrischer Strom in das elektrische Versorgungnetz 14 eingespeist werden.
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Ein Leistungsmesser 16 erfasst im Grunde den Leistungsfluss zwischen dem Hausnetz 8 und dem elektrischen Versorgungsnetz 14. Entsprechend kann dieser Leistungsmesser 16 Informationen an eine Eigenverbrauchssteuerung 18 weitergeben, die eine Versorgungssteuereinheit bilden oder Teil davon sein kann.
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Ein Wärmespeicher 20, nämlich insbesondere eine Nachtspeicherheizung, ist als variabler Verbraucher vorgesehen. Dieser Wärmespeicher 20 ist über einen Nebennetzanschluss 22 an das elektrische Versorgungsnetz 14 angeschlossen. Über diesen Nebennetzanschluss bezieht der Wärmespeicher 20 elektrischen Strom aus dem elektrischen Versorgungsnetz 14, um sich aufzuheizen. Ein Einspeisen von elektrischem Strom in das elektrische Versorgungsnetz 14 ist über diesen Nebennetzanschluss 22 nicht vorgesehen. Dieser Nebennetzanschluss 22 ist dazu vorgesehen, dass elektrischer Strom nur zu speziellen Zeiten aus dem elektrischen Versorgungsnetz 14 entnommen werden kann, nämlich insbesondere zu Zeiten, an denen ein Stromüberangebot oder zumindest eine vergleichsweise geringe Stromnachfrage besteht, was meist nachts der Fall ist.
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Üblicherweise arbeitet der Wärmespeicher 20 so, dass ein Aufladeregler 24 die Aufladung des Wärmespeichers 20 kontrolliert. Dafür berücksichtigt er über einen Kerntemperaturfühler 26 eine Temperatur des Wärmespeichers und berücksichtigt zudem über einen Außenfühler 28 nebst Auswerteeinheit 30 die Außentemperatur. Die Auswerteeinheit 30 kann auch als Aufladesteuerung 30 fungieren. Hierdurch kann der Wärmespeicher nachts zu günstigen Stromtarifen aufgeheizt werden. Wenn nun tagsüber ein Überschuss elektrischer Leistung aus der PV-Anlage 2 vorliegt, erfasst der Leistungsmesser 16 einen entsprechenden Leistungsfluss über den Hauptnetzanschluss 12 in das elektrische Versorgungsnetz 14. Basierend auf dieser Information kann die Eigenverbrauchssteuerung 18 einen Hauptschütz 32 öffnen, um eine elektrische Verbindung vom Wärmespeicher 20 zum Nebennetzanschluss 22 zu unterbrechen. Gleichzeitig oder zeitlich minimal später kann ein Steuerschütz 34 geschlossen werden, sodass dann eine elektrische Verbindung vom Hausnetz 8 zum Wärmespeicher 20 existiert. Hierüber kann der Wärmespeicher 20 dann mittels einer Überschussleistung, die besagter Leistungsmesser zuvor erfasst hat, betrieben, also beheizt werden. Diese Überschussleistung kann somit verwendet werden und braucht nicht zu vergleichsweise ungünstigen Vergütungssätzen in das elektrische Versorgungsnetz 14 eingespeist werden. Zumindest die Entnahme etwa der Energie, die nun zum Aufheizen des Wärmespeichers 20 aus der PV-Anlage verwendet wurde, braucht nicht aus dem elektrischen Versorgungsnetz 14 mehr bezogen zu werden. Zwar wird hierdurch nur ein Bezug zu dem günstigeren Nachttarif vermieden oder reduziert, gleichwohl kann dies immer noch im Ergebnis günstiger sein, als zu noch ungünstigeren Bedingungen diese Überschussleistung in das elektrische Versorgungsnetz einzuspeisen.
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2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, bei der eine variable Aufladesteuerung für den Wärmespeicher 20 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführung kann ein Signal des Energieversorgungsunternehmers, ein sogenanntes EVU-Signal, über eine Verbindungsleitung 36 an eine elektronische Aufladesteuerung 230 gesendet werden. Hierdurch wird durch das elektrische Versorgungsunternehmen (EVU) mitgeteilt, wann Nachtstrom bezogen werden kann. Entsprechend kann die Aufladesteuerung 230 über ein Relais 33 den Hauptschütz 32 schließen, sodass die Nachtspeicherheizung bzw. der Wärmespeicher 20 mit Strom versorgt werden kann. Ob der Wärmespeicher da tatsächlich geladen wird, wird über einen elektronischen Aufladeregler 38 bestimmt, der dabei auch die Speicherkerntemperatur entsprechend einer vom Benutzer gewählten Einstellung und den Signalen der Aufladesteuerung 230 verarbeitet.
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Für diese Situation wird in der Ausführungsform gemäß 2 nun vorgeschlagen, dass die Eigenverbrauchssteuerung 218 für eine mögliche Integration des Hausnetzes 8 und dadurch der PV-Anlage 2 am Tag ein entsprechendes, selbstgeneriertes Rundsteuersignal an die Aufladesteuerung sendet, nämlich von der Eigenverbrauchssteuerung 218 aus, sodass diese anschließend den Hauptschütz 32 schalten will. Dies wird durch einen Schaltkontakt 40 verhindert, der von der Eigenverbrauchssteuerung 18 mittels eines Schaltrelais 41 geöffnet wird. Somit kann der Wärmespeicher 20 in dieser Situation kein Strom über das elektrische Versorgungsnetz 14 beziehen. Der Regelkreis des Wärmespeichers 20, einschließlich der Aufladesteuerung 230, dem elektronischen Aufladeregler 38 und einigen Schaltern arbeitet jedoch weiterhin während der Freigabezeit im Auslegungsbetrieb. Damit das selbstgenerierte Rundsteuersignal der Eigenverbrauchssteuerung 218 nicht zurück auf ein (nicht dargestelltes) Rundsteuergerät laufen kann und womöglich dessen Ausgang beschädigt, ist der Schutzschalter 42 mit Schutzrelais 43 vorgesehen.
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Dieses unterbricht besagte Steuerung netzseitig, also zum elektrischen Versorgungsnetz 14 hin.
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Wird nun von der PV-Anlage 2 mehr Leistung bereit gestellt als für alle restlichen Eigenverbraucher des Haushalts erforderlich ist, also mehr als die symbolisch dargestellten Verbraucher 10 aufnehmen, erfasst dies der Leistungsmesser 16. Als Konsequenz schaltet die Eigenverbrauchssteuerung 218 einen zweiten Wechselrichter bzw. Frequenzumrichter 44 zu. Somit kann die überschüssige Leistung der PV-Anlage 2, welche sonst in das elektrische Versorgungsnetz 14 eingespeist würde, bei Bedarf in den Wärmespeicher 20 übertragen werden. Der zweite Wechselrichter 44 dient hierbei zur Modulation der von der PV-Anlage 2 bzw. deren Wechselrichter 6 bereitgestellten Spannung. Der zweite Wechselrichter 44 stellt ein variables Ausgangssignal einer Wechselspannung von 0 bis 230 V bereit. Vorzugsweise sind Grenzwerte für die untere Spannung vorgesehen, die beispielsweise 10 V oder 50 V betragen können. Dem Wärmespeicher 20 liegt nun im Bereich seines Thermorelais 46 eine variable Eingangsspannung an, die beispielsweise 150 V in einer entsprechenden Situation betragen kann, um nur ein Beispiel zu nennen. Der Wärmespeicher kann nun basierend auf dieser Eingangsspannung, im Beispiel also 150 V, beheizt werden. Die Beheizung erfolgt hierdurch langsamer, weil die Eingangsspannung geringer und damit die zugeführte Leistung bzw. zuführbare Leistung geringer ist. Dennoch kann der Wärmespeicher aufgeheizt werden und auch für diesen Aufheizbetrieb kann der elektronische Aufladeregler aktiv bleiben, sodass also nicht unbedingt aufgeladen werden muss, wenn beispielsweise bereits eine Maximaltemperatur durch den Kerntemperaturfühler erfasst wurde.
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Ist nun besonders gegen Abend nicht mehr mit einem solaren Ertrag zu rechnen, schließt die Eigenverbrauchssteuerung 218 wieder den Schaltkontakt 40 und den Schutzschalter 42, sodass ein Beladen des Wärmespeichers 20 über das elektrische Versorgungsnetz 14, mit regulärer Freigabe, wieder möglich ist. Gleichzeitig wird der zweite Wechselrichter bzw. Frequenzumrichter 44 eingangsseitig über einen Frequenzumrichtereingangsschalter 48 vom Hausnetz 8 getrennt, wozu ein Frequenzumrichtereingangsrelais mitverwendet wird. Damit wird sichergestellt, dass die Trennung zwischen Nieder- und Hochtarifstromkreis ständig gewährleistet ist, nämlich zwischen den Stromkreisen bzw. Stromanschlüssen, die über den Nebennetzanschluss 22 bzw. den Hauptnetzanschluss 12 mit dem elektrischen Versorgungsnetz 14 verbunden sind.
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Zur besseren Veranschaulichung werden Steuerleitungen zur Abgrenzung gegen Energieleitungen mit dem Bezugszeichen 50 gekennzeichnet, was für sämtliche 1 bis 4 gilt.
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3 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der in 2 gezeigten, aber insbesondere mit einer vergleichsweise einfachen Aufladesteuerung. Bei dieser Ausführungsform schaltet ein Rundsteuergerät, das Teil der Eigenverbrauchssteuerung 318 ist, den Hauptschütz 32 über das Hauptschützrelais 33 direkt, ohne dieses Signal erst zur Aufladesteuerung 330 weiterzuleiten. Die Aufladesteuerung 330 sendet kontinuierlich ein Steuersignal, dessen Führungsgröße die Außentemperatur ist, an einen thermomechanischen Aufladeregler 338. In diesem Zusammenhang ist unter Führungsgröße einen Basisgröße zu verstehen, auf der der Aufladeregler 338 aufbaut. Der Aufladeregler 338 verarbeitet dieses Signal zusammen mit der Kerntemperatur des Wärmespeichers 20 zu einem Öffnungs- oder Schließbefehl für einen entsprechenden Schalter in bzw. zu dem Stromkreis, der einen Versorgungsstrom bereitstellt, nämlich entweder von dem Nebennetzanschluss 22 oder dem zweiten Wechselrichter bzw. Frequenzumrichter 44. Bei anstehender Spannungsfreigabe wird somit der Speicher, bzw. ggf. mehrere interne Speicher in die der Wärmespeicher aufgeteilt ist, im Falle eines zu geringen Ladegrades aufgeladen. Liegt also eine Spannung am Eingang 21 des Wärmespeichers 20 bzw. am Eingang des Aufladereglers 338 an, kann der Wärmespeicher 20 aufgeladen werden, falls dieser nicht vollständig geladen ist oder zumindest noch Ladekapazitäten für ein Laden, nämlich Aufheizen aufweist.
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Bei dieser geschilderten Variante greift die Eigenverbrauchssteuerung 318 nur am Hauptschütz 32 über das Hauptrelais 33 an, um diesen am Tag geöffnet zu halten, falls auch am Tag ein EVU-Signal aufgeschaltet werden sollte, falls also auch am Tag vom Energieversorgungsunternehmen und damit vom elektrischen Versorgungsnetz 14 Strom zum Nebentarif bzw. Nachttarif bereitgestellt werden sollte. Diese Ansteuerung des Hauptschützes 32 durch die Eigenverbrauchssteuerung 318 verhindert dies somit am Tage.
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Fällt nun tagsüber ein solarer Überschuss an, liefert die PV-Anlage 2 also eine Überschussleistung, wird dieser, gesteuert über den Leistungsmesser 16 und die Eigenverbrauchssteuerung 318 zum Beladen, also Beheizen des Wärmespeichers 20, also beispielsweise eine Nachtspeicherheizung genutzt. Der zweite Wechselrichter 44 bzw. der Frequenzumrichter 44 dient dann zur Modulation der von der PV-Anlage 2 gelieferten Spannung, also der Spannung im Hausnetz 8. Ist gegen Abend nicht mehr mit einem solaren Ertrag, insbesondere solarem Leistungsüberschuss zu rechnen, hebt die Eigenverbrauchssteuerung 318 die beschriebene Blockade des Hauptschützes 32 auf, sodass ein Beladen, also Beheizen des Wärmespeichers 20, nämlich im obigen Beispiel der Nachtspeicherheizung, über das elektrische Versorgungsnetz 14 wieder möglich ist. Hierbei wird auch der zweite Wechselrichterkreis, also der Eingang des zweiten Wechselrichters bzw. Frequenzumrichters 44 über den Frequenzumrichtereingangsschalter 48 und unter Zuhilfenahme des Frequenzumrichterrelais 49 unterbrochen. Somit wird sichergestellt, dass die Trennung zwischen Nieder- und Hochtarifstromkreis, also eine Trennung zwischen dem Stromkreis des Nebennetzanschlusses 22 einerseits und dem Stromkreis des Hauptnetzanschlusses 12 andererseits gewährleistet ist.
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4 zeigt eine Ausführungsform, die der der 3 entspricht und zusätzlich einen Warmwasserbereites als weiteren variablen Verbraucher berücksichtigt. Es ist somit ein Warmwasserbereiter 52 vorgesehen, der auch als Warmwasserspeicher 52 bezeichnet werden kann. Der Warmwasserspeicher 52 ist ein Speichersystem, das vereinfacht ausgedrückt, Brauchwasser, also zum Verwenden oder Verbrauchen vorgesehenes Wasser ähnlich wie die Speicherheizungen über einen Ohmschen Widerstand erwärmen. Der Ohmsche Widerstand bzw. eine entsprechende Widerstandsbank wird üblicherweise in das Hausnetz 8 integriert und somit über dieses versorgt. Eines Steuerung 54 des Warmwasserspeichers 52 sorgt je nach Bedarf, also nach Bedarf das Wasser des Warmwasserspeichers zu beheizen, für einen Strombezug aus dem elektrischen Versorgungsnetz 14 über den Hauptnetzanschluss 12 und damit zum normalen Hochtarifpreis des Energieversorgungsunternehmens EVU, das das betreffende elektrische Versorgungsnetz 14 betreibt.
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Auch hier ist eine Eigenverbrauchssteuerung 418 mit einem Leistungsmesser 16 verbunden, um möglichst effektiv eine Netzeinspeisung zu verhindern, also Überschussleistung der PV-Anlage 2 für einen Eigenverbrauch vorzusehen. Die Einbeziehung des Wärmespeichers 20 erfolgt hierbei im Grunde nach wie für die Ausführungsform gemäß 3 beschrieben wurde. Außerdem wird die Eigenverbrauchssteuerung 418 an die Steuerung 54 des Warmwasserspeichers 52 und damit an die dort implementierte Regelung bzw. Steuerung angebunden. Hierdurch wird ermöglicht, je nach Verfügbarkeit von Photovoltaikstrom, also je nach Leistungsüberschuss der PV-Anlage 2, das Speicherwasser des Warmwasserspeichers 52 zu erwärmen, insbesondere zu Überhitzen. Insoweit erfolgt aber keine Überhitzung im Sinne einer Geräteschädigung sondern in dem Sinne, dass das gespeicherte Wasser höher als üblich erhitzt wird. Insbesondere kommt eine Erhitzung um 5°C, 10°C oder insbesondere 15°C gegenüber einer im Normalbetrieb vorgesehenen Temperatur in Betracht. Das Wasser des Warmwasserspeichers 42 wird also auf die normale Temperatur bei Bedarf aufgeheizt, wenn dies nur durch Strombezug auf dem elektrischen Versorgungsnetz 14 möglich ist oder zumindest ein Teil des Stroms dazu aus dem elektrischen Versorgungsnetz 14 bezogen werden muss. Sofern aber diese Normaltemperatur erreicht ist, oder zumindest in etwa erreicht ist, und nun ein Leistungsüberschuss der PV-Anlage 2 vorliegt, wird das beheizte und im Grunde ausreichend erwärmte Wasser weitererwärmt, um seine Temperatur noch stärker zu erhöhen. Hierzu ist der Warmwasserspeicher 52 auch über eine zweite Anschlussleitung 56 mit dem Ausgang des zweiten Wechselrichters 44 bzw. Frequenzumrichters 44 gekoppelt. Stellt der Leistungsmesser 16 eine elektrische Überschussleistung fest, geht diese Information an die Eigenverbrauchssteuerung 418 und diese steuert dann den zweiten Wechselrichter 44 bzw. Frequenzumrichter 44 entsprechend an. Dieser zweite Wechselrichter bzw. Frequenzumrichter 44 erzeugt dann aus der Spannung im Hausnetz 8 eine variable Ausgangsspannung, die sowohl am Eingang 21 des Wärmespeichers 20 als auch am Eingang 51 des Warmwasserspeichers 52 anliegt. Sowohl der Wärmespeicher 20 als auch der Warmwasserspeicher 52 können nun mit reduzierter Eingangsspannung und damit reduzierter vorliegender Eingangsleistung erwärmt werden. Die Erwärmung kann sich dadurch gegenüber einer Erwärmung mit voller Spannung verlangsamen, was aber weder für den Wärmespeicher noch den Warmwasserspeicher 52 problematisch ist.
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Die Steuerung bzw. Regelung des zweiten Wechselrichters 44 zur Spannungsregelung kann beispielsweise so erfolgen, dass die Spannungshöhe, die der Wechselrichter 44 ausgibt, durch einen PI-Regler abhängig von der in dem Leistungsmesser 16 erfassten Leistung geregelt wird. Erfasst der Leistungsmesser 16 keine Überschussleistung, also eine Überschussleistungen mit dem Wert 0, ist somit das Regelungsziel erreicht und die in dem Moment vorliegende Spannungshöhe am Ausgang des zweiten Wechselrichters 44 wird, nämlich durch den I-Anteil besagter Regelung, beibehalten. Steigt die erfasste Überschussleistung an, kann auch der Spannungsausgang des zweiten Wechselrichters 44 in der Amplitude ansteigen und wird die erfasste Überschussleistung negativ, fällt entsprechend die Spannungshöhe am Ausgang des Wechselrichters 44 ab. Hierbei kann grundsätzlich außer Acht blieben – und ist für den Leistungsmesser 16 und die Eigenverbrauchssteuerung 418 möglicherweise auch nicht erkennbar – ob eine Veränderung der Überschussleistung durch eine Veränderung der Leistungserzeugung der PV-Anlage 2 hervorgerufen wurde, also insbesondere durch Änderung der Einstrahlung, ob außerdem oder stattdessen der Leistungsüberschuss aufgrund eines veränderten Verhaltens der Verbraucher 10 hervorgerufen wurde, oder ob sich außerdem oder stattdessen auch eine Veränderung der Leistungsabnahme durch den Wärmespeicher 20 und/oder den Warmwasserspeicher 52 eingestellt hat.
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Außerdem oder ergänzend können aber auch Eigenschaften des Warmwasserspeichers 52 und/oder des Wärmespeichers 20 durch die Eigenverbrauchssteuerung 418 berücksichtigt werden. Insbesondere im Falle einer halbwegs stabilen Überschussleistung durch die PV-Anlage 2 und in Kenntnis des wirksamen Ohmschen Widerstandes des Wärmespeichers 20, des Warmwasserspeichers 52 oder beiden zusammen kann gezielt eine Ausgangsspannung für den zweiten Wechselrichter 44 bestimmt, vorgegeben und umgesetzt werden, die genau eine solche Amplitude aufweist, dass der Wärmespeicher 20 und/oder der Warmwasserspeicher 52 die erfasste Überschussleistung umsetzen. Vorteilhaft ist es hierfür, wenn die Eigenverbrauchssteuerung 418 mit dem Warmwasserspeicher 52 bzw. seiner Steuerung 54 interagiert und/oder mit dem Wärmespeicher 20 bzw. seinem Aufladeregler 438 interagiert. Dies ist grundsätzlich auch für die anderen Ausführungsformen gemäß 2 und 3 und eingeschränkt auch für die Variante gemäß 1, und insoweit generell vorzuschlagen.
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Auch bei der Ausführungsform gemäß 4 ist es vorteilhaft und wird vorgeschlagen, den Frequenzumrichtereingangsschalter 48 mittels Frequenzumrichterrelais 49 zu öffnen, wenn es Abend wird und ohnehin nicht mehr mit Solarstrom gerechnet werden kann.
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Die Ausführungsform gemäß 4 ist somit eine Variante, bei der auch der Warmwasserspeicher 52 als weitere Energiespeicher für überschüssigen PV-Strom, also überschüssige Leistung der PV-Anlage 2 dienen kann und in vorteilhafter Weise als variabler Verbraucher einsetzbar ist, um nur die Überschussleistung und nicht weitere Leistung zu verbrauchen.
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Die erläuterte Einbindung des Warmwasserspeichers 52 kann grundsätzlich natürlich auch ohne Einbindung eines Wärmespeichers 20 erfolgen. Hierfür werden dann sämtliche Elemente, die sich nur auf den Wärmespeicher 20 beziehen, entfernt bzw. unwirksam gemacht. Vorteilhafterweise verbleiben neben dem Warmwasserspeicher 52 somit der Leistungsmesser 16, die Eigenverbrauchssteuerung 418 und der zweite Wechselrichter 44 einschließlich des vorgeschalteten Frequenzumrichtereingangsschalters 48 nebst Frequenzumrichterrelais 49 und natürlich der zweiten Anschlussleitung 56.
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Ergänzend wird noch darauf hingewiesen, was sämtliche Ausführungsformen betreffen kann, dass besonders der Hauptnetzanschluss 12 eine bidirektionale Erfassung, also für Einspeisung und Netzbezug vorgesehen ist sowie eine Vorrichtung zur Erfassung der aktuellen Werte mittels eines Leistungsmesser, insbesondere des Leistungsmessers 16, der aktuelle Werte aufnimmt, die insbesondere nicht längerfristig gemittelt sind, also nicht über mehr als eine Minute.
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Eine Eigenverbrauchssteuerung, insbesondere die Eigenverbrauchssteuerung 18, 218, 318 bzw. 418, wertet die aktuelle Einspeisung aus und trennt einen, einige oder alle variablen Verbraucher vom elektrischen Versorgungsnetz und aktiviert einen speziellen Wechselrichter, insbesondere den zweiten Wechselrichter bzw. Frequenzumrichter 44, bzw. schaltet diesen zu.
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Vorzugsweise erfolgt eine Aktivierung dieses zweiten Wechselrichters nur ab einem Schwellwert. Dieser Schwellwert kann eine Leistungshöhe, nämlich die Leistungshöhe der Überschussleistung betreffen, die Dauer eines Überschusses, eine Kombination dieser Größen und/oder ein Stabilitätskriterium bzw. die Erfüllung eines Stabilitätskriteriums oder mehrerer Stabilitätskriterien. Eine Aktivierung kann auch von der Anzahl und Dauer der Phasen abhängen, die einen Netzbezug durchführen. Dies betrifft insbesondere ein dreiphasiges System, bei dem die Phasen nicht gleichmäßig belastet bzw. verwendet werden.
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Vorzugsweise gibt die Eigenverbrauchssteuerung Steuersignale an die entsprechenden Aufladesteuerungen, die den Bedarf und die Ladekapazität beeinflussen. Hierbei kann ein Freigabesignal für die Aufladung erzeugt werden. Es kann vorzugsweise auch die Ladekernlinie beeinflusst werden, um den Sollladegrad insbesondere eines Warmwasserspeichers oder Wärmespeichers bei verfügbarem solarem Überschuss zu erhöhen. Aber auch die Absenkung des Ladegrades zu Zeiten der normalen Freigabezeiten, also Zeiten bei denen eine Ladung zum Nebentarif bzw. Nachttarif freigegeben ist, wird als eine Ausführungsform vorgeschlagen. Vorzugsweise werden solche Änderungen, also die Änderung eines dieser Kennwerte oder mehrerer dieser Kennwerte in Abhängigkeit von Prognosedaten zur solaren Einstrahlung, zum Beispiel in den nächsten 24 Stunden, vorgenommen. Sowohl der Wärmespeicher als auch der Warmwasserspeicher kann in einem Energieanschluss, über den Energie zum Heizen bereitgestellt wird, über einen Steueranschluss verfügen, über den Energie zum Betreiben der Steuerungseinrichtungen, also insbesondere auch beispielsweise von Mikroprozessoren, bereitgestellt wird.
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Darüber hinaus kann eine weitergehende Ausgestaltung auch eine direkte Beeinflussung des Sollladegrads einzelner Wärmespeicher durch Steuergeräte am oder im Gerät enthalten, die durch uni- oder bidirektionale Kommunikation von der Eigenverbrauchssteuerung angesprochen werden. Die Kommunikation zwischen der Eigenverbrauchssteuerung kann dabei bspw. mittels einer uni- oder bidirektionalen Funkverbindung oder über die Anbindung der Geräte und Steuerungen an ein Netzwerk (W-LAN/Internet) erfolgen. Dadurch besteht die Möglichkeit die Leistung die angefordert wird, durch Freigabe nur einzelner Geräte, besser an das Angebot anzupassen.
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Zusätzlich ist dadurch die Anpassung an die konkreten Bedarfe einzelner Geräte möglich, wenn die Steuergeräte an den Wärmespeichern Informationen zum Ladezustand oder den Wärmebedarf der Geräte übermitteln. Bei diesen Daten kann es sich um den aktuellen Ladezustand der Geräte, den zeitlichen Verlauf des Ladezustands in den letzten Stunden oder auch um Daten zu Aktivitäten, die im Zusammenhang mit der Raumtemperaturregelung stehen. Hierzu gehören insbesondere die Phasen mit Lüfterbetrieb, die einen höheren Raumwärmebedarf anzeigen, der durch die statische Entladung des Geräts nicht abgedeckt werden kann. Aber auch eine Raumtemperatur, die über der eingestellten Sollraumtemperatur liegt ist eine Information, die dazu genutzt werden kann, diese Geräte nicht zu aktivieren und statt dessen die Energie auf andere Geräte zu verteilen.
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Weiterhin wird gemäß einer Ausführungsform vorgeschlagen, dass nur ein Wärmespeicher, oder nur ein Teil der im Gebäude vorhandenen Wärmespeicher an den Ausgang des zusätzlichen Wechselrichters, insbesondere zweiten Wechselrichter 44 eingebunden bzw. angeschlossen werden. Vorzugsweise werden Geräte in sonnenabgewandten Räumen, also Geräte in Räumen zur Nord-, Nordost- und/oder Nordwestseite angeschlossen. Hierdurch wird vermieden, dass bei gleichzeitig länger andauernder Nachladung und gleichzeitig hoher solarer Einstrahlung zu hohe Raumtemperaturen auftreten können. Vorzugsweise wird die tagsüber eingespeiste elektrische Leistung erfasst. Dies kann insbesondere einer Auswertung und Berücksichtigung beim weiteren Laden dienen.
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Das Bereitstellen einer verringerten Leistung kann mittels eines Frequenzwechselrichters oder Frequenzumrichters erfolgen, der eine geringere Spannung moduliert. Außerdem oder alternativ kann aber vorgesehen sein, den Ausgang nicht über diese Spannung bzw. Spannungsamplitude zu modulieren sondern über eine Pulsweitmodulation (PWM). Beispielsweise werden hier nur einzelne Halbwellen mit der normalen, unreduzierten Spannung erzeugt, also beispielsweise mit 230 V.
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Eine andere Variante sieht vor, dass der Spannungsausgang des Wechselrichters gleichmäßig auf drei Phasen oder nur auf eine oder auf zwei Phasen eine Spannung bereitstellt.
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Schließlich wird als eine weitere Ausführungsform vorgeschlagen, zusätzlich noch eine Batterie in dem System, also in der Stromversorgungsanlage vorzusehen. Diese kann als temporärer Puffer für kurzfristige Schwankungen genutzt werden.
