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DE102011080830A1 - Speicher für elektrische Energie - Google Patents

Speicher für elektrische Energie Download PDF

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DE102011080830A1
DE102011080830A1 DE102011080830A DE102011080830A DE102011080830A1 DE 102011080830 A1 DE102011080830 A1 DE 102011080830A1 DE 102011080830 A DE102011080830 A DE 102011080830A DE 102011080830 A DE102011080830 A DE 102011080830A DE 102011080830 A1 DE102011080830 A1 DE 102011080830A1
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DE
Germany
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memory
energy
controller
power
power supply
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DE102011080830A
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English (en)
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Stephan Holzner
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Individual
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Abstract

Speicher (1) für elektrische Energie, mit einer Steuerung (4), durch welche die Abgabe von elektrischer Energie an ein Stromnetz (2) oder einen lokalen Energieverbraucher und/oder die Aufnahme von Energie aus dem Stromnetz (2) oder von einem lokalen Energieerzeuger steuerbar ist.

Description

  • Die folgende Erfindung betrifft einen Speicher für elektrische Energie.
  • Im Dokument WO 2009/052448 mit dem Titel „Elektrischer Ressourcenleistungsmesser in einem Energiezusammenschlusssystem für verteilte elektrische Ressourcen” wird ein System und Verfahren beschrieben für ein Energiezusammenschlusssystem.
  • Im Dokument WO 2008/125696 A2 von T. Cooper mit dem Titel ”Eine Lastensteuerungscontroller” wird ein solcher Controller für die elektrische Ausstattung eines Hauses beschrieben. Er umfasst eine Elektrizitätsversorgungen, eine Stromnetzversorgung und eine Mikrogeneratorversorgung und stellt Elektrizität für eine Vielzahl von Unterschaltkreisen zur Verfügung.
  • Das Dokument WO 2009/112175 A1 offenbart eine elektrische Lade- und/oder Entladevorrichtung. Hierbei beschäftigt sich die Erfindung mit einer elektrischen Lade- und/oder Entladevorrichtung insbesondere für zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit einer Kontrolleinheit. Die Kontrolleinheit kann dabei dafür vorgesehen sein, ein selbsttätiges Laden und/oder Entladen und/oder Überführen in einen Bereitschaftsmodus zumindest einen elektrischen Energiespeichers zur dezentralen Pufferung eines Stromverteilernetzes durchzuführen.
  • Die Bereitstellung von regenerativen Energiequellen führt zu relativ starken Schwankungen bei einem Stromerzeugungsangebot. Je nach Wetter, Wind oder Sonnenstrahlungsverhältnissen können solche, beispielsweise Windkraftanlagen oder Fotovoltaikanlagen, Energie zur Verfügung stellen, obwohl sie zu diesem Zeitpunkt gar nicht benötigt wird. Wenn darüber hinaus nicht benötigte Energie in ein Stromnetz eingespeist wird, kann dies sogar zur Überlastung des Stromnetzes führen.
  • Andererseits ist auch der Stromverbrauch starken Fluktuationen unterworfen, denen auf der Erzeugerseite oft nur schwer Rechnung getragen werden kann.
  • Dies führt dazu, dass Stromkosten zeitlich stark variieren und in Spitzenverbrauchszeiten Strom viel teurer sein kann als zu Überangebotszeiten. Andererseits kann bei einem extremen Überangebot sogar die kurzfristige Abnahme von Strom vergütet werden.
  • Die Erfindung setzt hierbei an und zeigt eine Lösung für diese Probleme auf.
  • Die Erfindung ist durch einen Speicher nach Anspruch 1 und ein System nach Anspruch 3 und/oder 11 gegeben.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
  • Erfindungsgemäß ist ein Speicher für elektrische Energie vorgesehen, mit einer Steuerung, durch welche die Abgabe von elektrischer Energie an ein Stromnetz und/oder an einen lokalen Energieverbraucher und/oder die Aufnahme von Energie aus dem Stromnetz und/oder von einem lokalen Energieerzeuger steuerbar ist.
  • Das Stromnetz ist hierbei vorzugsweise ein Stromnetz mit einer Wechselspannung und einer Sollspannung von unter 500 V wie etwa einer üblichen Nennspannung von 380 V, 230 V oder 220 V oder 110 V. Dies ermöglicht eine dezentrale Energiespeicherung in der Nähe von Verbrauchern. Die Spannung in der Nähe von Erzeugern ist oft sehr viel höher wie etwa über 1000 V oder über 100.000 V. Das Stromnetz kann auch ein Stromnetz umfassen oder sein, das mit Gleichstrom betrieben wird. Hierbei kann beispielsweise eine Nennspannung zwischen 100 und 100.000 V auftreten. Insbesondere können in Verbrauchernetzwerken Spannungen von unter 500 V Gleichspannung, wie etwa beispielsweise Nennspannungen zwischen 12 und 400 V auftreten. In der Nähe von Erzeugern können aber auch Gleichspannungen von über 1.000 V oder über 100.000 V auftreten. Auch die zuvor im Zusammenhang mit Wechselspannung genannten Spannungen 380 V, 230 V oder 220 V oder 110 V können Nennspannungen in einem solchen Gleichstromnetzwerk sein. Derartige Stromnetze werden in der Regel von Unternehmen der Energiewirtschaft zur Verfügung gestellt.
  • Unter lokalen Energieerzeugern und lokalen Energieverbrauchern werden Energieerzeuger und Energieverbraucher verstanden, die in der Nähe des Speichers vorgesehen sind und an diesen lokal, gegebenenfalls über ein lokales Netzwerk, angeschlossen sind.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Speicher kann Strom aus Zeiten eines Überangebots aufgenommen werden und in Zeiten eines erhöhten Bedarfs abgegeben werden. Hierzu ist der Speicher mit einer entsprechenden Steuerung versehen, die die Abgabe von Energie an das Stromnetz und/oder an einen lokalen Energieverbraucher bzw. die Aufnahme von Energie aus dem Stromnetz und/oder von einem lokalen Energieerzeuger steuert.
  • Der Speicher kann beispielsweise ein elektrischer Akkumulator, wie etwa ein Lithium-Ionen Akkumulator oder ein Bleiakkumulator, sein oder umfassen. Derartige Akkumulatoren sind relativ kompakt und kostengünstig. Ein solcher Speicher kann auch einen chemischen Speicher umfassen oder als solcher ausgebildet sein. Ein Beispiel für einen chemischen Speicher ist beispielsweise ein Wasserstoffspeicher, in dem Wasserstoff gespeichert wird, der zuvor beispielsweise unter Aufwendung von Energie wie z. B. Strom erzeugt wurde, bis der Wasserstoff benötigt wird und aus dem dann beispielsweise zu Zeiten von hohen Energiepreisen Energie, z. B. Strom und/oder Wärmeenergie, gewonnen werden kann.
  • Auch kann ein solcher Speicher für elektrische Energie einen Wärmespeicher mit einer Heizeinrichtung als lokalen Energieverbraucher umfassen, wobei die Heizeinrichtung, insbesondere durch die Steuerung, so steuerbar ist, dass die elektrische Energie aus dem Stromnetz und/oder von dem lokalen Verbraucher aufnehmbar ist.
  • In diesem Fall kann es sich z. B. um einen Phasenübergangswärmespeicher oder einen Warmwasserspeicher beispielsweise für Brauchwasser handeln. Im Falle des Warmwasserspeichers kann es sich dabei um Schichtspeicher handeln, die mit (in einigen Fällen normierten) Anschlüssen ausgestattet sein können. Ein solcher Anschluss kann in einer Schicht des Schichtspeichers, beispielsweise in der der untersten, also kältesten Schicht, in einer der mittleren Schichten oder in der obersten, also heißesten, Schicht des Schichtspeichers durch einen Einsatz der Heizeinrichtung in Form einer Heizspirale an eine Elektrizitätsversorgung angeschlossen werden, wobei die Heizspirale das Brauchwasser direkt erhitzen kann. Die elektrische Energie kann in so einem System fast vollständig in Wärme umgewandelt werden. Vorzugsweise ist die Heizspirale dabei so ausgebildet, dass sie direkt oder über einen Adapter an einen solchen Anschluss des Schichtspeichers angeschlossen werden kann. Optional kann ein beliebiger Wärmespeicher beispielsweise durch eine solche oder andere Heizspirale an eine Elektrizitätsversorgung wie beispielsweise das Stromnetz und/oder einen Speicher und/oder eine weitere Energiequelle angeschlossen sein.
  • Insbesondere lässt sich durch die Verwendung der Heizeinrichtung elektrische Energie, die aufgrund eines Lastprofil des Stromnetzes nicht benötigt wird, sehr schnell und effizient in nutzbare Wärmeenergie umwandeln, wodurch das Einspeisen der Energie in das Stromnetz und die damit einhergehende Überlastung des Stromnetzes vermieden werden kann.
  • Die Erfindung umfasst auch ein System mit mindestens zwei Speichern der zuvor beschriebenen Art, wobei die Steuerungen der mindestens zwei Speicher in Form einer gemeinsamen Speichersteuerung vorgesehen ist und/oder eine gemeinsame Speichersteuerung mit den Steuerungen der mindestens zwei Speicher verbunden ist.
  • Insbesondere kann hierbei ein System so eine gemeinsame Speichersteuerung umfassen, die mit jedem Speicher im System und/oder seiner Steuerung verbunden ist, wobei optional ein Speicher auch ein Wärmespeicher sein oder einen solchen umfassen kann. Ein System mit mindestens zwei Speichern kann den Vorteil haben, dass durch eine geschickte Benutzung der verschiedenen Speicher das System effizienter genutzt werden kann. So können beispielsweise ein elektrischer Akkumulator und eine Heizspirale so geschaltet werden, dass Strom sowohl in den Akkumulator als auch in die Heizspirale unabhängig voneinander geleitet werden kann und dass auch elektrische Energie von dem Akkumulator an die Heizspirale abgegeben werden kann. Zusätzlich kann in einem System mit mindestens zwei Speichern ein (erster) Speicher, beispielsweise ein Akkumulator, mit einer Wasserkühlung gekühlt werden, bei der dann das durch den Akkumulator vorgewärmte Wasser in den Wärmespeicher abgegeben werden kann, beispielsweise in die Schicht des Wasserspeichers, die der Temperatur des vorgewärmten Wassers entspricht. Die Möglichkeit, beispielsweise elektrische Energie von einem Speicher in einen anderen Speicher oder Wärmespeicher zu übertragen, kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die beiden Speicher verschieden schnell laden. In diesem Fall kann es, wenn beispielsweise bekannt ist, dass in Kürze elektrische Energie aus dem Stromnetz in kurzer Zeit abgenommen werden sollte, sinnvoll sein, die Energie zuvor in den langsamer ladenden Speicher zu transferieren und/oder elektrische Energie an das Stromnetz abzugeben.
  • Ein solches System kann auch mit einer anderen Stromart betrieben werden als das dazugehörige Stromnetz. So kann beispielsweise das Stromnetz mit Wechselstrom betrieben werden, während das System mit Gleichstrom betrieben werden kann oder umgekehrt. In diesem Fall kann sich an der oder den Stelle(n), wo das System an das Stromnetz angeschlossen ist, ein entsprechender Wandler befinden, der Gleichstrom in Wechselstrom und/oder Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln kann.
  • Der Einsatz in einem Gleichstromnetz oder von einem System mit Gleichstrom kann insbesondere daher sinnvoll sein, da ein Transport von Gleichstrom in manchen Bereichen verlustärmer gestaltet werden kann als ein Transport von Wechselstrom. Die gemeinsame Speichersteuerung wird im Folgenden auch als Speichersteuerung bezeichnet. Sie kann in einigen Ausführungsformen die Steuerung des Speichers ansprechen. In anderen Ausführungen kann sie zusätzlich oder alternativ auch den/die Speicher direkt ansprechen und eine oder mehrere einzelne Steuerungen ersetzen oder umgehen. Die Steuerung und Speichersteuerung können dabei bidirektional und/oder asynchron kommunizieren. Eine Kommunikation der Speichersteuerung mit der oder den Steuerung(en) der Speicher und/oder dem oder den Speicher(n) kann auch in verschlüsselter Form erfolgen. Die Speichersteuerung und die Steuerungen können dabei so ausgebildet sein, dass sie eine Verschlüsselung der Kommunikation ermöglichen. Hierbei können symmetrische und/oder asymmetrische Verschlüsselungsverfahren vorgesehen oder implementierbar sein. Die Kommunikation zwischen Speichersteuerung und/oder Steuerungen und/oder Speicher(n) kann auch unverschlüsselt erfolgen.
  • Die Steuerung und/oder gemeinsame Speichersteuerung kann beispielsweise so vorgesehen sein, dass sie die Frequenz eines Wechselstroms in dem Stromnetz oder die Spannung des Wechselstroms erfassen kann. Zeiten eines hohen Strombedarfs können auf Seiten eines Verbrauchers beispielsweise dadurch erkannt werden, dass die Frequenz sich von einer Sollfrequenz oder die Spannung sich aus einem Sollspannungsfenster heraus bewegt. Ist die Sollfrequenz beispielsweise 50 Hz, so kann die Steuerung und/oder Speichersteuerung beispielsweise eine absinkende Frequenz von mehr als 1/10%, 1/5%, 1/2% oder 1% oder 2% erfassen. Auch das Absinken der Spannung unter 1/10%, 1/5%, 1/2%, 1% oder 2% des Nennspannungswerts, wie beispielsweise 230 oder 220 Volt oder 110 V, kann von der Steuerung und/oder Speichersteuerung erfasst werden. Damit kann die Steuerung und/oder Speichersteuerung ohne jegliche weitere Informationszufuhr Zeiten eines hohen Strombedarfs bzw. eines höheren Angebots als einer Nachfrage und Zeiten einer niedrigeren Nachfrage als eines Angebots erkennen. Zu Zeiten eines hohen Bedarfs im Vergleich zu einem niedrigen Stromerzeugungsangebot sinkt die Frequenz bzw. die Spannung unter den Sollwert und in Zeiten eines höheren Angebots als eines Bedarfs steigt die Frequenz bzw. die Spannung über einen vorgegebenen Sollwert.
  • Der und/oder die Speicher können zur Glättung von Spannungsspitzen bzw. Spannungstälern eingesetzt werden. Liegt eine Abweichung von einer Nennspannung oder einem Nennspannungsfenster vor, so kann dies von dem/den Speicher(n) mit seiner/ihren Steuerung(en) und/oder von der Speichersteuerung erkannt werden und dann durch Aufnahme oder Abgabe von Energie ausgeglichen werden. In Gebieten oder bei Stromanschlüssen mit starken Variationen der Spannung kann so ein ausgeglichenerer Verlauf der Spannung erreicht werden.
  • Die Steuerung und/oder Speichersteuerung kann vorteilhaft jedoch auch auf andere Größen zurückgreifen, die als Eingangsgrößen zur Steuerung der Aufnahme von elektrischer Energie aus dem Stromnetz oder der Abgabe von elektrischer Energie in das Stromnetz verwendet werden. Hierzu gehört beispielsweise die Information über die aktuelle Speicherauslastung. Die Steuerung und/oder Speichersteuerung kann zur optimalen Steuerung des Speichers über eine Information verfügen, wie stark der/die Speicher aktuell ausgelastet ist/sind. Die Information kann beispielsweise in Prozentangaben einer Maximalkapazität erfolgen.
  • Weiterhin verfügt die Steuerung und/oder Speichersteuerung beispielsweise auch über Informationen zu Stromkosten bzw. Stromeinspeisungsvergütungen. (Wenn im Folgenden Stromkosten erwähnt werden gilt entsprechendes auch für Stromeinspeisungsvergütungen oder Stromabnahmevergütungen). Diese können der Steuerung und/oder Speichersteuerung beispielsweise zugeführt werden oder von der Steuerung und/oder Speichersteuerung abgefragt werden, wobei die Steuerung und/oder Speichersteuerung jedes Mal neue Informationen über Stromkosten erhält (oder abfragt) und diese als gegeben annimmt, solange bis sie weitere Informationen über eine Aktualisierung über die Informationen der Stromkosten erhält (oder abfragt). Die Abfrage kann z. B. bei einer Strombörse erfolgen oder die Information bei einer Strombörse ermittelt (z. B. durch einen Zentralcomputer, siehe weiter unten) und der Steuerung und/oder Speichersteuerung zugeführt werden. Die Information über die Stromkosten kann auch in der Steuerung und/oder Speichersteuerung gespeichert sein, beispielsweise in Form von Tarifkurven, Tariftabellen oder ähnlichen Tarifdatenspeicherungsstrukturen. Die Stromkosteninformation kann einen zeitabhängigen Informationsanteil enthalten, wie er beispielsweise durch einen zeitabhängigen (z. B. tageszeitabhängigen) Stromtarif gegeben ist.
  • Weiter kann der Steuerung und/oder Speichersteuerung Information über die Energieerzeugung von elektrischer Energie aus anderen Energiequellen als der des Stromnetzes zur Verfügung stehen. Dies können beispielsweise Informationen über die Erzeugung von elektrischer Energie aus erneuerbaren Energiequellen, wie einer Fotovoltaikanlage oder einem Blockkraftwerk, sein. Als Fotovoltaikanlage kann in diesem Text eine oder mehrer (in irgendeiner Weise zusammengehörige) Solarzellen bezeichnet werden, die der Stromerzeugung dienen.
  • Weiterhin können der Steuerung und/oder Speichersteuerung Tageszeitdaten zur Verfügung gestellt werden. Hierzu kann die Steuerung und/oder Speichersteuerung über eine interne Uhr und/oder einen Kalender verfügen oder aber es besteht auch die Möglichkeit Uhrzeitdaten und/oder Kalenderdaten der Steuerung und/oder Speichersteuerung von extern zur Verfügung zu stellen. Die Uhrzeit und Kalenderinformation kann zur Prognose von einem Stromverbrauch bzw. zur Prognose des Stroms aus einer Zusatzanlage dienen. Beispielsweise kann die Erzeugung von Strom mit Fotovoltaikanlagen vorhergesagt werden, wobei die Jahreszeit berücksichtigt werden kann und/oder die Tageszeit. So ist keine Stromproduktion zu Nachtzeiten oder nur eine geringe im Winter zu erwarten.
  • Weiterhin können Wettervorhersagedaten zur Verfügung stehen, wobei die Wettervorhersagedaten den Standort des Speichers (oder des Gebäudes in dem der Speicher untergebracht ist) bzw. eine dem Speicher zugeordnete erneuerbare Energiequelle, wie etwa eine Fotovoltaikanlage oder ein Blockkraftwerk, betreffen oder aber auch andere Orte, insbesondere solche mit Erzeugern regenerativer Energie, wie etwa Orte mit Windkraftanlagen oder Fotovoltaikanlagen. Aus diesen Daten kann die Steuerung und/oder Speichersteuerung eine Vorhersage über den in der Zukunft vorhandenen Bedarf bzw. das Angebot von elektrischer Energie ableiten und darauf aufbauend die Steuerung vornehmen.
  • Ist beispielsweise abzusehen, dass in unmittelbarer Zukunft, d. h. beispielsweise in den nächsten 1 bis 3 Tagen, ein erhöhtes Angebot an regenerativen Energien zur Verfügung stehen wird, so kann die Steuerung und/oder Speichersteuerung veranlassen, dass der Speicher seine Speicherauslastung herunterfährt und/oder Energie auf einen oder mehr weitere Speicher des Systems übertragen wird, der/die beispielsweise langsamer lädt/laden, so dass der Speicher in naher Zukunft solche regenerativen Energien aus dem Stromnetz (schnell) aufnehmen kann. Zeiten mit einer großen Erzeugung von regenerativ erzeugtem Strom sind oft mit niedrigen Strompreisen bzw. mit der Vergütung von abgenommenem Strom verbunden.
  • Elektrische Akkumulatoren können den Vorteil haben, dass sie sehr schnell Speicherkapazität bzw. abzugebenden Strom zur Verfügung stellen können.
  • In dem System kann vorteilhafterweise vorgesehen werden, dass der gemeinsamen Speichersteuerung Betriebsparameter der mindestens zwei Speicher zur Verfügung stehen und/oder wobei die gemeinsame Speichersteuerung Betriebsdaten und/oder Betriebszustände der mindestens zwei Speicher ermitteln kann, wobei die Betriebsdaten und/oder die Betriebszustände vorzugsweise aktuelle Betriebsdaten und/oder Betriebszustände sind.
  • Insbesondere kann hierbei die Steuerung jedes Speichers Betriebsparameter und/oder Betriebszustände und/oder Betriebsdaten des jeweiligen Speichers gespeichert haben und/oder auslesen und/oder aus dem laufenden Betrieb des Speichers ermitteln. Auch ist es möglich, dass in einem solchen System die Speichersteuerung durch die Steuerung des jeweiligen Speichers und/oder die Betriebsparameter des Speichers z. B. durch einen Zugriff auf den Speicher gespeichert haben kann und/oder durch den Zugriff auf den Speicher die Betriebsparameter des Speichers auslesen kann. Hierbei können die Betriebsparameter und/oder Betriebszustände und/oder Betriebsdaten des Speichers beispielsweise das Alter, die Größe, die bisher aufgetretenen Fehler, den Hersteller, Typ, die bisher durchlaufene Zyklenanzahl sowie den Ladezustand eines Speichers umfassen. Im Falle eines Wärmespeichers können sie beispielsweise auch noch weitere Betriebsparameter, wie beispielsweise die Zirkulation, die aktuelle Füllmenge, die Temperatur oder die Effizienz der Isolierung umfassen. Die zur Erfassung nötigen Messvorrichtungen wie beispielsweise Temperatursensoren können in dem jeweiligen Speicher eingebaut oder vorhanden sein. In einigen Ausführungsformen können diese Betriebsparameter auch durch die Steuerung und/oder Speichersteuerung getestet werden und/oder ihre zeitliche Änderung durch die Steuerung und/oder Speichersteuerung beobachtet, gespeichert und/oder erlernt werden. Testen kann hierbei umfassen, dass für kurze Zeit Spannung und/oder Strom an den zu untersuchenden Speicher angelegt wird und die Reaktion darauf gemessen wird. So kann beispielsweise bei einigen Ausführungsformen damit eine Information über den Ladungszustand des Speichers und/oder eventuell auftretende Fehler gefunden werde, da beispielsweise die Ladegeschwindigkeit vom Ladungszustand abhängen kann. Bei einem Wärmespeicher kann beispielsweise der Temperaturanstieg durch eine geringe Strommenge untersucht werden und darauf beispielsweise ein Rückschluss auf die Zirkulation und/oder aktuelle Füllmenge erhalten werden. Auch kann Testen ein Bestimmen von Kennlinien eines Speichers umfassen. Die (Lade-)Kennlinie eines Speichers kann dabei beschreiben, wie viel Ladung pro Zeit abhängig vom Ladezustand aufgenommen werden kann bis die maximale Ladung Qmax erreicht ist. Diese Ladekurve kann von der angelegten Spannung abhängen. Dies spielt jedoch beispielsweise in Stromnetzen, in denen die angelegte Spannung üblicherweise annähernd konstant ist und etwa die Nennspannung ist, keine Rolle. Eine weitere Kennlinie, die beispielsweise als Entladekennlinie bezeichnet werden könnte, kann den zeitlichen Verlauf der Entladung des Speichers beschreiben. Eine Kennlinie eines Speichers kann auch für einen Wärmespeicher, beispielsweise einen Warmwasserspeicher, angegeben werden. In diesem Fall kann beispielsweise die Kennlinie beschreiben, wie viel Energie pro Zeit aufgenommen werden kann, bis die maximale Temperatur des Wärmespeichers oder die Solltemperatur erreicht ist, bei Warmwasserspeichern beispielsweise die Temperatur erreicht ist, bei der das Wasser kocht oder eine Temperatur von 90°C oder mehr, oder von 80°C oder mehr, von mindestens 70°C oder von mindestens 60°C erreicht ist. Auch in eine solche Kennlinie können wiederum die Parameter eines Wärmespeichers, wie beispielsweise sein Fassungsvermögen, die aktuelle Füllmenge und/oder die Zirkulation eingehen. Auch der Verlauf der Wärmeabgabe an die Umgebung (des Wärmeverlustes) und/oder der Wärmeabgabe bei Nutzung in Abhängigkeit von der Zeit kann als Kennlinie angegeben werden.
  • Die Steuerung und/oder Speichersteuerung kann auch Informationen über den Energieverbrauch in der Vergangenheit als Eingangsgröße heranziehen. Die Steuerung und/oder Speichersteuerung kann beispielsweise lernen, wie und zu welchen Zeiten ein hoher Energiebedarf bzw. ein hohes Energieangebot vorhanden ist, um beispielsweise mit einem neuronalen Netzwerk oder Ähnlichem eine Vorhersage für eine optimale Steuerung des Speichers zu erarbeiten.
  • Bevorzugt kann ein System so ausgebildet sein, dass die gemeinsame Speichersteuerung aus den Betriebsparametern und/oder aus den Betriebsdaten und/oder den Betriebszuständen der mindestens zwei Speicher Kennlinien für die mindestens zwei Speicher ermitteln und wobei anhand der Kennlinien die Abgabe von elektrischer Energie an ein Stromnetz oder einen lokalen Energieverbraucher und/oder die Aufnahme von Energie aus dem Stromnetz oder von einem lokalen Energieerzeuger steuerbar ist.
  • Diese bevorzugte Weiterbildung ermöglicht eine optimale Anpassung einer beliebigen Zahl von Speichern für elektrische Energie bei ihrer Abgabe von elektrischer Energie an ein Stromnetz und/oder einen lokalen Verbraucher sowie bei ihrer Aufnahme von Energie aus dem Stromnetz oder von einem lokalen Stromerzeuger. Insbesondere können die beliebig vielen Speicher hierbei so aufeinander abgestimmt werden, so dass die Einspeisung von elektrischer Energie in das Stromnetz optimal auf die Stromentnahme aus diesem Stromnetzes abgestimmt ist.
  • Hierbei kann es sich um die Belade- und/oder Entladekennlinie des Speichers handeln. Auch können von einigen Steuerungen/Speichersteuerungen beide Kennlinien ermittelt werden. Diese Kennlinien können unter anderem Informationen darüber vermitteln, wie schnell ein Speicher in dem Zustand, in dem er sich jetzt befindet, noch weitere elektrische Energie aufnehmen und/oder abgeben kann. Dies kann beispielsweise von Interesse sein, wenn schnell Energie aufgenommen und/oder abgegeben werden muss oder wenn eine bestimmte Energiemenge in bestimmter Zeit abgegeben werden soll oder aufgenommen werden soll. Auch kann diese Kennlinie für den Betrieb eines Speichers in manchen Fällen interessant sein, da manche Speicher nur in einem bestimmten Auslastungsbereich verwendet werden sollten. So werden beispielsweise elektrische Akkumulatoren normalerweise in einem Ladungszustand zwischen 10% und 90% der Gesamtkapazität betrieben, da dadurch ihre Lebensdauer verlängert werden kann.
  • Mit Hilfe einer solchen Kennlinie kann in manchen Ausführungsformen ein aufgrund der Stromparameter geeigneter Speicher für das Be- und Entladen bestimmt werden und/oder die Akkuleistung an die Kurve angepasst werden. Dadurch kann der Wirkungsgrad erhöht werden.
  • Die Steuerung und/oder Speichersteuerung kann vorzugsweise mit einer Netzwerkschnittstelle kommunizieren, wobei die Kommunikation mit der Netzwerkschnittstelle vorzugsweise über eine elektrische Leitung verläuft, die zur Energieversorgung vorgesehen ist. Diese Leitung zur Energieversorgung kann eine elektrische Spannung von 110 Volt oder mehr oder 220 Volt oder mehr oder 230 Volt oder mehr aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Kommunikation mit der Netzwerkstelle z. B. so erfolgen, dass die Daten an die Steuerung und/oder Speichersteuerung vom Speicher und zurück und/oder innerhalb eines Systems mit mindestens zwei Speichern unverschlüsselt übertragen werden können, aber an der Übertragungsstelle aus dem System heraus, wie beispielsweise an der Netzwerkstelle, verschlüsselt empfangen und dort entschlüsselt werden können und/oder dort verschlüsselt werden können. Hierbei können symmetrische und/oder asymmetrische Verschlüsselungsverfahren eingesetzt werden oder vorgesehen sein. In anderen Ausführungsformen kann die Erfindung umfassen, dass die Daten innerhalb eines Systems mit mindestens zwei Speicher (beispielsweise mit einem symmetrischen und/oder asymmetrischen Verschlüsselungsverfahren) verschlüsselt sind und an der Übertragungsstelle aus dem System, wie beispielsweise der Netzwerkstelle, entschlüsselt werden und dann unverschlüsselt oder nach Verschlüsselung mit einem anderen (beispielsweise asymmetrischen und/oder symmetrischen) Schlüssel und/oder (beispielsweise asymmetrischen und/oder symmetrischen) Verschlüsselungsverfahren verschlüsselt übertragen werden. In anderen Ausführungsformen kann die gesamte Kommunikation im System und nach außen mit dem gleichen beispielsweise symmetrischen und/oder asymmetrischen Verschlüsselungsverfahren verschlüsselt oder komplett unverschlüsselt erfolgen.
  • Ist der Speicher beispielsweise in einem Keller angeordnet, so sind in der Regel keine Netzwerkschnittstellen dort verfügbar. Gerade drahtlose Kommunikation ist von einem Keller aus oft nur schwer möglich. Für eine drahtgebundene Kommunikation müssen in der Regel neue Kabel verlegt werden, was mit erheblichen Kosten verbunden ist. Oft sind jedoch bereits Leitungen zur Energieversorgung vorhanden, die eine wie oben angegebene elektrische Spannung aufweisen und auf diese kann dann auch noch ein Signal aufmoduliert werden, mit dem die Steuerung und/oder Speichersteuerung mit einer Netzwerkschnittstelle kommunizieren kann. Die Steuerung und/oder Speichersteuerung kann hierzu auch zur Kommunikation mit der Netzwerkschnittstelle über mehrere solche Energieversorgungsleitungen ausgebildet sein. Ist beispielsweise in einem Gebäude eine dreiphasige Stromversorgung vorgesehen, so kann die Steuerung und/oder Speichersteuerung versuchen über jede der drei Phasen mit der Netzwerkschnittstelle zu kommunizieren. Dann ist es egal an welcher Phase die Netzwerkschnittstelle hängt. Eine Kommunikation ist möglich unabhängig davon an welcher Phase die Netzwerkschnittstelle angeschlossen ist. Die Steuerung und/oder Speichersteuerung speist Kommunikationssignale in jede der drei Phasen (allgemein in mehrere oder jede Leitung) ein, die in ein Gebäude führt.
  • Die Netzwerkschnittstelle selber kann dann beispielsweise einen WLAN-Anschluss, einen Anschluss in einem Telefonnetz, wie beispielsweise einem Festnetz oder einem Mobilfunktelefonnetz, sein. Auf diese Weise kann die Steuerung und/oder Speichersteuerung ohne großen Installationsaufwand auch in einem Hausbereich oder einem Gebäudebereich installiert werden, in dem insbesondere ein drahtloser Kommunikationsweg oft nur schwierig möglich ist.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Speichersteuerung aus den Kennlinien und/oder aus den Betriebsdaten der mit ihr verbundenen Speicher eine gemeinsame Kennlinie für einen Teil oder für alle mit ihr verbundenen Speicher erstellen. Dabei kann durch Verwendung dieser gemeinsamen Kennlinie dann eine ideale Stromabgabe und/oder Stromaufnahme unter Berücksichtigung der weiteren Randbedingungen erleichtert werden. Diese Errechnung oder Bestimmung der idealen Stromabgabe und/oder -aufnahme und/oder der geeignetsten Stromabgabe und/oder -aufnahme kann durch die Speichersteuerung und/oder an anderer Stelle, beispielsweise durch ein weiteres Gerät wie beispielsweise einen Computer erfolgen.
  • In einem System, wie zuvor beschrieben, kann zusätzlich auch eine Kennlinie und/oder eine gemeinsame Kennlinie und/oder Betriebsdaten und/oder Betriebsparameter und/oder Betriebszustände übermittelt werden. Dies kann beispielsweise eine Übermittlung der einzelnen Kennlinien von den einzelnen Steuerungen 4 an die Speichersteuerung umfassen oder aber auch eine Übermittlung einer oder mehrerer Kennlinien eines Speichers und/oder der gemeinsamen Kennlinie der Speicher von der Speichersteuerung an eine andere Stelle, beispielsweise an ein weiteres Gerät wie beispielsweise einen Computer. Auch eine direkte Übertragung der Betriebsparameter oder einer Parametrisierung derselben kann erfolgen. Bevorzugterweise erfolgt die Übermittlung über die Netzwerkschnittstelle.
  • Die gespeicherten Kennlinien oder Betriebsparameter können in der Steuerung und/oder Speichersteuerung jeweils als verschiedene Formate und/oder als ein vereinheitlichtes Format gespeichert werden. Optional können sie auch in einem vereinheitlichten Format gespeichert, errechnet und/oder übertragen werden. Dabei kann z. B. die Kennlinie durch eine Parametrisierung dargestellt werden, so dass die Übermittlung durch die Übermittlung einer Parametrisierung der Kennlinie erfolgt. Dies kann die übermittelte Datenmenge stark reduzieren, da in einigen Ausführungsformen damit nur noch die Parameter übertragen werden müssen, die oft weniger Speicherplatz benötigen als die gesamte Kennlinie. Beispielsweise kann die Kennlinie als ein Polynom angenähert werden, bei dem entsprechend dann nicht die gesamte Kennlinie sondern die Koeffizienten übermittelt werden. Umfasst die Erfindung ein einheitliches Format, durch das die Steuerung und/oder Speichersteuerung und/oder ein weiteres Gerät kommunizieren, so kann damit die benötigte Übertragungsmenge und/oder der benötigte Speicherplatz noch weiter reduziert werden.
  • Die Netzwerkschnittstelle kann zur Kommunikation mit einem Zentralcomputer vorgesehen sein, wobei der Zentralcomputer mit mehreren Steuerungen von Speichern und/oder mehreren Speichersteuerungen kommunizieren kann. So ein Zentralcomputer kann beispielsweise übertragene Kennlinien sammeln und auswerten, und damit aus den Erfahrungswerten dann auch gute Vorhersagen erzeugen, beispielsweise für bestimmte Akkutypen. Die Kommunikation zwischen Zentralcomputer und Steuerungen und/oder Speichersteuerungen kann bidirektional oder asynchron erfolgen.
  • Eine besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sieht ein System vor mit mehr als 100 oder 1.000 oder 10.000 oder 100.000 Speichern der zuvor beschrieben Art und/oder von Systemen der zuvor beschriebenen Art, wobei ein Zentralcomputer vorgesehen ist, der mit den Steuerungen eines jeden Speichers und/oder den gemeinsamen Speichersteuerungen eines jedes Systems kommunizieren kann, vorzugsweise über ein Telekommunikationsnetzwerk, wobei die Kommunikation den Austausch von Kennlinien und/oder Betriebsparametern und/oder Betriebsdaten und/oder Betriebszuständen der Speicher und von Steuerparametern für die Steuerungen der Speicher und/oder die gemeinsamen Speichersteuerungen und/oder die Speicher selbst und/oder die lokalen Energieverbraucher und/oder die lokalen Energieerzeuger umfasst, und wobei die Kommunikation optional verschlüsselt erfolgen kann.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein Zentralcomputer eine gemeinsame Kennlinie und/oder Kapazitätsdaten und/oder andere Betriebsparameter von mehreren oder allen angeschlossenen Speichern und/oder Systemen berechnen. Damit kann der Zentralcomputer beispielsweise über die Information verfügen, wie viel Leistung (Energie pro Zeit) von den angeschlossenen Speichern und/oder Systemen jetzt und/oder voraussichtlich zu einem zukünftigen Zeitpunkt aufgenommen werden kann. Dies kann insbesondere interessant sein, da sich jeder angeschlossene Speicher und/oder jedes angeschlossenes System in einem anderen Zustand befinden kann. Das Errechnen der gemeinsamen Eigenschaften des Systems aus mehreren oder allen angeschlossenen Systemen und/oder Speichern kann jedoch ein zentrales Steuern des Systems aus den Systemen und/oder Speichern und/oder eine gemeinsame Koordination aller angeschlossenen Systeme und/oder Speicher durch den Zentralcomputer ermöglichen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerung und/oder Speichersteuerung so ausgebildet, dass sie, ohne von außen zugeführte Information, nur aufgrund von selbst ermittelter oder gespeicherter Information die Steuerung durchführen kann. Selbst ermittelte Information ist beispielsweise die Erfassung der Frequenz oder der Spannung des Wechselstroms in dem Stromnetz. Eine Anbindung an ein Telekommunikationsnetzwerk ist dann nicht nötig Besonders vorteilhaft kann das zuvor beschriebene System dahin gehend weitergebildet werden, dass die Zentralcomputer der wenigstens zwei Systeme miteinander kommunizieren und/oder die Zentralcomputer wenigstens eines Systems mit den Steuerungen und/oder der gemeinsamen Speichersteuerung kommunizieren, wobei die Kommunikation optional verschlüsselt erfolgen kann.
  • Auch kann ein Netzwerk den zuvor beschriebenen System mit mehreren Hierarchieebenen vorgesehen werden, in welchem auf jeder Hierarchieebene wenigstens ein Zentralcomputer vorgesehen ist, der mit dem oder den Zentralcomputern auf niedrigeren Hierarchieebenen kommuniziert.
  • In einem System mit mindestens zwei Speichern kann in einigen Ausführungsformen eine Diagnose in einem Speicher des Systems durchgeführt werden. Diese Diagnose kann bevorzugterweise von der Speichersteuerung und/oder der Steuerung des jeweiligen Speichers durchgeführt werden. Hierbei kann eine Diagnose der Fehlerbestimmung dienen, also eine Fehlerdiagnose sein. Weiterhin kann eine Diagnose dem Erfassen der Betriebsparameter oder dem aktuellen Zustand des Speichers dienen. Dabei kann z. B. im Falle eines Wärmespeichers in Form eines Warmwasserspeichers, beispielsweise eines Schichtspeichers, dazu dienen, Betriebsparameter wie die momentane Füllhöhe, die Temperatur in ein, zwei oder mehr Schichten, die Zirkulation des Wassers und Wärmeverluste pro Zeit, den Typ, den Hersteller und aufgetretene Fehler oder im Moment auftretende Fehler zu erfassen. Bei einem Akkumulator könnten solche Betriebsparameter beispielsweise Alter, Größe, aufgetretene Fehler und/oder auftretende Fehler, Hersteller, Typ, Zyklenzahl und Ladezustand umfassen. Auch können durch regelmäßige oder mehrmalige Diagnose die Veränderung der individuellen Kennlinien über die Zeit und/oder die Veränderung der Betriebsparameter mit der Zeit erfasst werden. Optional können diese Daten gespeichert und/oder ausgewertet werden. Damit können in einigen Ausführungsformen individuelle Kennlinien für das System bestimmt werden, die eine optimale Anpassung der zu- und/oder abgeführten Energie ermöglichen. Auch können aufgrund dieser Daten korrigierte Kennlinien und/oder Parameter für die Kennlinien errechnet werden, durch die dann eine bessere Vorhersage ermöglichen können. In einigen Ausführungsformen kann die Diagnose auch durch ein externes Gerät wie einen Computer, Zentralcomputer (ggf. in verschiedenen Hierarchieebenen) angeordnet und/oder durchgeführt werden. Die Kommunikation zwischen dem externen Gerät und dem Speicher, der Steuerung oder der Speichersteuerung kann dabei wiederum bidirektional und/oder asynchron erfolgen.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Kommunikation in einem System mit mehr als 100 oder 1.000 oder 10.000 oder 100.000 Speichern und/oder Systemen verschlüsselt erfolgen. Dadurch kann beispielsweise der Datenschutz der einzelnen Systeme, die beispielsweise in Verbraucherhaushalten sein können, gewährt werden. Die Kommunikation kann hierbei ein asymmetrisches und/oder eine symmetrisches Verschlüsselungsverfahren umfassen. Alternativ kann die Kommunikation unverschlüsselt erfolgen.
  • Innerhalb eines Systems, das in einem solchen größeren System enthalten ist, kann die Kommunikation beispielsweise mit den Steuerungen eines einzelnen Speichers und/oder den Speichern selber verschlüsselt oder unverschlüsselt erfolgen. Falls eine Verschlüsselung vorgesehen ist, so kann diese wiederum symmetrisch und/oder asymmetrisch sein, sie kann eine andere Verschlüsselung umfassen als die Verschlüsselung des zuvor beschriebenen Systems mit mehr als 100, 1.000, 10.000 oder 100.000 Speichern und/oder Systemen oder die gleiche Verschlüsselung umfassen. Auch kann an der Netzwerkschnittstelle oder dem ersten mit dem äußeren System kommunizierenden Gerät des Systems, wie beispielsweise einem Computer und/oder einer Speichersteuerung und/oder Steuerung eines Speichers, eine Entschlüsselung der Daten erfolgen. Beim Übertragen von Daten aus dem System kann dann entsprechend eine Verschlüsselung der Daten erfolgen.
  • Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Ver- und Entschlüsseln von Signalen, wie zuvor beschrieben, beispielsweise an einer Netzwerkschnittstelle zwischen einem System gemäß der Erfindung, beispielsweise bei einem Verbraucher und einem erfindungsgemäßen System aus 100, 1.000, 10.000 oder 100.000 Speichern und/oder Systemen, wie zuvor beschrieben. Auch in dem Verfahren können beispielsweise symmetrische und/oder asymmetrische Verschlüsselungsverfahren verwendet werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform hat ein Speicher und/oder ein System eine Speicherkapazität von weniger als 1000 Kilowattstunden oder weniger als 100 Kilowattstunden.
  • Derartige Speicher/Systeme sind relativ kompakt und können in großer Anzahl dezentral aufgestellt werden. Im derartigen Format können solche Speicher problemlos in einem Keller eines beispielsweise Einfamilien- oder Mehrfamilienhauses untergebracht werden.
  • Ist ein Speicher und/oder System einem Verbrauchersystem angeschlossen, so hat der Speicher und/oder das System vorzugsweise eine Speicherkapazität von weniger als dem 10-fachen oder 5-fachen des durchschnittlichen Tagesbedarfs des Verbrauchersystems, wobei sich der durchschnittliche Tagesbedarf aus dem auf ein Jahr berechneten täglichen Durchschnitt des angeschlossenen Verbrauchersystems bezieht. In dieser Größe können Speicher und/oder Systeme in der Regel ohne größere Probleme dicht bei dem Verbrauchersystem angeordnet werden. Dies ermöglicht eine dezentrale Speicherung nahe bei einem Verbrauchersystem.
  • Der Speicher und/oder das System hat jedoch bevorzugterweise zumindest eine Kapazität des 1- oder 2-fachen des oben erwähnten durchschnittlichen Tagesbedarfs, so dass eine Mindestversorgung auch bei Unterbrechung der Stromversorgung gewährleistet wird.
  • Der Speicher und/oder das System ist vorzugsweise stationär. Dies erlaubt eine einfache und kostengünstige Konstruktion desselben.
  • Vorzugsweise ist der Speicher und/oder das System und/oder ein oder mehrere einzelne Speicher eines Systems mit einer fest installierten Verbindung zum Stromnetz vorgesehen, die nicht zur Lösung vorgesehen ist. Der Speicher und/oder das System und/oder der oder die einzelne(n) Speicher eines Systems soll also nicht lösbar von dem Stromnetz an- und abkoppelbar sein, sondern vielmehr mit einer fest installierten Verbindung zum Stromnetz vorgesehen sein. Dadurch steht der Speicher und/oder das System und/oder der oder die einzelne(n) Speicher eines Systems immer für das Stromnetz zur Verfügung bzw. kann jederzeit hierauf zurückgreifen. Es ist jedoch möglich, dass der Speicher und/oder das System elektrisch von dem Stromnetz abgekoppelt wird, beispielsweise zu Zeiten, zu denen weder Strom in das Stromnetz eingespeist noch Strom aus dem Stromnetz aufgenommen werden soll. Auch ist es möglich, dass in einem System nur einige Speicher fest mit dem Stromnetz verbunden sind und andere Speicher elektrisch durch das Einstecken eines Steckers in eine Steckdose gekoppelt werden. In diesem Fall können die einsteckbaren Geräte oder Teile leicht transportierbar sein und/oder flexibel einsetzbar und/oder ablösbar sein. Dies kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn diese Teile einen höheren Verschleiß erwarten lassen als andere Teile von Speichern oder an verschiedene möglicherweise bereits vorhandene Speicher wie Wärmespeicher angeschlossen werden können.
  • Ein System kann zur elektrischen Energieversorgung oder Versorgung eines Verbrauchers, wie etwa eines Hauses, eines Gebäudes, einer Industrieanlage, eines Wohnhauses, eines Einfamilienhauses oder eines Mehrfamilienhauses geeignet sein, wobei das System einen oder mindestens zwei Speicher, wie weiter oben oder weiter unten beschrieben, umfasst und vorzugsweise in einem Keller untergebracht ist. Der Verbraucher kann ein Leitungssystem mit einer Nennspannung von 380 V, 230 V, 220 oder 110 V umfassen.
  • Bei einem solchen System kann der Speicher relativ dicht zu dem Verbraucher angeordnet sein, was zu einer effizienten Energieübertragung zwischen Speicher und Verbraucher führen kann.
  • Vorzugsweise weist das System einen Stromzähler auf, der Informationen über einen Stromverbrauch digital verfügbar macht. Dies erlaubt flexible Stromabrechnungsmodelle, bei denen ein Stromverbrauch beispielsweise tageszeitabhängig erfasst und anhand von Tarifkurven oder Ähnlichem verrechnet werden kann. Entsprechendes gilt für die Stromeinspeisung in das Stromnetz, die ebenfalls von einem solchen Stromzähler erfasst werden kann.
  • Das System umfasst vorzugsweise einen Computer, der mit der Steuerung und/oder Speichersteuerung digital kommunizieren kann und/oder in der Speichersteuerung integriert ist und/oder eine oder mehr Speichersteuerungen und/oder Steuerungen ersetzt, wobei die Kommunikation vorzugsweise bidirektional und/oder asynchron ist. Bidirektional bedeutet hierbei, dass der Computer der Steuerung und/oder Speichersteuerung Informationen zuschicken kann und, dass die Steuerung dem Computer Informationen zuschicken kann. Asynchron bedeutet hierbei, dass der Computer der Steuerung Informationen zuschicken kann, die Steuerung diese jedoch nicht sofort abrufen muss. Es bedarf hiermit somit keines Hand-shakes zur Etablierung eines Kommunikationskanals zwischen dem Computer und der Steuerung. Der Computer kann entsprechend alle Merkmale einzeln oder in Kombination aufweisen, die eine Steuerung und/oder Speichersteuerung haben können.
  • Ebenfalls kann der Stromzähler mit dem Computer digital kommunizieren, auch vorzugsweise bidirektional und/oder asynchron. Auch diese Kommunikation kann verschlüsselt unter Verwendung von einem oder mehreren beispielsweise symmetrischen und/oder asymmetrischen Verschlüsselungsverfahren oder unverschlüsselt erfolgen.
  • Weiterhin umfasst das System vorzugsweise eine Netzwerkschnittstelle, mit der Daten in ein Telekommunikationsnetzwerk, wie etwa das Internet, ein WLAN (Wireless Local Area Network) mit Internetanschluss, ein Mobilfunknetz, wie GSM oder UMTS, abgegeben oder von dort empfangen werden kann. Auch ein Anschluss an ein Festnetztelefonsystem ist möglich.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das System einen Wärmespeicher auf, wie etwa einen Phasenübergangswärmespeicher oder einen Warmwasserspeicher, wobei der Wärmespeicher mit elektrischer Energie des Stromnetzes und/oder des Speichers aufgewärmt werden kann. Die Energie eines solchen Wärmespeichers kann beispielsweise zur Erzeugung von Heizungswärme bzw. Verbrauchswarmwasser herangezogen werden. Damit ist es beispielsweise möglich, zu Zeiten, zu denen Strom günstig zu erhalten ist bzw. sogar die Abnahme von Strom vergütet wird, die elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln und diese für einen späteren Zeitpunkt zur Warmwasserbereitung bzw. zur Heizungswärmeversorgung vorzuhalten.
  • Der Speicher ist beispielsweise parallel zu dem Verbraucher geschaltet, sodass Energie aus dem Stromnetz gleichzeitig dem Speicher als auch dem Verbraucher zugeführt werden kann. Die relative Zuordnung ist vorzugsweise variabel, d. h., dass zu gewissen Zeiten beispielsweise 10% der Energie dem Speicher zugeführt werden und 90% dem Verbraucher, wohingegen zu anderen Zeiten das Verhältnis beispielsweise andersherum ist. Diese Aufteilung erfolgt durch die Steuerung des Speichers, die gemeinsame Speichersteuerung bzw. durch eine zusätzliche Steuerung wie beispielsweise einen Computer.
  • In einer bevorzugten Variante weist das System eine Kommunikationsmöglichkeit des Computers und/oder der Steuerung und/oder Speichersteuerung und/oder des Zentralcomputers mit Verbrauchsgeräten auf. Die Verbrauchsgeräte können beispielsweise Pumpen, Kühlschränke oder ähnliche elektrische Energieverbraucher des Verbrauchers sein. Über diese Kommunikation können den Geräten beispielsweise gewünschte oder unerwünschte Leistungsaufnahmeinformationen zugeführt werden. Einem Energieverbraucher (etwa Kühlschrank) kann beispielsweise die Information zugeführt werden, dass er z. Zt. relativ günstig Strom verbrauchen kann bzw. wann sich eine solche Stromverbrauchsmöglichkeit verteuern würde.
  • Auch können den Verbrauchsgeräten Informationen mitgeteilt werden, die dazu führen, dass diese abgeschaltet werden. So können beispielsweise bestimmte Stand-By-Geräte von der Steuerung und/oder Speichersteuerung und/oder dem Computer und/oder Zentralcomputer ausgeschaltet bzw. vom elektrischen Stromnetz abgekoppelt werden und auch wieder angekoppelt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das System weiterhin eine oder mehr weitere Energiequellen auf, wie beispielsweise eine regenerative Energiequelle, insbesondere beispielsweise eine Fotovoltaikanlage. Auch ein Blockkraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie kann hier vorgesehen sein. Auch nichtregenerative Energiequellen, wie beispielsweise Öl- oder Gasbrenner für Generatoren oder Heizungen, beispielsweise zum Erwärmen von Wasser, können an ein System angeschlossen sein. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn das System unter anderem beispielsweise einen Warmwasserspeicher für beispielsweise Brauchwasser umfasst und/oder an eine Heizung angeschlossen ist. In Zeiten niedriger Strompreise erfolgt dann beispielsweise vorzugsweise das Aufheizen des Wassers durch Strom, während zu Zeiten, in denen Strom teurer wäre als eine andere dem System zur Verfügung stehende Energieform, beispielsweise Gas oder Öl oder die Energie aus einem chemischen Speicher, das Aufwärmen des Wassers dann entsprechend durch die angeschlossene andere Energiequelle erfolgen würde. Die elektrische Energie dieser Energiequelle kann in das Stromnetz eingespeist und/oder in dem Speicher gespeichert und/oder bei dem Verbraucher verbraucht werden, thermische Energie wird vorzugsweise direkt beim Verbraucher verbraucht. Eine entsprechende Zuordnung erfolgt vorzugsweise durch die Steuerung des Speichers, die Speichersteuerung, den Computer, den Zentralcomputer oder eine zusätzliche Steuerung.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein erfindungsgemäßes System eine oder mehrere Solarzellen. Es können weiterhin auf den Solarzellen optische Elemente vorhanden sein, die Licht bündeln können und es ablenken können, so dass es effizient genutzt werden kann, da es beispielsweise auf die entsprechende Oberfläche und/oder aktive Fläche der Solarzelle gelenkt oder fokussiert wird. Damit kann unter Umständen der Wirkungsgrad einer aus einer oder mehreren Solarzellen bestehenden Fotovoltaikanlage erhöht werden. Diese optischen Elemente können beispielsweise Spiegel, Linsen, Kristalle, Flüssigkristalle und/oder Mikroprismen umfassen oder als solche ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen sind die optischen Elemente durch die Sonne oder ein aus der Sonnenstrahlung gewonnenes Signal ansteuerbar und können vorzugsweise der Sonne folgen. Damit kann auch bei wechselndem Sonnenstand möglichst viel der Sonnenstrahlung auf die entsprechenden Solarzellen geführt werden. Dies kann zu einer deutlichen Steigerung des Wirkungsgrads führen.
  • Solche optischen Elemente können jeweils eine Größenordnung aufweisen, die jeweils eine Oberfläche kleiner als 5 cm × 5 cm oder kleiner als 1 cm × 1 cm oder kleiner als 5 mm × 5 mm oder kleiner als 1 mm × 1 mm, insbesondere im Sub-Millimeterbereich an der Oberfläche der Solarzelle bedecken können oder der Sonne eine solche Fläche zuwenden können.
  • Vorzugsweise ist beispielsweise die gesamte Oberfläche einer Solarzelle mit einer Vielzahl von solchen optischen Elementen bedeckt, oder beispielsweise ein Teil der Oberfläche, wie die Hälfte, oder ein Drittel, oder ein Viertel der Oberfläche, so dass die Sonnenstrahlung beispielsweise möglichst effizient genutzt werden kann.
  • Alternativ oder zusätzlich können solche optischen Elemente jeweils ein Volumen von kleiner als 5 cm × 5 cm × 5 cm oder kleiner als 1 cm × 1 cm × 1 cm oder kleiner als 5 mm × 5 mm × 5 mm oder kleiner als 1 mm × 1 mm × 1 mm, insbesondere auch mit einer oberen Begrenzung von einem Kubus mit jeweils einer Kantenlänge im Sub-Millimeterbereich aufweisen.
  • Besonders geeignet zum Einsatz in den zuvor beschriebenen Systemen ist auch eine Kombination aus Solarzelle und Solarthermiezelle. Hierbei ist die Solarzelle teiltransparent ausgebildet, so dass sie Strahlung zu der unter ihr liegenden Solarthermiezelle durchlässt, welche ein durch die Solarthermiezelle geführtes Fluid erwärmt oder erhitzt. Diese Kombination lässt sich selbstverständlich auch unabhängig von den zuvor beschriebenen Systemen einsetzen.
  • In einer bevorzugten Variante weist das System weiterhin eine Anzeige auf. Die Anzeige kann sowohl im Keller als auch im Wohnbereich eines Gebäudes vorgesehen sein und/oder durch einen Computer erfolgen. Die Anzeige kann eine oder mehrere der folgenden Möglichkeiten umfassen. Es wird beispielsweise der aktuelle Stromverbrauch des Verbrauchers angezeigt oder die aktuelle Stromeinspeisung in das Stromnetz. Weiterhin können die aktuellen Stromverbrauchskosten (oder Stromeinspeise- oder -abnahmevergütung) pro Zeiteinheit wie etwa pro Stunde, Minute oder Sekunde angezeigt werden. Auch können die tarifmäßig vorgesehenen Stromkosten (oder Vergütungen) angezeigt werden, wie beispielsweise der Preis/Vergütung einer Kilowattstunde.
  • Ebenfalls können die akkumulierten Stromverbrauchskosten oder -gewinne in der vorgegebenen Zeiteinheit, wie innerhalb von einer Woche oder einem Monat, angezeigt werden. Die akkumulierten Stromverbrauchskosten oder Stromeinspeisungsgewinne sind die bisher innerhalb der vorgegebenen Zeiteinheit aufgelaufenen Kosten oder Gewinne.
  • Auch können die Stromkosten oder die Stromeinspeisungsgewinne aus vorangegangenen vorgegebenen Zeiteinheiten, wie etwa die Stromkosten oder Stromeinspeisungsgewinne eines vorangegangen Monats oder einer vorangegangenen Woche, angezeigt werden.
  • Weiter kann die Anzeige zeitabhängige Strombedarfs und/oder -einspeisungskurven darstellen, in denen beispielsweise der Tagesverlauf oder der Verlauf der letzten 24 h oder der letzten Tage wie etwa von mindestens 3, 5 oder 7 oder mehr Tagen grafisch dargestellt wird. Somit kann einem Betrachter relativ schnell ein Hinweis auf evtl. Stromverbraucher gegeben werden, die an ihrem tageszeitlichen Profil erkannt werden können.
  • Gemäß einer eigenständigen Erfindung und/oder weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die oben erwähnte Anzeige so vorgesehen sein, dass sie alle anzeigbare Information auf einem Display gleichzeitig anzeigt. Ein Umblättern in verschiedene Ansichten zur Erfassung der oben erwähnten Informationen (oder von einem Teil davon) ist nicht nötig. Dies erleichtert den Umgang mit einer solchen Anzeige, ohne sich über die Funktionsweise erst Wissen aneignen zu müssen. Information zum Konfigurieren der Anzeige kann jedoch auf einer anderen Ansicht der Anzeige dargestellt werden.
  • Weiterhin kann ein Zentralcomputer vorgesehen sein, der mit Steuerungen von mehreren Speichern und/oder mehreren Speichersteuerungen kommunizieren kann bzw. kommuniziert und den Steuerungen und/oder Speichersteuerungen Information oder Befehle zur Beeinflussung des Steuerverhaltens der Steuerung und/oder Speichersteuerung zuschickt. Umgekehrt kann der Zentralcomputer Informationen von mehreren Steuerungen und/oder Speichersteuerungen erhalten, mit denen die Steuerungen den Zentralcomputer mit Informationen versorgen beispielsweise über den Ladestand des jeweils zugeordneten Speichers und/oder Systems. Dies ermöglicht dem Zentralcomputer zentral gesteuert die dezentral aufgestellten Speicher und/oder Systeme insgesamt zu steuern. Die verschieden Speicher und/oder Systeme können beispielsweise an ein und demselben Stromversorgungsnetz hängen, welches von einer Transformatorstation mit der Nennspannung versorgt wird. Dies können somit die Speicher und/oder Systeme innerhalb einer Siedlung, eines Straßenzugs, einer Gemeinde oder einer Stadt sein. Sie können jedoch auch an verschiedenen Stromversorgungsnetzen mit jeweils einer verschiedenen Transformatorstation angeschlossen sein.
  • Ein Zentralrechner (Zentralcomputer) kann beispielsweise mit den Steuerungen und/oder Speichersteuerungen von mehr als 100, 1.000, 10.000 oder 100.000 Speichern und/oder Systemen kommunizieren. Hierbei erfolgt die Steuerung zentral, die Energiespeicherung jedoch dezentral. Die Kommunikation erfolgt gerade hierbei vorzugsweise asynchron, damit der Zentralcomputer nicht immer für jede Kommunikation direkt in Echtzeit zur Verfügung stehen muss. Sie kann jedoch auch bidirektional vorgesehen sein. Die Kommunikation zwischen dem Zentralcomputer und den Steuerungen und/oder Speichersteuerungen kann verschlüsselt erfolgen. Hierbei kann die Verschlüsselung durch symmetrische und/oder asymmetrische Verschlüsselungsverfahren erfolgen. Die Kommunikation zwischen dem Zentralcomputer und den Steuerungen und/oder Speichersteuerungen kann alternativ unverschlüsselt erfolgen.
  • Die Kommunikation zwischen dem Zentralrechner und den Steuerungen und/oder Speichersystemen erfolgt beispielsweise über ein IP-Protokoll und/oder ein GSM- oder UMTS-Protokoll. Die Kommunikation kann beispielsweise über SMS (Short Message) abgewickelt werden oder über Email. Die Kommunikation zwischen Zentralrechner und Steuerung und/oder Speichersteuerung kann z. B. über ein Mobilfunknetz erfolgen, das eine Netzwerkschnittstelle bei der Steuerung und/oder Speichersteuerung anspricht, die über ein Kabel zur Energieversorgung (mit z. B. Nennspannung von 110, 220 oder 230 V) mit der Steuerung und/oder Speichersteuerung kommunizieren kann, wobei die Kommunikation über das Kabel zur Energieversorgung durch Aufmodulieren von Information auf eine Grund(nenn)wechselspannung (von z. B. 50 oder 60 Hz) erfolgt oder auf eine Grund(nenn)gleichspannung.
  • Es können mehrere Zentralcomputer vorgesehen sein, von denen jeder mit mehren wie etwa mehr als 100, 1.000, 10.000 oder 100.000 Steuerungen und/oder Speichersteuerungen von Speichern und/oder Systemen kommunizieren kann. Die mehreren Zentralcomputer können ihrerseits miteinander kommunizieren, um Informationen auszutauschen, z. B. über zur Verfügung stehende Stromaufnahme- oder Abgabekapazitäten. Hierbei können z. B. zwei Zentralcomputer direkt miteinander kommunizieren, so dass Energie aus den Speichern des einen Zentralcomputers zu den Steuerungen und/oder Speichersteuerungen des anderen Zentralcomputers transferiert wird, um dort direkt verbraucht oder seinerseits gespeichert zu werden. Es können auch mehrere Zentralcomputer wie etwa mehr als 10 oder 50 Zentralcomputer mit einem Zentralcomputer auf einer höheren Hierarchieebene vernetzt sein, so dass jeder der Zentralcomputer mit dem Zentralcomputer auf einer höheren Hierarchieebene kommunizieren kann, um z. B. Daten über Speicherauslastung oder freie Speicherkapazitäten auszutauschen. Die Kommunikation zwischen den Zentralcomputern auf verschiedenen Hierarchieebenen ist vorzugsweise asynchron und/oder bidirektional. Die Kommunikation zwischen Zentralcomputer und/oder Zentralcomputer auf einer anderen Hierarchieebenen kann verschlüsselt erfolgen.
  • Dabei kann die Verschlüsselung beispielsweise durch symmetrische und/oder asymmetrische Verschlüsselungsverfahren durchgeführt werden. Die Kommunikation kann jedoch auch unverschlüsselt erfolgen. Beispielsweise kann eine Verschlüsselung nicht notwendig sein, wenn die Daten beispielsweise durch den Zentralcomputer bereits hinreichen anonymisiert sind. Die Kommunikation erfolgt beispielsweise über das Internet.
  • Neben den Speichern und/oder Systemen, die bei Verbrauchern vorgesehen sind, bzw. die an dem Stromnetz eines Verbrauchers (siehe z. B. Anspruch 1 bis 10) angeschlossen sind, können auch Speicher und/oder Systeme mit einem Zentralcomputer kommunizieren, die bei einem Energieerzeuger vorgesehen sind.
  • Um Strom von einem Speicher in das Stromnetz abzugeben kann ein Wandler vorgesehen sein, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und hierbei eine gewünschte Frequenz und eine zum Stromnetz passende Phasenbeziehung des Wechselstroms herstellen kann. Auch kann ein oder der Wandler vorgesehen sein, einen Wechselstrom in einen Gleichstrom zu wandeln, zum Laden des Speichers.
  • Bei einem Verfahren erhält eine Steuerung eines Speichers und/oder Speichersteuerung eines Systems Information und/oder Befehle von einem Zentralcomputer und nutzt diese Information und/oder Befehle zur Steuerung der Be- oder Entladung des Speichers oder Systems. Bei dem oder einem anderen Verfahren sendet die Steuerung und/oder Speichersteuerung Information an den Zentralcomputer. Bei den oder einem anderen Verfahren kommunizieren mehre Zentralcomputer, wie weiter oben oder weiter unten beschrieben miteinander oder mit einem Zentralcomputer auf einer höheren Hierarchieebene. In einem der zuvor beschriebenen Systeme können die Anweisungen der Steuerung oder der Speichersteuerung oder des Zentralcomputers oder des Zentralcomputers auf einer höheren oder niedrigeren Hierarchieebenen Vorrang vor Anweisungen aus anderen Quellen haben. So kann beispielsweise in einigen Ausführungsformen der Verbraucher vor Ort, beispielsweise über einen Computer, oder die Steuerung oder die Speichersteuerung Anweisungen an die Speichersteuerung des Systems erteilen, die dann Vorrang vor den weiteren Befehlen des Zentralcomputers und/oder Zentralcomputers auf einer höheren Hierarchieebene haben. Damit kann beispielsweise die Energieversorgung des jeweiligen Verbrauchers auch dann sichergestellt werden, wenn Unregelmäßigkeiten im Stromnetz auftreten sollten. Auch kann dabei die Versorgung des Verbrauchers mit günstigem Strom sichergestellt werden, wenn beispielsweise Steigerungen des Strompreises zu erwarten sind. In anderen Ausführungsformen haben die Anweisungen des Zentralcomputers und/oder des Zentralcomputers auf einer höheren Hierarchieebene Vorrang vor den Anweisungen aus anderen Quellen. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, da dies beispielsweise das Stromnetz in Zeiten von hoher Belastung stabilisieren kann und eine Versorgung von infrastrukturell wichtigen Institutionen, wie beispielsweise Krankenhäusern und/oder Flughäfen und/oder Bahnhöfen zuverlässiger gestalten kann.
  • In einigen Ausführungsformen kann, wie zuvor beschrieben, die Speichersteuerung und/oder die Steuerung und/oder der Computer und/oder der Zentralcomputer mit Verbrauchsgeräten kommunizieren. Dies kann den Energieverbrauch in einem Haushalt optimieren, da beispielsweise die Geräte so gesteuert werden können, dass sie Strom vorzugsweise zu Zeiten von niedrigen Preisen und/oder eines Überangebots an Strom beziehen. Zusätzlich können die Geräte ausgeschaltet werden oder aufgefordert werden weniger Strom zu verbrauchen, wenn wenig Strom zu Verfügung steht. Dies kann manchmal die Belastung des Stromnetzes in Zeiten von hohem Verbrauch abmildern oder teilweise ausgleichen.
  • In einem System, wie zuvor beschrieben, kann beispielsweise die Speichersteuerung und/oder ein Zentral- und/oder ein Zentralcomputer auf einer höheren Hierarchieebene eine, zwei, drei oder mehr Parameter erfassen und/oder bestimmen und/oder kann diese übertragen erhalten und optional dann auch auswerten. Die Parameter umfassen hierbei beispielsweise Informationen über den Energieverbrauch in der Vergangenheit, die, falls sie optional ausgewertet werden, beispielsweise Prognosen für den Energieverbrauch in der Zukunft zulassen können, eine Kennlinie und/oder die gemeinsame Kennlinie der Speicher, die ein optimales Anpassen der Stromaufnahme und/oder -abgabe an die Speicher ermöglichen können, Informationen über Betriebsparameter der Speicher, die zum einen ein Errechnen oder Bestimmen der Kennlinie und/oder Kennlinien ermöglichen können, die aber auch das Erfassen von Fehlermeldungen ermöglichen können. So kann beispielsweise eine Fehlermeldung erfasst werden durch eine der zuvor genannten Möglichkeiten und/oder die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Fehlers aufgrund der Änderung der Betriebsparameter in der Vergangenheit errechnet oder bestimmt werden. Auch kann beispielsweise der Ladezustand des oder der Speicher und/oder ihre Kapazität bestimmt werden. Dies kann beispielsweise eine Aussage über der abgebbaren und/oder aufnehmbaren Energie beispielsweise innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls von z. B. 1 Sekunde, 1 Minute oder 1 Stunde oder Zwischenwerten erlauben. Das vorgegebene Zeitintervall kann beispielsweise länger als 1, 2, 5, 10, 30, 60, 120, 500, 1000, 10.000 oder 100.000 Sekunden sein und/oder kürzer als 5, 10, 30, 60, 120, 500, 1000, 10.000, 100.000 oder 500.000 Sekunden sein. Als Parameter können auch der Zustand und/oder der Ladezustand des oder der Speicher abgefragt werden oder bekannt sein. Auch können in manchen Ausführungsformen Vorhersagen über das Wetter, Datum und Uhrzeit, aktuelle und vergangene Strompreise erfasst werden. Daraus kann dann beispielsweise eine Vorhersage über voraussichtlich zur Verfügung stehende Ressourcen zu einem zukünftigen Zeitpunkt erstellt werden, da das Wetter z. B. Einfluss auf die Gewinnung der Solar- und/oder Windenergie hat. Wenn man nun gleichzeitig auch die Information über den Energieverbrauch in der Vergangenheit beispielsweise des Verbrauchers und/oder des gesamten Stromnetzes berücksichtigt, kann unter Umständen eine sehr präzise Voraussage getroffen werden, wann Energie in der Zukunft benötigt wird oder in großen Mengen günstig zur Verfügung steht. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Frequenz und/oder Spannung in dem Stromnetz erfasst werden, die ebenfalls einen Hinweis auf die vorhandene Strommenge und damit auch auf den aktuellen Strompreis liefern kann. Um Betriebsparameter in Wärmespeichern zu messen, umfassen diese bevorzugterweise ein Thermometer.
  • Auch Informationen über die Produktion von elektrischer Energie aus anderen Energiequellen als der des Stromnetzes und/oder über die Produktion und den Preis von Energie aus anderen Energiequellen als der des Stromnetzes können erfasst und/oder ausgewertet werden. Sind beispielsweise mehrere große Versorger des Stromnetzes zum betrachteten oder einem zukünftigen Zeitpunkt nicht an das Stromnetz angebunden, so kann dieses zu einer Unterversorgung an vorhandener Energie führen. Auch kann die Erzeugung von Energie durch andere Quellen, zum Beispiel durch Öl- oder Gasbrenner für Heizungen oder Generatoren zu manchen Zeitpunkten günstiger sein als das Kaufen von Strom aus dem Netz, was ebenfalls berücksichtigt werden kann. Auch können die zuvor beschriebenen Bauteile Informationen über die in dem/den Speicher(n) in der Vergangenheit aufgetretenen Fehler erhalten. Die zuvor beschriebenen Informationen können alle an Speichersteuerung und/oder Zentralcomputer und/oder Zentralcomputer auf einer anderen Hierarchieebene gemeldet, übertragen oder geschickt werden. Dadurch können zentrale Erfahrungskurven und Erfahrungswerte beispielsweise für Energieaufnahme oder Abgabe in einem und/oder mehreren vorgegebenen Zeitintervallen errechnet und/oder bestimmt und/oder gespeichert werden.
  • Auch momentan auftretende Fehler können erfasst werden. Dies kann eine Prognose über das Zurverfügungstehen des oder der Speicher in der Zukunft erlauben. Auch können Informationen über die Energieerzeugung in der Vergangenheit zur Verfügung stehen, aus denen auch möglicherweise ein Erfahrungswert abgeleitet werden kann und damit Prognosen für die Zukunft erstellt werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Speicher für elektrische Energie bei einem Stromerzeuger, wie beispielsweise einem Windkraftwerk, einem Gezeitenkraftwerk oder einer Fotovoltaikanlage, vorgesehen. Dies ermöglicht dem Erzeuger der elektrischen Energie, Energie zwischenzuspeichern und zu Zeiten abzugeben, zu denen eine hohe Vergütung des regenerativ erzeugten Stroms erfolgt. Die Spannung, die der Speicher aufnehmen kann oder abgeben kann, ist gleich der Spannung, die der Stromerzeuger erzeugen kann, oder die von dem Stromerzeuger in ein allgemeines Stromleitungsnetz einspeist werden kann.
  • Als Speicher für elektrische Energie bzw. für Wärmeenergie können z. B. auch öffentliche Großabnehmer oder Großversorger, z. B. Schwimmbäder wirken, die an einem Verbraucherstromnetz und/oder an einem Versorgerstromnetz angebunden sein können. In Zeiten eines Überangebots bzw. zu Zeiten, in denen Strom günstig ist oder die Abnahme vergütet wird, können z. B. die Schwimmbäder durch elektrischen Strom geheizt werden. Da Wasser eine hohe Wärmekapazität hat und Wärme daher vergleichsweise lang speichert, können damit Spannungsspitzen des Stromnetzes abgefangen werden und diese Energie genutzt werden. Auch damit kann beispielsweise die effiziente Nutzung von Strom erhöht werden, da erzeugte Energie nicht an den Kühltürmen abgegeben werden muss, sondern zu Heizzwecken verwendet werden kann.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung kann ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes System eine Möglichkeit umfassen, die Leistung von einer oder mehreren an ein System angeschlossene Fotovoltaikanlagen (Solarzellen) zu regeln, insbesondere am System angeschlossen Fotovoltaikanlagen abzuschalten und/oder deren Leistung zu reduzieren. Die Regelung der Leistung kann durch Zentralcomputer auf höheren Hierarchieebenen und/oder den Zentralcomputer und/oder einen Computer und/oder eine Speichersteuerungen und/oder eine Steuerung eines Speichers erfolgen. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn z. B. aufgrund von starkem Sonnenschein das Netz an der Grenze zur Überlastung ist und weiteres Einspeisen von Strom die Netzstabilität gefährden könnte.
  • Ein erfindungsgemäßes System kann so ausbildet sein, dass, wenn aufgrund des Netzzustandes die weiter Abgabe an Strom an das Netz nicht möglich oder sinnvoll ist, der erzeugte Strom oder Teile des erzeugten Stromes direkt von einer oder mehreren, beispielsweise im System vorhandenen Fotovoltaikanlagen an einen oder mehrer im System vorhandene Speicher und/oder Wärmespeicher abgegeben werden kann, ohne dass der Strom zuvor in das Netz eingespeist wird. Damit kann zum Beispiel in Zeiten von windigen oder sonnigen Wetter einer Überlastung des Stromnetzes vorgebeugt werden oder eine solche verhindert werden. Die Steuerung dieses Vorganges kann über einen Zentralcomputer auf einer höheren Hierarchieebene und/oder einen Zentralcomputer und/oder einen Computer und/oder die Speichersteuerung und/oder die Steuerung eines Speichers erfolgen. Vorzugsweise ist es regelbar, welche Menge des erzeugten Stromes in das Netz und welche Menge in einen Speicher abgegeben wird.
  • Bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung ist in den beiliegenden Figuren gezeigt. Dabei zeigt:
  • 1: eine beispielhafte Ausführungsform des Speichers und des Systems;
  • 2: eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Systems von mehren Steuerungen und einem Zentralcomputer;
  • 3: eine Kennlinie einer Aufladung und Entladung eines Speichers;
  • 4: die Anordnung eines beispielhaften Systems;
  • 5: Heizspirale, die in beispielhaften Systemen eingesetzt werden kann.
  • In der 1 ist ein Speicher 1 gezeigt, der an ein Stromnetz 2 angeschlossen ist. Der Speicher 1 weist eine Speichersteuerung oder Steuerung 4 auf, die die Funktionsweise (insbesondere das Aufladen und das Entladen) des Speichers beeinflusst und auch weitere Steuerungsfunktionen übernehmen kann.
  • Über die Speichersteuerung oder Steuerung 4 ist beispielsweise eine Fotovoltaikanlage 16 zugeschaltet bzw. zuschaltbar, deren Energie sowohl dem Verbraucher 15 zugeführt als auch in das Stromnetz 2 eingespeist werden kann.
  • Der Verbraucher ist in der 1 als ein Haus 15 mit zwei Wohnbereichen 20, 21 und einem Keller 19 dargestellt. Der Wohnbereich 20 wird über ein dreiphasiges Stromnetz 5 versorgt, wobei an jeder Phase eine oder mehrere Steckdosen 6, 7, 8 angeschlossen werden können oder sonstige Stromverbraucher angeschlossen sein können.
  • Die Wohneinheit 21 wird mit einem dreiphasigen Anschluss 9 über Steckdosen 10, 11, 12 mit elektrischer Energie versorgt. Die Bereitstellung der Energie bei den Steckdosen 6 bis 8 und 10 bis 12 erfolgt durch die Speichersteuerung oder Steuerung 4. Die Energie kann beispielsweise dem Speicher 1 entstammen oder unmittelbar dem Stromnetz 2 oder auch der Fotovoltaikanlage 16 oder einer Mischung aus zwei oder drei dieser Energiequellen, bzw. Speicher.
  • Die Fotovoltaikanlage 16 ist hier stellvertretend für jegliche Art von zusätzlicher Energieversorgung dargestellt, wie beispielsweise einem Wasserrad oder einem Blockkraftwerk.
  • Zu dem Speicher ist ein Computer 16 vorgesehen, der an die Speichersteuerung oder Steuerung 4 angeschlossen ist. Dies ermöglicht die Verwaltung bzw. Programmierung der Speichersteuerung oder Steuerung 4 über ein komfortables Softwareprogramm auf dem Computer 16.
  • Jeder Wohneinheit 20, 21 kann eine Anzeige 17, 18 zugeordnet werden, die bestimmte Informationen zum Stromverbrauch darstellen, wie oben beschrieben.
  • Die Steckdose 13 ist über ein elektrisches Kabel mit der Speichersteuerung oder Steuerung 4 verbunden. Über dieses elektrische Kabel können neben der Energieversorgung der Steckdose 13 auch Informationen versandt werden, die von einem Netzwerkschnittstellengerät 14 über die Kontakte der elektrischen Steckdose 13 abgegriffen werden können. Das Netzwerkschnittstellengerät 14 kann beispielsweise mit einem GSM oder UMTS-Netzwerk kommunizieren bzw. Teil eines Wireless Local Area Networks sein. Auf diese Art und Weise kann die Speichersteuerung oder Steuerung 4 mit der Außenwelt (z. B. einem Zentralcomputer) kommunizieren, wobei die Kommunikation über eine Energieversorgungsleitung, wie beispielsweise ein dreiadriges Kupferkabel, erfolgt. Die durch diese Leitung übermittelte Information wird einer Netzwerkschnittstelle für ein digitales Netzwerk zur Verfügung gestellt. Information, die durch die Netzwerkschnittstelle empfangen wird, kann über die Leitung von Steckdose 13 zur Speichersteuerung oder Steuerung 4 an die Speichersteuerung oder Steuerung 4 geschickt werden.
  • In 2 ist eine Variante gezeigt, bei der mehrere Speicher 1 vorgesehen sind, wobei jeder Speicher 1 über eine Speichersteuerung und/oder Steuerung 4 verfügt. Jeder der in 2 dargestellten Speicher 1 kann z. B. dem Speicher aus 1 entsprechen. Die Speicher sind als an einem Stromnetz 2 anhängend dargestellt. Mehrere Speicher können in verschiedenen Gebäuden untergebracht sein, beispielsweise in verschiedenen Gebäuden einer Siedlung oder eines Straßenzugs. Ein Stromnetz 2 wird beispielsweise von einer Transformatorenstation mit elektrischer Energie versorgt. Mehrere Speicher können jedoch auch an verschiedenen Stromnetzen hängen, die jedes von einer anderen Transformatorenstation mit Energie versorgt wird.
  • Mehrere Speichersteuerungen und/oder Steuerungen 4 sind durch ein (nur schematisch dargestelltes) Telekommunikationsnetzwerk 25 mit einem Zentralcomputer 26 verbunden. Der Zentralcomputer 26 kann auf die Speichersteuerungen und/oder Steuerungen 4 Einfluss nehmen und beispielsweise Befehle zur Aufnahme oder Abgabe von gespeicherter Energie geben. Umgekehrt können die Speichersteuerungen und/oder Steuerungen 4 Informationen, beispielweise über den Ladungsstand eines der Steuerung und/oder Speichersteuerung 4 zugeordneten Speichers 1 und/oder zu erwartende Energieabnahme eines zugeordneten Verbrauchers o. ä. an den Zentralcomputer 26 übermitteln. Damit lässt sich beispielweise Information über den Gesamtstromverbrauch, die Gesamteinspeisung etc. von mehren Steuerungen bzw. den zugeordneten Speichern 1, zentral erfassen und/oder verarbeiten, was seinerseits zur Einflussnahme auf die mehren Speichersteuerungen und/oder Steuerungen 4 herangezogen werden kann.
  • Von den Zentralcomputern 26 können mehrere vorgesehen sein, wobei jeder dieser Zentralcomputer 26 mit mehreren Speichersteuerungen und/oder Steuerungen 4 kommunizieren kann und die mehren Zentralcomputer auch untereinander miteinander kommunizieren z. B. zum Austausch von Daten über Stromverbrauch oder -einspeisung oder freie Speicherkapazitäten oder verfügbaren gespeicherten Strom. Auch können mehrere Zentralcomputer mit einem gemeinsamen Zentralcomputer auf einer höheren Hierarchieebene zum Datenaustausch kommunizieren.
  • 3 zeigt die Kennlinien eines Speichers für das Auf- und Entladen eines Speichers für elektrische Energie wie beispielsweise eines Lithium-Ionen Akkumulators. 3a zeigt die Kennlinie für das Aufladen (Ladekennlinie), während 3b eine Kennlinie für das Entladen zeigt (Entladekennlinie). Dazu ist jeweils die Ladung des Speichers über der Zeit beim Auf- bzw. Entladen aufgezeichnet
  • Erkennbar ist in 3a, dass das Beladen in diesem Beispiel bei geringer Ladung schneller erfolgt als bei beinahe vollständiger Beladung des Speichers Qmax. Daher kann es, falls eine schnelle Aufnahme der Energie erwünscht wird, vorteilhaft sein, einen Speicher vorher teilweise zu entladen. In allen in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen werden beispielsweise elektrische Akkumulatoren vorzugsweise mit einer Ladung in einem Bereich zwischen 10% und 90% der maximal möglichen Gesamtladung eingesetzt. Dies kann vorteilhaft sein, da sowohl eine vollständige Entladung als auch eine vollständige Beladung die Lebensdauer eines Speichers verkürzen können.
  • Beim Entladen eines Speichers erfolgt in diesem Beispiel das Abgeben von Energie aus einem vollen Speicher schneller als bei einem beinahe leeren Speicher.
  • 4 zeigt ein exemplarisches System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das beispielhafte System umfasst eine gemeinsame Speichersteuerung 44, die auch als Speichersteuerung 44 bezeichnet wird, die in dieser Ausführungsform mit den vorhandenen Speichern und Energiequellen direkt verbunden ist, in anderen Ausführungsformen jedoch auch mit den Steuerungen der beiden vorhandenen Speicher und/oder Energiequellen verbunden sein kann. Ein Speicher 41 ist in diesem Beispiel ein elektrischer Akkumulator, beispielsweise ein Lithiumlonen Akkumulator. Der zweite Speicher 42 ist in diesem Beispiel ein Wärmespeicher, insbesondere ein Warmwasser-Schichtspeicher, der an das Stromnetz über die Heizspirale 45 angeschlossen sein kann. Das System umfasst weiterhin eine weitere Energiequelle 43, die hier beispielhaft als Solarzelle gezeichnet ist. Selbstverständlich können in anderen Ausführungsformen die Speicher 41, 42 im System durch andere Speicher gegeben sein und/oder andere Energiequellen in dem System eingebunden sein. Die Speicher und die Energiequelle sind beispielsweise jeweils so an das Stromnetz angeschlossen, dass sie jeweils unabhängig voneinander Energie an das Stromnetz abgeben und/oder von ihm aufnehmen können. Gezeigt sind in der Abbildung nicht die tatsächlichen Anschlüsse, sondern nur die Richtungen, in die elektrische Energie von und zu den jeweiligen Richtungen, in die elektrische Energie übertragen werden kann. Die Speicher und Energiequellen eines solchen Systems sind bevorzugterweise zusätzlich mit je einem, zwei, mehreren oder allen anderen Speichern verbunden sind, so dass sie von diesen Energie aufnehmen und/oder an diese Energie abgeben können. Hierbei kann in diesem Beispiel die Energiequelle 43 Strom an den Akkumulator 41, die Heizspirale 45 sowie an das Netz (das nicht gezeichnet ist) abgegeben werden. Aus dem Stromnetz können die Heizspirale 45 und der Akkumulator 41 Strom beziehen. Der Akkumulator 41 kann Strom an das Netz und an die Heizspirale 45 abgeben.
  • 5 zeigt eine Heizspirale 45, die für einen Anschluss an einem Warmwasserspeicher 42, insbesondere einen Schichtwasserspeicher, vorgesehen ist. Ein Warmwasserspeicher kann beispielsweise über mehrere normierte Anschlüsse 47, 48 verfügen, an die von Außen Vorrichtungen wie z. B. Zuleitungen und/oder Wärmequellen an den Speicher 42 angeschlossen werden können. Anschluss 47 in ist in dieser Zeichnung offen gezeigt. Vorzugsweise ist eine Heizspirale 45 mit einem Anschluss 49 versehen, der sich auf die normalerweise vorgegeben großen Anschlüsse 47, 48 eines Schichtspeicher einfach aufbringen und wieder abnehmen lässt und/oder dort gut schließend befestigt werden kann. In diesem Beispiel wird die Heizspirale 45 vorzugsweise in den Speicher 42 eingeführt und an den Anschluss 47 mit ihrem Anschluss 49 angeschlossen. Der Vorteil an einer solchen Heizspirale 45 für einige Ausführungsformen der Erfindung kann sein, dass sie leicht gefertigt werden kann und an viele bereits bestehende Systeme angeschlossen werden kann. Die Steuerung des Wärmespeichers kann über den Anbau einer Steuerung an die Heizspirale und/oder die Steckdose erfolgend, mit der die Heizspirale verbunden ist (nicht gezeigt). Auch ist eine Heizspirale bevorzugt leicht auszuwechseln im Falle der Abnutzung. Durch den Einsatz solcher Spiralen 45 in mehreren Wärmespeichern könnten Spannungsspitzen des Stromnetzes leichter ausgeglichen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • WO 2008/125696 A2 [0003]
    • WO 2009/112175 A1 [0004]

Claims (17)

  1. Speicher (1) für elektrische Energie, mit einer Steuerung (4), durch welche die Abgabe von elektrischer Energie an ein Stromnetz (2) und/oder einen lokalen Energieverbraucher und/oder die Aufnahme von Energie aus dem Stromnetz (2) und/oder von einem lokalen Energieerzeuger steuerbar ist.
  2. Speicher nach Anspruch 1, welcher zusätzlich einen Wärmespeicher mit einer Heizeinrichtung als lokalen Energieverbraucher umfasst, wobei die Heizeinrichtung, insbesondere durch die Steuerung, so steuerbar ist, dass die elektrische Energie aus dem Stromnetz und/oder von dem lokalen Energieerzeuger aufnehmbar ist.
  3. System mit mindestens zwei Speichern nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Steuerungen der mindestens zwei Speicher in Form einer gemeinsamen Speichersteuerung vorgesehen ist und/oder eine gemeinsame Speichersteuerung mit den Steuerungen der mindestens zwei Speicher verbunden ist.
  4. System nach Anspruch 3, wobei der gemeinsamen Speichersteuerung Betriebsparameter der mindestens zwei Speicher zur Verfügung stehen und/oder wobei die gemeinsame Speichersteuerung Betriebsdaten und/oder Betriebszustände der mindestens zwei Speicher ermitteln kann, wobei die Betriebsdaten und/oder die Betriebszustände vorzugsweise aktuelle Betriebsdaten und/oder Betriebszustände sind.
  5. System nach Anspruch 3 oder 4, wobei die gemeinsame Speichersteuerung aus den Betriebsparametern und/oder aus den Betriebsdaten und/oder den Betriebszuständen der mindestens zwei Speicher Kennlinien für die mindestens zwei Speicher ermitteln und wobei anhand der Kennlinien die Abgabe von elektrischer Energie an ein Stromnetz (2) oder einen lokalen Energieverbraucher und/oder die Aufnahme von Energie aus dem Stromnetz (2) oder von einem lokalen Energieerzeuger steuerbar ist.
  6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Speichersteuerung mit einer Netzwerkschnittstelle kommunizieren kann, wobei die Kommunikation vorzugsweise verschlüsselt erfolgen kann.
  7. System nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei die Speichersteuerung aus den Kennlinien der mit ihr verbundenen Speicher eine gemeinsame Kennlinie für einen Teil oder für alle mit ihr verbundenen Speicher erstellen kann.
  8. System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei eine Kennlinie und/oder gemeinsame Kennlinie und/oder Betriebsparameter und/oder Betriebsdaten und/oder Betriebszustände übermittelt werden kann, und wobei vorzugsweise die Übermittlung durch die Übermittlung einer Parametrisierung der Kennlinie erfolgt.
  9. System nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei eine Diagnose an einem Speicher des Systems durchgeführt werden kann.
  10. System nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei das System eine weitere Energiequelle umfasst.
  11. System mit mehr als 100 oder 1.000 oder 10.000 oder 100.000 Speichern nach einem der Ansprüche 1 oder 2 und/oder Systemen nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei ein Zentralcomputer vorgesehen ist, der mit den Steuerungen eines jeden Speichers und/oder den gemeinsamen Speichersteuerungen eines jedes Systems kommunizieren kann, vorzugsweise über ein Telekommunikationsnetzwerk, wobei die Kommunikation den Austausch von Kennlinien und/oder Betriebsparametern und/oder Betriebsdaten und/oder Betriebszuständen der Speicher und von Steuerparametern für die Steuerungen der Speicher und/oder die gemeinsamen Speichersteuerungen und/oder die Speicher selbst und/oder die lokalen Energieverbraucher und/oder die lokalen Energieerzeuger umfasst, und wobei die Kommunikation optional verschlüsselt erfolgen kann.
  12. System mit wenigstens zwei Systemen nach Anspruch 11, wobei die Zentralcomputer der wenigstens zwei Systeme miteinander kommunizieren und/oder die Zentralcomputer wenigstens eines Systems mit den Steuerungen und/oder der gemeinsamen Speichersteuerung kommunizieren, wobei die Kommunikation optional verschlüsselt erfolgen kann.
  13. Netzwerk aus Systemen nach Anspruch 11 und/oder Anspruch 12, mit mehreren Hierarchieebenen, in welchem auf jeder Hierarchieebene wenigstens ein Zentralcomputer vorgesehen ist, der mit dem oder den Zentralcomputern auf niedrigeren Hierarchieebenen kommuniziert.
  14. System nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei die Anweisungen der Steuerung oder der Speichersteuerung oder des Zentralcomputers und/oder der Zentralcomputer auf den verschiedenen Hierarchieebenen Vorrang vor Anweisungen aus anderen Quellen haben.
  15. System nach einem der Ansprüche 3 bis 14, wobei die Speichersteuerung, eine, zwei, drei oder mehr der folgenden Parameter erfassen oder bestimmen kann und/oder übertragen erhält und diese optional auswerten kann: – Information über den Energieverbrauch in der Vergangenheit, – die Kennlinien und/oder die gemeinsame Kennlinie der Speicher, – Information über Betriebsparameter des/der Speicher, – Ladezustand der Speicher, – Vorhersage über das Wetter, – Datum und Uhrzeit, – Strompreise, – Frequenz und/oder Spannung in dem Stromnetz (2), – Information über die Produktion von elektrischer Energie aus anderen Energiequellen als der des Stromnetzes und/oder über die Produktion und/oder den Preis von Energie aus anderen Energiequellen als der des Stromnetzes, – Information über die in dem/den Speichern in der Vergangenheit aufgetretenen Fehler, – Information über im Moment auftretende Fehler, – Information über die Energieerzeugung in der Vergangenheit.
  16. System nach einem der Ansprüche 3 bis 15, wobei das System eine Möglichkeit umfasst, die Leistung von im System vorhandenen Solarzellen zu steuern und/oder von ihnen erzeugten Strom direkt in einen Speicher zu leiten.
  17. System nach Anspruch 16, in welchem die Steuerung der Solarzellen in Abhängigkeit der Kennlinien der Solarzellen und/oder in Abhängigkeit von Betriebsparametern und/oder Betriebsdaten und/oder Betriebszuständen, wobei die Betriebsdaten vorzugsweise aktuelle Betriebsdaten und/oder die Betriebszuständen vorzugsweise aktuelle Betriebszustände sind, erfolgt.
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