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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung einer an einem Stromnetz angeschlossenen Photovoltaikanlage. Die Erfindung betrifft ferner einen Verbraucher für ein Stromnetz, einen Zwischenstecker für ein Stromnetz sowie ein System für ein Stromnetz.
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Bekannt ist es, eine Leistungsbilanz am Netzanschlusspunkt eines Haushalts durch eine zusätzliche Messstelle zu ermitteln, die dann einen Leistungssollwert für einen Wechselrichter einer Photovoltaikanlage erzeugt.
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Nachteilig an dieser bekannten Lösung ist insbesondere, dass sie technisch aufwändig ist und eine kostenintensive Steuertechnik benötigt. Insbesondere ist eine solche Messstelle am Netzanschlusspunkt des Haushalts nicht ohne eine Fachkraft zu installieren.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer an einem Stromnetz angeschlossenen Photovoltaikanlage bereitzustellen, die die bekannten Nachteile überwindet und technisch weniger aufwändig zu installieren ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann auch darin gesehen werden, eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben einer an einem Stromnetz angeschlossenen Photovoltaikanlage bereitzustellen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann auch darin gesehen werden, einen entsprechenden Verbraucher für ein Stromnetz anzugeben.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann des Weiteren darin gesehen werden, einen Zwischenstecker für ein Stromnetz anzugeben.
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Des Weiteren kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin gesehen werden, ein System für ein Stromnetz anzugeben.
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Diese Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer an einem Stromnetz angeschlossenen Photovoltaikanlage bereitgestellt, die zumindest ein Solarzellenmodul zum Wandeln von elektromagnetischer Strahlung in einen elektrischen Gleichstrom und eine Wechselrichtereinrichtung zum Umrichten des elektrischen Gleichstroms in einen elektrischen Wechselstrom aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- – Generieren eines Steuersignals, wenn ein oder mehrere an dem Stromnetz angeschlossener Verbraucher ein- oder ausgeschaltet werden,
- – Übertragen des Steuersignals an die Photovoltaikanlage,
- – Betreiben der Photovoltaikanlage in Abhängigkeit von dem Steuersignal so, dass wenn kein Verbraucher eingeschaltet ist, kein elektrischer Wechselstrom in das Stromnetz eingespeist wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Betreiben einer an einem Stromnetz angeschlossenen Photovoltaikanlage bereitgestellt, die zumindest ein Solarzellenmodul zum Wandeln von elektromagnetischer Strahlung in einen elektrischen Gleichstrom und eine Wechselrichtereinrichtung zum Umrichten des elektrischen Gleichstroms in einen elektrischen Wechselstrom aufweist, wobei die Vorrichtung umfasst:
- – eine Signalgenerierungseinrichtung zum Generieren eines Steuersignals, wenn ein oder mehrere an dem Stromnetz angeschlossener Verbraucher ein- oder ausgeschaltet werden,
- – eine Kommunikationsschnittstelle zum Übertragen des Steuersignals an die Photovoltaikanlage, so dass diese in Abhängigkeit von dem Steuersignal betrieben werden kann so, dass wenn kein Verbraucher eingeschaltet ist, kein elektrischer Wechselstrom in das Stromnetz eingespeist werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verbraucher für ein Stromnetz bereitgestellt, wobei der Verbraucher die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
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Nach noch einem Aspekt wird ein Zwischenstecker für ein Stromnetz bereitgestellt, wobei der Zwischenstecker die erfindungsgemäße Vorrichtung und einen Anschluss zum Anschließen der Vorrichtung an einen Netzanschluss des Verbrauchers am Stromnetz umfasst. Der Zwischenstecker kann insbesondere auch als ein Adapter bezeichnet werden. Der Zwischenstecker wird insbesondere nach einer Ausführungsform zwischen einem Verbraucher und dem Stromnetz geschaltet. Das heißt insbesondere, dass der Zwischenstecker gemäß einer Ausführungsform ausgebildet ist, zwischen einem Verbraucher und einem Stromnetz geschaltet zu werden.
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Nach einem anderen Aspekt wird ein System für ein Stromnetz bereitgestellt, umfassend:
- – eine an dem Stromnetz anschließbare Photovoltaikanlage, die zumindest ein Solarzellenmodul zum Wandeln von elektromagnetischer Strahlung in einen elektrischen Gleichstrom und eine Wechselrichtereinrichtung zum Umrichten des elektrischen Gleichstroms in einen elektrischen Wechselstrom aufweist, und
- – zumindest einen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, des erfindungsgemäßen Verbrauchers und des erfindungsgemäßen Zwischensteckers.
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Die Erfindung umfasst also insbesondere den Gedanken, dass nun nicht mehr eine zentrale Messstelle im Netzanschlusspunkt eines Haushaltes eine Gesamtleistungsbilanz des Hausstromnetzes ermittelt und basierend darauf eine Photovoltaikanlage steuert. Vielmehr besteht der Erfindungsgedanke darin, dass jeder individuelle Verbraucher selbst die Photovoltaikanlage steuern kann. Es wird also erfindungsgemäß eine verbrauchergesteuerte Zuschaltung oder Abschaltung von Wechselrichtern der Photovoltaikanlage durchgeführt. Das heißt insbesondere, dass eine dezentrale Steuerung mittels der einzelnen Verbraucher durchgeführt wird. Dies im Gegensatz zu der bekannten zentralen Steuerung im Netzanschlusspunkt eines Haushaltsstromnetzes.
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Dies wird insbesondere nach einer Ausführungsform dadurch bewirkt, dass das Steuersignal, welches bei einem Ein- oder Ausschalten des Verbrauchers generiert wird, diesem Verbraucher zugeordnet werden kann respektive wird. Es lässt sich somit insbesondere feststellen, welcher Verbraucher gerade das Steuersignal erzeugt hat, basierend auf welchem die Photovoltaikanlage betrieben wird. Dies ist mittels einer zentralen Messstelle am Netzanschlusspunkt des Haushaltsstromnetzes nicht möglich. Denn diese Messstelle ermittelt eine Gesamtleistungsbilanz des gesamten Haushaltsstromnetzes. Die bekannte Messstelle am Netzanschlusspunkt des Haushaltsstromnetzes an dem öffentlichen Stromnetz kann nicht ermitteln, welcher Verbraucher gerade ein- oder ausgeschaltet wird.
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Das Ermitteln, ob ein Verbraucher ein- oder ausgeschaltet wird, bedarf also keiner zentralen Messstelle am Netzanschlusspunkt und kann somit einfach und technisch weniger aufwändig durchgeführt werden. Insbesondere braucht es hierfür nicht eine Fachkraft, die entsprechende Messgeräte installiert. Denn so kann beispielsweise der Verbraucher selbst das Steuersignal generieren und an die Photovoltaikanlage übertragen. So kann beispielsweise der Zwischenstecker erfassen, ob der Verbraucher ein- oder ausgeschaltet wird, und entsprechend das Steuersignal generieren. Dadurch, dass der Zwischenstecker einen Anschluss zum Anschließen der Vorrichtung an einen Netzanschluss des Verbrauchers am Stromnetz umfasst, kann ein Nutzer diesen an bereits vorhandene Verbraucher ohne Probleme installieren oder anschließen. Es bedarf hier keiner Fachkraft für diese Installation.
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Das Ermitteln, ob ein Verbraucher ein- oder ausgeschaltet wird, heißt also insbesondere, dass ein Betriebszustand (Ein oder Aus) des Verbrauchers ermittelt oder erfasst wird.
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Dadurch, dass die Photovoltaikanlage, insbesondere die Wechselrichtereinrichtung, in Abhängigkeit von dem Steuersignal betrieben wird, wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine Anpassung einer elektrischen Ausgangsleistung der Wechselrichtereinrichtung an die von dem Verbraucher aufgenommene elektrische Leistung angepasst werden kann. Die von der Photovoltaikanlage gelieferte elektrische Leistung wird somit zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in dem Verbraucher umgesetzt. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Einspeisung der elektrischen Leistung, die mittels der Photovoltaikanlage erzeugt wird, in ein öffentliches Niederspannungsnetz vermieden werden. Somit kann in vorteilhafter Weise eine Maximierung eines Eigenverbrauchs einer Photovoltaikanlage, insbesondere einer netzparallelen Photovoltaikanlage, bewirkt werden. Die Vermeidung der Netzeinspeisung von elektrischer Leistung, die mittels der Photovoltaikanlage erzeugt wird, in das öffentliche Niederspannungsnetz wird insbesondere durch die bedarfsorientierte Bereitstellung von der elektrischen Leistung der Photovoltaikanlage bewirkt.
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Nach einer Ausführungsform sind mehrere Verbraucher vorgesehen, die an dem Stromnetz angeschlossen sind. Ausführungen im Zusammenhang mit einem Verbraucher gelten analog für mehrere Verbraucher und umgekehrt. Die Verbraucher sind insbesondere gleich oder vorzugsweise unterschiedlich gebildet.
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Nach einer Ausführungsform umfasst die Photovoltaikanlage mehrere Solarzellenmodule. Ausführungen im Zusammenhang mit einem Solarzellenmodul gelten analog für mehrere Solarzellenmodule und umgekehrt.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuersignal intern im Verbraucher generiert und vom Verbraucher an die Photovoltaikanlage übertragen wird. Das heißt insbesondere, dass der Verbraucher selbst das Steuersignal generiert und an die Photovoltaikanlage überträgt. Das Steuersignal wird also vorzugsweise innerhalb des Verbrauchers generiert. Beispielsweise ist im Verbraucher ein Schaltkontakt vorgesehen, der bei einem Ein- oder Ausschalten ein entsprechendes Schaltsignal als Steuersignal generiert. Insbesondere ist ein Funkmodul im Verbraucher integriert. Das Funkmodul ist also insbesondere eine Kommunikationsschnittstelle zum Übertragen des Steuersignals und/oder beliebiger anderer Signale, zum Beispiel ein Leistungssollwertsignal, an die Photovoltaikanlage.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Leistungsmesseinrichtung vorgesehen ist, die am Netzanschluss des Verbrauchers am Stromnetz angeschlossenen ist und die eine mittels des Verbrauchers aufgenommene elektrische Leistung misst, wobei die Leistungsmesseinrichtung das Steuersignal in Abhängigkeit von der gemessenen elektrischen Leistung generiert und das Steuersignal an die Photovoltaikanlage überträgt. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass auch bereits vorhandene Verbraucher nachgerüstet werden können und mittels der Leistungsmesseinrichtung die Photovoltaikanlage gesteuert werden kann, also insbesondere Wechselrichter zu- oder abschalten werden können. Denn wenn ein Verbraucher eingeschaltet wird, so erhöht sich seine aufgenommene elektrische Leistung. Wenn ein Verbraucher abgeschaltet oder ausgeschaltet wird, so verringert sich seine aufgenommene elektrische Leistung. Hierüber ist es also ermöglicht, ein entsprechendes Steuersignal zu generieren und an die Photovoltaikanlage zu übertragen. Dies wird in der vorstehend genannten Ausführungsform mittels der Leistungsmesseinrichtung durchgeführt. In dieser Ausführungsform ist also insbesondere vorgesehen, dass das Steuersignal extern, also außerhalb, von dem Verbraucher generiert und an die Photovoltaikanlage übertragen wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass sowohl intern im Verbraucher das Steuersignal generiert und vom Verbraucher an die Photovoltaikanlage übertragen wird als auch extern mittels der vorstehend genannten Leistungsmesseinrichtung generiert und an die Photovoltaikanlage übertragen wird. Das heißt, dass diese Ausführungsform eine Kombination der beiden vorstehend genannten Ausführungsformen hinsichtlich der internen und externen Generierung des Steuersignals ist. Somit werden also zwei Steuersignale an die Photovoltaikanlage übertragen. Dadurch ist es beispielsweise ermöglicht, sicherzustellen, dass der Verbraucher auch wirklich ein- oder ausgeschaltet wurde, insofern nun zwei Steuersignale zur Überprüfung vorgesehen sind. Eine Fehlschaltung kann somit in vorteilhafter Weise vermieden werden. Das heißt beispielsweise, dass vermieden werden kann, dass die Wechselrichtereinrichtung abgeschaltet wird und somit keinen elektrischen Wechselstrom mehr in das Stromnetz einspeist, obwohl der Verbraucher selbst noch eingeschaltet ist oder umgekehrt.
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Dass die Wechselrichtereinrichtung in Abhängigkeit von dem Steuersignal betrieben wird, heißt insbesondere, dass bei einem Einschalten des Verbrauchers die Wechselrichtereinrichtung aktiviert wird, insbesondere werden ein oder mehrere Wechselrichter der Wechselrichtereinrichtung zugeschaltet. Wenn der Verbraucher ausgeschaltet wird, werden eine oder mehrere Wechselrichter der Wechselrichtereinrichtung deaktiviert oder abgeschaltet, sodass weniger elektrischer Wechselstrom in das Stromnetz eingespeist wird. Es kann hier beispielsweise vorgesehen sein, dass die Wechselrichtereinrichtung komplett abgeschaltet wird, wenn der Verbraucher ausgeschaltet wird. Dies insbesondere dann, wenn sonst kein Verbraucher mehr am Stromnetz vorhanden ist, der eine elektrische Leistung fordert oder aufnimmt.
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Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine mittels des Verbrauchers aufgenommene elektrische Leistung ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit von der ermittelten aufgenommenen elektrischen Leistung ein Leistungssollwert für die Wechselrichtereinrichtung ermittelt wird, wobei ein dem Leistungssollwert entsprechendes Leistungssollwertsignal an die Photovoltaikanlage übertragen wird, so dass die Photovoltaikanlage in Abhängigkeit von dem Leistungssollwert betrieben wird. Das Ermitteln der mittels des Verbrauchers aufgenommenen elektrischen Leistung wird nach einer Ausführungsform beispielsweise mittels der vorstehend genannten Leistungsmesseinrichtung durchgeführt.
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Durch das Vorsehen eines solchen Leistungssollwerts kann die Wechselrichtereinrichtung optimal derart betrieben werden, dass im Idealfall genau die elektrische Leistung in das Stromnetz eingespeist wird, die der Verbraucher fordert. Somit wird im Idealfall die geforderte Leistung des Verbrauchers komplett durch die Photovoltaikanlage bereitgestellt.
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In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Betreiben der Photovoltaikanlage in Abhängigkeit von dem Leistungssollwert umfasst, dass die Wechselrichtereinrichtung in Abhängigkeit von dem Leistungssollwertsignal betrieben wird, so dass die Wechselrichtereinrichtung in Abhängigkeit von dem Leistungssollwert elektrischen Wechselstrom in das Stromnetz einspeist. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass das Einspeisen des elektrischen Wechselstroms optimal abgestimmt ist auf die mittels des Verbrauchers angeforderte elektrische Leistung.
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In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Betreiben der Photovoltaikanlage in Abhängigkeit von dem Leistungssollwert umfasst, dass die Photovoltaikanlage rückmeldet, ob ein dem Leistungssollwert entsprechender Leistungsbedarf des Verbrauchers erfüllt werden kann oder nicht. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass Kenntnis darüber erlangt wird, ob die Photovoltaikanlage die angeforderte Leistung, also den Leistungsbedarf des Verbrauchers, erfüllen kann oder nicht. Abhängig davon können dann weiterführende Maßnahmen ergriffen werden.
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So ist beispielsweise nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass, wenn der Leistungsbedarf nicht erfüllt werden kann, eine zum Erfüllen des Leistungsbedarfs noch fehlende Leistung mittels einer Speichereinrichtung bereitgestellt wird, so dass die bereitgestellte fehlende Leistung in das Stromnetz eingespeist wird. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass, auch wenn der Leistungsbedarf nicht durch die Photovoltaikanlage komplett erfüllt werden kann, dennoch kein Strom aus dem öffentlichen Niederspannungsnetz in das Stromnetz eingespeist werden muss. Denn es ist eine Speichereinrichtung vorgesehen, die die noch fehlende Leistung bereitstellt. Die Speichereinrichtung ist insbesondere am Stromnetz angeschlossen und umfasst beispielsweise einen Wechselrichter, der bewirkt, dass in das Stromnetz ein elektrischer Wechselstrom eingespeist wird. Beispielsweise umfasst die Speichereinrichtung einen Speicher für elektrische und/oder thermische Energie, wobei im Fall der thermischen Energie ein Wandler vorgesehen ist, der die thermische Energie wieder in elektrische Energie wandelt. Die Speichereinrichtung wird beispielsweise mittels der elektrischen Leistung geladen, die durch die Photovoltaikanlage erzeugt wird. So kann beispielsweise in Zeiträumen, in welchen die Verbraucher keine elektrische Leistung anfordern, die Photovoltaikanlage aber eine solche erzeugt, die Speichereinrichtung geladen werden.
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In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wechselrichtereinrichtung mehrere jeweils einem Solarzellenmodul zugeordnete Wechselrichter umfasst, die in Abhängigkeit von den an die Photovoltaikanlage übertragenen Signalen betrieben werden, so dass zumindest einige der Solarzellenmodule im Punkt ihrer maximalen Leistung betrieben werden. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein Wirkungsgrad der Solarzellenmodule maximiert werden kann. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Wechselrichter jeweils im einstrahlungsabhängigen Punkt der maximalen Modulleistung (MPP) betrieben werden können respektive betrieben werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass in jedem Solarzellenmodul ein Wechselrichter integriert ist.
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In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wechselrichter außerhalb der Solarzellenmodule angeordnet sind. Die Wechselrichter sind also nicht in den Solarzellenmodulen integriert.
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In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass sowohl ein oder mehrere Wechselrichter außerhalb der Solarzellenmodule als auch ein oder mehrere Wechselrichter in den Solarzellenmodulen integriert sind.
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Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wechselrichter untereinander kommunizieren, um zu ermitteln, wie welcher Wechselrichter betrieben werden muss, um eine Anzahl an Solarzellenmodulen, die im Punkt ihrer maximalen Leistung betrieben werden, zu erhöhen, so dass entsprechend diesem Ermitteln die Wechselrichter betrieben werden. Das heißt, dass die Wechselrichter untereinander selbstständig ermitteln, wie sie betrieben werden müssen, um die Solarzellen im Punkt ihrer maximalen Leistung zu betreiben. Es ist also vorgesehen, dass die Wechselrichter sich selbstständig ein- oder ausschalten, um möglichst viele Wechselrichter im Punkt der maximalen Leistung des dem entsprechenden Wechselrichter zugeordneten Solarzellenmodul zu betreiben. Die Kommunikation untereinander zwischen den Wechselrichtern umfasst beispielsweise eine automatische Codierung und/oder eine Zuordnung, welcher Wechselrichter der Master und welche Wechselrichter die Slaves sind.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Übertragung der Signale, zum Beispiel der Steuersignale und/oder der Leistungssollwertsignale, drahtlos und/oder drahtgebunden durchgeführt wird. Beispielsweise kann eine drahtlose Übertragung mittels eines Funksignals (oder mehrerer Funksignale) durchgeführt werden. Eine drahtgebundene Übertragung wird beispielsweise über eine Steuerleitung, zum Beispiel Ethernet, und/oder via Powerline (PLC, Powerline Communication) durchgeführt. Die vorstehend genannten Möglichkeiten hinsichtlich der Übertragung der Signale gelten analog insbesondere für die Kommunikation der Wechselrichter untereinander. Auch diese können drahtlos und/oder drahtgebunden untereinander kommunizieren.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei ausbleibendem (also fehlendem) Steuersignal kein elektrischer Wechselstrom in das Stromnetz eingespeist wird. Dadurch ist insbesondere in vorteilhafter Weise das sogenannte „failsafe-Prinzip“ bewirkt. So wird also nur Wechselstrom mittels der Photovoltaikanlage in das Stromnetz eingespeist, wenn ein Steuersignal vorliegt. Dadurch ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, dasss auch zumindest ein Verbraucher eingeschaltet ist, der die eingespeiste elektrische Leistung auch aufnehmen und verbrauchen kann. In einem möglichen Fehlerfall wird somit ein potentieller Schaden minimiert oder verhindert (fail-safe).
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Ausführungen, Merkmale, Vorteile, wie sie im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnt sind, gelten analog für die Vorrichtung, den Verbraucher und den Zwischenstecker und das System. Das heißt, dass sich Ausführungsformen hinsichtlich der Vorrichtung, des Verbrauchers, des Steckers und des Systems in analoger Weise aus den Ausführungsformen hinsichtlich des Verfahrens ergeben und umgekehrt.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wechselrichter oder die Wechselrichter als ein Wechselrichtermodul respektive Wechselrichtermodule ausgebildet sind. Die Wechselrichter sind vorzugsweise gleich oder insbesondere unterschiedlich gebildet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Stecker zur Übertragung des Wechselstromes aus der Photovoltaikanlage in das Stromnetz gebildet ist. Das heißt, dass die Photovoltaikanlage mittels des Steckers an das Stromnetz angeschlossen wird respektive mittels des Steckers an dem Stromnetz angeschlossen ist.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass jedes Solarzellenmodul mittels eines eigenen Steckers an das Stromnetz angeschlossen ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen
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1 bis 3 jeweils eine Photovoltaikanlage, die an einem Stromnetz angeschlossen ist, in verschiedenen Konfigurationen,
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4 bis 6 jeweils eine Photovoltaikanlage, die an einem Stromnetz angeschlossen ist, in verschiedenen Konfigurationen, wobei eine Speichereinrichtung zusätzlich an dem Stromnetz angeschlossen ist,
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7 eine weitere Photovoltaikanlage, die an einem Stromnetz angeschlossen ist,
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8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Photovoltaikanlage und
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9 eine Photovoltaikanlage.
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Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
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1 zeigt eine Photovoltaikanlage 101. Die Photovoltaikanlage 101 umfasst zwei Solarzellenmodule 103, die jeweils einen Wechselrichter 105 umfassen, der beispielsweise als ein Mikro-Wechselrichter ausgebildet ist. Die Wechselrichter 105 sind vorzugsweise jeweils in den Solarzellenmodulen 103 integriert. In nicht gezeigten Ausführungsformen können mehr oder weniger als zwei Solarzellenmodule 103 vorgesehen sein. Die Photovoltaikanlage 101 ist an ein Stromnetz angeschlossen, das drei Phasen L1, L2 und L3 umfasst. Die Phase L1 ist mit dem Bezugszeichen 107 gekennzeichnet. Die Phase L2 ist mit dem Bezugszeichen 109 gekennzeichnet. Die Phase L3 ist mit dem Bezugszeichen 111 gekennzeichnet. Ferner umfasst das Stromnetz einen N/PE-Leiter, der mit dem Bezugszeichen 113 gekennzeichnet ist. Hierbei sind die beiden Solarzellenmodule 103 über Verbindungsleitungen 125 und 127 an die Phasen des Stromnetzes angeschlossen. Der Wechselrichter 105 wandelt oder richtet den elektrischen Gleichstrom, der mittels des Solarzellenmoduls 103 erzeugt wird, in einen elektrischen Wechselstrom um und kann diesen in das Stromnetz in bekannter Weise einspeisen. Die Photovoltaikanlage 101 ist beispielsweise mittels eines Steckers (nicht gezeigt) an das Stromnetz angeschlossen.
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Das Bezugszeichen 115 zeigt auf einen Stromzähler 115, der zwischen dem Stromnetz und einem Netzanschlusspunkt 117 des Stromnetzes an ein öffentliches Niederspannungsnetz angeschlossen ist. An dem Netzanschlusspunkt 117 liegt insbesondere eine Spannung von 400 V an, die auf 230 V runtergewandelt wird. An dem Netzanschlusspunkt 117 gehen die drei Phasen L1, L2, L3 und der N/PE-Leiter 113 ab.
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An dem Stromnetz sind drei Verbraucher 119 angeschlossen, wobei am jeweiligen Netzanschlusspunkt der Verbraucher 119 an dem Stromnetz jeweils ein Zwischenstecker 121 vorgesehen ist. Bei dem Zwischenstecker 121 handelt es sich um den erfindungsgemäßen Zwischenstecker. Der Zwischenstecker 121 umfasst ferner eine Leistungsmesseinrichtung, die eine mittels des Verbrauchers 119 aufgenommene elektrische Leistung misst. Abhängig davon, also abhängig von der ermittelten elektrischen Leistung, wird ein Steuersignal im Zwischenstecker 121 generiert. Dies mittels der Signalgenerierungseinrichtung. Über eine Kommunikationsschnittstelle wird dieses Steuersignal an die Photovoltaikanlage 101 übertragen. Das heißt, dass, wenn beispielsweise ein Verbraucher 119 eingeschaltet wird, zumindest einer oder beide Wechselrichter 105 zugeschaltet werden, sodass die mittels der Solarzellenmodule 103 erzeugte elektrische Leistung über die beiden Wechselrichter 105 in das Stromnetz, also in die einzelnen Phasen L1, L2 und L3 eingespeist werden kann. Wenn der Verbraucher 119 ausgeschaltet wird, sinkt seine aufgenommene elektrische Leistung. Dies wird mittels der Leistungsmesseinrichtung erfasst oder gemessen. Entsprechend wird ein Steuersignal an die Wechselrichter 105 übertragen, sodass diese entsprechend betrieben werden, zum Beispiel abgeschaltet werden, sodass entsprechend weniger, insbesondere kein, elektrischer Wechselstrom mehr in das Stromnetz eingespeist wird.
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Eine Kommunikation zwischen den Steckern 121 und der Photovoltaikanlage, insbesondere der Wechselrichter 105, ist im Ausführungsbeispiel gemäß 1 mittels einer drahtgebundenen oder leitungsgebundenen Kommunikation durchgeführt oder bewirkt. In 1 ist hierfür eine Steuerleitung 123 vorgesehen. Diese Steuerleitung 123 verbindet also die Zwischenstecker 121 und die Photovoltaikanlage 101, insbesondere die Wechselrichter 105.
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In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Photovoltaikanlage eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der Wechselrichter 105 umfasst, wobei die Steuersignale dann an die Steuerungseinrichtung übertragen werden, wobei dann die Steuerungseinrichtung basierend auf den Steuersignalen die einzelnen Wechselrichter 105 steuert, also zu- oder abschaltet. In diesem Fall geht dann die Steuerleitung von den Steckern 121 zu der Steuerungseinrichtung der Photovoltaikanlage 101.
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2 zeigt eine weitere Konfigurationsmöglichkeit für eine Photovoltaikanlage 101, die an einem Stromnetz angeschlossen ist. Die Konfiguration ist im Wesentlichen analog zu 1. Es kann somit auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen werden. Als ein Unterschied ist hier die Kommunikation zwischen den Steckern 121 und der Photovoltaikanlage 101 nicht über eine von den Phasen L1, L2, L3 getrennt gebildete Steuerleitung vorgesehen, sondern vielmehr über die Stromkabel, also über die Phasen L1, L2, L3. Es handelt sich hierbei um die sogenannte Powerline-Kommunikation: PLC (Powerline Communication). Diese Ausführungsform weist insbesondere den Vorteil auf, dass keine separate Steuerleitung verlegt werden muss. Es werden die bereits vorhandenen Stromleitungen oder Stromadern für die Kommunikation verwendet.
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3 zeigt eine andere Konfigurationsmöglichkeit für die Photovoltaikanlage 101. Auch hier kann auf die Ausführungen im Zusammenhang mit 1 verwiesen werden. Als ein Unterschied ist hier die Kommunikation zwischen den Steckern 121 und der Photovoltaikanlage 101 mittels einer kabellosen Kommunikation bewirkt. Das heißt, dass in 3 die Zwischenstecker 121 jeweils eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle aufweisen. Ebenso weisen die Wechselrichter 105 jeweils eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle 301 auf. Somit ist in vorteilhafter Weise eine drahtlose Kommunikation zwischen den Steckern 121 und den Wechselrichtern 105 bewirkt. Die Steuersignale und/oder die Leistungssollwertsignale werden in vorteilhafter Weise drahtlos an die Photovoltaikanlage 101 übertragen. Auch in dieser Ausführungsform müssen keine zusätzlichen Steuerleitungen gelegt werden. Insbesondere ist somit ein Kommunikationskanal oder eine Kommunikationsverbindung geschaffen, die gegenüber Spannungsschwankungen im Stromnetz weitestgehend unabhängig und wenig störanfällig ist.
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Durch das Ein- oder Ausschalten der Verbraucher 119 oder einer Gruppe von Verbrauchern 119 werden die einzelnen Umrichter 105 oder eine Gruppe von Umrichtern 105 ein- oder ausgeschaltet, sodass ein Großteil der von den Verbrauchern 119 benötigten elektrischen Leistung durch die Wechselrichter 105 bereitgestellt wird. Die Wechselrichter 105 werden vorzugsweise im einstrahlungsabhängigen Punkt der maximalen Modulleistung (MPP) betrieben. Das Steuersignal kann vorzugsweise vom Verbraucher 119 selbst in Form eines einfachen Schaltkontaktes und/oder eines integrierten Funkmoduls generiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorzugsweise das Steuersignal durch den Zwischenstecker 121 am Netzanschluss des Verbrauchers 119 generiert werden, indem die aufgenommene Leistung des Verbrauchers 119 gemessen wird und daraus das Steuersignal für die Wechselrichter 105 generiert wird. Die Übertragung der erforderlichen Steuersignale kann drahtlos mittels Funksignal und/oder drahtgebunden über eine Steuerleitung und/oder via Powerline erfolgen. Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ausschließlich Ein- oder Ausschaltbefehle an die Wechselrichter übertragen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass den Wechselrichtern ein Leistungssollwert in Abhängigkeit des Leistungsbedarfs zugeschalteter Verbraucher 119 vorgegeben wird. Durch das Ein- oder Ausschalten des Verbrauchers 119 oder einer Gruppe von Verbrauchern 119 wird ein Wechselrichter 105 oder eine Gruppe von Wechselrichtern 105 ein- oder ausgeschaltet und ihr Leistungssollwert so vorgegeben, dass die vom Verbraucher 119 benötigte elektrische Leistung durch den Wechselrichter 105 oder einer Gruppe von Wechselrichtern 105 bereitgestellt wird. Das heißt, dass hier die Wechselrichter 105 mit einem der Verbraucherleistung entsprechenden Sollwert für ihre elektrische Ausgangsleistung betrieben werden. Hier ist insbesondere der Zwischenstecker 121 am Netzanschluss des Verbrauchers vorgesehen, der die aufgenommene elektrische Leistung der Verbraucher 119 ermittelt, daraus den Leistungssollwert für die Wechselrichter 105 ableitet oder ermittelt und diesen an die Wechselrichter 105 übermittelt oder überträgt.
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Auch hier kann die Übertragung erforderlicher Steuersignale und/oder Leistungssollwertsignale drahtlos mittels Funksignal und/oder drahtgebunden über eine Steuerleitung und/oder via Powerline erfolgen. Neben Ein- oder Ausschaltbefehlen werden insbesondere auch Leistungssollwerte übertragen. Nach einer Ausführungsform werden ausschließlich Leistungssollwerte übertragen.
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In einer Ausführungsform weisen die Verbraucher 119 jeweils eine eigene Steuerungseinheit auf, so dass die Verbraucher 119 eine Leistungsanforderung und/oder eine Leistungsbereitschaft für einen bestimmten zukünftigen Zeitraum an die Wechselrichter oder eine Gruppe von Wechselrichtern oder einer Steuerungseinrichtung der Photovoltaikanlage 101 melden können respektive melden. Wenn die Photovoltaikanlage 101 (insbesondere die Wechselrichter 105 oder die Gruppe von Wechselrichtern 105) den angemeldeten Bedarf erfüllen kann, wird das vorzugsweise den Verbrauchern 119 bestätigt oder rückgemeldet. Wenn die Photovoltaikanlage 101 den angeforderten Verbrauchsbedarf, also die angeforderte elektrische Leistung, nicht bestätigt oder trotz Bestätigung nicht innerhalb des definierten Zeitraums liefern kann, werden nach einer Ausführungsform die Verbraucher 119 aus dem öffentlichen Stromnetz, also dem öffentlichen Niederspannungsnetz, versorgt.
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4 bis 6 zeigen jeweils eine Konfigurationsmöglichkeit für eine Photovoltaikanlage 101, wobei jeweils eine Speichereinrichtung 401 an das Stromnetz, also an die Phasen L1, L2, L3, angeschlossen ist. Hierbei entspricht die Konfiguration gemäß 4 der Konfiguration gemäß 1 bis auf die Speichereinrichtung 401. Analog entspricht die Konfiguration gemäß 5 der Konfiguration gemäß 2 bis auf die Speichereinrichtung 401. Analog entspricht die Konfiguration gemäß 6 der Konfiguration gemäß 3 bis auf die Speichereinrichtung 401. Auf die entsprechenden Ausführungen kann verwiesen werden.
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Die Speichereinrichtung 401 umfasst einen Speicher 403. Der Speicher 403 ist beispielsweise ein elektrischer oder ein thermischer Speicher. Im Falle eines thermischen Speichers ist vorgesehen, dass die thermische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird respektive werden kann. Insbesondere umfasst die Speichereinrichtung 401 mehrere Speicher, also beispielsweise mehrere elektrische und/oder mehrere thermische Speicher. Der Speicher 403 ist beispielsweise als eine Batterie oder als ein Akkumulator ausgebildet. Die Speichereinrichtung 401 umfasst ferner einen Wechselrichter 405, der die mittels des Speichers 403 bereitgestellte elektrische Energie in einen elektrischen Wechselstrom wandelt und diesen dann in das Stromnetz, also in die Phasen L1, L2, L3, einspeist.
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In 4 ist die Speichereinrichtung 401, insbesondere der Wechselrichter 405, über die Steuerleitung 123 mit der Photovoltaikanlage 101, insbesondere mit den Wechselrichtern 105, verbunden. In 5 ist die Speichereinrichtung 401, insbesondere der Wechselrichter 405, via Powerline mit der Photovoltaikanlage 101, insbesondere mit den Wechselrichtern 105, verbunden. In 6 umfasst die Speichereinrichtung 401, insbesondere der Wechselrichter 405, eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle 407, mittels welcher eine drahtlose Kommunikation zwischen der Speichereinrichtung 401 und der Photovoltaikanlage, insbesondere den Wechselrichtern 105, ermöglicht ist.
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Über die vorstehend genannten Kommunikationskanäle kann also die Speichereinrichtung 401 derart gesteuert werden, dass sie einen elektrischen Wechselstrom in das Stromnetz einspeist. Dies insbesondere, wenn der von den Verbrauchern 119 angeforderte Leistungsbedarf nicht vollständig durch die Photovoltaikanlage 101 bereitgestellt werden kann.
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7 zeigt eine andere Konfigurationsmöglichkeit für eine Photovoltaikanlage 701. Die Photovoltaikanlage 701 umfasst eine Steuerungseinrichtung 703 zum Steuern der Wechselrichter 105, die der Übersicht halber in 7 nicht gezeigt sind, wobei die einzelnen Wechselrichter 105 den mehreren Solarzellenmodulen 103 der Photovoltaikanlage 701 zugeordnet sind. Analog zu den 1 bis 6 sind auch hier mehrere Verbraucher 119 vorgesehen, wobei analog zu den 1 bis 6 Zwischenstecker 121 am Netzanschlusspunkt der Verbraucher 119 am Stromnetz angeschlossen sind. Der Übersicht halber sind die einzelnen Phasen des Stromnetzes in 7 nicht dargestellt. Lediglich einfache Verbindungslinien zwischen den einzelnen Elementen sind dargestellt. Gepunktete Linien mit dem Bezugszeichen 705 kennzeichnen Kommunikationsverbindungen zwischen den einzelnen Elementen, über welchen Steuersignale und/oder Leistungssollwertsignale übertragen werden. So steuert beispielsweise die Steuerungseinrichtung 703 die Speichereinrichtung 401, wenn die angeforderte Leistung der Verbraucher 119 nicht vollständig durch die Photovoltaikanlage 701 bereitgestellt werden kann. In diesem Fall speist die Speichereinrichtung 401, die beispielsweise als Batterie ausgebildet sein kann, die noch fehlende Leistung in das Stromnetz ein. Die Speichereinrichtung 401 ist optional vorgesehen. Das heißt, dass in einer nicht gezeigten Ausführungsform keine Speichereinrichtung 401 vorhanden ist.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wechselrichter oder die Wechselrichter als ein Wechselrichtermodul respektive Wechselrichtermodule ausgebildet sind.
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Um nach einer Ausführungsform möglichst viele Wechselrichter, insbesondere viele Wechselrichtermodule, im Punkt der maximalen Leistung der den Wechselrichtern zugeordneten Solarzellenmodule zu betreiben, wird die Gruppe von Wechselrichtern selbstständig einzelne Wechselrichter ein- oder ausschalten. Hierfür ist eine Kommunikation der Wechselrichter, insbesondere der Wechselrichter-Module, untereinander vorgesehen, zum Beispiel eine automatische Codierung und/oder eine Zuordnung, welcher Wechselrichter Master und welche Wechselrichter Slave sind.
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Allgemein kann die Übertragung erforderlicher Kommunikationssignale, zum Beispiel Steuersignale, Leistungssollwertsignale und Kommunikationssignale zwischen den Wechselrichtern, drahtlos mittels Funksignal und/oder drahtgebunden über eine Steuerleitung oder mehrere Steuerleitungen und/oder via Powerline erfolgen.
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8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer an einem Stromnetz angeschlossenen Photovoltaikanlage, die zumindest ein Solarzellenmodul zum Wandeln von elektromagnetischer Strahlung in einen elektrischen Gleichstrom und eine Wechselrichtereinrichtung zum Umrichten des elektrischen Gleichstroms in einen elektrischen Wechselstrom aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Generieren 801 eines Steuersignals, wenn ein an dem Stromnetz angeschlossener Verbraucher ein- oder ausgeschaltet wird, wobei das Steuersignal dem Verbraucher zugeordnet werden kann,
Übertragen 803 des Steuersignals an die Photovoltaikanlage,
Betreiben 805 der Wechselrichtereinrichtung in Abhängigkeit von dem Steuersignal, so dass mittels der Wechselrichtereinrichtung abhängig davon, ob der Verbraucher ein- oder ausgeschaltet ist, elektrischer Wechselstrom in das Stromnetz eingespeist wird.
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9 zeigt eine weitere Konfigurationsmöglichkeit für eine Photovoltaikanlage 101, die an einem Stromnetz angeschlossen ist. Die Konfiguration ist im Wesentlichen analog zu 1. Es kann somit auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen werden. Als ein Unterschied sind die jeweiligen Wechselrichter 105 nicht im Solarzellenmodul 103 integriert, sondern außerhalb der Solarzellenmodule 103 angeordnet. Dieser Unterschied ist in weiteren nicht gezeigten Ausführungsformen auch bei den Konfigurationsmöglichkeiten der 2 bis 7 vorgesehen.
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Zusammenfassend umfasst die Erfindung also insbesondere den Gedanken, eine Photovoltaikanlage vorzusehen, die zumindest eine, insbesondere mehrere, Solarzellenmodule umfasst, denen jeweils ein Wechselrichter, insbesondere einem Wechselrichtermodul, zugeordnet sind, wobei die Wechselrichter über einzelne oder Gruppen von Verbrauchern ein- oder ausgeschaltet werden. Insbesondere schalten die Gruppen von Verbrauchern die Wechselrichter ein oder aus und steuern diese noch zusätzlich, indem die Verbraucher den Leistungssollwert für die elektrische Leistung der Photovoltaikanlage vorgeben. Somit kann in vorteilhafter Weise bewirkt werden, dass die von der Photovoltaikanlage gelieferte elektrische Leistung vollständig in den Verbrauchern umgesetzt wird.
