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Durch die Zunahme des Anteils der erneuerbaren Energien im Stromnetz ist die Menge der zur Verfügung stehenden Energie stark schwankend. Entsprechend der Menge der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie variiert auch deren Preis. Da die Speicherung elektrischer Energie zurzeit noch sehr aufwendig und kostenintensiv ist, ist es vorteilhaft den Verbrauch entsprechend anzupassen. Die Erfindung betrifft einen Zähler, mit dem es möglich ist, den Strompreis ständig, beliebig anzupassen. Durch die variierenden Strompreise wird der Verbrauch entsprechend gesteuert.
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Nach dem Stand der Technik sind so genannte Smart-Meter bekannt. Die Geräte erfassen in festen Zeitzyklen den aktuellen Stromverbrauch und übermitteln ihn zum Energieversorger. Die Informationen werden hier zum einen dem Kunden per Webserver zur Verfügung gestellt, damit dieser seinen Verbrauch überwachen kann, und zum anderen für die Erstellung der/einer den Strompreisen in den entsprechenden Zeitzyklen entsprechenden Rechnung verwendet.
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Der Smart-Meter hat den Nachteil, dass insgesamt große Datenmengen übertragen und verarbeitet werden müssen. Weiterhin ist das System in Bezug auf den Datenschutz problematisch, da die Lebensgewohnheiten der Verbraucher anhand der Daten sehr genau nachvollzogen werden können. Die Sensibilität der Kunden für den Datenschutz steigt ständig, so dass dies die Verbreitung der produktionsgerechten Steuerung der Netze verhindern könnte.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe einen Zähler für elektrische Arbeit zu entwickeln, der zum einen die bekannte, preisgesteuerte Verbrauchsregelung realisiert und zum anderen die zu übertragende und zu verarbeitende Datenmenge stark reduziert. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Zählers ist, dass er in Bezug auf den Datenschutz völlig problemlos ist. Weiterhin sollen auch regionale Verbrauchssteuerungen möglich sein.
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Die Aufgabe wird durch einen Zähler mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch Unteransprüche gegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Anteilsfaktorzähler (AFZ) wird ein elektronischer Zähler mit Mitteln zur Datenfernübertragung (DFÜ) um mindestens einen Speicherplatz (S2) erweitert. Per Datenfernübertragung erhält der Zähler von einer zentralen Stelle zyklisch oder bei Preisänderung einen Wert Anteilsfaktor (AF). Der AF wird gespeichert. Werte für den AF sind beispielsweise 0,5 für den halben Preis oder 2,0 für den doppelten Strompreis bezogen auf den Grundpreis. Bei Eintreffen eines neuen Wertes für den AF beziehungsweise zu einem dem Wert angehängten Ausführungszeitpunkt wird die Differenz zwischen dem Zählerstand zum Zeitpunkt des Eintreffens der letzten Änderung bzw. deren Umsetzung und dem aktuellen Zählerstand gebildet. Die Differenz wird mit dem AF (z. B. 0,5) multipliziert und zum aktuellen Wert im Speicher S2 addiert. Das Ergebnis überschreibt den alten Wert in S2. Beispielhaft wird ein realer Verbrauch in den letzten 30 Minuten von 10 KWh als ein Verbrauch von 5 KWh dargestellt. Der Wert in S2 stellt also ständig einen zu bezahlenden Anteil der real gemessenen elektrischen Arbeit dar. Bei Kunden, die einen Verbrauchsschwerpunkt bei AF kleiner 1 haben, wird der S2 Wert dann kleiner als der real gemessene Wert sein; bei Kunden, die einen Verbrauchsschwerpunkt bei AF größer 1 haben, wird der S2 Wert entsprechend größer als der real gemessene Wert sein. Zur Verbesserung der Akzeptanz kann der Energieversorger Bestabrechnung einräumen; der Kunde kann zwar sparen wenn der Wert in S2 kleiner ist, zahlt aber bei größerem Wert nicht mehr. Zur Vereinfachung der Abrechnung ist der S2-Wert per DFÜ zum Energieversorger übertragbar bzw. von ihm abrufbar.
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Ein elektronischer Zähler nach dem Stand der Technik hat in der Regel eine einfache LCD-Ziffernanzeige. Die Anzeige verschiedener Messwerte ist mit Hilfe einer Taste möglich. Beim erfindungsgemäßen Zähler ist dann mindestens der Wert von S2, also der zu bezahlende Anteil, in gleicher Weise anzeigbar. Vorteilhaft ist weiterhin eine Erfassung sowie Anzeige von Werten für AF, aufgelaufener realer Tagesverbrauch und aufgelaufener Anteils-Tagesverbrauch. Alternativ zur LCD-Ziffernanzeige sind höherwertige Displaysysteme einsetzbar. Hier können dann die o. a. Werte gleichzeitig angezeigt werden. Der Kunde sieht dann auf einem Blick die aktuellen Sparmöglichkeiten sowie den bisherigen Sparerfolg. Denkbar ist auch die zusätzliche Anzeige direkter Geldbeträge für die Werte Grundpreis, derzeitiger Preis (Grundpreis × AF), bisher aufgelaufene Kosten bei reiner Grundpreisberechnung und bisher aufgelaufene Kosten nach Berechnung mit dem AF. Weiterhin ist der AF Wert als Prozentwert darstellbar (z. B. 10% Rabatt oder 20% Zuschlag als aktueller Wert).
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Um die Verbrauchssteuerung zu automatisieren kann der erfindungsgemäße Zähler mit einem Anschluss bzw. mit einer Schnittstelle ausgestattet werden, über die mindestens der Wert für den AF oder ein ihm zugeordneter Wert an externe Geräte ausgegeben wird. Denkbar ist auch die Weitergabe von Displaydaten sowie Prognosedaten. Möglich sind hier alle gebräuchlichen Schnittstellen wie z. B. S0 oder RS 232/485. Verbraucher können hier direkt angeschlossen werden. Besonders zur Steuerung mehrerer Verbraucher ist es vorteilhaft eine Steuereinheit vorzuschalten. Beispielsweise kann eine einfache SPS eine dem AF entsprechende Frequenz von S0 auswerten und in Abhängigkeit von der Frequenzhöhe mit ihren integrierten potentialfreien Kontakten angeschlossene Geräte steuern.
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Die automatisierte Steuerung hat unter Umständen den Nachteil, dass zu viele gleichzeitig geschaltete Verbraucher Störungen im Netz verursachen. Um dies zu vermeiden sieht der erfindungsgemäße Zähler vor, den Empfang eines aktualisierten AF zeitverzögert an der Schnittstelle für externe Geräte auszugeben. Vorteilhafter Weise wird die Zeitverzögerung zufallsgesteuert. Ein Wertespektrum von 0 bis 300 Sekunden würde dann bewirken, dass sich alle Geräte, die sich beispielsweise bei einem AF von 0,5 zuschalten, dies nicht gleichzeitig, sondern gleichmäßig verteilt über einen Zeitraum von 300 Sekunden, tun.
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Alternativ wird der Wert für die Verzögerung bzw. ein Wert für die Größe des Spektrums für den Wertebereich des Zufallsgenerators bei der Datenfernübertragung dem Wert des Anteilfaktors angehängt.
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Bei der Datenfernübertragung für Zeichenfolgen, die mindestens den Wert für den Anteilsfaktor enthalten, werden Simplex- und Duplexsysteme unterschieden. Zu den Simplex-Systemen gehören Videotext und SMS als Beispiel. Beim SMS-System wird dem Zähler der Wert für den Anteilsfaktor über einen integrierten oder externen Mobilfunkadapter übermittelt. Beim Videotextsystem besteht zum einen die Möglichkeit pro Energieversorger eine eigene Videotextseite vorzusehen und zum anderen wird mindestens eine Seite für alle/mehrere Energieversorger vorgesehen. Hierbei wird den Werten für den Anteilsfaktor eine Identifikationszeichenfolge für den jeweiligen Energieversorger zugeordnet, so dass der Zähler für sich den seinem Energieversorger entsprechenden Wert erkennen, abspeichern und verarbeiten kann.
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Duplexsysteme sind beispielsweise Internet- oder Mobilfunkverbindungen. Bei einer vorhandenen Verbindung fragt der Zähler den AF zyklisch oder zu einem Zeitpunkt, der in einer vorher empfangenen Zeichenfolge für den AF dem AF Wert angehängt war, bei seinem Energieversorger ab. Bei Abfrage des AF mit einer dem Zähler zugeordneten Identifikationszeichenfolge (IDZ) kann der Energieversorger sogar regionale Verbrauchssteuerungen vornehmen, indem er beispielsweise bei Starkwind nur den Zählern einen kleinen AF übermittelt, die sich im Bereich größerer Windkraftanlagen befinden. Alternativ können die jeweiligen Werte für den AF auch mehr oder weniger zentral vorgehalten werden. Beispielsweise könnten alle Energieversorger ihre aktuellen AF Werte an die Bundesnetzagentur übermitteln. Von hier aus werden die Werte dann veröffentlicht und den Zählern zur Verfügung gestellt. Vorteilhaft ist bei dieser Lösung eine nachvollziehbare, öffentliche Dokumentation der AF Werte und damit des Preisverlaufs für den Strom.
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Bei den, den AF Wert enthaltenden Zeichenfolgen, sind folgende Erweiterungen sinnvoll/möglich:
- 1. Beginnzeitpunkt der Gültigkeit.
- 2. Endzeitpunkt der Gültigkeit.
- 3. Verfügbarkeitszeitpunkt einer folgenden Zeichenfolge für den AF Wert.
- 4. Gültigkeitsstempel aktuell; fortlaufende Nummern.
- 5. Gültigkeitsstempel der folgenden Zeichenfolge.
- 6. Sicherheitszeichen.
- 7. AF/Preis Verlaufsprognosen geplant.
- 8. AF/Preis Verlaufsprognosen verbindlich.
- 9. ID des Energieversorgers.
- 10. Ausgabeverzögerungszeit.
- 11. Zeitspektrum für den Zufallsgenerator für die Ausgabeverzögerungszeit.
- 12. Preise.
- 13. Dem AF zugeordnete Werte; Prozentwerte.
- 14. AF-Werte aus Ausfallzeiten.
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Zur vereinfachten Installation ist es in bestimmten Fällen auch vorteilhaft Geräte/Verbraucher direkt mit DFÜ-Einheiten auszustatten. Beispielsweise wird an einem großen Brauchwasserspeicher eine DVB-T Einheit mit Videotext- und Verarbeitungsmodul angeordnet. Das System ermittelt nun mit der gleichen Identifikationszeichenfolge wie der Zähler, über den es mit Strom versorgt wird, den aktuellen Wert für den AF und steuert danach den Speicher. Eine separate Verbindungsleitung zum Zähler bzw. dessen zugeordneter Steuereinheit kann dadurch entfallen. Eine weitere Möglichkeit die Installation zu vereinfachen, besteht darin ein im Gebäude vorhandenes Installations-Bus-System mit zu verwenden.
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Der erfindungsgemäße Zähler ist selbstverständlich anstatt als Verbrauchszähler auch als Einspeisezähler oder Zweirichtungszähler verwendbar. Als Einspeisezähler für eine Biogasanlage werden dem Zähler dann höherer Einspeisevergütung entsprechende AF-Werte zugespielt, wenn wenig Strom verfügbar ist. Der Betreiber einer Biogasanlage kann dann z. B. durch einen Gasspeicher Einspeiseleistung in Zeitbereiche verlagern, in denen eine höhere Vergütung gezahlt wird. Bei einem Zweirichtungszähler, wie er beispielsweise bei Solaranlagen mit Eigenverbrauchsregelung verwendet wird, bestehen für den AF-Wert folgende Varianten:
- 1. AF-Werte für Verbrauch und Einspeisung sind gleich.
- 2. Unterschiedliche AF-Werte für Verbrauch und Einspeisung werden durch zählerinterne Verrechnung bestimmt/abgeleitet.
- 3. Völlig separate Abfrage/Übertragung der AF-Werte vom/zum Energieversorger/Zähler, wobei hier die AF-Wert Quellen auch unterschiedlich sein können.
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Besonders wichtig sind bei der Erfindung Regeln für Ausfall-Szenarien der DFÜ. Ein Zähler, der mit einem nicht mehr aktuellen AF Wert arbeitet, erzeugt falsche Werte bei S2; der zu bezahlende Anteil wird zu hoch oder zu niedrig. Aus diesem Grund wird für den Zeitraum eines DFÜ-Ausfalls der AF durch den Zähler automatisch auf 1 gesetzt. Das erfindungsgemäße System wird im Prinzip dadurch temporär abgeschaltet. Der Zuwachs bei S2 entspricht im Ausfallzeitraum dem real gemessen Zuwachs bis ein neuer gültiger Wert für den AF eintrifft. Zur Optimierung kann der Zähler während der Ausfallzeit den Verbrauch vergleichbar mit einem Smart-Meter protokollieren. Bei nachträglicher Abfrage der AF-Werte für den Ausfallzeitraum kann der S2 Wert dann korrigiert werden. Der Zähler speichert hierzu mindestens die realen Zählerstände am Anfang und am Ende der Ausfallzeit.
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Beispiele für Ausfallerkennung:
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- 1. Der Zähler erkennt Ausfälle bei Schicht 1–3 OSI.
- 2. Ein Folgewert für den AF trifft nicht entsprechend des/eines Zeitrasters ein bzw. ist nicht abrufbar.
- 3. Ein Folgewert für den AF trifft nicht zu einem dem Wert des letzten AF angehängten Zeitpunkts ein bzw. ist nicht abrufbar.
- 4. Eine Serveranfrage bleibt unbeantwortet.
- 5. Dem Wert des AF wird eine sich ständig ändernde Gültigkeitszeichenfolge angehängt. Wenn z. B. bei der Videotext-Version nach Ablauf eines Zeitzyklusses keine neue/geänderte Gültigkeitszeichenfolge erkannt wird, deutet dies auf eine Störung hin.
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Zur Datenfernübertragung des Zählers sind unter anderem folgende Varianten möglich:
- 1. Direkte WAN-Schnittstelle am Zähler.
Hier sind als wichtigste WLAN und Ethernet zu nennen, über die er mit einem gängigen Router verbindbar ist.
- 2. Einsteckmodule.
Der Zähler wird durch Einsteckmodule an verschiedene Umgebungen angepasst.
Beispiele: Ethernet, WLAN, Bluetooth, RS232/485 DVB-T/Videotext, USB.
- 3. Externe WAN-Adapter
Eine beispielhafte externe Box hat als WAN-Schnittstelle zum Router Ethernet und als LAN-Schnittstelle für die Zähler Bluetooth. Bei Bedarf können sich hier auch mehrere mit Bluetooth-Schnittstellen ausgestattete Zähler mit der Box verbinden um die AF Werte abzufragen.
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Die Erfindung wird mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels genauer erläutert.
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In dem Beispiel ist der Zähler mit einer Bluetooth- und einer S0 Schnittstelle ausgestattet. Der Zähler ist über die Bluetooth-Schnittstelle mit einer externen Box verbunden, die ihrerseits über einen WLAN-Adapter mit einem Internet-Router und damit mit dem Internet verbunden ist. Die S0-Schnittstelle ist mit einer SPS mit Mitteln zur Frequenzmessung verbunden. An der S0-Schnittstelle wird eine dem aktuellen AF entsprechende Frequenz (z. B. 1000 Hz bei AF = 1) ausgegeben. Über einen potentialfreien Kontakt der SPS wird unter üblicher Verwendung eines Hilfsrelais ein Brauchwasserspeicher geschaltet. Der Speicher soll sich beim halben Strompreis (AF = 0,5) zuschalten.
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Die letzte, den AF-Wert enthaltende, vom Energieversorger abgerufene Zeichenfolge hatte u. a. folgenden Inhalt:
AF-Wert = 2
Beginn Gültigkeit = 09:00
Ende Gültigkeit = 09:15
Verzögerungsspektrum = 100 Sekunden
Neuer AF-Wert ab 09:10 verfügbar
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Rechtzeitig vor Ende des Gültigkeitszeitraums (z. B. 09:10) fragt der Zähler mit seiner ID beim Energieversorger den aktuellen AF-Wert ab. Die Antwortzeichenfolge hat folgenden Inhalt:
AF-Wert = 0,5
Beginn Gültigkeit = 09:15
Ende Gültigkeit = 09:45
Verzögerungsspektrum = 50 Sekunden
Neuer AF-Wert ab 09:25 verfügbar
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Zum Beginnzeitpunkt des neuen AF-Wertes (09:15) erfolgt nach einer erfolgreichen Plausibilitätsprüfung folgender Ablauf:
- 1. Der real gemessene Verbrauch zwischen 09:00 und 09:15 wird erfasst (Zählerstand 09:15 minus Zählerstand 09:00 im Ergebnis beispielsweise 20 KWh).
- 2. Das Ergebnis wird mit dem für den Zeitraum gültigen AF-Wert multipliziert (20 × 2 = 40 KWh).
- 3. Das Ergebnis wird zum im S2 gespeicherten Wert hinzuaddiert (z. B. 2300 + 40 = 2340).
- 4. Der berechnete und in S2 gespeicherte zu bezahlende Anteil (z. B. 2340) wird im Display angezeigt.
- 5. Der neue AF-Wert (0,5) wird im Display angezeigt.
- 6. Der Zufallsgenerator ermittelt eine Verzögerungszeit im bestimmten Bereich (0 – 50 z. B. 24 sec.)
- 7. 24 Sekunden nach 09:15 senkt der Zähler die Frequenz an S0 von 2000 Hz auf 500 Hz.
- 8. Die angeschlossene SPS wertet den Wert von S0 aus, vergleicht ihn mit Vorgabewerten und schaltet auf Grund der Preissenkung den Brauchwasserspeicher ein.
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Abkürzungen:
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- AF
- Anteilsfaktor
- AFZ
- Anteilsfaktorzähler
- IDZ
- einem Zähler zugeordnete Identifikationszeichenfolge
- DFÜ
- Datenfernübertragung