AT526560A1

AT526560A1 - Notstromvorrichtung für ein Energieerzeugungssystem

Info

Publication number: AT526560A1
Application number: ATA50745/2022A
Authority: AT
Original assignee: Dm Elektrotechnik Gmbh
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2024-04-15

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem eine Notstromvorrichtung (2) für ein Energieerzeugungssystem (1), aufweisend einen Generator (21), der eine System-Schnittstelle (6) zu dem Energieerzeugungssystem (1), insbesondere zu einem Wechselrichter (5) des Energieerzeugungssystems (1), aufweist, eine Steuereinrich- tung (25), die über eine Signalleitung (26) mit dem Generator (21) verbunden ist, und eine dem Generator (21) zugeordnete Messvorrichtung (23), die eine Schnittstelle zu der Steuereinrichtung (23) aufweist. Um eine Notstromvorrichtung (2) bereitzustellen, bei der die Performance des Generators (21) unmittelbar an sich ändernde Gegebenheiten angepasst werden kann, ist vorgesehen, dass die Messvorrichtung (23) zur Erzeugung von Messwerten betreffend den Betriebspunkt des Generators (21) ausgebildet ist, beispielsweise zur Messung der elektrischen Span- nung und/oder des elektrischen Stroms und/oder des Verhältnisses elektrische Spannung zu elektrischem Strom, und dass die Steuereinrichtung (25) derart bereit- gestellt ist, dass sie in der Lage ist, den Betriebspunkt des Generators (21) basierend auf den erzeugten Messwerten zu regeln.

Description

Notstromvorrichtung für ein Energieerzeugungssystem

Die Erfindung betrifft zunächst eine Notstromvorrichtung für ein Energieerzeugungssystem, sowie ein Energieerzeugungssystem. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Regeln des Betriebspunkts eines Generators einer Notstromvorrichtung für ein Energieerzeugungssystem, sowie ein Verfahren zum Regeln eines

Energieerzeugungssystems.

Energieerzeugungssysteme an sich sind auf verschiedenste Weise aus dem Stand der Technik bekannt. In einer Ausgestaltungsweise dient das Energieerzeugungssystem zur Erzeugung und Bereitstellung von elektrischer Energie, beispielsweise für ein elektrisches Netz eines Hauses. Ein solches Energieerzeugungssystem kann beispielsweise als einzige Energiequelle für das elektrische Netz dienen, oder aber

als eine Ergänzung zu einem elektrischen Versorgungsnetz.

Ein derartiges Energieerzeugungssystem weist beispielsweise eine Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie auf, bei der es sich etwa um eine Photovoltaik-Einrichtung oder eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie auf Basis von Windkraft handeln kann. Weiterhin umfasst das Energieerzeugungssystem eine Einrichtung zum Speichern der erzeugten elektrischen Energie, etwa eine Batterieeinrichtung. Schließlich kann das Energieerzeugungssystem auch über einen Wechselrichter verfügen, der über eine Leitung mit dem elektrischen Netz, insbesondere ei-

nem Hausnetz, verbunden ist. Im Normalbetrieb des Energieerzeugungssystems wird elektrische Energie mittels

der Einrichtung zum Erzeugen der elektrischen Energie erzeugt und anschließend in das elektrische Netz eingespeist und/oder in der Einrichtung zum Speichern der

Energie dann bei Bedarf dem elektrischen Netz zur Verfügung gestellt werden.

Es ist bekannt, derartige Energieerzeugungssysteme zusätzlich mit einer Notstromvorrichtung auszustatten. Diese wird beispielsweise benötigt, wenn die Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie ausfällt, oder wenn, beispielsweise in Spitzenzeiten oder bei Aktivierung energieintensiver Verbraucher im elektrischen Netz, mehr elektrische Energie benötigt wird, als von der Einrichtung zum Speichern der elektrischen Energie bereitgestellt werden kann.

Dies soll anhand eines konkreten Anwendungsfalls verdeutlicht werden. Wenn das Energieerzeugungssystem die elektrische Energie in ein elektrisches Netz, beispielsweise ein Hausnetz, einspeist, das ebenfalls auch mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden ist, kann es aus unterschiedlichsten Gründen vorkommen, dass der Strom ausfällt, beispielsweise durch ein Gewitter, einen heftigen Sturm, 0der dergleichen. Der Strom kann beispielsweise für mehrere Stunden, Tage oder Wochen ausfallen.

Wenn die Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie eine Photovoltaik-Einrichtung ist, kann im Falle einer fehlenden Sonnenstrahlung die Speichereinrichtung nicht mehr aufgeladen werden. Im schlechtesten Fall hat die Speichereinrichtung für die elektrische Energie, beispielsweise die Batterieeinrichtung, während eines Stromausfalls zudem nur noch einen geringen Speicherstand. Wenn es beispielsweise über einen längeren Zeitraum zu keiner Sonnenstrahlung kommt, oder wenn die Photovoltaik-Einrichtung verschneit, oder beschädigt, oder stark verschmutzt ist, das heißt die Speichereinrichtung nicht aufgeladen werden kann, kommt die Notstromvorrichtung zum Einsatz. Sie wird direkt an das elektrische Netz angeschlossen, beispielsweise über einen Wechselrichter, und lädt die Speichereinrichtung in kürzester Zeit wieder auf. Wenn die Speichereinrichtung aufgeladen ist, kann sich die Notstromvorrichtung wieder abschalten. Somit ist zu jeder Zeit eine vollständige Autonomie des Energieerzeugungssystems gegeben.

Während des Betriebs überwacht die Steuereinrichtung über eine Messvorrichtung in Form eines Gassensors und eines Temperatursensors die Umgebung des Gene-

rators, um eine Beschädigung des Generators zu vermeiden.

Nachteilig bei dieser bekannten Lösung ist, dass de facto erst bei Eintreten oder kurz vor dem Eintreten einer Beschädigung des Generators geeignete Schutzmaßnahmen ergriffen werden, beispielsweise durch Abschalten des Generators.

Ausgehend vom geschilderten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Notstromvorrichtung so zu verbessern, dass die vorgenannten Nachteile vermieden werden können. Insbesondere soll eine Notstromvorrichtung bereitgestellt werden, bei der die Performance des Generators unmittelbar an sich ändernde Gegebenheiten angepasst wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Notstromvorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Anspruch 1, welche den ersten Aspekt der Erfindung darstellt, durch das Energieerzeugungssystem mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 12, welches den zweiten Aspekt der Erfindung

darstellt.

Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Erfindungsaspekt beschrieben sind, vollinhaltlich auch im Zusammenhang mit den anderen Erfindungsaspekten, und jeweils umgekehrt, so dass hinsichtlich der Offenbarung eines der Erfindungsaspekte vollinhaltlich auch auf die Offenbarung der anderen Erfindungsaspekte Bezug genommen

und verwiesen wird.

Die einzelnen Aspekte der Erfindung basieren auf dem gemeinsamen erfinderischen Grundkonzept, dass der Generator einer Notstromvorrichtung über einen geeigneten Regelkreis so geregelt wird, dass sich dieser stets in einem adäquaten Betriebspunkt befindet. Der Betriebspunkt ist im Sinne der vorliegenden Erfindung dabei insbesondere ein bestimmter Punkt im Kennfeld oder auf der Kennlinie des Generators, der aufgrund der Systemeigenschaften und der einwirkenden äußeren

Einflüsse und Parameter eingenommen wird.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Notstromvorrichtung bereitgestellt, welche die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist.

Die Notstromvorrichtung ist für ein Energieerzeugungssystem vorgesehen. Das heißt, die Notstromvorrichtung kann das Energieerzeugungssystem bei Bedarf mit elektrischer Energie versorgen. Diesbezüglich wird an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf die Ausführungen zum erfindungsgemäßen Energie-

erzeugungssystem weiter unten vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen.

Erfindungsaspekt weiter unten im Detail verdeutlicht wird.

Dazu weist der Generator eine System-Schnittstelle zu dem Energieerzeugungssystem auf. Beispielsweise kann der Generator, wie weiter unten näher beschrieben wird, über die System-Schnittstelle mit einem MPP-Laderegler, gegebenenfalls auch

mit einem Wechselrichter, des Energieerzeugungssystem verbunden werden/sein.

Je nach Ausgestaltung kann der Generator über die System-Schnittstelle direkt mit dem Energieerzeugungssystem verbunden sein. Oder aber, es können noch weitere Komponenten zwischen dem Generator und dem Energieerzeugungssystem zwischengeschaltet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Notstromvorrichtung einen Gleichrichter auf, der eingangsseitig über eine Leitung mit dem Generator verbunden ist, und der ausgangsseitig über die System-Schnittstelle mit

dem Energieerzeugungssystem verbunden ist.

Des Weiteren weist die Notstromvorrichtung eine Steuereinrichtung auf, die über eine Signalleitung mit dem Generator verbunden ist. In der Steuereinrichtung werden, wie im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren weiter unten beschrieben wird, so dass an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf diese Ausführungen vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen wird, Steuersignale erzeugt, mittels derer der Generator, insbesondere dessen Perfor-

mance, geregelt wird.

Zu diesem Zweck ist dem Generator eine Messvorrichtung zugeordnet, die eine Schnittstelle zu der Steuereinrichtung aufweist. Über diese Messvorrichtung werden Messignale erzeugt, auf deren Basis in der Steuereirichtung anschließend die Steu-

ersignale generiert werden. „Erzeugen“ kann einerseits bedeuten, dass die

ordnet sein.

Die Messvorrichtung ist nun in einer besonderen Weise ausgestaltet. Erfindungsgemäß ist die Messvorrichtung zur Erzeugung von Messwerten betreffend den Betriebspunkt des Generators ausgebildet. Unter Berücksichtigung der allgemeinen Definition zum Betriebspunkt weiter oben ist die Messvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform zur Messung der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stroms und/oder des Verhältnisses elektrische Spannung zu elektrischem Strom, ausgebildet.

Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung derart bereitgestellt, dass sie in der Lage ist, den Betriebspunkt des Generators basierend auf den erzeugten Messwerten zu regeln. Die von der Messvorrichtung erzeugten Messwerter werden zu der Steuereinrichtung übertragen und dort weiterverarbeitet. Insbesondere werden auf Basis der Messwerte Steuersignale erzeugt, die von der Steuereinrichtung anschließend dem Generator bereitgestellt werden. Beispielsweise kann, wie weiter unten noch in größerem Detail beschrieben wird, dem Generator eine AVR-Regeleinrichtung (Automatic Voltage Regulation) zugeordnet sein. Die von der Steuereinrichtung erzeugten Steuersignale werden dann von der Steuereinrichtung zu der AVR-Regeleinrichtung übertragen. Anhand der Steuersignale wird der Generator, das heißt dessen Betriebspunkt, anschließend geregelt.

Wie dies realisiert werden kann, wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben.

sein.

Vorgesehen sein kann beispielsweise eine Speichereinrichtung, in der Referenzwerte in Bezug auf die erfassten Messwerte, gegebenenfalls auch die von der Messvorrichtung erzeugten Messwert, zumindest temporär abgespeichert sind. Die Speichereinrichtung kann eine Schnittstelle zu einer externen Eingabeeinrichtung beziehungsweise zum Empfangen von externen Daten aufweisen. Auf diese Weise wird es möglich, Referenzwerte nachträglich einzuspielen und/oder zu verändern. Beispielsweise sind die Referenzwerte auf einen bestimmten Wechselrichter abgestimmt. Nunmehr besteht somit die Möglichkeit, die in einem Energieerzeugungssystem befindlichen Wechselrichter auszutauschen. Die erforderlichen Referenzwerte betreffend den ausgetauschten Wechselrichter können dann in der Speichereinrichtung abgespeichert werden. Die Speichereinrichtung ist der Steuereinrichtung zugeordnet. Beispielsweise kann die Speichereinrichtung Bestandteil der Steuereinrichtung sein. Oder, die Speichereinrichtung ist eine eigenständige Komponente, die über eine Schnittstelle mit der Steuereinrichtung verbunden ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Referenzwerte in Form wenigstens einer vorgegebenen Kennlinie, insbesondere in Form wenigstens einer Kennlinie einer Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie der Energieerzeugungseinrichtung, optional einer Photovoltaik-Einrichtung oder einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie auf Basis von Windkraft, in der Speichereinrichtung abgespeichert. Dies wird im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energieerzeugungssystem sowie mit den erfindungsgemäßen Verfahren weiter unten in größerem Detail beschrieben, so dass an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf diese Ausführungen weiter unten vollinhaltlich Bezug genommen und

verwiesen wird.

untern Bezug genommen und verwiesen wird.

Weiterhin vorgesehen sein kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine dem Generator zugeordnete AVR-Regeleinrichtung (Automatic Voltage Regulation), wobei die Steuereinrichtung über eine Signalleitung mit der AVR-Regeleinrichtung verbunden ist. Die AVR-Regeleinrichtung ist dem Generator zugeordnet.

Üblicherweise ist es die Aufgabe einer AVR-Regeleinrichtung, die ausgegebene Spannung des Generators konstant zu halten und Spannungsänderungen auszu-

gleichen. Damit sollen Schäden am Generator vermieden werden.

Im vorliegenden Fall übernimmt die AVR-Regeleinrichtung bevorzugt jedoch eine andere Aufgabe. Hier löst die AVR-Regeleinrichtung eine Veränderung, insbesondere eine Veränderung der Erregerspannung, aus. Die AVR-Regeleinrichtung wirkt mit dem Generator zusammen und kann dessen Erregerspannung bei Erreichen eines Maximalwerts drosseln. Über das in der Steuereinrichtung erzeugte Steuersignal kann eine Veränderung der Erregerspannung des Generators durch die AVRRegeleinrichtung ausgelöst werden, wie auch im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren weiter unten näher beschrieben wird, so dass an dieser Stelle auch auf die entsprechenden Ausführungen weiter unten vollinhaltlich Bezug

genommen und verwiesen wird.

Vorteile realisieren:

Vollkommene Autonomie auch bei Schlechtwetter

Direktes Laden des Batteriespeichers DC-seitig Kontinuierlicher Stromfluss auch bei Spitzenlasten

Keine Installation notwendig „plug and play“

Zuverlässig dank Dieselantrieb mit 11 Verbrauch in der Stunde Komfortabler Elektrostarter

Für Einfamilienhäuser und Kleinbetriebe geeignet

Keine Beschädigungen durch Spannungs- oder Frequenzfehler (DC-seitige Einspeisung in den PV Wechselrichter)

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Energieerzeugungssystem be-

reitgestellt, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 12 aufweist.

Das Energieerzeugungssystem, das vorzugsweise ein Haussystem ist, weist eine Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie auf, die insbesondere eine Photovoltaik-Einrichtung oder eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie auf Basis von Windkraft ist. Weiterhin weist das Energieerzeugungssystem eine Einrichtung zum Speichern der erzeugten elektrischen Energie, insbesondere eine Batterieeinrichtung, auf. Schließlich weist das Energieerzeugungssystem auch einen Wechselrichter, insbesondere einen Hybridwechselrichter, auf, der über eine Leitung mit einem elektrischen Netz, insbesondere einem Hausnetz, verbunden ist. Hinsichtlich dieses Energieerzeugungssystems wird zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf die Ausführungen weiter oben, einschließlich der Beschreibungsei-

leitung, Bezug genommen und verwiesen.

und verwiesen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Energieerzeugungssystem einen MPP-Laderegler auf, der mit der Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie, der Einrichtung zum Speichern der erzeugten elektrischen Energie, der Notstromvorrichtung und dem Wechselrichter verbunden ist. Alternativ kann der MPP-Laderegler auch ein Bestandteil des Wechselrichters sein. Derartige MPP-Laderegler sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Der MPP-Laderegler passt seine Eingangsspannung der Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie, beispielsweise einer Photovoltaik-Einrichtung, an, damit diese die maximale Leistung liefern kann.

Bei Photovoltaik-Einrichtungen ist der optimale Betriebspunkt mit maximaler Leistungsabgabe nicht konstant, sondern hängt von externen Faktoren wie der momentanen Bestrahlungsstärke und der Temperatur des Moduls ab. Daher wird der Lastwiderstand der Photovoltaik-Einrichtung durch eine elektronisch gesteuerte Schaltung so beeinflusst, dass der Lastwiderstand laufend so eingestellt und nachgeführt wird, dass er fast exakt gleich dem momentanen Innenwiderstand der PhotovoltaikEinrichtung ist und damit die Leistungsabgabe der Photovoltaik-Einrichtung unter verschiedenen Betriebsbedingungen immer maximal ist. In der Praxis erfolgen die Einstellung des optimalen Betriebspunktes und dessen laufende Nachführung durch den MPP-Laderegler.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Regeln des Betriebspunkts eines Generators einer Notstromvorrichtung für ein Energieerzeugungssystem bereitgestellt, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 14 aufweist. Insbesondere wird ein Verfahren zum Regeln des Betriebspunkts eines Generators einer Notstromvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der

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wie zur allgemeinen Beschreibung Bezug genommen und verwiesen.

Das Verfahren ist erfindungsgemäß durch folgende Schritte gekennzeichnet:

a) Über eine dem Generator zugeordnete Messvorrichtung werden, insbesondere kontinuierlich, Messwerte betreffend den Betriebspunkt des Generators erzeugt. Beispielsweise wird/werden mit der Messvorrichtung die elektrische Spannung und/oder der elektrische Strom und/oder das Verhältnis elektrische Spannung zu elektrischem Strom, gemessen.

b) Die erzeugten Messwerte werden über eine Schnittstelle zu einer dem Generator

zugeordneten Steuereinrichtung übertragen.

c) In der Steuereinrichtung wird, basierend auf den erzeugten Messwerten, ein Steuersignal zum Regeln des Betriebspunkt des Generators erzeugt und dem Generator bereitgestellt, beispielsweise an eine dem Generator zugeordnete AVR-Regeleinrichtung übertragen. Dies kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann das Steuersignal zum Regeln des Betriebspunkt des Generators erzeugt werden, indem in einer Komparatoreinrichtung die von der Messvorrichtung erzeugten Messwerte mit Referenzwerten verglichen werden. Insbesondere kann das Steuersignal zum Regeln des Betriebspunkt des Generators erzeugt werden, indem in der Komparatoreinrichtung die von der Messvorrichtung erzeugten Messwerte mit einer vorgegebenen Kenmnlinie, insbesondere in Form wenigstens einer Kennlinie einer Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie der Energieerzeugungseinrichtung, optional einer Photovoltaik-Einrichtung oder einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie auf Basis von Windkraft, verglichen werden.

d) Der Betriebspunkt des Generators wird anschließend entsprechend dem bereit-

gestellten Steuersignal geregelt. Beispielsweise kann mittels des in der

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triebspunkt oder entsprechend einer vorgegebenen Kennlinie geregelt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann dem Generator eine AVR-Regeleinrichtung (Automatic Voltage Regulation) zugeordnet sein, wobei die in der Steuereinrichtung erzeugten Steuersignale eine Veränderung der Erregerspannung des Generators durch die AVR-Regeleinrichtung auslösen.

Gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Regeln eines Energieerzeugungssystems bereitgestellt, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 19 aufweist. Insbesondere wird ein Verfahren zum Regeln eines Energieerzeugungssystems gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung bereitgestellt. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird an dieser Stelle deshalb vollinhaltlich auch auf die Ausführungen zum dritten Erfindungsaspekt sowie zur allgemeinen Be-

schreibung Bezug genommen und verwiesen.

Das Energieerzeugungssystem weist die folgenden Komponenten auf: eine Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie, insbesondere eine Photovoltaik-Einrichtung oder eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie auf Basis von Windkraft; eine Einrichtung zum Speichern der erzeugten elektrischen Energie, insbesondere eine Batterieeinrichtung; einen Wechselrichter, der über eine Leitung mit einem elektrischen Netz, insbesondere einem Hausnetz, verbunden ist, sowie weiterhin eine Notstromvorrichtung, mit einem Generator, der eine System-Schnittstelle zu dem Energieerzeugungssystem, insbesondere zu einem MPP-Laderegler, aufweist, eine Steuereinrichtung, die über eine Signalleitung mit dem Generator verbunden ist, und eine dem Generator zugeordnete Messvorrichtung, die eine Schnittstelle zu der Steuereinrichtung aufweist. Insbesondere ist die Notstromvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird an dieser Stelle deshalb vollinhaltlich auch auf die Ausführungen zum ersten Erfindungsaspekt sowie zur allgemeinen Beschreibung Bezug genommen und ver-

wiesen.

12

a) Im Betrieb der Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie wird die erzeugte elektrische Energie in der Einrichtung zum Speichern der elektrischen Energie abgespeichert und/oder der Wechselrichter wird mit elektrischer Energie entsprechend

der Kennlinie der Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie beschickt;

b) Im Betrieb des Generators, insbesondere wenn der Generator der Notstromvorrichtung die Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie ersetzt oder ergänzt, wird die vom Generator erzeugte elektrische Energie in der Einrichtung zum Speichern der elektrischen Energie abgespeichert und/oder der Wechselrichter wird mit vom Generator erzeugter elektrischer Energie beschickt.

Beim Aufschalten der Notstromvorrichtung, insbesondere von deren Generator, insbesondere auf einen MPP-Laderegler, erfolgt eine Trennung der Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie vom Wechselrichter.

Wenn während des Generatorbetriebs über eine dem Generator zugeordnete Messvorrichtung Messwerte betreffend den Betriebspunkt des Generators, insbesondere kontinuierlich, erzeugt werden, werden die erzeugten Messwerte vorzugsweise über eine Schnittstelle zu einer dem Generator zugeordneten Steuereinrichtung übertragen. In der Steuereinrichtung wird, basierend auf den erzeugten Messwerten, ein Steuersignal zum Regeln des Betriebspunkt des Generators erzeugt und dem Generator bereitgestellt, beispielsweise an eine dem Generator zugeordnete AVR-Regeleinrichtung übertragen. Der Betriebspunkt des Generators wird anschließend

entsprechend dem empfangenen Steuersignal geregelt.

Vorzugsweise wird während der Generatorbetriebs mittels der Steuereinrichtung der Notstromvorrichtung der Betriebspunkt des Generators derart geregelt, dass er gegenüber dem Wechselrichter die Kennlinie der Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, beispielsweise einer Photovoltaik-Einrichtung, simuliert. Diese Kenn-

linie ist vorzugsweise in der Steuereinrichtung der Notstromvorrichtung hinterlegt.

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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren derart ausgebildet, dass während des Generatorbetriebs über die Messvorrichtung Messwerte betreffend den Betriebspunkt des Generators erzeugt werden, insbesondere Stromwerte gemessen werden, dass die erzeugten Messwerte mit Referenzwerten verglichen werden, und dass, wenn die erzeugten Messwerte die Referenzwerte erreichen, der Betriebspunkt des Generators, insbesondere die Erregung des Generators, angepasst wird. Dies kann beispielsweise mittels einer dem Generator zugeordneten AVR-Regeleinrichtung erfolgen.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Wechselrichter, wenn er mit vom Generator erzeugter elektrischer Energie beschickt wird, seine Regelrichtung an die vom Generator empfangene elektrische Energie anpassen.

In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft anhand eines Ausführungsbeispiels näher dargestellt. Es zeigen

Figur 1 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Energieerzeugungssystem;

Figur 2 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Notstromvorrichtung;

Figur 3 eine Kurvenverlauf, der zeigt, wie das MPP-Tracking eines Wechsel-

richters schematisch funktioniert; und Figur 4 den Kurvenverlauf einer Leistungsregelung des Generators mittels der Steuereinrichtung der Notstromvorrichtung.

In Figur 1 ist ein Energieerzeugungssystem 1 dargestellt, welches zur Bereitstellung elektrischer Energie für ein Hausnetz 10 bereitgestellt ist. Das Energieerzeugungssystem 1 verfügt zunächst über eine Einrichtung 3 zur Erzeugung elektrischer

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Über eine Leitung 8 ist der MPP-Laderegler 9 darüber hinaus mit einem Wechselrichter 5, insbesondere einem Hybrid-Wechselrichter, verbunden. Ausgangsseitig ist der Wechselrichter 5 mit dem Hausnetz 10 verbunden, welches zusätzlich auch

noch an ein Versorgungsnetz 11 angeschlossen sein kann.

Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist ein wesentlicher Bestandteil der Notstromvorrichtung 2 ein Generator 21, der über eine Aktuatoreinrichtung 20, beispielsweise einen Dieselmotor, angetrieben wird. Der Generator 21 ist über die System-Schnittstelle 6 mit dem MPP-Laderegler 9 des Energieerzeugungssystems 1 verbunden. Zwischengeschaltet ist noch ein Gleichrichter 30, der über eine Leitung 22 mit dem Generator 21 verbunden ist. In der Leitung 22 zwischen Generator 21 und Gleichrichter 30 befindet sich eine Messvorrichtung 23, die zur Messung des elektrischen Stroms und/oder der elektrischen Spannung und/oder des Verhältnisses elektrische Spannung zu elektrischem Strom, jeweils des Generators 21, ausgebildet ist. Die Messvorrichtung 23 ist über eine Signalleitung 24 mit einer Steuereinrichtung 25 verbunden, die wiederum über eine Signalleitung 26 mit einer dem Generator 21 zugeordneten AVR-Regeleinrichtung 27 verbunden ist. In der der Steuereinrichtung 25 werden auf Basis der empfangenen Messwerte von der Messvorrichtung 23 Steuersignale erzeugt und an die AVR-Regeleinrichtung 27 übertragen, wodurch eine Verän-

derung der Erregerspannung des Generators 21 ausgelöst wird.

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wenn diese verschneit ist oder aufgrund von Dunkelheit keine Energie hefert.

Die Grundkompoanenten der Notstromvorrichtung sind die Aktuatoreinrichtung 20 in Form eines Verbrennungsmotors, der Generator 21 und der Gleichrichter 30. Der Motor bezieht aus einem Tank, der dauerhaft zur Verfügung steht, Kraftstoff und wandelt somit chemische Energie in kinetische um. Diese Bewegungsenergie treibt wiederum den Generator 21 an, welcher eine Wechselspannung produziert. Im

Gleichrichter 30 wird diese Wechselspannung gleichgerichtet und geglättet.

Wenn beispielsweise mit Gleichspannung im Bereich zwischen 400 und 800 Volt gearbeitet wird, wird der Generator 21 über den Gleichrichter 30 und die SystemSchnittstelle 6 direkt an den MPP-Laderegler 9 vom Wechselrichter 5 angeschlassen, Nach etwa einer Minute geht der Generator 21 in den Vollleistungsbetrieb und speist somit in den Wechselrichter 5 mit der maximalen Leistung.

Dieser lefert dann die Leistung entweder direkt in die Speichereinrichtung 4 oder nach dem Umformen in das angeschlossene Hausnetz 10.Wenn die Speichereinrichtung 4 wieder zu 100% gefüllt ist und etwaige großen Verbraucher des Hauses, wie zum Beispiel: Wärmepumpe, E-Herd oder andere starke Verbraucher abgeschaltet worden sind kann die Notstromvorrichtung 2 wieder abgeschaltet werden denn dann versorgt sich das Hausnetz 10 wieder direkt aus der Speichereinrichtung 4. Daher ist die Notstromvorrichtung 2 die vorteilhafte Erweiterung für jede Inselan-

lage,

Der Wechselrichter 5 wird zu jeder Zeit mit Strom/Spannung entsprechend der Kennlinie der Einrichtung 3 zur Erzeugung elektrischer Energie, hier der Photovoltaik-Einrichtung beschickt. Wird anstelle der Einrichtung 3 die Notstromvorrichtung 2

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Im Betrieb wird beispielsweise mit einer Spannung von 500 V begonnen. Der Wechselrichter 5 erhöht die Spannung in inkrementellen Schritten, wobei laufend der Strom über die Messvorrichtung 23 abgenommen wird, bis dieser einen unteren Grenzwert erreicht. Dadurch wird eine Änderung (Verringerung) der Erregerspannung im Generator 21 ausgelöst.

Der Messwert (Strom) wird in der Steuereinrichtung 25 mittels einer Komparatoreinrichtung mit der hinterlegten Kennlinie verglichen und gibt ein Steuersignal zwischen 0 bis 5 V an die AVR-Regeleinrichtung 27. Diese löst die oben genannte Veränderung der Erregerspannung für den Generator 21 entsprechend dem Steuersignal

aus.

Weiterhin kann die Kennlinie in der Steuereinrichtung 25 jederzeit umprogrammiert werden. Dadurch ist der Einsatz beliebiger Wechselrichter 5, ohne mechanischen Umbau am Rest des Energieerzeugungssystems 1, möglich.

In der in Figur 3 dargestellten Kurve ist gezeigt, wie das MPP-Tracking des Wechselrichters 5 schematisch funktioniert. Die dargestellte Kurve ist die Leistungskennlinie einer Photovoltaik-Einrichtung.

Die Leistungsregelung des Generators 21 über die Steuereinrichtung 25 simuliert genau diese Kurve. In der frei programmierbaren Steuereinrichtung 25 kann somit

die Kurve auch für andere Leistungen (Aggregate) angepasst werden.

Beispielsweise wird permanent der Strom gemessen- Kommt man an einen in der Steuereinrichtung 25 eingestellten, vorzugsweise verstellbaren, Referenzwert, beispielsweise Strom, wird die Erregung des Generators 21 zurückgenommen und somit sinkt die ausgegebene Spannung. Der Wechselrichter 5 erkennt, dass das

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10 11 12

20 21 22 23 24 25 26 27 28

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Energieerzeugungssystem Notstromvorrichtung

Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie Einrichtung zur Speicherung der erzeugten elektrischen Energie Wechselrichter

System-Schnittstelle

Zuleitung

Leitung

MPP-Laderegler

Hausnetz

Versorgungsnetz

Leitung

Aktuatoreinrichtung

Generator

Leitung zu Gleichrichter

Messvorrichtung

Messleitung

Steuereinrichtung

Signalleitung

AVR-Regeleinrichtung (Automatic Voltage Control) Linienabschnitt

Gleichrichter

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Claims

1. Notstromvorrichtung (2) für ein Energieerzeugungssystem (1), aufweisend einen Generator (21), der eine System-Schnittstelle (6) zu dem Energieerzeugungssystem (1), insbesondere zu einem Wechselrichter (5) des EnergieerzeugungssySstems (1), aufweist,

eine Steuereinrichtung (25), die über eine Signalleitung (26) mit dem Generator (21) verbunden ist, und

eine dem Generator (21) zugeordnete Messvorrichtung (23), die eine Schnittstelle zu der Steuereinrichtung (23) aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Messvorrichtung (23) zur Erzeugung von Messwerten betreffend den Betriebspunkt des Generators (21) ausgebildet ist, und

dass die Steuereinrichtung (25) derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, den Betriebspunkt des Generators (21) basierend auf den erzeugten Messwerten zu re-

geln.

2. Notstromvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Komparatoreinrichtung zum Vergleichen der von der Messvorrichtung (23) erzeugten Messwerte mit Referenzwerten, und dass die Komparatoreinrichtung optional in der Steu-

ereinrichtung (25) oder in der Messvorrichtung (23) implementiert ist.

3. Notstromvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin aufweisend eine Speichereinrichtung, in der Referenzwerte in Bezug auf die erfassten Messwerte zumindest temporär abgespeichert sind, und dass die Speichereinrichtung der Steuereinrichtung (25) zugeordnet ist.

4. Notstromvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwerte in Form wenigstens einer vorgegebenen Kennlinie, insbesondere in Form wenigstens einer Kennlinie einer Einrichtung (3) zum Erzeugen elektrischer Energie

der Energieerzeugungseinrichtung, optional einer Photovoltaik-Einrichtung oder

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Speichereinrichtung abgespeichert sind.

5. Notstromvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, den Generator (21) an seinen optimalen Betriebspunkt oder entsprechend einer vor-

gegebenen Kennlinie zu regeln.

6. Notstromvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (23) Bestandteil der Steuereinrichtung (25) ist, oder

dass die Messvorrichtung (23) über eine Messleitung (24) mit der Steuereinrichtung (25) verbunden ist.

7. Notstromvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (23) zur Messung der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stroms und/oder des Verhältnisses elektrische Spannung zu elektrischem Strom, ausgebildet ist.

8. Notstromvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin aufweisend eine dem Generator (21) zugeordnete AVR-Regeleinrichtung (Automatic Voltage Regulation) (27), und dass die Steuereinrichtung (25) über eine Signalleitung (26) mit der AVR-Regeleinrichtung (27) verbunden ist.

9. Notstromvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin aufweisend einen Gleichrichter (30), der eingangsseitig über eine Leitung (22) mit dem Generator (21) verbunden ist, und der ausgangsseitig über die System-Schnittstelle (6) mit dem Energieerzeugungssystem (1) verbunden ist.

10. Notstromvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (23) an/in dem Generator (21) oder in der Leitung (22) vom Generator (21) zum Gleichrichter (30) angeordnet ist.

21 eine Aktuatoreinrichtung (20) für den Generator (21).

12. Energieerzeugungssystem (1), aufweisend

eine Einrichtung (3) zum Erzeugen elektrischer Energie, insbesondere eine Photovoltaik-Einrichtung oder eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie auf Basis von Windkraft,

eine Einrichtung (4) zum Speichern der erzeugten elektrischen Energie, insbesondere eine Batterieeinrichtung;

einen Wechselrichter (5), der über eine Leitung mit einem elektrischen Netz, insbesondere einem Hausnetz (10), verbunden ist,

sowie weiterhin aufweisend eine Notstromvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.

13. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 12, weiterhin aufweisend einen MPP-Laderegler (9), der mit der Einrichtung (3) zum Erzeugen elektrischer Energie, der Einrichtung (4) zum Speichern der erzeugten elektrischen Energie, der Notstromvorrichtung (2) und dem Wechselrichter (5) verbunden ist, oder der Bestandteil des Wechselrichters (5) ist.

14. Verfahren zum Regeln des Betriebspunkts eines Generators (21) einer Notstromvorrichtung (2) für ein Energieerzeugungssystem (1), insbesondere eines Generators (21) einer Notstromvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Über eine dem Generator (21) zugeordnete Messvorrichtung (23) werden, insbesondere kontinuierlich, Messwerte betreffend den Betriebspunkt des Generators (21) erzeugt;

b) Die erzeugten Messwerte werden über eine Schnittstelle zu einer dem Generator (21) zugeordneten Steuereinrichtung (25) übertragen;

c) In der Steuereinrichtung (25) wird, basierend auf den erzeugten Messwerten, ein Steuersignal zum Regeln des Betriebspunkt des Generators (21) erzeugt und dem Generator (21) bereitgestellt;

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Steuersignal geregelt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal zum Regeln des Betriebspunkt des Generators (21) erzeugt wird, indem in einer Komparatoreinrichtung die von der Messvorrichtung (23) erzeugten Messwerte mit

Referenzwerten verglichen werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal zum Regeln des Betriebspunkt des Generators (21) erzeugt wird, indem in der Komparatoreinrichtung die von der Messvorrichtung (23) erzeugten Messwerte mit Referenzwerten in Form einer vorgegebenen Kennlinie, insbesondere in Form wenigstens einer Kennlinie einer Einrichtung (3) zum Erzeugen elektrischer Energie der Energieerzeugungseinrichtung (1), optional einer Photovoltaik-Einrichtung oder einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie auf Basis von Windkraft, vergli-

chen werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Messvorrichtung (23) die elektrische Spannung und/oder der elektrische Strom und/oder das Verhältnis elektrische Spannung zu elektrischem Strom, ge-

messen wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dem Generator (21) eine AVR-Regeleinrichtung (Automatic Voltage Regulation) (27) zugeordnet ist, und dass das in der Steuereinrichtung (25) erzeugte Steuersignal eine Veränderung der Erregerspannung des Generators (21) durch die AVR-Regeleinrichtung (27) auslöst.

19. Verfahren zum Regeln eines Energieerzeugungssystems (1), insbesondere eines Energieerzeugungssystems (1) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, aufweisend eine Einrichtung (3) zum Erzeugen elektrischer Energie, insbesondere eine Photovoltaik-Einrichtung oder eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie

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gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Im Betrieb der Einrichtung (3) zum Erzeugen elektrischer Energie wird die erzeugte elektrische Energie in der Einrichtung (4) zum Speichern der elektrischen Energie abgespeichert und/oder der Wechselrichter (5) wird mit elektrischer Energie entsprechend der Kennlinie der Einrichtung (3) zur Erzeugung elektrischer Energie beschickt;

b) Im Betrieb des Generators (21), insbesondere wenn der Generator (21) der Notstromvorrichtung (2) die Einrichtung (3) zur Erzeugung elektrischer Energie ersetzt, wird die vom Generator (21) erzeugte elektrische Energie in der Einrichtung (4) zum Speichern der elektrischen Energie abgespeichert und/oder der Wechselrichter (5) wird mit vom Generator (21) erzeugter elektrischer Energie beschickt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass während der Generatorbetriebs über eine dem Generator (21) zugeordnete Messvorrichtung (23) Messwerte betreffend den Betriebspunkt des Generators (21), insbesondere kontinuierlich erzeugt werden; dass die erzeugten Messwerte über eine Schnittstelle zu einer dem Generator (21) zugeordneten Steuereinrichtung (25) übertragen werden; dass in der Steuereinrichtung (25), basierend auf den erzeugten Messwerten, ein Steuersignal zum Regeln des Betriebspunkt des Generators (21) erzeugt und dem Generator (21), insbesondere über eine dem Generator (21) zugeordnete AVR-Regeleinrichtung /Automatic Voltage Regulation) (27) bereitgestellt wird; und dass der

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geregelt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass während der Generatorbetriebs mittels der Steuereinrichtung (25) der Notstromvorrichtung (2) der Betriebspunkt des Generators (21) derart geregelt wird, dass er gegenüber dem Wechselrichter (5) die Kennlinie der Einrichtung (3) zur Erzeugung elektrischer

Energie simuliert.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass während des Generatorbetriebs über die Messvorrichtung (23) Messwerte betreffend den Betriebspunkt des Generators (21) erzeugt werden, insbesondere Stromwerte gemessen werden, dass die erzeugten Messwerte mit Referenzwerten verglichen werden, und dass, wenn die erzeugten Messwerte die Referenzwerte erreichen, der Betriebspunkt des Generators (21), insbesondere die Erregung des Generators, angepasst wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (5), wenn er mit vom Generator (21) erzeugter elektrischer Energie beschickt wird, seine Regelrichtung an die vom Generator (21) empfangene elektrische Ener-

gie anpasst.

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