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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Leistung gemäß Patentanspruch 1, ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 13 und ein Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 15.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik ist es bekannt, eine elektrische Leistung auf mehrere Verbraucher zu verteilen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und ein verbesserte Steuergerät zur Verteilung der elektrischen Leistung bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1, durch das Steuergerät gemäß Patentanspruch 13 und durch das Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 15 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens und des Steuergerätes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass eine bedarfsgerechte Versorgung der Verbraucher erreicht wird.
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Dies wird dadurch erreicht, dass abhängig von einem Parameter eine Leistung wenigstens einem von zwei Verbrauchern zur Verfügung gestellt wird. Somit ist mithilfe des Verbrauchers eine individuelle Zuteilung der elektrischen Leistung möglich.
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In einer Ausführungsform wird die elektrische Leistung von einer Photovoltaikanlage bereitgestellt. Insbesondere bei einer Photovoltaikanlage, die abhängig von der Einstrahlung der Sonne Leistung bereitstellt, kann eine effiziente Verteilung der elektrischen Leistung von Vorteil sein.
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Als Verbraucher können beispielsweise ein Warmwasserspeicher, eine elektrische Batterie, ein Haushaltsgerät usw. vorgesehen sein. Abhängig von einem Energiebedarf kann einem der Verbraucher die elektrische Leistung beispielsweise der Photovoltaikanlage zur Verfügung gestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist wenigstens ein Verbraucher einen Energiespeicher auf. Bei dieser Ausführungsform wird als Parameter ein Füllstand des Energiespeichers verwendet, um zu entscheiden, welcher oder welche Verbraucher mit der elektrischen Leistung versorgt werden. Beispielsweise kann ein Verbraucher mit der elektrischen Leistung versorgt werden, dessen Energiespeicher einen geringen Füllstand aufweist.
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In einer weiteren Ausführungsform wird als Parameter eine Leistung einer Stromquelle verwendet. Insbesondere kann als Parameter die Leistung eines Stromnetzes verwendet werden. Beispielsweise kann bei einer Nichtleistung, d.h. bei einem Ausfall eines Stromnetzes eine elektrische Leistung beispielsweise einer anderen Stromquelle wie z.B. einer Photovoltaikanlage zur Versorgung von Verbrauchern eingesetzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform werden ein tatsächlicher Verbrauch, insbesondere ein Spitzenverbrauch und/oder ein empfohlener Verbrauch eines Verbrauchers angezeigt. Somit hat ein Nutzer die Möglichkeit, den Einsatz des Verbrauchers individuell zu steuern. Damit kann verfügbare elektrische Leistung optimal eingesetzt werden. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass ein Spitzenverbrauch nicht überschritten wird. Insbesondere können einzelne Verbraucher teilweise in der Leistung reduziert oder vollständig abgeschaltet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine Leistungsbilanz der Verbraucher erstellt, wobei die Leistungsbilanz bei der Verteilung der elektrischen Leistung als Parameter berücksichtigt wird. Somit kann individuell abhängig von der Leistungsbilanz die elektrische Leistung auf einen oder mehrere Verbraucher verteilt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Parameter in Form eines Steuerparameters vorgesehen, der von einem Programm oder einem Nutzer eingegeben werden kann. Auf diese Weise ist eine individuelle Steuerung der Leistungsverteilung abhängig von der Eingabe eines Nutzers möglich.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Parameter durch einen Ausfall einer elektrischen Stromquelle dargestellt werden. Fällt beispielsweise ein Stromnetz aus, so kann die elektrische Leistung beispielsweise von einer weiteren Stromquelle wie z.B. einer Photovoltaikanlage zur Versorgung der elektrischen Verbraucher insbesondere eines Gebäudes eingesetzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein Vorschlag für eine Reduzierung eines Spitzenverbrauchs eines Verbrauchers angezeigt oder ausgegeben. Somit kann ein Nutzer die Spitzenlast des Verbrauchers beeinflussen, insbesondere reduzieren.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die elektrische Energie einem ersten Verbraucher zugeführt, wobei der erste Verbraucher einen Teil der zugeführten elektrischen Energie einem zweiten Verbraucher übergibt. Auf diese Weise kann abhängig vom tatsächlichen Energiebedarf der Verbraucher eine effiziente Verteilung der elektrischen Energie erreicht werden.
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Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die beschriebenen Verfahren beispielsweise in Form eines Computerprogrammproduktes auf einem Steuergerät, einem Computer, einem Tablet-PC oder auf einem Smartphone ablaufen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines ersten elektrischen Versorgungssystems,
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2 eine schematische Darstellung eines zweiten elektrischen Versorgungssystems,
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3 eine schematische Darstellung eines dritten elektrischen Versorgungssystems.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes elektrisches Versorgungssystem 1, das eine Photovoltaikanlage 2 aufweist. Die Photovoltaikanlage 2 ist über elektrische Leitungen 3 mit Verbrauchern 4, 5, 6, 7 verbunden. Die elektrischen Verbraucher können beispielsweise ein Warmwasserspeicher 4, eine Einspeisung in ein Energieversorgungsunternehmen (EVU) 5, ein Haushaltsgerät 6, insbesondere ein Kühlschrank oder ein elektrischer Energiespeicher 7, beispielsweise in Form einer Batterie, sein.
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Zudem kann die Photovoltaikanlage 2 mit einem Anzeigegerät 8 in Verbindung stehen. Das Anzeigegerät 8 kann beispielsweise in Form eines Computers, eines Tablet-PCs oder eines Smartphones ausgebildet sein. Das Anzeigegerät 8 kann ausgebildet sein, um beispielsweise eine Füllstandsanzeige des Warmwasserspeichers 4, des Energiespeichers 7 usw. darzustellen. Zudem kann das Anzeigegerät 8 ausgebildet sein, um eine Statusanzeige darzustellen, die angibt, welcher elektrische Verbraucher derzeit mit Strom versorgt wird. Zudem kann das Anzeigegerät 8 ausgebildet sein, um eine Statusanzeige über einen tatsächlichen Energieverbrauch, einen gewünschten Energieverbrauch und/oder einen vorgeschlagenen Energieverbrauch darzustellen. Dazu ist das Anzeigegerät mit entsprechenden Sensoren bzw. dem Warmwasserspeicher 4, der Einspeisung des Energieversorgungsunternehmens (EVU) 5, dem Haushaltsgerät 6, insbesondere dem Kühlschrank oder dem elektrischen Energiespeicher 7 verbunden, um deren Daten anzuzeigen.
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Weiterhin kann das Anzeigegerät 8 in Form eines Steuergerätes ausgebildet sein, das abhängig von einem Parameter festlegt, welcher elektrische Verbraucher die von der Photovoltaikanlage 2 bereitgestellte elektrische Leistung erhält. Dazu können im Steuergerät 8 entsprechende Programme, Tabellen und Kennlinien abgespeichert sein. Zudem kann abhängig von der Photovoltaikanlage 2 auch jede andere Art von Stromquelle vorgesehen sein.
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Weiterhin kann das Steuergerät 8 eine Eingabemöglichkeit bereitstellen, über die ein Nutzer festlegen kann, welcher elektrische Verbraucher von der Photovoltaikanlage 2 mit Strom versorgt werden soll. Somit kann über eine manuelle Steuerung festgelegt werden, welcher elektrische Verbraucher vorrangig mit elektrischer Energie versorgt werden soll. Die Bedienoberfläche des Steuergerätes kann beispielsweise in Form einer Applikation ausgebildet sein.
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Beispielsweise kann mithilfe des Steuergerätes festgelegt werden, dass als Parameter ein Füllstand eines Energiespeichers eines Verbrauchers verwendet wird, um automatisch die Versorgung des Verbrauchers mit Strom von der Photovoltaikanlage als Stromquelle zu steuern. Insbesondere kann der Verbraucher zuerst mit Strom oder mit mehr Strom versorgt werden, dessen Füllstand des Energiespeichers am geringsten ist. Das erste Versorgungssystem 1 kann beispielsweise in einem Gebäude untergebracht sein.
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Bei weiteren zukünftigen Stromversorgungssystemen ist es denkbar, dass der Strompreis zunehmend durch die maximale Anschlussleistung, die zur Verfügung gestellt werden muss, bestimmt wird. Die maximale Anschlussleistung definiert den Bedarf eines elektrischen Verbrauchers an Strom bei einem maximalen Stromverbrauch. Somit wird ein wesentlicher Teil der Stromkosten durch den Preis für den Anschluss und ein weiterer Teil der Stromkosten durch den tatsächlichen elektrischen Verbrauch festgelegt.
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Mithilfe des Steuergerätes 8 ist es möglich, einem Endkunden eine tatsächlich entnommene elektrische Leistung des oder der Verbraucher anzuzeigen. Weiterhin kann das Steuergerät 8 in der Weise ausgebildet sein, um Vorschläge für eine Reduzierung einer Spitzenlast der elektrischen Verbraucher anzuzeigen oder auszugeben. Beispielsweise kann eine Wärmepumpe für eine Stunde ausgeschaltet werden, sodass die elektrische Spitzenlast des Verbrauchers, insbesondere der Verbraucher eines Haushaltes sinkt, jedoch kaum eine Beeinträchtigung des Komforts die Folge ist. Zudem kann das Steuergerät ausgebildet sein, um die erreichte Einsparung beispielsweise in Form von Stromeinheiten oder gesparten Kosten anzuzeigen. Die Anzeige kann in Form einer Applikation über ein Smartphone, einen Computer oder über einen Fernseher ausgegeben werden. Somit wird auf einfache Weise eine Spitzenlastanzeige und/oder eine Spitzenlastbegrenzung bereitgestellt.
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2 zeigt ein zweites Versorgungssystem 9, das beispielsweise in einem Gebäude 10 untergebracht ist. Das zweite Versorgungssystem 9 stellt eine Energie- und Wärmeversorgung des Gebäudes 10 dar. Auf einem Dach 11 des Gebäudes 10 ist eine Photovoltaikanlage 2 angeordnet. Die Photovoltaikanlage 2 steht über nicht dargestellte elektrische Leitungen mit einem Energiespeicher beispielsweise in Form einer Batterie 7 in Verbindung. Die Batterie 7 wiederum ist an eine Heizungspumpe 12 angeschlossen. Weiterhin ist eine Heizung 13 mit einem Wärmespeicher vorgesehen. Zudem steht die Heizung 13 mit einem Energievorrat 14 in Verbindung.
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Mithilfe des zweiten Versorgungssystems 9 ist es möglich, eine von einem externen Stromnetz autarke Heizungsanlage bereitzustellen. Fällt beispielsweise das Stromversorgungsnetz aus, so kann über die Photovoltaikanlage 2 oder eine Stromerzeugungsanlage 15 beispielsweise in Form eines Dieselgenerators mit die Heizung 13 und insbesondere die Heizungspumpe 12 mit Strom versorgt werden. Zudem kann durch das Bereitstellen des Energievorrates 14, der beispielsweise in Form von elektrischen Batterien ausgebildet ist, Strom für einen Ausfall des Stromnetzes bereitgehalten werden.
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Zudem kann die Heizung 13 und die Heizungspumpe 12 über ein Stromnetz 17 mit Strom versorgt werden. Weiterhin kann ein Überwachungsgerät 16 vorgesehen sein, das an das Stromnetz 17 angeschlossen ist. Das Überwachungsgerät 16 erfasst einen Ausfall des Stromnetzes 17 und schaltet nach Erkennen eines Ausfalls die elektrische Stromversorgung der Heizung 13 auf einen Ersatzstromlieferanten um. Wie bereits ausgeführt kann der Ersatzstromlieferant in Form der Photovoltaikanlage 2, der Batterie 7, des Energievorrates 14 und/oder der Stromerzeugungsanlage 15 ausgebildet sein.
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Ein weiterer Vorteil der beschriebenen elektrischen Versorgungssysteme 1, 9 besteht darin, dass beispielsweise jeder Haushalt über eine Kontrollfunktion verfügt, die mindestens mit einem elektrischen Erzeuger/Verbraucher oder Stromzähler verbunden ist. Die Kontrollfunktion, d.h. der Controller, ist in der Weise ausgebildet, um mit einer zentralen Einheit oder mit weiteren Controllern Daten auszutauschen. Die Kontrollfunktion umfasst beispielsweise positive/negative Leistungsdaten, d.h. eine Information darüber, ob der Haushalt oder die einzelnen Geräte Strom verbraucht oder Strom generiert haben. Die Kontrollfunktion kann eine Bilanz der Leistungen für eine festgelegte Anzahl von Verbrauchern, beispielsweise für einen Haushalt erstellen. Zudem kann die Kontrollfunktion das Ergebnis an eine übergeordnete zentrale Einheit übermitteln.
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Ein Vorteil des beschriebenen Systems besteht darin, dass beispielsweise ein erster Haushalt überschüssige Energie an einen zweiten Haushalt mit Energiebedarf abgeben bzw. verkaufen kann. Somit können Unternetze geschaffen werden, in denen Energie, insbesondere elektrischer Strom, ausgeglichen werden kann. Dabei kann beispielsweise eine Vertragsbeziehung zwischen den einzelnen Haushalten oder eine Vertragsbeziehung zwischen den einzelnen Controllern (Kontrollfunktionen) und der zentralen Einheit realisiert werden. Auf diese Weise kann eine optimierte Ansteuerung wie z.B. eine zeitabhängige Leistungsvorgabe erreicht werden. Dies kann beispielsweise durch die zentrale Einheit an die Erzeuger/Verbraucher im jeweiligen Bilanzkreis, d.h. Haushalt vorgegeben werden. Optional kann die Information an jeden Controller weitergegeben werden. Zudem können Wetterdaten, Strompreise usw. optional berücksichtigt werden.
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3 zeigt ein Beispiel für eine Energieflussoptimierung in Niederspannungsnetzen. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung Teile eines dritten Versorgungssystems 20, das als Steuergerät mehrere Controller 21, 22, 23, 24 aufweist, die mit Stromquellen und/oder Stromverbrauchern in Verbindung stehen. Zudem ist vorzugsweise ein zentraler Controller 25 vorgesehen, der mit den Controllern 21, 22, 23, 24 in Verbindung steht und Daten austauscht. Zudem können die Controller 21 bis 24 auch direkt miteinander in Verbindung stehen und es kann auf den zentralen Controller 25 verzichtet werden. Weiterhin können die Controller 21 bis 24 und/oder der zentrale Controller 25 Wetterdaten, Strompreise usw. z.B. über eine drahtlose Verbindung empfangen. Jeder Controller 21 bis 24 ist mit einem Untersystem von jeweils mehreren elektrischen Verbrauchern 4, 5, 6, 7 verbunden. Die elektrischen Verbraucher können z.B. ein Warmwasserspeicher 4, ein Anschluss eines EVU 5, ein Haushaltsgerät 6 oder ein Energiespeicher 7 sein. Die Controller 21 bis 24 sind ausgebildet, um einen elektrischen Verbrauch der elektrischen Verbraucher 4, 5, 6, 7 des Untersystems zu erfassen, anzuzeigen und/oder zu steuern. Ein Untersystem kann ein Haushalt, eine Wohnung, ein Gebäude oder eine festgelegte Anzahl von Gebäuden sein. Die Controller 21 bis 24 können beispielsweise jeweils in einem Gebäude oder in einem Haushalt angeordnet sein. Mithilfe des beschriebenen dritten Versorgungssystems 20 ist es möglich, eine für jede Untereinheit optimierte Stromversorgung bereitzustellen. Die Stromversorgung kann beispielsweise in Bezug auf eine Spitzenstromverbrauch und/oder in Bezug auf Stromkosten optimiert werden. Insbesondere kann zwischen den Untersystemen, insbesondere den Haushalten, Strom ausgetauscht, d.h. verkauft werden.
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In einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, eine Regelung von Verbrauchern, beispielsweise von Kraftwärmekopplungsanlagen und Wärmepumpen, in Abhängigkeit von einer Netzspannung eines Stromversorgungsnetzes durchzuführen, um die Bereitstellung möglicher Anschlussleistungen für das Stromversorgungsnetz erhöhen zu können, wobei trotzdem eine automatische Abschaltung der Abgabe von Anschlussleistung verhindert wird. Beispielsweise soll durch das beschriebene System erreicht werden, dass mehr Photovoltaikanlagen an das Stromnetz angeschlossen werden können, dass aber die Photovoltaikanlagen nicht mehr als eine zulässige Stromleistung in das Stromnetz einspeisen. Somit kann eine Netzüberlastung beispielsweise durch Photovoltaikanlagen vermieden werden. Die Netzüberlastung wird beispielsweise durch eine Lastverschiebung vermieden. Auf diese Weise können mehr Photovoltaikanlagen an das Netz angeschlossen werden als bisher, wobei bei Überschreiten einer vorgegebenen Spannungsgrenze einzelne Photovoltaikanlagen abgeschaltet werden.
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Dazu können z.B. Kraftwärmekopplungsanlagen und/oder Wärmepumpen insbesondere mit einem Selbstlernalgorithmus ausgestattet sein, um einen Spannungsverlauf vorauszusehen, um beispielsweise einen Wärmespeicher entsprechend zu füllen oder zu leeren. Zudem kann die Messung der Spannung am Hausanschlusskasten an einer Einspeisestelle in das Stromnetz vorgesehen sein, um eine genauere Information über die Spannung des Stromnetzes zu erhalten. Weiterhin kann eine Schnittstelle für einen Netzbetreiber vorgesehen sein, um eine Spannung am Stromversorgungsnetz zu beeinflussen.
