DE102022203456A1

DE102022203456A1 - Netzschonendes Lastmanagement für eine Wärmepumpe

Info

Publication number: DE102022203456A1
Application number: DE102022203456.2A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Beck
Original assignee: Bob Patent GmbH
Current assignee: Bob Patent GmbH
Priority date: 2022-04-06
Filing date: 2022-04-06
Publication date: 2023-10-12

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Einrichtung (2) zum Betrieb einer Wärmepumpe (4) angegeben. Die Einrichtung (2) umfasst die Wärmepumpe (4), die unmittelbar oder mittelbar über eine lokale Stromverteilung (8) an ein öffentliches Stromnetz (12) anschließbar und mit einem Betriebsstrom (IB) betreibbar ist. Ein den Betriebsstrom (IB) limitierender Vorgabewert (V) wird dabei zeitlich variierend vorgegeben, so dass der Vorgabewert (V) gegenläufig zu einer Netzauslastung des Stromnetzes (12) variiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb einer Wärmepumpe.
Eine Wärmepumpe ist in der Regel unmittelbar oder mittelbar über eine lokale Stromverteilung an ein öffentliches Stromnetz anschließbar. Als „lokale Stromverteilung“ wird hier und im Folgenden die durch einen Netzverknüpfungspunkt von dem öffentlichen Stromnetz abgegrenzte elektrische Installation, z.B. eines Hauses (Hausstrominstallation) oder Gewerbebetriebs, bezeichnet. Die lokale Stromverteilung umfasst also diejenigen elektrischen Leitungen und Verbraucher sowie gegebenenfalls vorhandene elektrische Speicher und/der Stromerzeugungseinheiten, die sich aus Sicht der Wärmepumpe diesseits des Netzverknüpfungspunktes befinden und die somit nicht zu dem öffentlichen Stromnetz gehören.
Die Erfindung bezieht sich vorrangig auf eine Wärmepumpe mit kontinuierlich oder in mehreren Stufen regelbarer Leistung, insbesondere auf eine sogenannte Inverter-Wärmepumpe, bei der die Drehzahl des Kompressors durch einen vorgeschalteten Umrichter (Inverter) gesteuert werden kann oder auf Wärmepumpen mit mehreren Verdichtern, die zur Variation der Gesamtleistung einzeln oder in Gruppen angesteuert werden können. Grundsätzlich kann die Erfindung aber auch bei Wärmepumpen eingesetzt werden, deren Leistung nur binär gesteuert werden kann, die also nur an- und ausgeschaltet werden können.
Im Zuge der zunehmenden Verbreitung von Wärmepumpen zur Erzeugung von Heizwärme und/oder Warmwasser in Privathäusern und Gewerbebetrieben haben Wärmepumpen einen steigenden Einfluss auf die Auslastung von öffentlichen Stromnetzen. Problematisch ist dabei insbesondere, dass Wärmepumpen regelmäßig zu Zeiten eine besonders hohe elektrische Leistung beziehen, zu denen die Netzauslastung ohnehin besonders hoch ist. Beispielsweise werden Wärmepumpen typischerweise morgens oder abends angeschaltet oder mit erhöhter Leistung gefahren, da zu diesen Zeiten vor allem während der Wintermonate ein erhöhter Bedarf an Heizwärme und Warmwasser besteht. Zu diesen Zeiten weist aber typischerweise auch unabhängig von der durch Wärmepumpen in Anspruch genommenen Leistung die durchschnittliche Netzbelastung öffentlicher Stromnetze charakteristische Spitzen (Morgen-Peak und Abend-Peak) auf.
Wärmepumpen haben hierdurch bereits heute einen destabilisierenden Einfluss auf die Netzbelastung, indem sie eine Verstärkung von Netzbelastungsspitzen verursachen. Dieses Problem wird sich im Zuge der beabsichtigten Reduzierung des weltweiten CO₂-Ausstoßes und der in diesem Zusammenhang geförderten Verbreitung von Wärmepumpen in absehbarer Zeit zuspitzen. Es ist deshalb absehbar, dass mit der bestehenden Netzinfrastruktur der künftig zu erwartende Strombedarf nicht ohne unterstützende Maßnahmen zur Verfügung zu stellen sein wird, insbesondere zumal die Stromnetze auch durch die zunehmende E-Mobilität eine erheblich zunehmende Belastung erfahren werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein netzschonendes Lastmanagement für eine Wärmepumpe bereitzustellen. Das Verfahren soll dabei insbesondere unaufwändig realisierbar sein.
Bezüglich eines Verfahrens zum Betrieb einer Wärmepumpe wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich einer Einrichtung zum Betrieb einer Wärmepumpe wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 10. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Die Erfindung geht aus von einer Wärmepumpe, die mittelbar über eine lokale Stromverteilung oder unmittelbar an ein öffentliches Stromnetz anschließbar und mit einem Betriebsstrom betreibbar ist. Im Betrieb wird die Leistung der Wärmepumpe in zweckmäßiger Ausgestaltung derart geregelt, dass eine gemessene Ist-Temperatur eines Wärmekreislaufs oder Wärmespeichers, der durch die Wärmpumpe mit Wärme versorgt wird, an eine vorgegebene Soll-Temperatur angeglichen wird. Optional ist diese Temperaturregelung mit einer Hysterese versehen, gemäß der eine Schwelle für eine Erhöhung der Wärmepumpen-Leistung niedriger angesetzt sind als eine Schwelle für eine Erniedrigung der WärmepumpenLeistung. Beispielsweise wird die Wärmepumpenleistung in Zuge der Regelung hochgefahren, wenn die Ist-Temperatur die Soll-Temperatur um 2 °C unterschreitet, und heruntergefahren, wenn die Ist-Temperatur die Soll-Temperatur überschreitet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Vorgabewert für den Betriebsstrom der Wärmepumpe zeitlich variierend vorgegeben wird, so dass der Vorgabewert gegenläufig zu einer Netzauslastung des Stromnetzes variiert. Der Vorgabewert limitiert hierbei den Betriebsstrom, das heißt er legt die von der Wärmepumpe maximal zu beziehende Stromstärke oder (elektrische) Leistung des Betriebsstroms, z.B. als Absolutwert oder als prozentualer Anteil der Maximalstromstärke bzw., Maximalleistung, fest. Der Vorgabewert wird insbesondere kontinuierlich oder in mehreren Stufen variiert. Vorzugsweise wird der Vorgabewert hierbei anhand einer hinterlegten Betriebsstromkurve bestimmt, die insbesondere in Form einer zeitabhängigen mathematischen Funktion (also einer mathematischen Formel) in Abhängigkeit von der Zeit, in Form einer Stützpunkttabelle oder in einer Mischform aus Stützpunkten und Formel, hinterlegt ist. Die Betriebsstromkurve kann dabei im Rahmen der Erfindung den einzustellenden Vorgabewert unmittelbar wiedergeben: $V = L (t),$
wobei V den Vorgabewert, L die Betriebsstromkurve und t die Zeit repräsentiert. Alternativ kann die Betriebsstromkurve im Rahmen der Erfindung aber auch so definiert sein, dass sie nur den Verlauf des Vorgabewerts abbildet und mit letzterem in einer - z.B. linearen - Beziehung steht: $V = k \cdot L (t),$
wobei k für einen (von null verschiedenen) konstanten oder ebenfalls veränderlichen Parameter steht.
Die Betriebsstromkurve kann im Rahmen der Erfindung herstellerseitig in die Steuerelektronik der Wärmepumpe oder eines externen Steuergeräts einprogrammiert werden oder auf einem Speichermedium (z.B. einer SD-Karte oder einem USB-Stick) zur Verfügung gestellt werden. Alternativ kann die Betriebsstromkurve per Download (z.B. über ein Mobilfunknetz, LAN, W-Lan oder per Bluetooth unter Nutzung eines Mobilgeräts) in die Wärmepumpe oder das externe Steuergerät übertragen werden. Die Betriebsstromkurve kann weiterhin entweder einmalig fest zur Verfügung gestellt oder regelmäßig oder unregelmäßig aktualisiert werden.
Die Betriebsstromkurve kann im Rahmen der Erfindung (ausschließlich) in Abhängigkeit von der Tageszeit (eines einzigen Tages) definiert sein, so dass die Betriebsstromkurve an jedem Tag die gleiche Form hat. Wenn die Betriebsstromkurve als Stützpunkttabelle vorliegt, umfasst sie in dieser Ausführung z.B. 24 Punkte (also einen Punkt pro Stunde), 96 Punkte (d.h. einen Punkt pro Viertelstunde) oder 1440 Punkte (d.h. einen Punkt pro Minute). Die Betriebsstromkurve kann alternativ einen Zeitraum von weniger als 24 Stunden abdecken. In diesem Fall wird die Betriebsstromkurve vorzugsweise jeweils nur innerhalb eines Abschnitts eines jeden Tages (z.B. nur zwischen 7 Uhr und 22 Uhr) abgearbeitet. Vorzugsweise ist die Betriebsstromkurve aber auch auf einer 24 Stunden überschreitenden Zeitskala, insbesondere für eine Woche, einen oder mehrere Monate oder - bevorzugt - ein ganzes Jahr, veränderlich vorgegeben. Anstelle einer einzigen zusammenhängen Betriebsstromkurve kann die Betriebsstromkurve auch aus mehreren Kurvenstücken (oder Dateien) zusammengesetzt sein, die alternativ zueinander herangezogen werden. Beispielsweise ist für jeden Monat des Jahres eine separate Betriebsstromkurve hinterlegt.
Vorzugsweise ist die Betriebsstromkurve in der Wärmepumpe selbst hinterlegt. Alternativ hierzu kann die Betriebsstromkurve aber auch in einem externen (d.h. nicht zur Wärmepumpe gehörenden) Datenspeicher, z.B. einer Speicherkarte oder dem Speicher eines externen Kontrollgeräts (z.B. einem Zentralrechner oder Cloud-Server) hinterlegt sein und von dort aus der Wärmepumpe im Betrieb zur Verfügung gestellt werden.
Die Steuerung des Vorgabewerts anhand der hinterlegten Betriebsstromkurve hat den Vorteil, dass ein netzschonendes Lastmanagement ohne aufwändige Installation, insbesondere ohne Einsatz von externen Stromzählern oder Stromsensoren und deren datenübertragungstechnische Verbindung mit der Wärmepumpe möglich ist. Eine Zusammenwirkung der Wärmepumpe mit einem externen Stromzähler oder Stromsensor ist daher bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmepumpe auch nicht vorgesehen. Weiterhin kann die Wärmepumpe in einigen Ausführungen der Erfindung offline, also ohne permanenten Anschluss der Wärmepumpe an ein regionales oder überregionales Datenübertragungsnetzwerk wie z.B. das Internet und/oder ein Mobilfunknetz betrieben werden. In besonders einfachen Ausführungen umfasst die Wärmepumpe daher auch keine Schnittstellen zum Anschluss an solche Datenübertragungsnetze.
In bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung können Daten eines Stromsensors am Netzverknüpfungspunkt der lokalen Stromverteilung oder einem vorgelagerten Leitungsstrang oder Transformator des Stromnetzes aber als zusätzlicher Parameter bei der Bestimmung des Vorgabewerts berücksichtigt werden. Beispielsweise wird der sich aus der Betriebsstromkurve ergebende Vorgabewert in Abhängigkeit von der gemessenen Stromstärke am Netzverknüpfungspunkt der lokalen Stromverteilung bzw. dem vorgelagerten Leitungsstrang oder Transformator des Stromnetzes oder der gemessenen Netzspannung skaliert oder verschoben.
Die zur Netzauslastung des Stromnetzes gegenläufige Variation des Vorgabewerts bedeutet, dass der Vorgabewert der Betriebsstromstärke immer dann erniedrigt oder sogar auf null abgesenkt wird, wenn die Netzauslastung des Stromnetzes besonders hoch ist, wohingegen der Vorgabewert in Zeiten geringer Netzauslastung erhöht wird. Hierdurch wird erreicht, dass die Wärmepumpe nicht zur Verstärkung von Schwankungen der Netzauslastung beiträgt, sondern vielmehr den Netzbetreibern hilft, die Netzauslastung zeitlich besser zu verteilen und somit bei vergleichsweise geringer Spitzen-Netzauslastung insgesamt besonders viel Betriebsstrom für die Erzeugung von Wärme zur Verfügung zu stellen.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist als Betriebsstromkurve eine Netzauslastungskurve vorgegeben, die die Netzauslastung des Stromnetzes zeitaufgelöst wiedergibt. Der Vorgabewert wird hierbei anhand des Abstands (d.h. der Differenz) eines aktuellen Werts der Netzauslastungskurve zu einem vorgegebenen Schwellwert bestimmt, z.B. gemäß $V = k \cdot (A_{max} - A (t)) + V_{min} .$
Der Vorgabewert V wird hierbei zweckmäßigerweise innerhalb vorgegebener Grenzwerte [V_min; V_max] gehalten. In der obigen Gleichung stehen weiterhin V wiederum für den Vorgabewert, k für einen konstanten oder variablen Parameter, A(t) für den aktuellen Wert der Netzauslastungskurve und A_max für den Schwellwert. Vorzugsweise wird der Vorgabewert außerdem auf null abgesenkt, wenn der aktuelle Wert der Netzauslastungskurve den Schwellwert überschreitet und somit die Differenz A(t) - A_max negativ wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Betriebsstromkurve (insbesondere in Form der auch als „Lastprofil“ bezeichneten Netzauslastungskurve) spezifisch für den geographischen Standort der Wärmepumpe definiert. Der geographische Standort der Wärmepumpe kann dabei im Rahmen der Erfindung unterschiedlich genau eingegrenzt werden. Beispielsweise kann die Betriebsstromkurve in unterschiedlichen Ausführungen derart angegeben werden, dass sie für

- das Land oder den Landesteil (z.B. Bundesstaat oder Verwaltungsbezirk), oder
- die Stadt oder den Postleitzahlenbereich,

Alternativ kann die Betriebsstromkurve im Rahmen der Erfindung auch spezifisch für einen abgegrenzten Netzbereich des Stromnetzes, an den die Wärmepumpe angeschlossen ist, berechnet und vorgegeben sein, z.B. für einen Leitungsstrang, einen Verteilnetzbereich, einen Bilanzkreis oder einen lokalen, regionalen Netzbetreiber oder einen Transformator, der die Mittelspannung auf die Niederspannung des Netzsegments, in der die Wärmepumpe angeschlossen ist, heruntertransformiert. Der abgegrenzte Netzbereich kann dabei eine oder mehrere Netzebenen umfassen.
In einer einfach realisierbaren, aber dennoch effektiven Ausführung der Erfindung wird die Betriebsstromkurve derart vorgegeben, dass sie an die sich im Wochen-, Monats- und/oder Jahresverlauf durchschnittlich ergebenden Unterschiede der Netzauslastung angepasst ist. Der sich im Jahresverlauf durchschnittlich ergebende Unterschied der Netzauslastung kann hierbei im Rahmen der Erfindung in unterschiedlicher zeitlicher Genauigkeit in der Betriebsstromkurve abgebildet sein. Beispielsweise kann die Betriebsstromkurve im Rahmen der Erfindung derart vorgegeben, dass sie

- für unterschiedliche Wochentage,
- für unterschiedliche Halbjahre, Trimester, Quartale oder Monate,
- für die Jahreszeiten Frühjahr, Sommer, Herbst, Winter oder
- für jeden Tag im Jahr

Insbesondere wenn es sich bei der Wärmepumpe um eine Luft-Wärmepumpe handelt, wird der Vorgabewert des Weiteren optional in Abhängigkeit von der Lufttemperatur variiert. Dabei wird der Vorgabewert insbesondere mit steigender Lufttemperatur erhöht, da mit steigender Lufttemperatur die Effizienz der Luft-Wärmepumpe steigt und somit die (sofort oder zu einem späteren Zeitpunkt benötigte) Wärme mit vergleichsweise geringem elektrischen Energieaufwand erzeugt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird der Vorgabewert der Betriebsstromstärke in Abhängigkeit von einer Information über die (aktuelle oder prognostizierte) tatsächliche Netzauslastung an dem geographischen Standort der Wärmepumpe oder in dem abgegrenzten Netzbereich variiert. Als Information über die tatsächliche Netzauslastung werden dabei insbesondere

- die gemessene Netzspannung (insbesondere anhand von Messdaten eines in die Wärmepumpe integrierten Netzspannungssensors), und/oder
- die gemessene Netzfrequenz, und/oder
- Prognosedaten bezüglich einer zu erwartenden Netzauslastung sowie - optional - der Lufttemperatur

Die optionale Heranziehung der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz als Steuergröße für die Einstellung des Vorgabewertes der Betriebsstromstärke beruht auf der Erkenntnis, dass die Netzspannung geringfügig mit der lokalen und regionalen Netzauslastung schwankt. Insbesondere wird der Vorgabewert der Betriebsstromstärke bei vergleichsweise hoher Netzspannung erhöht und bei vergleichsweise niedriger Netzspannung erniedrigt. Die vorstehend beschriebene Erfindungsvariante hat den Vorteil, dass die Messung der Netzspannung in der Wärmepumpe selbst oder in unmittelbarer Nähe derselben erfolgen kann (und vorzugsweise auch erfolgt), so dass eine aufwändige Installation nicht erforderlich (und insbesondere auch nicht vorhanden) ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Verlauf der Netzspannung durch die Wärmepumpe oder ein externes Steuergerät laufend oder zumindest über einen längeren Zeitraum aufgezeichnet. Sofern diese Aufzeichnung durch das ggf. vorhandene externe Steuergerät erfolgt, wird dieses hierzu vorzugsweise in der lokalen Stromverteilung, insbesondere schaltungstechnisch in der Nähe der Wärmepumpe, angeordnet. Durch tageszeitaufgelöste Mittelung und ggf. zusätzliche zeitliche Glättung der gemessenen Netzspannung wird hierbei - durch die Wärmepumpe bzw. das externe Steuergerät - für den Standort der Wärmepumpe ein durchschnittlicher Tagesverlauf der Netzspannung ermittelt. Im Betrieb der Wärmepumpe wird dabei der Vorgabewert der Betriebsstromstärke in Abhängigkeit von der Abweichung eines aktuell gemessenen Werts der Netzspannung von dem anhand des durchschnittlichen Tagesverlaufs zu erwartenden Wert variiert. Der Vorgabewert wird dabei insbesondere dann erhöht, wenn die aktuell gemessene Netzspannung über dem für die jeweilige Tageszeit zu erwartenden Wert liegt. Der Vorgabewert wird entsprechend erniedrigt, wenn die aktuell gemessene Netzspannung unter dem für die jeweilige Tageszeit zu erwartenden Wert liegt.
Prognosedaten über die Netzauslastung werden insbesondere automatisch von der Wärmepumpe oder einem externen Steuergerät aus dem Internet abgerufen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Prognosedaten mittels einer auf einem mobilen Endgerät (z.B. Smartphone oder Tablet) installierten Software-Applikation (App) heruntergeladen oder ermittelt, wobei diese App unter Nutzung einer Sende- und Empfangseinheit des Endgeräts datenübertragungstechnisch, z.B. über Bluetooth, mit der Wärmepumpe verbindbar ist. Diese (auch als „Bedien-App“ bezeichnete) App ist vorzugsweise zur Konfiguration und/oder Fernsteuerung der Wärmepumpe eingerichtet und somit dazu ausgelegt, von einem Nutzer der Wärmepumpe regelmäßig mit der Wärmepumpe verbunden zu werden. Die App ist dabei dazu eingerichtet, die Prognosedaten immer dann auf die Wärmepumpe zu übertragen, wenn die App mit der Wärmepumpe verbunden ist; insbesondere immer dann, wenn sich das mobile Endgerät, auf dem die App installiert ist, in der Nähe der Wärmepumpe befindet, oder wenn der Nutzer mittels dieser App die Wärmepumpe bedient. Hierbei wird vorzugsweise nicht nur ein aktueller Prognosewert (z.B. für die kommende Stunde) übertragen, sondern eine Langzeitprognose, die Prognosedaten für mehrere Tage, beispielsweise für jede Stunde der kommenden 16 Tage, enthält. Immer dann, wenn die App wieder mit der Wärmepumpe verbunden wird, wird die in der Wärmepumpe hinterlegte Langzeitprognose mit aktualisierten Werten überspielt. In einer Variante dieser Ausführungsform wird mittels der App anhand der Prognosedaten eine angepasste Betriebsstromkurve berechnet. In diesem Fall wird - zusätzlich zu den oder anstelle der rohen Prognosedaten der zu erwartenden Netzauslastung - die anhand der Prognose angepasste Betriebsstromkurve auf die Wärmepumpe übertragen, wenn das mobile Endgerät mit der Wärmepumpe verbunden ist.
Ein großer Vorteil dieser Ausführungsformen liegt darin, dass die Wärmepumpe selbst offline betrieben werden kann (und vorzugsweise auch wird). Bevorzugt ist die Wärmepumpe in dieser Ausführung vorzugsweise selbst nicht mit Mitteln zur Verbindung der Steuerelektronik mit dem Internet ausgerüstet, was eine einfache und unaufwändige Realisierung der Wärmepumpe ermöglicht. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Rechenkapazität des mobilen Endgeräts für die Beschaffung der Prognosedaten, und ggf. die Berechnung der angepassten Betriebsstromkurve genutzt werden kann. Dies erlaubt eine entsprechend kleinere Dimensionierung der Rechenleistung der Steuerelektronik.
Die Information über die tatsächliche Netzauslastung kann im Rahmen der Erfindung in Kombination mit einer hinterlegten Betriebsstromkurve oder unabhängig davon verwendet werden. In dem ersteren Fall wird beispielsweise die vorgegebene Betriebsstromkurve in Abhängigkeit von der Information über die tatsächliche Netzauslastung angehoben/abgesenkt oder skaliert. In dem letzteren Fall wird für die Anpassung des Vorgabewerts der Betriebsstromstärke insbesondere keine hinterlegte Betriebsstromkurve herangezogen. Vielmehr wird der Vorgabewert nur unter Berücksichtigung der Information über die tatsächliche Netzauslastung variiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird der Vorgabewert anhand eines von der Netzauslastung abhängigen Leitsignals eines Netzbetreibers bestimmt. Bei dem Leitsignal kann es sich im Rahmen der Erfindung um ein (binäres) Abschaltsignal handeln, durch das - insbesondere bei einer drohenden Netzüberlastung - der Vorgabewert des Betriebsstroms auf null gesetzt wird und durch das somit eine Unterbrechung des Betriebs der Wärmepumpe veranlasst wird. Alternativ kann es sich bei dem Leitsignal auch um ein differenziertes Signal handeln, das zum Beispiel bei hoher Netzauslastung eine Reduzierung des Vorgabewerts auf einen vorgegebenen Prozentwert des Maximal-Betriebsstroms veranlasst. Bevorzugt wird das Leitsignal - wenn verfügbar - zusätzlich zu der durchschnittlichen Netzauslastung und/oder der tatsächlichen Netzauslastung bei der Bestimmung des Vorgabewerts berücksichtigt. Beispielsweise wird hierbei das Leitsignal immer dann - z.B. anstelle der hinterlegten Betriebsstromkurve oder anstelle von Prognosewerten der zu erwartenden Netzauslastung - zur Ermittlung des Vorgabewerts herangezogen, wenn das Leitsignal der Wärmepumpe zugeführt wird. Einem ggf. vorliegenden Leitsignal wird also Priorität eingeräumt. Immer dann, wenn das Leitsignal dagegen nicht vorliegt (z.B. weil die Übermittlung des Leitsignals gestört ist oder der Netzbetreiber ein solches Leitsignal nicht zur Verfügung stellt), werden ersatzweise andere Mittel zur Bestimmung des Vorgabewerts genutzt, z.B. eine hinterlegte Betriebsstromkurve oder Prognosewerte der zu erwartenden Netzauslastung. Alternativ hierzu wird in zweckmäßigen Ausführungen der Erfindung das Leitsignal derart mit der hinterlegten Betriebsstromkurve oder den Prognosewerten der zu erwartenden Netzauslastung kombiniert, dass der sich aus der Betriebsstromkurve bzw. den Prognosewerten ergebende Vorgabewert in Abhängigkeit von dem Leitsignal skaliert oder verschoben wird.
Häufig lässt der Betrieb der Wärmepumpe keine kontinuierliche Variation des Betriebsstroms zu, sondern ändert den Betriebsstrom in diskreten Stufen. Insbesondere fordert die Wärmepumpe in der Regel einen Mindestbetriebsstrom von z.B. 2A. Sofern der zur Verfügung stehende Betriebsstrom diesen (auch als Abschaltschwelle bezeichneten) Mindestbetriebsstrom unterschreitet, wird der Betrieb der Wärmepumpe vollständig unterbrochen. Erkanntermaßen könnte diese Abschaltschwelle zu schockartigen Belastungsänderungen in dem Stromnetz führen, die unter gegebenen Umständen die Netzstabilität gefährden können. Ein solcher Fall könnte beispielsweise eintreten, wenn in einem regionalen Subnetz bei steigender Netzbelastung eine Vielzahl von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Wärmepumpen aufgrund einer hinterlegten Betriebsstromkurve, aufgrund der Information über die tatsächliche Netzauslastung oder aufgrund des Leitsignals des Energieversorgers gleichzeitig abschalten, so dass abrupt ein Vielfaches des Mindestbetriebsstroms frei wird.
Um solche für die Netzstabilität gefährlichen, schockartigen Belastungsänderungen zu vermeiden, wird im Zuge des Verfahrens vorzugsweise eine durch die Betriebsstromkurve, die Information über die tatsächliche Netzauslastung oder das Leitsignal des Energieversorgers veranlasste Änderung des Vorgabewerts, insbesondere eine Reduktion des Vorgabewerts auf null, nicht sofort durchgeführt, sondern mit einem Zeitversatz gegenüber dem auslösenden Ereignis. Bei nicht vorhersehbaren Ereignissen (z.B. einen Anstieg der tatsächlichen Netzauslastung oder eine Änderung des Leitsignals) wird der Vorgabewert dabei immer zeitverzögert nach dem Ereignis geändert (insbesondere auf null gesetzt). Im Falle einer fest hinterlegten Betriebsstromkurve kann der Vorgabewert alternativ auch bereits proaktiv (also mit einem negativen Zeitversatz vor dem auslösenden Ereignis) geändert, insbesondere auf null gesetzt werden. Der Zeitversatz wird hierbei in einer für die Wärmepumpe oder den laufenden Betriebszyklus spezifischen Weise variiert. Beispielsweise wird der Zeitversatz in Abhängigkeit von einer Dauer eines laufenden Betriebszyklus, einer während des laufenden Betriebszyklus geladenen Energiemenge, einer Zufallszahl oder - bevorzugt - der Abweichung einer Ist-Temperatur zu einer Soll-Temperatur in einem von der Wärmepumpe beheizten Heiz- oder Warmwasserkreislauf oder Energiespeicher variiert.
Der Zeitversatz kann dabei optional bei negativen Änderungen des Vorgabewerts (insbesondere Abschaltvorgängen) und positiven Änderungen des Vorgabewerts (insbesondere Wiederaufschaltvorgängen) gleich oder unterschiedlich gewählt sein. Vorzugweise ist der Zeitversatz beim Abschalten (also der Reduzierung des Vorgabewerts auf null) kürzer gewählt als beim Wiederaufschalten (also der Erhöhung des Vorgabewerts von null auf einen positiven Wert). Beispielsweise wird der Zeitversatz für das Abschalten derart bestimmt, dass die Wärmepumpe je Minute der bisherigen Betriebszeit in dem laufenden Betriebszyklus um 15 Sekunden vor einem vorausbestimmten Abschaltzeitpunkt abschaltet. Wenn die Wärmepumpe vor dem vorgesehenen Abschaltschaltzeitpunkt bereits 30 Minuten betrieben worden war, wird die Wärmepumpe also z.B. bereits um einen Zeitversatz von 7,5 Minuten (nämlich 30 x 15 Sekunden) vor dem Abschaltzeitpunkt abgeschaltet. Für das Wiederaufschalten ist beispielsweise ein doppelter Zeitversatz von 30 Sekunden je Minute Betriebszeit nach einem Wiederaufschaltzeitpunkt vorgesehen, so dass die Wärmepumpe bei einer dem Abschalten vorausgegangenen Betriebszeit von 30 Minuten um einen Zeitversatz von 15 Minuten nach dem Wiederaufschaltzeitpunkt den Betriebszyklus wiederaufnimmt. Der „Betriebszyklus“ bezeichnet ein Intervall, in dem mittels der Wärmepumpe - ununterbrochen oder mit kurzen Unterbrechungen - Wärme erzeugt wird. Verschiedene Betriebszyklen werden dabei durch (insbesondere längere) Standby-Phasen voneinander abgegrenzt.
Allen vorstehend beschriebenen Varianten ist gemein, dass der Zeitversatz auch bei gleicher Konfiguration und gleicher Netzbelastung dennoch für verschiedene Wärmepumpen in der Regel unterschiedlich ist, so dass die Wärmepumpen auch unter gleichen Netzbedingungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten den Vorgabewert ändern, insbesondere abschalten.
Zusätzlich oder alternativ zu dem zeitversetzten Abschalten und Wiederaufschalten der Wärmepumpe ist optional vorgesehen, dass die Änderungsrate (also die zeitliche Flankensteilheit einer Änderung des Vorgabewerts) begrenzt wird. Beispielsweise wird die Änderungsrate des Vorgabewerts auf ein Ampere pro Minute begrenzt. Auch durch diese Begrenzung der Änderungsrate des Vorgabewerts werden schnelle (schockartige) Belastungsänderungen der Netzauslastung, die ansonsten zu Netzinstabilität führen können, gedämpft. Die Begrenzung der Änderungsrate des Vorgabewerts kann im Rahmen der Erfindung in dem gesamten Wertebereich des Vorgabewerts vorgesehen sein oder - bevorzugt - nur bei kleinen Vorgabewerten in der Nähe der Abschaltschwelle bzw. bei hoher Netzauslastung. Weiterhin kann der Grenzwert für negative Änderungsraten des Vorgabewerts (also für eine Erniedrigung des Vorgabewerts) gleich oder verschieden von dem Grenzwert für positive Änderungsraten des Vorgabewerts (also für eine Erhöhung des Vorgabewerts) gewählt werden. Beispielsweise werden die Erniedrigung des Vorgabewerts vor dem Abschalten auf 1 Ampere pro Minute und die Erhöhung des Vorgabewerts nach dem Wiederaufschalten auf 0,5 Ampere pro Minute begrenzt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht in einfachen Ausführungen der Erfindung ausschließlich aus der (einen oder ersten) Wärmepumpe. In komplexeren Ausführungen der Erfindung umfasst die Einrichtung zusätzlich zu dieser Wärmepumpe mindestens ein Peripheriegerät, z.B.

- mindestens eine weitere Wärmepumpe, die mit der ersten Wärmepumpe Daten austauscht,
- ein übergeordnetes Steuergerät, das neben der (ersten) Wärmepumpe optional mindestens eine gegebenenfalls vorhandene weitere Wärmepumpe ansteuert,
- ein Programmiergerät, z.B. in Form einer Fernsteuerung, zur Konfiguration der Wärmepumpe, und/oder
- einen Netzspannungssensor.

Beispielsweise kann die Einrichtung mehrere durch ein gemeinsames Steuergerät gesteuerte Wärmepumpen eines Wohnblocks oder Wohngebiets umfassen. Jede dieser Wärmpumpen kann dabei optional wiederum mehrere Kompressoren umfassen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Einrichtung zusätzlich zu der Wärmepumpe eine Software-Applikation (Bedien-App), die zur Konfiguration und/oder Fernsteuerung der Wärmepumpe vorgesehen und eingerichtet ist, und die auf einem Smartphone oder Computer (z.B. einem Notebook oder Tablet) installierbar ist. Das Smartphone bzw. der Computer sind dabei in der Regel kein Bestandteil der erfindungsgemäßen Einrichtung und werden regelmäßig auch unabhängig von der Einrichtung hergestellt und vertrieben. Vielmehr werden das Smartphone bzw. der Computer von der Einrichtung lediglich als externe Ressource für Rechenleistung, Speicherplatz und Kommunikationsdienste genutzt (ähnlich wie das öffentliche Stromnetz von der Einrichtung nur als Ressource für elektrische Leistung genutzt wird, ohne dadurch zu einem Bestandteil der Einrichtung zu werden). Die Bedien-App ist mit der Wärmepumpe oder einem gegebenenfalls vorhandenen externen Steuergerät der Einrichtung vorzugsweise über eine drahtlose Datenübertragungsstrecke (insbesondere mittels Bluetooth oder Mobilfunk) verbindbar. Die Bedien-App nutzt hierfür eine entsprechende Sende- und Empfangseinheit des Smartphones bzw. Computers.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform des Verfahrens werden die Soll-Temperatur des Wärmekreislaufs oder Wärmespeichers, nach der die Leistung der Wärmepumpe geregelt wird, oder eine Soll-Temperatur eines beheizten Objekts in Abhängigkeit von

• der durchschnittlich zu erwartenden Sonneneinstrahlung oder Windstärke,
• Prognosedaten der Sonneneinstrahlung oder Windstärke,
• in Abhängigkeit von der tatsächlichen (insbesondere gemessenen) Sonneneinstrahlung bzw. Windstärke am Standort der Wärmepumpe oder
• der gemessenen Leistung einer gegebenenfalls in der lokalen Stromverteilung vorhandenen Photovoltaikanlage bzw. Windkraftanlage

Die Soll-Temperatur wird vorzugsweise zusätzlich in Abhängigkeit von der tatsächlichen oder prognostizierten Lufttemperatur variiert. Die Soll-Temperatur wird dabei insbesondere umso höher eingestellt, je niedriger die gemessene oder prognostizierte Außentemperatur ist. Insbesondere wird die Soll-Temperatur dabei bereits vorausschauend (also mit zeitlichem Vorlauf) gegenläufig zu prognostizierten Temperaturveränderungen erhöht oder erniedrigt, um die in dem Wärmkreislauf oder Wärmespeicher und/oder einem beheizten Objekt gespeicherte Wärme proaktiv an zu erwartende Temperaturänderungen anzupassen. Beispielsweise wird ein Wärmespeicher und/oder ein beheiztes Objekt (z.B. ein Wohnhaus oder eine Gewerbeimmobilie) durch Erhöhung der Soll-Temperatur tagsüber bei verfügbarem Solarstrom und/oder geringer Netzauslastung besonders stark (z.B. um 2 °C über der gewöhnlichen Soll-Temperatur) aufgeheizt, wenn eine besonders kalte Nacht prognostiziert ist, um die während der Nacht benötigte Heizenergie zu reduzieren.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird bei der Steuerung der Leistung der Wärmepumpe der Leistungsverbrauch mindestens eines weiteren elektrischen Verbrauchers in der lokalen Stromverteilung berücksichtigt, insbesondere der Leistungsverbrauch einer Ladestation zum Aufladen der Batterie eines Elektrofahrzeugs. Dabei wird insbesondere die von der Wärmepumpe und dem weiteren Verbraucher jeweils bezogene elektrische Leistung derart gesteuert, dass die von der Wärmepumpe und dem weiteren Verbraucher insgesamt bezogene elektrische Leistung oder die von der lokalen Stromverteilung aus dem Stromnetz bezogene Leistung einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreiten. Im Falle einer drohenden Überschreitung des Grenzwerts wird die Leistung der Wärmepumpe und/oder des weiteren elektrischen Verbrauchers erniedrigt. Beispielsweise wird die Leistung der Wärmepumpe und des weiteren elektrischen Verbrauchers in gleichem Verhältnis (z.B. jeweils um 20%) oder um den gleichen Betrag (z.B. jeweils um 1 A) erniedrigt. Alternativ werden bei der Erniedrigung der jeweiligen Leistung der Wärmepumpe und/oder des weiteren elektrischen Verbrauchers vorgegebene Prioritätsregeln berücksichtigt. Beispielsweise ist die Ladestation dazu eingerichtet, zum Beginn eines Ladezyklus bei drohender Überschreitung des Grenzwerts ein Prioritätssignal an die Wärmepumpe zu senden, aufgrund dessen die Wärmepumpe ihre Leistung vorübergehend herunterfährt. Dies ist unkritisch, da beheizte Objekte wie z.B. Wohnhäuser oder Gewerbeimmobilien, regelmäßig eine hohe thermische Kapazität aufweisen und daher eine zeitliche Verschiebung der Wärmeerzeugung ohne spürbare Einschränkungen der bedarfsgerechten Zurverfügungstellung von Heizleistung erfolgen kann.
Vorzugsweise kann eine Reduktion des Vorgabewerts, insbesondere eine Reduktion des Vorgabewerts auf null, durch einen Nutzerbefehl („Override-Befehl“) überschrieben werden, so dass durch den Nutzer - beispielsweise bei akutem Wärmebedarf - ein Betriebszyklus der Wärmepumpe mit einem höheren Betriebsstrom, insbesondere mit maximalem Betriebsstrom, erzwungen werden kann. Der Override-Befehl kann allerdings seitens des Netzbetreibers an eine besondere Gebühr oder einen besonderen Stromtarif gebunden sein. In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist die Wärmepumpe vor diesem Hintergrund dazu eingerichtet, den Override-Befehl an einen Netzbetreiber oder einen Stromzähler der lokalen Stromverteilung zu melden, um die besondere Gebühr bzw. den besonderen Stromtarif auszulösen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist allgemein zur Durchführung des vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Ausführungsformen des Verfahrens korrespondieren daher mit entsprechenden Ausführungsformen der Einrichtung. Erläuterungen zu Varianten des Verfahrens und deren jeweilige Effekte und Vorteile sind entsprechend auf die Einrichtung zu übertragen, und umgekehrt.
Konkret umfasst die Einrichtung eine Wärmepumpe der vorstehend beschriebenen Art, die entweder unmittelbar oder mittelbar über eine lokale Stromverteilung (insbesondere eine elektrische Haustrominstallation) an ein öffentliches Stromnetz anschließbar und mit einem Betriebsstrom betreibbar ist. Die Einrichtung umfasst weiterhin eine Steuerelektronik, die dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Wärmepumpe (und damit insbesondere die von der Wärmepumpe bezogene Stromstärke oder elektrische Leistung) zu steuern. Die Steuerelektronik ist dabei insbesondere dazu eingerichtet, die Leistung der Wärmepumpe zur geregelten Erzeugung von Wärmeenergie binär, kontinuierlich oder in mehreren Schritten zu variieren. Die Steuerelektronik ist weiterhin dazu eingerichtet, einen Vorgabewert des Betriebsstroms zeitlich variierend, insbesondere kontinuierlich oder in mehreren Stufen variierend, vorzugeben, so dass der Vorgabewert gegenläufig zu einer Netzauslastung des Stromnetzes variiert. Wie vorstehend beschrieben, limitiert hierbei der Vorgabewert den Betriebsstrom, legt also den Maximalwert der von der Wärmepumpe beziehbaren Stromstärke oder Leistung fest. Unter Berücksichtigung dieses den Betriebsstrom limitierenden Vorgabewerts variiert die Steuerelektronik die Leistung oder Stromstärke der Wärmepumpe insbesondere derart, dass eine Ist-Temperatur eines von der Wärmepumpe beheizten Wärmekreislaufs oder Wärmespeichers an eine vorgegebene Soll-Temperatur angeglichen wird.
Vorzugsweise ist die Steuerelektronik dazu eingerichtet, den Vorgabewert der Betriebsstromstärke anhand einer in der Wärmepumpe oder einem externen Datenspeicher hinterlegten Betriebsstromkurve, insbesondere in Form einer zeitabhängigen mathematischen Funktion oder Stützpunkttabelle, zu bestimmen. Die Steuerelektronik ist vorzugsweise (vollständig) in der Wärmepumpe selbst integriert. In alternativer Ausführung ist die Steuerelektronik in einem externen Steuergerät angeordnet, das insbesondere mehrere Wärmepumpen gemeinsam steuert. In wiederum einer anderen alternativen Ausführung ist ein Teil der Steuerelektronik in der Wärmepumpe selbst integriert, während eine anderer Teil der Steuerelektronik in einem externen Steuergerät angeordnet ist.
Die Steuerelektronik umfasst vorzugsweise ein programmierbares Bauteil, z.B. einen Mikroprozessor oder Einplatinen-Computer, in dem eine die Funktionen der Steuerelektronik implementierende Software (Firmware) lauffähig installiert ist. Alternativ hierzu kann die Steuerelektronik auch durch einen nicht-programmierbaren Hardwareschaltkreis (z.B. in Form eines ASIC) gebildet sein. Wiederum alternativ kann die Steuerelektronik durch eine Kombination aus programmierbaren und/oder nicht-programmierbaren Komponenten gebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Einrichtung ist als Betriebsstromkurve eine Netzauslastungskurve vorgegeben, die die durchschnittliche Netzauslastung an dem geographischen Standort der Wärmepumpe oder in dem abgegrenzten Netzbereich, in dem die Wärmepumpe angeschlossen ist, spezifisch wiedergibt. Die Steuerelektronik ist dabei dazu eingerichtet, den Vorgabewert anhand des Abstands eines aktuellen Werts der Netzauslastungskurve zu einem vorgegebenen Schwellwert zu bestimmen. Alternativ hierzu kann die Betriebsstromkurve im Rahmen der Erfindung auch so vorgegeben sein, dass sie gegenläufig zu der durchschnittlichen Netzauslastung an dem geographischen Standort bzw. dem abgegrenzten Netzbereich variiert.
Vorzugsweise ist die Steuerelektronik dazu eingerichtet, den Vorgabewert in Abhängigkeit von einer Information über die (aktuelle oder prognostizierte) tatsächliche Netzauslastung an dem geographischen Standort der Wärmepumpe oder in dem abgegrenzten Netzbereich, in dem die Wärmepumpe angeschlossen ist, zu variieren. Bei Feststellung einer hohen Netzauslastung wird hierbei insbesondere der Vorgabewert auf geringere Werte ausgeregelt als bei niedriger Netzauslastung.
Die Steuerelektronik sind in vorteilhafter Ausführung dazu eingerichtet, als Information über die tatsächliche Netzauslastung Messdaten eines in die Wärmepumpe integrierten oder mit der Wärmepumpe verbundenen Netzspannungssensors oder Netzfrequenzsensors und/oder Prognosedaten bezüglich einer zu erwartenden Netzbelastung heranzuziehen. Die vorstehend genannten Sensoren können ein eigener Bestandteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ein. Alternativ kann die Steuerelektronik im Rahmen der Erfindung aber auch auf Daten externer Sensoren, z.B. Sensoren eines Smarthome-Systems, etc. zugreifen.
Zusätzlich oder alternativ ist die Steuerelektronik zum (drahtlosen oder drahtgebundenen) Empfang eines von der Netzauslastung abhängigen Leitsignals eines Netzbetreibers eingerichtet. Die Steuerelektronik ist hierbei dazu eingerichtet, den Vorgabewert (gegebenenfalls auch) anhand des Leitsignals zu bestimmen.
In einer vorteilhaften Ausführung ist die Steuerelektronik dazu eingerichtet, eine durch die Betriebsstromkurve, die Information über die tatsächliche Netzauslastung oder das Leitsignal des Energieversorgers veranlasste Änderung des Vorgabewerts, insbesondere eine Reduktion des Vorgabewerts auf null, mit einem Zeitversatz durchzuführen, und den Zeitversatz in einer für die Wärmepumpe oder den laufenden Betriebszyklus spezifischen Weise zu variieren. Insbesondere wird der Zeitversatz durch die Steuerelektronik dabei in Abhängigkeit einer Dauer eines laufenden Betriebszyklus, einer Differenz zwischen der Ist-Temperatur und der Soll-Temperatur eines von der Wärmepumpe versorgten Wärmekreislaufs oder Wärmespeichers, einer während des laufenden Betriebszyklus geladenen Energiemenge, oder einer Zufallszahl variiert.
Optional sind die Wärmepumpe oder ein gegebenenfalls vorhandenes externes Steuergerät der Einrichtung mit einer Kommunikationselektronik, beispielsweise einem Mobilfunk-, LAN- und/oder WLAN-Adapter, zum drahtgebundenen oder drahtlosen Datenaustausch mit einem entfernten Server, insbesondere im Internet, ausgerüstet, z.B. um Prognosedaten bezüglich der zu erwartenden Netzbelastung selbstständig abzurufen.
Die Wärmepumpe umfasst weiterhin optional einen Empfänger für Signale eines globalen Positionsbestimmungssystems (z.B. einem GPS-Empfänger). Die Steuerelektronik ist hierbei dazu eingerichtet, den geographischen Standort der Wärmepumpe selbsttätig zu bestimmen. Alternativ ist die Steuerelektronik dazu eingerichtet, mittels des genannten Empfängers den geographischen Standort der Wärmepumpe durch Kommunikation mit einem Datenübertragungsnetzwerk (z.B. einem Mobilfunk oder WLAN-Netz) selbsttätig zu bestimmen. Wiederum alternativ wird der geographische Standort der Wärmepumpe im Rahmen der Erfindung manuell (z.B. mittels der vorstehend beschriebenen Bedien-App) in der Steuerelektronik hinterlegt. Wiederum alternativ kann der geographische Standort der Wärmepumpe im Rahmen der Erfindung automatisch durch die gegebenenfalls vorhandene Bedien-App ermittelt und an die Wärmepumpe übertragen oder bei der Erstellung der Betriebsstromkurve berücksichtigt werden. In besonders einfachen Ausführungen ist die Wärmepumpe alternativ ausschließlich für einen Offline-Betrieb vorgesehen. In diesen Ausführungen umfasst die Wärmepumpe vorzugsweise keine Schnittstellen zur Kommunikation mit einem WLAN- oder Mobilfunknetz.
Die Wärmepumpe ist vorzugsweise mit einer Echtzeituhr ausgestattet, um den Vorgabewert in Abhängigkeit der Tageszeit sowie optional des Wochentages und/oder der Stellung des aktuellen Tages im Jahr zu ermitteln. Die Echtzeituhr ist vorzugsweise dazu ausgebildet, sich anhand eine GPS-Zeitsignals, eines GSM-Zeitsignal, eines Funkuhrsignals oder durch Kommunikation mit einem zeitweise mit der Wärmepumpe verbundenen Mobilgeräts bezüglich der Uhrzeit zu synchronisieren.
Eine Kommunikation zwischen der Wärmepumpe und einem Stromzähler oder sonstigen Strommessgerät ist bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen nicht erforderlich und daher vorzugsweise auch nicht vorgesehen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 in einem schematischen Blockschaltbild eine Einrichtung zum Betrieb einer Wärmepumpe, mit einer Wärmepumpe, die über eine lokale Stromverteilung (hier beispielhaft eine elektrische Haustrominstallation) an ein öffentliches Stromnetz anschließbar ist, wobei die Wärmepumpe einen den Betriebsstrom limitierenden Vorgabewert anhand einer hinterlegten, zeitabhängigen Netzauslastungskurve bestimmt, so dass der Vorgabewert gegenläufig zu dem durchschnittlichen Verlauf der Netzauslastung des Stromnetzes an dem geographischen Standort der Wärmepumpe variiert,
2 in einem schematischen Diagramm gegen die Zeit drei typische Tagesverläufe der Netzauslastung im Winter, nämlich einen Tagesverlauf der Netzauslastung für einen Werktag (durchgezogene Linie), einen Tagesverlauf der Netzauslastung für einen Samstag (gestrichelte Linie) und einen Tagesverlauf der Netzauslastung für einen Sonntag (strichpunktierte Linie),
3 in zwei übereinander angeordneten, chronologischen Diagrammen den Tagesverlauf der Netzauslastung für einen Werktag aus 2 sowie einen oberen Schwellwert und einen unteren Schwellwert für die Netzauslastung (oberes Diagramm) und den Verlauf des aus dem Abstand der Netzauslastung zu dem oberen Schwellwert abgeleiteten Vorgabewerts der Betriebsstromstärke (unteres Diagramm),
4 in Darstellung gemäß 3 wiederum den Tagesverlauf der Netzauslastung für einen Werktag aus 2 (oberes Diagramm) sowie den Verlauf des Vorgabewerts der Betriebsstromstärke (unteres Diagramm), wobei der Vorgabewert nach einem alternativen Verfahren aus dem Abstand der Netzauslastung zu dem oberen Schwellwert abgeleitet ist, und
5 in Darstellung gemäß 3 und 4 wiederum den Tagesverlauf der Netzauslastung für einen Werktag aus 2 (oberes Diagramm) sowie den Verlauf des Vorgabewerts der Betriebsstromstärke (unteres Diagramm), wobei bei der Bestimmung des Vorgabewerts zusätzlich die durchschnittliche Änderung der Sonneneinstrahlung im Tagesverlauf berücksichtigt ist.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Einrichtung 2 zum Betrieb einer Wärmepumpe 4. Die Einrichtung 2 umfasst einerseits die Wärmepumpe 4 selbst, die in dem dargestellten Beispiel einen Wärmespeicher 6 (Pufferspeicher) mit Wärme W (insbesondere in Form von aufgeheiztem Wasser) versorgt. Elektrisch ist die Wärmepumpe 4 in eine elektrische Haustrominstallation 8 eingebunden, die wiederum an einem Netzverknüpfungspunkt 10 an ein öffentliches Stromnetz 12 (nämlich ein dreiphasiges Wechselstrom-Niederspannungsnetz) angeschlossen ist. In die Hausstrominstallation 8 ist neben der Wärmepumpe 4 und weiteren (nicht näher dargestellten elektrischen Verbrauchern) optional eine Photovoltaikanlage (PV-Anlage 14) geschaltet.
Bei der Wärmepumpe 4 handelt es sich in dem dargestellten Beispiel um eine Inverter-Wärmepumpe. Die Wärmepumpe 4 umfasst hierbei einen mit einem elektrischen Drehstrommotor betriebenen Kompressor 16, der mittels eines vorgeschalteten Umrichters 18 (Inverter) mit einem Antriebsstrom I_A (z.B. in Form eines dreiphasigen Drehstroms variabler Frequenz) versorgt wird. Der Umrichter 18 ist wiederum an eine Hauptstromleitung 24 der Hausstrominstallation 8 angeschlossen. Die Wärmepumpe 4 umfasst außerdem eine Steuerelektronik 26, die beispielsweise durch einen Mikrocontroller oder einen Einplatinen-Computer gebildet ist. Die nachstehend näher beschriebenen Funktionen der Steuerelektronik 26 sind dabei in Form einer Software (Firmware 28) implementiert, die lauffähig in der Steuerelektronik 26 installiert ist. Die Steuerelektronik 26 ist über eine Datenleitung 30 mit dem Umrichter 18 verbunden.
Die Steuerelektronik 26 umfasst weiterhin eine nur angedeutete erste Sende- und Empfangseinheit (Transceiver 34), die eine drahtlose Kommunikation der Steuerelektronik 26 mit weiteren elektronischen Geräten, z.B. mittels Bluetooth, ermöglicht.
Optional umfasst die Steuerelektronik 26 weiterhin eine ebenfalls nur angedeutete zweite Sende- und Empfangseinheit (Transceiver 36), die eine drahtlose Kommunikation der Steuerelektronik 26 mit einer Leitstelle des Netzbetreibers, ermöglicht. Der Transceiver 36 ist beispielsweise als Mobilfunk- oder WLAN-Transceiver ausgebildet und stellt eine datenübertragungstechnische Verbindung mit der Leitstelle über ein Mobilfunknetz bzw. über das Internet her. Zusätzlich oder alternativ zu dem Transceiver 36 umfasst die Steuerelektronik 26 eine Schnittstelle zur drahtgebundenen Kommunikation mit der Leitstelle. Bei der Leitstelle handelt es sich vorzugsweise um eine technische (insbesondere vollautomatisierte) Einrichtung welche die Netzauslastung erfasst und den Zustand mittels eines Leitsignals übermittelt. Die Leitstelle kann an beliebiger Stelle im Stromnetz angeordnet sein, beispielsweise in einem Netzverknüpfungspunkt zwischen zwei Netzebenen, z.B. also einem Umspannwerk oder einer Transformatorstation.
Im Betrieb der Wärmepumpe 4 wird dem Umrichter 18 über die Hauptstromleitung 24 ein Betriebsstrom I_B zugeführt.
Die Steuerelektronik 26 regelt im Betrieb der Wärmepumpe 4 die Leistung des Kompressors 16 durch entsprechende Ansteuerung des Umrichters 18 derart an, dass eine mittels eines Temperaturfühlers 37 gemessene Ist-Temperatur T_I des Wärmespeichers 6 - vorzugsweise mit einer vorgegebenen Hysterese - an eine vorgegebene Soll-Temperatur Ts angeglichen wird. Bei dieser Regelung beachtet die Steuerelektronik 26 als weitere Bedingung, dass die Stromstärke des Betriebsstroms I_B einen Vorgabewert V nicht überschreitet. Der Vorgabewert V legt somit die maximale Stromstärke des Betriebsstroms I_B fest, die die Wärmepumpe 4 aus der Hausstrominstallation 8 beziehen kann.
Der Vorgabewert V wird von der Steuerelektronik 26 im Beispiel gemäß 1 bis 3 als quasi-kontinuierlich (d.h. in vielen kleinen Stufen) zwischen einem Minimalwert V_min (z.B. entsprechend einer Betriebsstromstärke von 2A) und einem Maximalwert V_max (z.B. entsprechend einer Betriebsstromstärke von 6A) variable Größe ausgegeben. In Zeiten, in denen die Wärmepumpe 4 keine Wärme abgegeben und entsprechend der Umrichter 18 keine elektrische Leistung beziehen soll, hat der Vorgabewert V vorzugsweise abweichend den Wert null.
Die Steuerelektronik 26 bestimmt den Vorgabewert V dabei anhand einer in der Wärmepumpe 4 selbst (insbesondere in einem Datenspeicher der Steuerelektronik 26) in Abhängigkeit von der Zeit t hinterlegten Betriebsstromkurve.
In dem in 1 bis 3 dargestellten Beispiel ist die Betriebsstromkurve gegenläufig zu dem angestrebten Verlauf des Vorgabewerts V vorgegeben, so dass sie den Verlauf der durchschnittlichen Netzauslastung des Stromnetzes 12 an dem geographischen Standort der Wärmepumpe 4, beispielsweise als Prozentwert relativ zu der Maximalauslastung des Stromnetzes 12, wiedergibt. Die so definierte Betriebsstromkurve ist nachfolgend auch als Netzauslastungskurve A (A = A(t)) bezeichnet. In 2 sind drei beispielhafte Ausschnitte der Netzauslastungskurve A gegen die Zeit t dargestellt, die jeweils etwa einem typischen Tagesverlauf der Netzauslastung in einem geographischen Gebiet mit Wohnbebauung entsprechen; die mit gestrichelten senkrechten Linien gekennzeichneten Zeitpunkte t₁ und t₂ entsprechen beispielhaft 4:00 Uhr morgens und 21:00 Uhr abends. Mit einer durchgezogenen Linie ist in 2 der durchschnittliche Tagesverlauf der Netzauslastung an einem Werktag (Montag bis Freitag) dargestellt. Mit einer gestrichelten Linie ist im Vergleich hierzu der durchschnittliche Tagesverlauf der Netzauslastung an einem Samstag dargestellt. Mit einer strichpunktierten Linie ist schließlich der durchschnittliche Tagesverlauf der Netzauslastung an einem Sonntag dargestellt.
Der Darstellung gemäß 2 ist zu entnehmen, dass die durchschnittliche Netzauslastung an Werktagen einen Tagesverlauf mit drei ausgeprägten Maxima (Peaks) aufweist, nämlich einem Morgen-Peak, einem Mittags-Peak und einem Abend-Peak. Am Wochenende tritt der Morgen-Peak typischerweise verspätet auf und verschmilzt insbesondere mehr oder weniger stark mit dem Mittags-Peak. Zudem treten am Wochenende typischerweise im Vergleich zu Werktagen erhöhte Spitzenwerte der Netzauslastung auf.
2 zeigt den typischen Verlauf der Netzauslastung im Winter. In den Sommer-Monaten ist typischerweise der Mittags-Peak stärker ausgeprägt, da hier in der Tagemitte vermehrt elektrische Energie zum Kühlen verbraucht wird. Dagegen sind der Morgen-Peak und der Abend-Peak in den Sommer-Monaten typischerweise schwächer ausgeprägt, da weniger elektrische Energie für Beleuchtung und Wärme verbraucht wird. Wiederum anders verhält sich die Netzauslastung in Industriegebieten, wobei auch hier charakteristische Unterschiede im Wochen- und Jahresverlauf auftreten.
Diese Unterschiede der durchschnittlichen Netzauslastung im Wochen-, Monats- und/oder Jahresverlauf werden bei der Bestimmung des Vorgabewerts V dadurch berücksichtigt, dass die Netzauslastungskurve A vorzugsweise über das gesamte (Kalender-) Jahr definiert ist. Beispielsweise ist die Netzauslastungskurve A in Form einer Stützstellentabelle realisiert, die im Rahmen einer vorgegebenen zeitlichen Auflösung (z.B. im Abstand von jeweils 5 Minuten) für jeden Zeitpunkt im Jahresverlauf einen bestimmten zugeordneten Wert aufweist. Die Steuerelektronik 26 weist beispielsweise eine Echtzeituhr auf und liest anhand der von dieser Uhr ausgegebenen Zeit t (also z.B. alle 5 Minuten) sukzessive Wert für Wert aus der Stützstellentabelle aus.
Die Steuerelektronik 26 bestimmt dabei den Vorgabewert V, indem sie den aktuellen Wert A(t) der hinterlegten Netzauslastungskurve A von einem vorgegebenen Schwellwert A_max subtrahiert und - vorzugsweise - die Differenz mit einem vorgegebenen Proportionalitätsfaktor k multipliziert: $V = k \cdot (A_{max} - A (t)) + V_{min} {f \ddot{u} r V}_{max} \geq k \cdot (A_{max} - A (t)) + V_{min} \geq V_{min}$
$V = V_{max} f \ddot{u} r k \cdot (A_{max} - A (t)) + V_{min} > V_{max}$
$V = 0 sonst$
Aus den obigen Gleichungen ist ersichtlich, dass der Vorgabewert V auf null erniedrigt wird, wenn der aktuelle Wert A(t) der hinterlegten Netzauslastungskurve A den Schwellwert A_max überschreitet. Andererseits wird der Vorgabewert V bei geringer Netzauslastung auf den Maximalwert V_max begrenzt.
Dieses Verfahren zur Bestimmung des Vorgabewerts V ist in den beiden Diagrammen der 3 veranschaulicht. In dem oberen Diagramm ist hierbei wiederum der Tagesverlauf der Netzauslastungskurve A für einen Werktag gemäß 2 dargestellt. Zusätzlich sind in dem oberen Diagramm der 3 der Schwellwert A_max und ein weiterer Schwellwert A_min eingetragen. Durch einen Pfeil 38 ist die Differenz des aktuellen Werts A(t) der Netzauslastungskurve A von dem Schwellwert A_max veranschaulicht. Der zweite Schwellwert A_min begrenzt einen Regelbereich der Netzauslastung, in dem eine Einschränkung des Betriebsstroms I_B durch die Wärmepumpe 4 sinnvoll ist, nach unten. Solange dieser zweite Schwellwert A_min unterschritten wird, wird der Vorgabewert durch die Wärmepumpe 4 auf den Maximalwert V_max gesetzt.
Dies ist aus dem unteren Diagramm der 3 ersichtlich, in dem der Verlauf des nach dem vorstehend beschriebenen Prinzip ermittelten Vorgabewerts V gegen die Zeit t angetragen ist.
In dem Vergleich der beiden Diagramme der 3 ist zu erkennen, dass zu einem Zeitpunkt t₃, beispielsweise etwa um 7:00 Uhr morgens, der aktuelle Wert A(t) der Netzauslastungskurve A erstmals im Verlauf des Tages den zweiten Schwellwert A_min überschreitet, worauf die Steuerelektronik 26 den Vorgabewert V gegenläufig zu dem weiteren Verlauf der Netzauslastung reduziert.
Während einer von zwei Zeitpunkten t₄ und t₅ begrenzten Zeitspanne zwischen dem Mittags-Peak und dem Abend-Peak, z.B. etwa zwischen 15:00 Uhr und 16:30 Uhr, fällt die durchschnittliche Netzbelastung in dem dargestellten Beispiel vorübergehend unter den zweiten Schwellwert A_min ab, so dass in diesem Zeitintervall der Vorgabewert V wieder auf den Maximalwert V_max gesetzt wird. Während des Abend-Peaks, zwischen Zeitpunkten t₆ und t₇ (z.B. zwischen 17:45 Uhr und 19:45 Uhr), überschreitet die Netzauslastung den oberen Schwellwert A_max. Entsprechend setzt die Steuerelektronik 26 den Vorgabewert V in dieser Zeitspanne auf null und unterbricht somit einen ggf. laufenden Betriebszyklus der Wärmepumpe 4. Zu einem Zeitpunkt t₈ (z.B. etwa um 22:15) fällt die durchschnittliche Netzauslastung unter den zweiten Schwellwert A_min, so dass der Vorgabewert V wieder auf den Maximalwert V_max gesetzt wird.
In einer Variante der Einrichtung 2 erhält die Steuerelektronik 26 über ein Mobilfunknetz oder das Internet und den Transceiver 36 ein von der tatsächlichen Netzauslastung abhängiges Leitsignal des Netzbetreibers, das einen Richtwert für den Vorgabewert V festlegt und das von der Steuerelektronik 26 alternativ oder zusätzlich zu der hinterlegten Netzauslastungskurve A berücksichtigt wird. Beispielsweise ist die Steuerelektronik 26 dazu eingerichtet, den Vorgabewert V immer dann anhand des Leitsignals zu bestimmen, wenn dieser zur Verfügung steht, und alternativ den Vorgabewert V anhand der hinterlegten Netzauslastungskurve A zu bestimmen. Die Ausführung der Steuerelektronik 26 ermöglicht, dieselbe Wärmepumpe 4 sowohl online (mit Verbindung zu der Leitstelle des Netzbetreibers) als auch offline (ohne Verbindung zu der Leitstelle des Netzbetreibers) netzfreundlich zu betreiben.
In einer weiteren Variante der Einrichtung 2 bestimmt die Steuerelektronik 26 den Vorgabewert V grundsätzlich in der vorstehend beschriebenen und in 3 veranschaulichten Weise. Allerdings schaltet die Steuerelektronik 26 - wie in 4 veranschaulicht ist - den Vorgabewert V, wenn der aktuelle Wert A(t) der Netzauslastungskurve A den oberen Schwellwert A_max überschreitet oder wenn das ggf. empfangene Leitsignal eine Erniedrigung des Vorgabewerts V auf null fordert, den Vorgabewert V nicht sofort von dem Mindestwert V_min auf null. Vielmehr belässt die Steuerelektronik 26 den Vorgabewert V in diesem Fall (in dem dargestellten Beispiel zu dem Zeitpunkt t₆) zunächst für einen vorgegebene Zeitversatz auf dem Mindestwert V_min, und schaltet den Vorgabewert V erst nach Ablauf des Zeitversatzes auf null, sofern dann aktuelle Wert A(t) der Netzauslastungskurve A den oberen Schwellwert A_max dann noch immer überschreitet.
Der Zeitversatz ist dabei für jede Wärmepumpe 4, und bevorzugt auch für jeden Abschaltvorgang, unterschiedlich gewählt. Beispielsweise wird der Zeitversatz in Abhängigkeit von der Dauer eines laufenden Betriebszyklus oder von einer während des laufenden Betriebszyklus geladenen Energiemenge variiert. Bevorzugt wird der Zeitversatz in Abhängigkeit von der Differenz der gemessenen Ist-Temperatur T_I des Wärmespeichers 6 von der Soll-Temperatur Ts variiert. Der Zeitversatz wird dabei insbesondere umso kürzer gewählt, je stärker die Ist-Temperatur T_I unter der Soll-Temperator T_S liegt und je größer somit der durch die Wärmepumpe 6 zu deckende Wärmebedarf ist. In einer alternativen Ausführung der Erfindung wird der Zeitversatz nach Maßgabe einer Zufallszahl bestimmt, wobei diese Zufallszahl entweder einmalig und spezifisch für jede Wärmepumpe 4 oder bei jedem Abschaltvorgang erneut bestimmt wird. Durch beide oben beschriebenen Maßnahmen wird der Effekt erzielt, dass mehrere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Wärmepumpen 4 auch unter gleichen Netzbedingungen in der Regel nicht gleichzeitig den Vorgabewert auf null absenken. Somit werden schockartige Änderungen der Netzbelastung infolge gleichzeitiger Abschaltung einer Vielzahl von Wärmepumpen 4 vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform der Einrichtung 2 wird die Änderungsrate des Vorgabewerts V auf vorgegebenen Grenzwerte, z.B. auf maximal 1 Ampere pro Minute für die Erniedrigung des Vorgabewerts V und maximal 0,5 Ampere pro Minute für die Erhöhung des Vorgabewerts V, begrenzt. Dies führt bei dem in 3 und 4 dargestellten Verlauf der Netzauslastungskurve A dazu, dass im Bereich der Zeitpunkte t₆ und t₇ (also vor dem Abschalten und nach dem Wiederaufschalten) der Vorgabewert V nur mit begrenzter Flankensteilheit erniedrigt bzw. erhöht wird.
Zur Konfiguration der Wärmepumpe 4 weist die Einrichtung 2 gemäß 1 zusätzlich zu der Wärmepumpe 4 eine Software-Applikation (nachfolgend Bedien-App 40) auf, die in dem dargestellten Beispiel auf einem Smartphone 42 installiert ist. Anders als die Bedien-App 40 ist das Smartphone 42 hierbei kein Bestandteil der Einrichtung 2, sondern wird von dieser nur als externe Ressource für Rechenleistung, Speicherplatz und Kommunikationsdienste genutzt.
Vor der Inbetriebnahme der Wärmepumpe 4 wird die Bedien-App 40 mit der Firmware 28 der Steuerelektronik 26 über eine insbesondere drahtlose Datenübertragungsstrecke 44 (vorzugsweise mittels Bluetooth) verbunden. Die Bedien-App 40 greift hierbei auf eine entsprechende Sende- und Empfangseinheit des Smartphones 42 zu, die eine datenübertragungstechnische Verbindung zu dem Transceiver 34 der Wärmepumpe 4 herstellt.
Mittels der Bedien-App 40 kann dann ein Nutzer (insbesondere ein Techniker oder ein Besitzer der Wärmepumpe 4) die spezifisch für den Standort der Wärmepumpe 4 berechnete Netzauslastungskurve A in einem Speicher der Steuerelektronik 26 abspeichern. Die Netzauslastungskurve A wird vorzugsweise zuvor durch den Netzbetreiber oder einen Dienstleister berechnet und über das Internet auf das Smartphone 42 heruntergeladen. Im Betrieb der Wärmepumpe 4 ist eine datenübertragungstechnische Verbindung der Wärmepumpe 4 zu der Bedien-App 40 nicht erforderlich und regelmäßig auch nicht vorhanden. Allerdings dient die Bedien-App 40 optional auch als Fernbedienung für Wärmepumpe 4, z.B. zum manuellen Auslösen oder Abbrechen von Betriebszyklen oder zur Einstellung der Soll-Temperatur, und wird in diesem Fall in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitabständen vorübergehend mit der Wärmepumpe 4 verbunden.
In einer Variante der Einrichtung 2 wird anstelle einer unveränderlichen Netzauslastungskurve A eine Langzeitprognose der zu erwartenden Netzauslastung als Netzauslastungskurve A in die Steuerelektronik 26 eingespeichert. Von der durchschnittlichen Netzauslastung unterscheidet sich die Langzeitprognose dadurch, dass absehbare Abweichungen von den Durchschnittswerten der Netzauslastung, z.B. aufgrund von absehbaren Wetterereignissen, in der Netzauslastungskurve A berücksichtigt werden. In der Regel weicht die Langzeitprognose dabei um so stärker von der durchschnittlichen Netzauslastung ab und gibt die tatsächliche Netzauslastung um so genauer wieder, je näher der prognostizierte Zeitpunkt an der Gegenwart liegt. Für Zeitpunkte in weiter entfernter Zukunft geht die Langzeitprognose dagegen in die durchschnittliche Netzausauslastung über.
Die anhand der Langzeitprognose berechnete Netzauslastungskurve A wird durch den Netzbetreiber oder Dienstleister in kurzen Zeitabständen (z.B. alle zwei Stunden) aktualisiert. Die aktualisierte Netzauslastungskurve A wird immer dann von der Bedien-App 40, z.B. über das Internet, heruntergeladen und in dem Speicher der Steuerelektronik 26 der Wärmepumpe 4 abgespeichert, wenn die Bedien-App 40 mit der Steuerelektronik 26 verbunden ist.
In einer weiteren Variante der Erfindung misst die Steuerelektronik 26 fortlaufend den Betrag der Netzspannung U als Maß für die tatsächliche Netzauslastung. Sie vergleicht dabei die tatsächliche Netzauslastung mit durchschnittlichen Netzauslastung (also dem aktuellen Wert der hinterlegten Netzauslastungskurve) und korrigiert den Vorgabewert V bei signifikanten Abweichung nach. Beispielsweise ist hierzu der Proportionalitätsfaktor k in der vorstehenden Gleichung als Funktion der gemessenen Netzspannung U und der Netzauslastungskurve A definiert: $V = k (A (t), U) \cdot (A_{max} - A (t)) + V_{min}$
In einer weiteren Ausführung der Einrichtung 2 wird bei der Ermittlung des Vorgabewerts V zusätzlich berücksichtigt, ob die Hausstrominstallation 8 eine PV-Anlage 14 umfasst. In diesem Fall wird beispielsweise Proportionalitätsfaktor k in der vorstehenden Gleichung als Funktion der durchschnittlichen Sonneneinstrahlung S im Tagesverlauf definiert $V = k (S (t)) \cdot (A_{max} - A (t)) + V_{min}$
Bei der Bestimmung der Funktion k(S(t)) können neben der Sonneneinstrahlung S insbesondere auch folgende Parameter der PV-Anlage 14 berücksichtigt werden:

a) geographischer Standort der Wärmepumpe 4, z.B. in Form einer Postleitzahl
b) optional Nennleistung der PV-Anlage 14,
c) optional Neigung der PV-Anlage 14, und
d) optional geographische Ausrichtung der PV-Anlage 14 bezüglich der Himmelsrichtungen (insbesondere Azimutwinkel).

Die Bestimmung der Funktion k kann wahlweise direkt durch die Bedien-App 40 erfolgen oder durch den Netzbetreiber oder einen Dienstleister vorgenommen werden.
Alternativ hierzu kann die Variation der Sonneneinstrahlung direkt in die Netzauslastungskurve A oder eine hieraus berechnete Betriebsstromkurve einberechnet werden.
Alle vorstehend beschriebenen Varianten haben zur Folge, dass in Hausstrominstallationen 8 mit PV-Anlage 14 bei gegebener Netzauslastung im Falle einer hohen durchschnittlichen Sonneneinstrahlung (insbesondere über die Tagesmitte) der Vorgabewert V der Betriebsstromstärke höher eingestellt wird als in Hausstrominstallationen 8 ohne PV-Anlage 14. Dieser Effekt ist in 5 veranschaulicht. In dem oberen Diagramm dieser Figur ist zusätzlich zu dem Tagesverlauf der Netzauslastungskurve A (gemäß 2) der durchschnittliche Tagesverlauf der Sonneneinstrahlung S angetragen. In dem unteren Diagramm der 5 ist neben dem Tagesverlauf des Vorgabewerts V für eine Hausstrominstallation 8 ohne PV-Anlage 14 (strichpunktierte Linie) auch der Tagesverlauf des Vorgabewerts V für eine Hausstrominstallation 8 mit PV-Anlage 14 (durchgezogene Linie) eingetragen.
Die Erfindung wird an den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besonders deutlich, ist auf diese Ausführungsbeispiele aber nicht beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung aus den Ansprüchen und der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die an den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale des Verfahrens und der Einrichtung im Rahmen der Ansprüche auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

2: Einrichtung
4: Wärmepumpe
6: Wärmespeicher
8: Hausstrominstallation
10: Netzverknüpfungspunkt
12: Stromnetz
14: PV-Anlage
16: Kompressor
18: Umrichter
24: Hauptstromleitung
26: Steuerelektronik
28: Firmware
30: Datenleitung
34: Transceiver
36: Transceiver
37: Temperaturfühler
38: Pfeil
40: Bedien-App
42: Smartphone
44: Datenübertragungsstrecke
t: Zeit
t1-t8: Zeitpunkt
IA: Antriebsstrom
IB: Betriebsstrom
A: Netzauslastungskurve
Amax: Schwellwert
Amin: Schwellwert
S: Sonneneinstrahlung
TI: Ist-Temperatur
Ts: Soll-Temperatur
U: Netzspannung
V: Vorgabewert
Vmax: Maximalwert
Vmin: Minimalwert
W: Wärme

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpe (4), wobei die Wärmepumpe (4) unmittelbar oder mittelbar über eine lokale Stromverteilung (8) an ein öffentliches Stromnetz (12) anschließbar und mit einem Betriebsstrom (I_B) betreibbar ist, wobei ein den Betriebsstrom (I_B) limitierender Vorgabewert (V) zeitlich variierend vorgegeben wird, so dass der Vorgabewert (V) gegenläufig zu einer Netzauslastung des Stromnetzes (12) variiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Vorgabewert (V) anhand einer in der Wärmepumpe (4) oder einem externen Datenspeicher hinterlegten Betriebsstromkurve, insbesondere in Form einer zeitabhängigen mathematischen Funktion oder Stützpunkttabelle, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei als Betriebsstromkurve eine Netzauslastungskurve (A) vorgegeben ist, die die Netzauslastung an dem geographischen Standort der Wärmepumpe (4) oder in einem abgegrenzten Netzbereich des Stromnetzes, an den die Wärmepumpe (4) angeschlossen ist, spezifisch wiedergibt, und wobei der Vorgabewert (V) anhand des Abstands eines aktuellen Werts der Netzauslastungskurve (A) zu einem vorgegebenen Schwellwert (A_max) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Betriebsstromkurve an sich im Wochen-, Monats- und/oder Jahresverlauf durchschnittlich ergebende Unterschiede der Netzauslastung angepasst ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Vorgabewert (V) in Abhängigkeit von einer Information über die tatsächliche Netzauslastung variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei als Information über die tatsächliche Netzauslastung - die gemessene Netzspannung, und/oder - die gemessene Netzfrequenz, und/oder - Prognosedaten bezüglich einer zu erwartenden Netzauslastung herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Prognosedaten, insbesondere in Form einer mehrere Tage abdeckenden Langzeitprognose, mittels einer auf einem mobilen Endgerät installierten App (40) ermittelt werden, die datenübertragungstechnisch mit der Steuerelektronik (26) der Wärmepumpe (4) verbindbar ist, und wobei die Prognosedaten oder die in Abhängigkeit hiervon angepasste Betriebsstromkurve von dem mobilen Endgerät auf die Wärmepumpe (4) übertragen werden, wenn die App (40) mit der Wärmepumpe (4) verbunden ist.
Verfahren einem der der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Vorgabewert (V) anhand eines von der Netzauslastung abhängigen Leitsignals eines Netzbetreibers bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wonach eine durch die Betriebsstromkurve, durch die Information über die tatsächliche Netzauslastung oder durch das Leitsignal des Netzbetreibers veranlasste Änderung des Vorgabewerts (V), insbesondere eine Reduktion des Vorgabewerts (V) auf null, mit einem Zeitversatz durchgeführt wird, und wobei der Zeitversatz in einer für die Wärmepumpe (4) oder den laufenden Betriebszyklus der Wärmepumpe (4) spezifischen Weise variiert wird.
Einrichtung (2) zum Betrieb einer Wärmepumpe (4), mit einer Wärmepumpe (4), die unmittelbar oder mittelbar über eine lokale Stromverteilung (8) an ein öffentliches Stromnetz (12) anschließbar und mit einem Betriebsstrom (I_B) betreibbar ist, und mit einer Steuerelektronik (26), die dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Wärmepumpe (4) zu steuern und hierbei einen den Betriebsstrom (I_B) limitierenden Vorgabewert (V) zeitlich variierend vorzugeben, so dass der Vorgabewert (V) gegenläufig zu einer Netzauslastung des Stromnetzes (12) variiert.
Einrichtung (2) nach Anspruch 10, wobei die Steuerelektronik (26) dazu eingerichtet ist, den Vorgabewert (V) der Betriebsstromstärke anhand einer in der Wärmepumpe (4) oder einem externen Datenspeicher hinterlegten Betriebsstromkurve, insbesondere in Form einer zeitabhängigen mathematischen Funktion oder Stützpunkttabelle, zu bestimmen.
Einrichtung (2) nach Anspruch 11, wobei als Betriebsstromkurve eine Netzauslastungskurve (A) vorgegeben ist, die die Netzauslastung an dem geographischen Standort der Wärmepumpe (4) oder in einem abgegrenzten Netzbereich des Stromnetzes, an den die Wärmepumpe (4) angeschlossen ist, spezifisch wiedergibt, und wobei die Steuerelektronik (26) dazu eingerichtet ist, den Vorgabewert (V) anhand des Abstands eines aktuellen Werts der Netzauslastungskurve (A) zu einem vorgegebenen Schwellwert (A_max) zu bestimmen.
Einrichtung (2) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Betriebsstromkurve an sich im Wochen-, Monats- und/oder Jahresverlauf durchschnittlich ergebende Unterschiede der Netzauslastung angepasst ist.
Einrichtung (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Steuerelektronik (26) dazu eingerichtet sind, den Vorgabewert (V) der Betriebsstromstärke in Abhängigkeit von einer Information (M) über die tatsächliche Netzauslastung zu variieren.
Einrichtung (2) nach Anspruch 14, wobei die Steuerelektronik (26) dazu eingerichtet sind, als Information über die tatsächliche Netzauslastung - die gemessene Netzspannung, und/oder - die gemessene Netzfrequenz, und/oder - Prognosedaten eines Netzbetreibers bezüglich einer zu erwartenden Netzauslastung heranzuziehen.
Einrichtung (2) einem der der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Steuerelektronik (26) zum Empfang eines von der Netzauslastung abhängigen Leitsignals eines Netzbetreibers eingerichtet ist, und wobei die Steuerelektronik (26) dazu eingerichtet ist, den Vorgabewert (V) anhand des Leitsignals zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wonach die Steuerelektronik (26) dazu eingerichtet ist, eine durch die Betriebsstromkurve, die Information über die tatsächliche Netzauslastung oder das Leitsignal des Netzbetreibers veranlasste Änderung des Vorgabewerts (V), insbesondere eine Reduktion des Vorgabewerts (V) auf null, mit einem Zeitversatz durchzuführen, und den Zeitversatz in einer für die Wärmepumpe (4) oder den laufenden Betriebszyklus der Wärmepumpe (4) spezifischen Weise zu variieren.