DE102011056135A1 - Power generation system e.g. photovoltaic system for supplying electric power to e.g. public supply network, has control device that is provided to control switch device based on direct voltage power supplied by power generator - Google Patents

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Abstract

The power generation system (1) has an energy-storage unit (7) for storage of energy which is fed to an inverter (8). The energy-storage unit is provided with battery units (17,18) which are attached at an output unit (6) of a power generator (4). A switch device (31) is provided to interconnect the battery units either in parallel or in series with each other and parallel to the generator. A control device (16) is provided to control the switch device based on the direct voltage power supplied by the generator. An independent claim is included for a method for operating power generation system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieerzeugungsanlage mit einem Energiespeichersystem und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Energieerzeugungsanlage. The present invention relates to a power plant having an energy storage system and a method of operating such a power plant.

Energieerzeugungsanlagen, die elektrische Energie aus regenerativer Energie, bspw. von Solargeneratoren, Windkraftgeneratoren, Brennstoffzellen und dgl. erzeugen, um sie in ein Netz, bspw. ein öffentliches Versorgungsnetz, einzuspeisen, oder angeschlossene Verbraucher zu versorgen, sind allgemein bekannt. Die von dem jeweiligen Generator gelieferte Energie kann dabei je nach Umgebungs- und Betriebsbedingungen stark variieren. Z.B. hängt die von einem Photovoltaikgenerator gelieferte Leistung stark von der Sonneneinstrahlung, Temperatur etc. ab. An warmen, sonnigen Sommertagen zu Mittagszeit liefert der Generator die maximale Leistung, während unter bewölkten oder abgeschatteten Bedingungen oder am Abend bei tief stehender Sonne die Generatorleistung absinkt. In den Nachtstunden liefert ein Photovoltaikgenerator gar keine Leistung. Generating electrical energy from renewable energy, eg. Of solar generators, wind power generators, fuel cells and the like. To feed them into a network, eg. A public utility network, or to supply connected consumers are well known. The energy supplied by the respective generator can vary greatly depending on the ambient and operating conditions. For example, The power delivered by a photovoltaic generator depends strongly on the solar radiation, temperature etc. On warm, sunny summer days at lunchtime, the generator delivers the maximum power, while under cloudy or shaded conditions or in the evening when the sun is low generator power drops. At night, a photovoltaic generator delivers no power.

Die von einem Generator gelieferte Leistung kann größer sein als die Leistung, die von angeschlossenen Verbrauchern abgenommen wird, oder in ein Netz eingespeist werden kann. Es besteht aber der Wunsch, die Energieerzeugungsanlage stets leistungsoptimiert derart zu betreiben, dass der Generator immer die nach den momentanen Verhältnisses größtmögliche Leistung abgibt. Dieser Betriebspunkt mit dem momentan größten Leistungsertrag wird, insbesondere bei Photovoltaikgeneratoren, als MPP-Punkt (Maximum-Power-Point) bezeichnet. Eine Reglereinrichtung, der so genannte MPP-Tracker, stellt den Betriebspunkt des Photovoltaikgenerators im Betrieb stets auf den MPP-Punkt ein. Soll die Energieerzeugungsanlage leistungs- und ertragsoptimiert arbeiten, muss eine eventuell überschüssige Generatorenergie zwischenzeitlich gespeichert werden. Die gespeicherte Energie kann dann in Zeiten geringerer Energielieferung genutzt werden. The power delivered by a generator can be greater than the power consumed by connected loads or fed into a grid. However, there is a desire to operate the power generation plant always optimized performance such that the generator always delivers the maximum power according to the current ratio. This operating point with the currently largest power output is referred to as the MPP point (maximum power point), in particular for photovoltaic generators. A regulator device, the so-called MPP tracker, always adjusts the operating point of the photovoltaic generator to the MPP point during operation. If the power generation plant is to be optimized in terms of performance and yield, any excess generator energy must be stored in the meantime. The stored energy can then be used in times of lower energy supply.

Hierzu ist bspw. aus der EP 1 965 483 A1 eine Zusatzeinrichtung zur Schaltung zwischen einem öffentlichen Energieversorgungsnetz und einer Eigenerzeugungsanlage, Z.B. Photovoltaikanlage, bekannt, wobei an die Zusatzeinrichtung mehrere Verbraucher angeschlossen sind, die wahlweise von der Eigenerzeugungsanlage oder von dem Versorgungsnetz mit Energie versorgt werden. Ferner ist an die Zusatzeinrichtung über einen auf der Wechselspannungsseite der Anlage angeschlossenen Umrichter ein Speicher in Form einer Batterie angeschlossen. Die Batterie wird in Zeiten hoher Energielieferung geladen und in Zeiten geringerer Energielieferung durch die Eigenerzeugungsanlage genutzt, um Energie für die Verbraucher bereitzustellen. Es kann ferner ein zusätzlicher Generator, z.B. elektrischer Generator, als Ersatzstromversorgung an die Zusatzeinrichtung angeschlossen sein. Bei größerem Energiebedarf können auch mehrere zueinander parallel geschaltete Batterien mit zugehörigen Umrichtern vorgesehen sein. This is, for example, from the EP 1 965 483 A1 an additional device for switching between a public power grid and a self-generating system, eg photovoltaic system, known, wherein the auxiliary device several consumers are connected, which are optionally supplied by the own generating plant or from the supply network with energy. Furthermore, a memory in the form of a battery is connected to the auxiliary device via a connected to the AC side of the system inverter. The battery is charged at times of high energy delivery and used by the in-house generation facility during periods of low energy delivery to provide energy to consumers. Furthermore, an additional generator, for example an electric generator, can be connected to the auxiliary device as an alternative power supply. For larger energy requirements, several parallel connected batteries can be provided with associated converters.

Die an die Energieerzeugungsanlage angekoppelte Batterie als Energiespeicher ermöglicht es, bedarfsweise die Differenzenergie zwischen der durch die Erzeugungsanlage erzeugten und der verbrauchten Energie einfach auszutauschen. Durch die Ankopplung an die Wechselspannungsseite der Energieerzeugungsanlage entstehen jedoch bei überwiegender Energieerzeugung durch die Energieerzeugungsanlage relativ hohe Wandlungsverluste. Zum Laden der Batterien muss z.B. die vom Photovoltaikgenerator bereitgestellte Gleichspannungsleistung durch einen Wechselrichter in eine Wechselspannungsleistung mit zu dem Versorgungsnetz konformer Spannung, z.B. mit der Amplitude von 230 V und der Frequenz von 50 Hz, und einem hierzu passenden Wechselstrom umgewandelt werden. Anschließend wird diese Spannung durch den der Batterie zugeordneten Gleichrichter auf eine für die Batterie passende Gleichspannung von bspw. nur 12 oder 24 V, im Allgemeinen maximal 48 V, zurückgewandelt. Dies führt zu hohen Wandlungsverlusten. The coupled to the power generation plant battery as an energy storage makes it possible, if necessary, the difference energy between the generated by the generating plant and the energy consumed easily exchange. Due to the coupling to the AC side of the power generation plant, however, relatively high conversion losses occur with predominant energy generation by the power generation plant. To charge the batteries, e.g. the DC power provided by the photovoltaic generator is converted by an inverter into an AC power having a voltage conforming to the supply network, e.g. with the amplitude of 230 V and the frequency of 50 Hz, and a suitable alternating current to be converted. Subsequently, this voltage is converted back by the rectifier associated with the battery to a DC voltage of, for example, only 12 or 24 V, generally a maximum of 48 V, which is suitable for the battery. This leads to high conversion losses.

Außerdem ergibt ein dreiphasiges System mit einer wechselspannungsseitigen Ankopplung von Speicherbatterien ein komplexes System, das viele Einzelkomponenten aufweist und relativ kostspielig ist. Für jede Phase muss wenigstens eine Batterie oder eine Gruppe parallel geschalteter Batterien vorgehalten werden, die über zugehörige Umrichter geladen und entladen werden. In addition, a three-phase system with AC-side coupling of storage batteries provides a complex system that has many individual components and is relatively expensive. For each phase, at least one battery or a group of batteries connected in parallel must be stored, which are charged and discharged by associated inverters.

Aus der DE 100 18 943 A1 ist eine Photovoltaikanlage bekannt, bei der alle für ein Photovoltaikinselsystem erforderlichen Energiequellen und Energiesenken über Wandler ausschließlich an einen Gleichspannungsbus mit frei wählbarem Spannungsniveau angekoppelt sind. Ein Photovoltaikgenerator ist über einen Anpasswandler an den Gleichspannungsbus angeschlossen, an den auch eine Batterie über einen bidirektionalen Laderegler und ein Inselwechselrichter mit einem Verbraucher angeschlossen sind. Eine Steuer- und Regeleinrichtung ist für das Energiemanagement über die Auswertung des Spannungsniveaus des Gleichspannungsbusses angeschlossen. From the DE 100 18 943 A1 a photovoltaic system is known in which all required for a photovoltaic island system energy sources and energy sinks are coupled via converters exclusively to a DC bus with freely selectable voltage level. A photovoltaic generator is connected via a matching converter to the DC bus, to which a battery via a bidirectional charge controller and an island inverter with a consumer are connected. A control and regulating device is connected to the energy management via the evaluation of the voltage level of the DC bus.

Bei dieser Anordnung ist die Batterie auf der Gleichspannungsseite des Inselwechselrichters an dem Gleichspannungsbus angeschlossen. Allerdings wird zur Schaffung des Gleichspannungsbuses zusätzlich ein Hochsetzsteller als Anpasswandler benötigt, der die Wandlungsverluste erhöht. In this arrangement, the battery is connected on the DC side of the stand-alone inverter to the DC bus. However, to create the DC bus additionally a boost converter is needed as a matching converter, which increases the conversion losses.

Außerdem ist hier, wie bei anderen aus der Praxis bekannten Lösungen zur Zwischenspeicherung der von einem Generator gelieferten Energie, von Nachteil, dass mit einer niedrigen Batteriespannung gearbeitet wird. Typischerweise beträgt diese maximal 48 V und somit nur einen Bruchteil der Generatorspannung. Dies steigert Umwandlungsverluste sowohl beim Laden als auch beim Entladen der Batterien. Außerdem sind bei größeren Leistungen relativ große Kabelquerschnitte erforderlich. In addition, as with other known from practice solutions for buffering the energy supplied by a generator, it is disadvantageous that to work with a low battery voltage. Typically, this is a maximum of 48 V and thus only a fraction of the generator voltage. This increases conversion losses during both charging and discharging of the batteries. In addition, relatively large cable cross sections are required for larger power.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, die vorstehend erwähnten Nachteile und Unzulänglichkeiten herkömmlicher Systeme zu überwinden und eine Energieerzeugungsanlage mit der Möglichkeit einer effizienten Energiespeicherung und Nutzung überschüssiger Generatorenergie zu schaffen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere zur Nutzung regenerativer Energie, zu schaffen, die es ermöglicht, von einem Generator, der in Abhängigkeit von den jeweiligen Umgebungs- und/oder Betriebsbedingungen eine variable Gleichspannungsleistung liefert, bereitgestellte überschüssige Energie unter Vermeidung bzw. Reduktion von Umwandlungsverlusten wahlweise zu speichern und zu nutzen. Dies insbesondere mit möglichst geringem Aufwand und bei hoher Effizienz und Flexibilität. Based on this, it is an object of the invention to overcome the above-mentioned disadvantages and deficiencies of conventional systems and to provide a power generation plant with the possibility of efficient energy storage and use of excess generator energy. In particular, it is an object of the present invention to provide a power generation plant, in particular for use of regenerative energy, which makes it possible to provide excess energy provided by a generator which supplies a variable DC power depending on the respective ambient and / or operating conditions Optionally store and use avoidance or reduction of conversion losses. This in particular with the least possible effort and with high efficiency and flexibility.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Energieerzeugungsanlage mit der Möglichkeit einer effizienten und flexiblen Speicherung elektrischer Energie zu schaffen. Another object of the present invention is to provide a method of operating such a power plant with the possibility of efficient and flexible storage of electrical energy.

Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Energieerzeugungsanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und das Betriebsverfahren nach Anspruch 12 gelöst. These objects are achieved according to the present invention by the power generation plant having the features of claim 1 and the operating method according to claim 12.

In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere für regenerative Energie, geschaffen, die einen Generator, einen Wechselrichter, ein Energiespeichersystem und eine Steuereinrichtung aufweist. Der Generator liefert an seinem Ausgang eine variable Gleichspannungsleistung, die von den momentanen Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen abhängig ist. Der Wechselrichter ist mit seinem Eingang an dem Ausgang des Generators, parallel zu diesem angeschlossen und zur Umwandlung einer eingangsseitigen Gleichspannungsleistung in eine ausgangsseitige Wechselspannungsleistung eingerichtet. Die Wechselspannungsleistung kann dann zur Einspeisung in ein Netz, z.B. öffentliches Stromversorgungsnetz, oder für angeschlossene Verbraucher verwendet werden. Das Energiespeichersystem ist zu bedarfsweisen Speicherung von Energie und Wiedergewinnung der gespeicherten Energie zur Speisung des Wechselrichters eingerichtet. Das Energiespeichersystem weist eine erste Speichereinrichtung, die an dem Ausgang des Generators angeschlossen ist, eine zweite Speichereinrichtung, die ebenfalls an dem Ausgang des Generators angeschlossen ist, und eine Schalteinrichtung auf. Die Schalteinrichtung ist eingerichtet und angeordnet, um die erste und die zweite Speichereinrichtung elektrisch wahlweise entweder parallel oder in Reihe miteinander und parallel mit dem Generator zu verbinden. Die Steuereinrichtung ist zur Ansteuerung der Schalteinrichtung in Abhängigkeit von der durch den Generator gelieferten Gleichspannungsleistung eingerichtet. In one aspect of the present invention, there is provided a power generation plant, in particular for regenerative energy, comprising a generator, an inverter, an energy storage system, and a controller. The generator provides at its output a variable DC power, which is dependent on the current operating and / or environmental conditions. The inverter is connected with its input at the output of the generator, parallel to this and set up for converting an input-side DC power into an output-side AC power. The AC power can then be fed into a grid, e.g. public power grid, or for connected consumers. The energy storage system is configured to store energy as needed and recover the stored energy to power the inverter. The energy storage system has a first storage device which is connected to the output of the generator, a second storage device, which is also connected to the output of the generator, and a switching device. The switching means is arranged and arranged to electrically connect the first and second storage means electrically either in parallel or in series with each other and in parallel with the generator. The control device is set up to control the switching device as a function of the DC power supplied by the generator.

Erfindungsgemäß weist das Energiespeichersystem also zur bedarfsweisen Speicherung bspw. eines überschüssigen Teils der Generatorenergie und zur Nutzung derselben wenigstens eine erste und eine zweite Speichereinrichtung auf. Diese sind derart angeordnet und über die Schalteinrichtung koppelbar, dass sie wahlweise, je nach Betriebsbedingungen parallel zueinander und zu dem Generator geschaltet werden können, um einen Zustand mit geringer Spannung über den Speichereinrichtungen zu ergeben, so dass die Speichereinrichtungen bedarfsweise auch bei niedriger Generatorspannung aufgeladen werden können. Je nach Betriebsbedingung können die Speichereinrichtungen dann auch symmetrisch mit niedriger Spannung aus beiden parallelen Zweigen der Speichereinrichtungen entladen werden. Alternativ können die Speichereinrichtungen auch in Reihe zueinander geschaltet und die Reihenschaltung dann parallel an den Generator angeschlossen werden. Dies ermöglicht es, eine hohe Spannung über den in Reihe geschalteten Speichereinrichtungen zu erreichen, die nahe an den optimalen Betriebspunkten eines Wechselrichters liegen, z.B. auch über 50 V, im Allgemeinen zwischen 200 V und 700 V betragen kann. Dadurch lassen sich Umwandlungsverluste minimieren oder zumindest stark reduzieren. Außerdem kann je nach Betriebsbedingung die Reihenschaltung der Energiespeichereinrichtungen auch mit hoher Spannung geladen werden, was ebenfalls Umwandlungsverluste weitgehend vermeidet. All dies wird mit der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung, deren Verschaltungsmöglichkeiten die unterschiedlichen Funktionalitäten für die verschiedenen Betriebsfälle abdecken, in Kombination mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung erreicht, die die Betriebsbedingungen auswertet und die Schalteinrichtung je nach Betriebsfall passend ansteuert und schaltet. According to the invention, therefore, the energy storage system for on-demand storage, for example, of an excess part of the generator energy and to use the same at least a first and a second memory device. These are arranged and coupled via the switching device that they can be switched depending on the operating conditions parallel to each other and to the generator to give a state of low voltage across the memory devices, so that the memory devices are charged, if necessary, even at low generator voltage can. Depending on the operating condition, the memory devices can then also be discharged symmetrically with low voltage from both parallel branches of the memory devices. Alternatively, the memory devices can also be connected in series with one another and the series connection can then be connected in parallel to the generator. This makes it possible to achieve a high voltage across the series-connected memory devices, which are close to the optimal operating points of an inverter, for example, also over 50 V, generally between 200 V and 700 V can be. As a result, conversion losses can be minimized or at least greatly reduced. In addition, depending on the operating condition, the series connection of the energy storage devices can be charged with high voltage, which also largely avoids conversion losses. All this is with the switching device according to the invention, whose interconnection options cover the different functionalities for the different operating cases, in Achieved combination with the control device according to the invention, which evaluates the operating conditions and controls the switching device depending on the operating case and switches.

Die erfindungsgemäße Energieerzeugungsanlage ist vorzugsweise eine Photovoltaikanlage mit einem Photovoltaikgenerator, der die aufgenommene Solarenergie in elektrische Gleichspannungsenergie umwandelt, und einem Photovoltaikwechselrichter, der an seinem Ausgang eine Wechselspannung und einen Wechselstrom liefert. Die Erfindung kann aber auch für eine Windkraftanlage mit einem Windkraftgenerator, eine Brennstoffzelle mit einem zugehörigen Wechselrichter und andere Erzeugungsanlagen zur Versorgung von Verbrauchern und/oder zur Einspeisung von Energie in ein Netz verwendet werden. The energy generating plant according to the invention is preferably a photovoltaic system with a photovoltaic generator which converts the absorbed solar energy into direct-current electrical energy, and a photovoltaic inverter which supplies an alternating voltage and an alternating current at its output. However, the invention can also be used for a wind turbine with a wind power generator, a fuel cell with an associated inverter and other generating facilities for supplying consumers and / or for feeding energy into a network.

Der Wechselrichter kann ein ein- bis dreiphasiger Wechselrichter sein, der vorzugsweise hochfrequent taktbare Schalterelemente, wie MOS-Feldeffekttransistoren, IGBTs oder dgl., aufweist, die mit einem vorgegebenen Muster, bspw. pulsweitenmoduliert, angesteuert werden können, um die Wechselrichtung zu verrichten. Hierzu geeignete Wechselrichterschaltungen z.B. in Halb- oder Vollbrückenbauweise sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Der Wechselrichter arbeitet vorzugsweise transformatorlos, um hohe Wirkungsgrade zu ermöglichen. Prinzipiell können jedoch beliebige allgemein bekannte Wechselrichterschaltungen eingesetzt werden. The inverter may be a one- to three-phase inverter, which preferably has high-frequency switchable switching elements, such as MOS field-effect transistors, IGBTs or the like, which can be driven with a predetermined pattern, for example. Pulsweitenmoduliert, to perform the direction of change. Suitable inverter circuits, e.g. in half or full bridge design are well known in the art. The inverter preferably operates transformerless to allow high efficiencies. In principle, however, any well-known inverter circuits can be used.

Die erste und die zweite Speichereinrichtung sind jeweils vorzugsweise durch wieder aufladbare Batterieeinheiten gebildet, die auch als Akkumulatoren bezeichnet werden. Es können elektrochemische Zellen, wie bspw. Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Nickel-Cadmium-Akkumulatoren oder Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren, herkömmliche Bleiakkumulatoren und dgl. verwendet werden. Geeignete Akkumulatoren weisen eine hohe Energieaufnahmekapazität bei geringer Selbstentladung auf. Prinzipiell sind auch Speicherkondensatoren, wie bspw. sog. Ultra-Caps, verwendbar. The first and the second storage device are each preferably formed by rechargeable battery units, which are also referred to as accumulators. Electrochemical cells, such as lithium-ion batteries, nickel-cadmium batteries or nickel-metal hydride batteries, conventional lead-acid batteries and the like can be used. Suitable accumulators have a high energy absorption capacity with low self-discharge. In principle, storage capacitors, such as so-called. Ultra-caps, usable.

Jede Batterieeinheit ist vorzugsweise aus mehreren elektrischen Batterien zusammengesetzt, die in Serie miteinander verschaltet sind. Ein derartiger Batteriestapel oder -stack kann die für die hier vorgesehenen Anwendungen erforderliche hohe Batteriespannung bereitstellen. Bspw. kann ein derartiger Batteriestack eine Spannung von wenigstens 100 V oder sogar bis zu oder über 500 V bereitstellen, so dass mit der erfindungsgemäßen Reihenschaltung der Speichereinrichtungen die optimalen Arbeitspunkte bspw. eines Photovoltaikwechselrichters abgedeckt werden können. Alle vorgesehenen Batteriestacks sind vorzugsweise im Wesentlichen gleich, insbesondere für die gleichen Nenngrößen der Ausgangsspannung, Ladespannung, des Ladestrom etc. ausgelegt. Each battery unit is preferably composed of a plurality of electric batteries, which are connected in series with each other. Such a battery stack may provide the high battery voltage required for the applications provided herein. For example. For example, such a battery stack can provide a voltage of at least 100 V or even up to or above 500 V, so that the optimum operating points, for example, of a photovoltaic inverter can be covered with the series connection of the memory devices according to the invention. All provided battery stacks are preferably substantially the same, in particular designed for the same nominal sizes of the output voltage, charging voltage, charging current, etc.

Es können auch mehr als zwei Speichereinrichtungen vorgesehen sein, die parallel oder in Reihe miteinander geschaltet werden können. Z.B. kann wenigstens eine dritte oder eine weitere Speichereinrichtung vorgesehen sein, die der ersten und zweiten Speichereinrichtung entspricht. It can also be provided more than two memory devices that can be connected in parallel or in series with each other. For example, At least one third or further storage device may be provided which corresponds to the first and second storage device.

Jede Speichereinrichtung ist vorzugsweise in einem zugehörigen Zweig angeordnet, der parallel zu dem Generator angeschlossen ist und eine der jeweiligen Speichereinrichtung zugeordnete Gleichspannungswandleranordnung (auch als DC/DC-Steller bezeichnet) aufweist. Die Gleichspannungswandleranordnung passt die Generator- bzw. Zwischenkreisspannung an die Batteriespannung oder die Batteriespannung an die Gleichspannung im Zwischenkreis am Eingang des Wechselrichters an. Each memory device is preferably arranged in an associated branch which is connected in parallel with the generator and has a DC voltage converter arrangement (also referred to as DC / DC controller) assigned to the respective memory device. The DC-DC converter arrangement adapts the generator or DC link voltage to the battery voltage or the battery voltage to the DC voltage in the DC link at the input of the inverter.

Vorteilhafterweise weist die Gleichspannungswandleranordnung hierzu einen kombinierten Aufwärtswandler, der auch als Hochsetzsteller bezeichnet wird, und Abwärtswandler, der auch als Tiefsetzsteller bezeichnet wird, mit Schaltereinheiten auf, die zu der Schalteinrichtung gehören. Die Schaltereinheiten können dann angesteuert werden, um die Aufwärtswandler- bzw. Abwärtswandlerfunktion je nach Betriebsfall zu erfüllen. Die Spannung des Generators kann bspw. herabgesetzt werden, um die Batterieeinheit zu laden. Umgekehrt kann die Spannung der Batterieeinheit beim Entladen bedarfsweise auf das erforderliche Zwischenkreisniveau heraufgesetzt werden. Advantageously, the DC-DC converter arrangement for this purpose a combined up-converter, which is also referred to as boost converter, and down converter, which is also referred to as buck converter, with switch units belonging to the switching device. The switch units can then be driven to fulfill the boost converter function, depending on the operating condition. The voltage of the generator can be reduced, for example, to charge the battery unit. Conversely, the voltage of the battery unit when unloading, if necessary, be increased to the required intermediate circuit level.

Als hierfür geeignete Gleichspannungswandler sind vielfältige Schaltungsanordnungen bekannt. Es können vorzugsweise induktive Wandler verwendet werden, die zur Zwischenspeicherung der Energie eine Induktivität benutzen, die aus einer Spule oder einem Wandler-Transformator besteht. Es könnten auch kapazitive Wandler oder sonstige geeignete Wandler verwendet werden. As this suitable DC-DC converter various circuit arrangements are known. Inductive transducers may preferably be used which use an inductance consisting of a coil or a transformer transformer for buffering the energy. Capacitive transducers or other suitable transducers could also be used.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Gleichspannungswandleranordnung eine erste elektronische Schaltereinheit mit einem Schalter und einer hierzu antiparallelen Freilaufdiode für die Abwärtswandlung, eine zu der ersten elektronischen Schaltereinheit in Reihe geschaltete zweite elektronische Schaltereinheit mit einem Schalter und einer hierzu antiparallelen Freilaufdiode für die Aufwärtswandlung und eine Induktivität auf. Die Schaltereinheiten sind in Reihe geschaltet und parallel an den Generatorausgang angeschlossen. Die Induktivität ist einerseits mit dem Verbindungspunkt zwischen der ersten und der zweiten Schaltereinheit und andererseits mit einem ersten Pol einer jeweiligen Speichereinrichtung, bspw. dem Pluspol eines Batteriestacks, verbunden. In an advantageous embodiment of the invention, the DC-DC converter arrangement has a first electronic Switch unit with a switch and an antiparallel freewheeling diode for the down conversion, a connected to the first electronic switch unit in series second electronic switch unit with a switch and a reverse antiparallel freewheeling diode for the up-conversion and an inductance on. The switch units are connected in series and connected in parallel to the generator output. The inductor is connected on the one hand to the connection point between the first and the second switch unit and on the other hand to a first pole of a respective memory device, for example the positive pole of a battery stack.

Die Zweige mit der Gleichspannungswandleranordnung und der zugehörigen Speichereinrichtung bzw. Batterieeinheit können im Wesentlichen gleiche Bauteile verwenden, so dass eine übersichtliche, komplexarme Schaltungsanordnung geschaffen wird. Bei jeder Speichereinrichtung kann ein erster Pol, z.B. der Pluspol eines Batteriestacks, mit der Gleichspannungswandleranordnung, insbesondere deren Induktivität, verbunden sein, während der zweite Pol, z.B. der Minuspol eines Batteriestacks, mit einem Gleichspannungsanschluss des Generators, z.B. dem negativen Gleichspannungszweig verbunden bzw. verbindbar ist. Dabei kann der Minuspol der ersten Speichereinrichtung mit dem negativen Gleichspannungszweig fest verdrahtet sein, während bei der zweiten und gegebenenfalls jeder weiteren Speichereinrichtung ein Schalter zwischen dem Minuspol und dem negativen Gleichspannungszweig eingefügt ist. The branches with the DC-DC converter arrangement and the associated storage device or battery unit can use substantially identical components, so that a clear, low-complexity circuit arrangement is provided. In each memory device, a first pole, e.g. the positive terminal of a battery stack, to be connected to the DC-DC converter arrangement, in particular its inductance, while the second pole, e.g. the negative terminal of a battery pack, with a DC voltage terminal of the generator, e.g. the negative DC voltage branch is connected or connectable. In this case, the negative pole of the first memory device can be hardwired to the negative DC voltage branch, while in the second and possibly each further memory device, a switch between the negative pole and the negative DC voltage branch is inserted.

In einer alternativen Ausführungsform können auch die Pluspole der ersten und zweiten Speichereinrichtung mit dem positiven Gleichspannungszweig fest verbunden bzw. über einen Schalter verbindbar sein, während die Minuspole an die jeweiligen Gleichspannungswandleranordnungen, insbesondere deren Induktivitäten, angeschlossen sind. In an alternative embodiment, the positive poles of the first and second memory device can also be firmly connected to the positive DC voltage branch or can be connected via a switch, while the negative poles are connected to the respective DC voltage converter arrangements, in particular their inductances.

In einer einfachen Ausführungsform der Erfindung weist die Schalteinrichtung einen ersten und einen zweiten Schalter auf. Der erste Schalter ist eingerichtet und angeordnet, um eine Verbindung zwischen einem Pol einer ersten Polarität der ersten Speichereinrichtung, z.B. dem Pluspol (alternativ Minuspol) des ersten Batteriestacks, mit einem entgegengesetzten zweiten Pol der zweiten Schalteinrichtung, z.B. dem Minuspol (alternativ Pluspol) des zweiten Batteriestacks, herzustellen oder aufzuheben. Der zweite Schalter ist angeordnet und eingerichtet, um eine Verbindung zwischen dem entgegengesetzten zweiten Pol der zweiten Schalteinrichtung, z.B. dem Minuspol (alternativ Pluspol) des zweiten Batteriestacks, und einem Gleichspannungszweig, insbesondere dem negativen (alternativ positiven) Gleichspannungszweig, herzustellen oder aufzuheben. Durch wahlweises Schließen des ersten Schalters und Öffnen des zweiten Schalters der Schalteinrichtung bzw. Öffnen des ersten Schalters und Schließen des zweiten Schalters können die beiden Speichereinrichtungen in Reihe bzw. parallel zueinander und parallel zu dem Generator bzw. dem Zwischenkreis des Wechselrichters geschaltet werden. In a simple embodiment of the invention, the switching device has a first and a second switch. The first switch is arranged and arranged to connect between a pole of a first polarity of the first memory device, e.g. the positive pole (alternatively negative pole) of the first battery stack, with an opposite second pole of the second switching device, e.g. the negative pole (alternatively positive pole) of the second battery stack to establish or cancel. The second switch is arranged and arranged to provide a connection between the opposite second pole of the second switching means, e.g. the negative pole (alternatively positive pole) of the second battery stack, and a DC voltage branch, in particular the negative (alternatively positive) DC voltage branch to establish or cancel. By selectively closing the first switch and opening the second switch of the switching device or opening the first switch and closing the second switch, the two memory devices can be connected in series or parallel to each other and parallel to the generator or the intermediate circuit of the inverter.

In einer modifizierten Ausführungsform ist die erste Speichereinrichtung mit ihrem einen Pol einer ersten Polarität mit einem der Gleichspannungszweige und mit ihrem anderen Pol entgegengesetzter Polarität mit der Gleichspannungswandleranordnung verbunden, während die zweite Speichereinrichtung mit ihrem einen Pol der ersten Polarität mit der Gleichspannungswandleranordnung und mit ihrem anderen Pol entgegengesetzter Polarität mit dem anderen der Gleichspannungszweige verbunden ist. Die Schalteinrichtung weist dann vorzugsweise nur einen einzigen Schalter zur Verbindung des anderen Pols entgegengesetzter Polarität der ersten Speichereinrichtung mit dem einen Pol der ersten Polarität der zweiten Speichereinrichtung auf. Der zweite Schalter zur Verbindung mit einem der Gleichspannungszweige wird dann vorteilhafterweise nicht benötigt. Zwar können die Speichereinrichtungen in dieser Ausführungsform nicht in Reihenschaltung geladen oder unter Hochsetzung der Spannung der Reihenschaltung entladen werden, wenn nicht ein zusätzlicher Hochsetzsteller vorgesehen wird, die Speichereinrichtungen können aber ansonsten in Parallelschaltung aufgeladen oder entladen werden, indem sie in Reihe oder parallel zueinander geschaltet werden. In a modified embodiment, the first memory device is connected with its one pole of a first polarity with one of the DC voltage branches and with its other pole of opposite polarity with the DC-DC converter arrangement, while the second memory device with its one pole of the first polarity with the DC-DC converter arrangement and with its other pole opposite polarity is connected to the other of the DC voltage branches. The switching device then preferably has only a single switch for connecting the other pole of opposite polarity of the first memory device to the one pole of the first polarity of the second memory device. The second switch for connection to one of the DC voltage branches is then advantageously not needed. While the memory devices in this embodiment can not be serially connected or discharged by boosting the series connection voltage unless an additional boost converter is provided, the memory devices may otherwise be charged or discharged in parallel by being connected in series or in parallel ,

Die Schaltung der Schalteinrichtung kann allein unter der Steuerung durch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung erfolgen, die hierzu eine geeignete Steuerlogik aufweist. Es ist vorzugsweise ferner eine Sensoreinrichtung vorgesehen, die zur Erfassung von Betriebsparametern eingerichtet ist, zu denen insbesondere die Ausgangsgleichspannung und der Ausgangsgleichstrom des Generators und die Spannungen an den Speichereinrichtungen gehören. Die Steuereinrichtung wertet dann die von der Sensoreinrichtung gelieferten Größen der Betriebsparameter aus und steuert die Schalter der Schalteinrichtung in Abhängigkeit von diesen Betriebsparametern geeignet an. Eine Kommunikation mit dem Wechselrichter kann möglich sein, so dass die Steuereinrichtung keinen integralen Teil des Wechselrichters oder dessen Steuerung bilden muss. The switching of the switching device can be done solely under the control of the control device according to the invention, which has a suitable control logic for this purpose. Furthermore, a sensor device is preferably provided which is set up to detect operating parameters, which include, in particular, the DC output voltage and the DC output current of the generator and the voltages at the memory devices. The control device then evaluates the parameters of the operating parameters supplied by the sensor device and controls the switches of the switching device as a function of these operating parameters. Communication with the inverter may be possible so that the controller need not form an integral part of the inverter or its controller.

Die Steuereinrichtung ist ausgelegt, um stets eine möglichst maximale Leistung aus dem Generator zu entnehmen und die Regelung des Wechselrichters nicht negativ zu beeinflussen. The control device is designed to always take the maximum possible power from the generator and not negatively affect the control of the inverter.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht es, unterschiedliche Betriebsmodi mit einer wahlweisen Reihen- oder Parallelschaltung der Speichereinrichtungen vorzusehen und dabei die Umwandlungsverluste gering zu halten. Bspw. kann in Zeiten niedriger Energielieferung durch den Generator, z.B. bei einer Abschattung oder in Abend- bzw. Nachtstunden, durch eine Reihenschaltung der Speichereinrichtungen eine hohe Batteriespannung gewählt werden, die nahe am optimalen Arbeitspunkt eines Photovoltaikwechselrichters liegen kann. Je nach Betriebsbedingung können die Batterieeinheiten entweder symmetrisch mit niedriger Spannung aus beiden Zweigen oder durch Reihenschaltung zu einem einzigen Stack mit hoher Spannung entladen werden. Auch das Laden der Batterieeinheiten kann wahlweise in Reihen- oder in Parallelschaltung erfolgen. Dann ist es auch bei niedriger Generator- bzw. Zwischenkreisspannung möglich, durch Parallelschaltung der Batterieeinheiten diese wieder aufzuladen. Mit diesen Funktionalitäten können vielfältige Betriebsfälle mit einer geringen Anzahl an Komponenten und mit hoher Effizienz verwirklicht werden. Das System ist flexibel und von geringer Komplexität. The system according to the invention makes it possible to provide different operating modes with an optional series or parallel connection of the memory devices while keeping the conversion losses low. For example. can be selected in times of low power delivery by the generator, eg shading or in the evening or night hours, by a series connection of the memory devices, a high battery voltage, which may be close to the optimum operating point of a photovoltaic inverter. Depending on the operating condition, the battery units may be discharged either symmetrically with low voltage from both branches or by series connection into a single high voltage stack. The charging of the battery units can also be done either in series or in parallel. Then it is possible even at low generator or DC link voltage to recharge them by connecting the battery units in parallel. With these functionalities, a variety of operating cases can be realized with a small number of components and with high efficiency. The system is flexible and of low complexity.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Energieerzeugungsanlage, insbesondere zur Nutzung regenerativer Energie, geschaffen, wobei die Energieerzeugungsanlage einen Generator, der an seinem Ausgang eine variable Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen liefert, und einen Wechselrichter aufweist, der parallel an dem Ausgang des Generators angeschlossen ist, um eine eingangsseitige Gleichspannungsleistung in eine ausgangsseitige Wechselspannungsleistung umzuwandeln. Das Verfahren weist auf, dass wenigstens eine erste und eine zweite elektrische Speichereinrichtung zur bedarfsweisen Speicherung eines Teils der vom Generator und/oder vom Zwischenkreis gelieferten Energie vorgesehen werden. Das Verfahren weist ferner auf, dass eine Schalteinrichtung vorgesehen wird, die eine Ankopplung der ersten und der zweiten Speichereinrichtung an den Generator wahlweise in Reihen- oder in Parallelschaltung der Speichereinrichtungen ermöglicht. Das Verfahren weist ferner auf, dass Betriebsparameter erfasst werden, die wenigstens die vom Generator gelieferte Gleichspannung, den vom Generator gelieferten Gleichstrom und Spannungen an der ersten und zweiten Speichereinrichtung umfassen. Das Verfahren weist außerdem auf, dass verschiedene Betriebsmodi bei der Energieerzeugungsanlage implementiert werden und die Energieerzeugungsanlage je nach den erfassten Betriebsbedingungen nach wenigstens einem der folgenden implementierten Betriebsmodi betrieben wird: der Wechselrichter wird mit der vom Generator gelieferten Energie gespeist und/oder die Speichereinrichtungen werden in Reihe miteinander oder parallel zueinander gekoppelt und der Wechselrichter wird mit Energie aus der Reihenschaltung bzw. Parallelschaltung der Speichereinrichtungen gespeist oder die Speichereinrichtungen werden mit Energie aus dem Generator geladen. In a further aspect of the invention, a method for operating a power generation plant, in particular for the use of regenerative energy, is provided, wherein the power generation plant has a generator which supplies at its output a variable DC power depending on operating and / or environmental conditions, and an inverter which is connected in parallel to the output of the generator to convert an input side DC power into an output side AC power. The method includes providing at least a first and a second electrical storage device for storing part of the energy supplied by the generator and / or the intermediate circuit on demand. The method further comprises that a switching device is provided, which allows coupling of the first and the second memory device to the generator optionally in series or in parallel connection of the memory devices. The method further includes sensing operating parameters that include at least the DC voltage provided by the generator, the DC current provided by the generator, and voltages at the first and second memory devices. The method further includes implementing different modes of operation at the power plant and operating the power plant according to the sensed operating conditions according to at least one of the following implemented modes of operation: the inverter is powered by the power supplied by the generator and / or the memory devices are connected in series coupled to each other or parallel to each other and the inverter is supplied with energy from the series connection or parallel connection of the memory devices or the memory devices are charged with energy from the generator.

In einer bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für Photovoltaikanlagen weist der Schritt des Betreibens der Energieerzeugungsanlage ferner ein Betreiben des Photovoltaikgenerators in seinem individuellen maximalen Leistungspunkt, dem MPP-Punkt, auf, um bei den momentanen Umgebungs- und Betriebsbedingungen die maximale Leistung aus dem Generator zu entnehmen und die maximale Gleichspannungs-Eingangsleitung am Zwischenkreis des Wechselrichters bereitzustellen. In a preferred application of the photovoltaic plant method according to the invention, the step of operating the power plant further comprises operating the photovoltaic generator at its individual maximum power point, the MPP point, to derive the maximum power from the generator under current ambient and operating conditions and provide the maximum DC input line to the DC link of the inverter.

Vorteilhafterweise kann der Schritt des Ladens der Speichereinrichtungen je nach Größe der verfügbaren Generatorspannung oder Zwischenkreisspannung und der Spannungen an den Speichereinrichtungen ein wahlweises Schalten der Speichereinrichtungen parallel oder in Reihe zueinander und Aufladen der Speichereinrichtungen in Parallel- oder Reihenschaltung aufweisen. In Parallelschaltung können die Speichereinrichtungen auch bei geringer verfügbarer Generatorspannung bzw. Zwischenkreisspannung aufgeladen werden. Advantageously, the step of charging the memory devices, depending on the size of the available generator voltage or DC link voltage and the voltages on the memory devices, may include selectively switching the memory devices in parallel or in series and charging the memory devices in parallel or series connection. In parallel, the memory devices can be charged even at low available generator voltage or DC link voltage.

In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Speichereinrichtungen mit einem frequenzbehafteten Strom, z.B. gepulst, geladen oder entladen. In diesem Fall können zur Reduktion von Stromrippeln die einzelnen Stromimpulse zum Aufladen bzw. Entladen der jeweiligen Speichereinrichtungen zeitlich versetzt zueinander, vorzugsweise überlappungslos ausgegeben werden. In an advantageous embodiment, the memory devices are provided with a frequency-affected current, e.g. pulsed, charged or discharged. In this case, for the reduction of current ripples, the individual current pulses for charging or discharging of the respective storage devices can be output offset in time from one another, preferably without overlap.

Durch die Erfindung ist es möglich, elektrische Energie sehr effizient und flexibel zu speichern. Es ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, zu denen z.B. die Eigenverbrauchsoptimierung, Insel-/Backuplösungen, Netzdienstleistungen für Energieversorgungsunternehmen, wie bspw. Bereitstellung der Regelenergie oder Kappung von Lastspitzen, etc. gehören. Mit der Erfindung können diese Anwendungen leicht und mit geringem technischen Aufwand realisiert werden. Es können Standardkomponenten, auch zwei oder mehrere gleiche DC/DC-Steller für die Gleichspannungswandlung verwendet werden. Einzelkomponenten können durch Integration auf wenige Baugruppen reduziert werden. Durch die Flexibilität der erfindungsgemäßen Maßnahme ermöglicht eine Reduktion des Variationsaufwands für den Einsatz in unterschiedlichen Geräteklassen von Wechselrichtern. Die Erfindung lässt sich in bereits bestehenden Systemen leicht nachrüsten. Durch eine passende Wahl der Betriebsmodi je nach den gegebenen Betriebsbedingungen können längere Einsatzdauern der Energieerzeugungsanlage, z.B. eine Stromerzeugung mit Energie aus den Batterien auch in Nachtstunden, mit hohen Wirkungsgraden ermöglicht werden. The invention makes it possible to store electrical energy very efficiently and flexibly. There are a variety of applications, which include, for example, self-consumption optimization, island / backup solutions, network services for energy companies, such as. Provision of control energy or capping peak loads, etc. With the invention, these applications can be realized easily and with little technical effort. It is possible to use standard components, even two or more identical DC / DC controllers for DC voltage conversion. Individual components can be reduced by integration to a few assemblies. Due to the flexibility of the measure according to the invention allows a reduction of the effort for the application in different device classes of inverters. The invention can be easily retrofitted in existing systems. By a suitable choice of operating modes depending on the given operating conditions longer Use periods of the power generation plant, for example, a power generation with energy from the batteries in the night, with high efficiencies are possible.

Im Übrigen kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren im gleichen Maße zu gute und umgekehrt. Incidentally, the advantages of the power generation plant according to the invention to the operating method of the invention to the same extent good and vice versa.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung und der Patentansprüche. In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht, wobei die Zeichnung lediglich der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung dient und diese in keiner Weise beschränkt und wobei gleiche Bezugszeichen in der Zeichnung verwendet werden, um gleiche oder ähnliche Teile zu bezeichnen. In der Zeichnung zeigen: Further details of advantageous embodiments of the invention are the subject of the drawing, the description and the claims. Embodiments of the invention are illustrated in the drawings, wherein the drawing is merely illustrative of and does not limit the principles of the invention, and wherein like reference numerals are used in the drawings to designate the same or similar parts. In the drawing show:

1 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild einer Energieerzeugungsanlage mit einem Energiespeichersystem gemäß der Erfindung; 1 a highly simplified block diagram of a power plant with an energy storage system according to the invention;

2 eine Schaltungsanordnung, die die Energieerzeugungsanlage mit einem Energiespeichersystem nach 1 in größeren Einzelheiten veranschaulicht; 2 a circuit arrangement according to the energy generation system with an energy storage system 1 illustrated in greater detail;

3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebsverfahrens für eine Energieerzeugungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 3 a flow diagram illustrating an operating method for a power generation plant according to an embodiment of the invention;

4 eine vereinfachte Schaltungsanordnung einer Energieerzeugungsanlage mit einer modifizierten Ausführungsform eines Energiespeichersystems gemäß der Erfindung; und 4 a simplified circuit arrangement of a power plant with a modified embodiment of an energy storage system according to the invention; and

5 eine vereinfachte Schaltungsanordnung einer Energieerzeugungsanlage mit einer weiter modifizierten Ausführungsform eines Energiespeichersystems gemäß der Erfindung. 5 a simplified circuit arrangement of a power generation plant with a further modified embodiment of an energy storage system according to the invention.

In 1 ist eine Energieerzeugungsanlage zur Nutzung regenerativer Energie, um daraus elektrische Energie zu erzeugen, veranschaulicht. Die insgesamt mit 1 bezeichnete Energieerzeugungsanlage kann insbesondere eine Photovoltaikanlage sein, die Solarenergie in elektrische Wechselstromenergie umwandelt, die dann entweder in ein Netz 2, insbesondere ein öffentliches Versorgungsnetz, eingespeist oder zur Versorgung lokaler Verbraucher 3 verwendet wird, wie in 1 stark vereinfacht dargestellt. Die Energieerzeugungsanlage 1 kann auch eine Windkraftanlage, eine Wasserkraftanlage, eine auf Brennstoffzellen basierende Anlage oder eine sonstige geeignete Anlage sein, die Strom vorzugsweise aus erneuerbaren Energien erzeugt. In 1 is a power generation plant for the use of renewable energy to produce electrical energy, illustrated. The total with 1 In particular, the designated power generation plant may be a photovoltaic plant that converts solar energy into AC electrical energy, which then either enters a grid 2 , in particular a public supply network, fed or to supply local consumers 3 is used as in 1 shown greatly simplified. The power generation plant 1 may also be a wind turbine, a hydropower plant, a fuel cell based plant or other suitable facility that generates electricity preferably from renewable energy sources.

Die Energieerzeugungsanlage 1 weist einen Generator 4 auf, der in Abhängigkeit von Umgebungs- und/oder Betriebsbedingungen eine variable Gleichspannungsleistung an seinem Ausgang 6 liefert. Bspw. kann der Generator 4 ein Photovoltaikgenerator sein, der Solarenergie in elektrische Energie umwandelt, deren Größe von der Sonneneinstrahlung, abhängig von der Bewölkung, Abschattung, Jahreszeit, Tageszeit, Temperatur und sonstigen Umgebungsfaktoren und dem jeweiligen Betriebszustand beeinflusst wird. The power generation plant 1 has a generator 4 on, depending on ambient and / or operating conditions, a variable DC power at its output 6 supplies. For example. can the generator 4 be a photovoltaic generator that converts solar energy into electrical energy, whose size is influenced by solar radiation, depending on the cloudiness, shading, season, time of day, temperature and other environmental factors and the respective operating state.

Ferner weist die Energieerzeugungsanlage 1 ein Energiespeichersystem 7 und einen Wechselrichter 8 auf, die parallel an dem Ausgang 6 des Generators 4 angeschlossen sind. Das Energiespeichersystem 7 dient dazu, die von dem Generator 4 bereitgestellte Energie wahlweise zwischenzuspeichern, um sie zum späteren Zeitpunkt nutzbar zu machen. Ferner dient das Energiespeichersystem 7 dazu, den Generator 4 bei der Bereitstellung von Eingangsenergie für den Wechselrichter 8 zu unterstützen oder zu ersetzen, falls die Energie des Generators 4 zur alleinigen Speisung des Wechselrichters 8 nicht ausreicht. Das Energiespeichersystem 7 ist in größeren Einzelheiten nachstehend erläutert. Furthermore, the power generation plant points 1 an energy storage system 7 and an inverter 8th on, parallel to the output 6 of the generator 4 are connected. The energy storage system 7 serves to that of the generator 4 optionally buffer stored energy to make it usable at a later date. Furthermore, the energy storage system is used 7 to the generator 4 in providing input power to the inverter 8th to support or replace, if the energy of the generator 4 for the sole supply of the inverter 8th not enough. The energy storage system 7 is explained in greater detail below.

Der Wechselrichter 8 ist vorzugsweise durch eine elektronische Wechselrichterschalteranordnung gebildet, die einen grundsätzlich üblichen Aufbau mit Komponenten bzw. Baugruppen und Funktionsweisen umfassen kann, die es ihm ermöglichen, die an seinem Eingang oder Zwischenkreis 9 bereitgestellte Eingangsgleichspannung UZK und den eingespeisten Gleichstrom in Wechselspannung und Wechselstrom an seinem Ausgang 11 zu wandeln, die bezüglich der Amplitude, Frequenz und Phase bspw. an die Wechselspannung des angeschlossenen Netzes 2 oder die entsprechenden Größen der Verbraucher 3 angepasst sind. Der Zwischenkreis 9 ist hier durch einen Energiezwischenspeicher 10, insbesondere einen Pufferkondensator, gebildet, der parallel zu dem Generator 4 zwischen den Gleichspannungs-Ausgangszweigen 6a, 6b des Generators angeschlossen sind. Der Zwischenkreis 9 könnte auch durch eine Reihenanordnung zweier oder mehrerer Pufferkondensatoren oder andere geeignete Energiespeicher gebildet sein. The inverter 8th is preferably formed by an electronic inverter switch assembly, which may comprise a basically conventional structure with components or assemblies and operations that allow him to those at its input or DC link 9 provided DC input voltage U ZK and the injected DC into AC and AC at its output 11 to convert, with respect to the amplitude, frequency and phase, for example, to the AC voltage of the connected network 2 or the corresponding sizes of consumers 3 are adjusted. The DC link 9 is here through an energy cache 10 , in particular a buffer capacitor, formed in parallel with the generator 4 between the DC output branches 6a . 6b of the generator are connected. The DC link 9 could also be formed by a series arrangement of two or more buffer capacitors or other suitable energy storage.

Wenngleich verschiedene Realisierungsformen eines Wechselrichters 8 mit oder ohne Transformator in ein- oder dreiphasiger Ausbildung, je nach Anwendung, zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung möglich sind, sollte erwähnt werden, dass der Wechselrichter 8 generell eine Reglereinrichtung 12 zur Regelung der dem Generator 4 entnommenen Leistung, eine Wechselrichteranordnung 13, eine Sensoreinrichtung 14, die Umgebungs- und Betriebsparameter der Energieerzeugungsanlage 1 erfasst, und eine Steuereinrichtung 16 aufweist, die von der Sensoreinrichtung 8 erfasste Parameterwerte empfängt und basierend darauf den Betrieb der Komponenten überwacht und steuert. Although different forms of implementation of an inverter 8th with or without transformer in single or three phase design, depending on the application, for use with the present invention are possible, it should be noted that the inverter 8th generally a regulator device 12 for regulating the generator 4 taken power, an inverter arrangement 13 , a sensor device 14 , the environmental and operating parameters of the power plant 1 detected, and a control device 16 that is from the sensor device 8th receives captured parameter values and, based thereon, monitors and controls the operation of the components.

Bezugnehmend auf einen Photovoltaikgenerator als ein Beispiel, ist die Reglereinrichtung 12 dem Photovoltaikgenerator 4 nachgeschaltet und weist einen Gleichspannungswandler oder dgl. auf, der das MPP-Tracking übernimmt. Unter MPP(Maximung-Power-Point)-Tracking versteht man das Betreiben der Photovoltaikmodule in ihrem individuellen maximalen Leistungspunkt, um eine optimale Leistungserzeugung der einzelnen Photovoltaikmodule zu erzielen. Der maximale Leistungspunkt (MPP-Punkt) hängt von der Bestrahlungsstärke, der Temperatur und dem Typ der Photovoltaikzellen ab. Damit der Photovoltaikgenerator immer am MPP-Punkt arbeitet, regelt der MPP-Tracker die Spannung auf den benötigten Wert, variiert üblicherweise die DC-Spannung um einen kleinen Betrag, bestimmt dann jeweils das Produkt aus Strom und Spannung und stellt die Betriebsspannung in Richtung höherer Leistung nach. Damit kann auch bei wechselnden Bestrahlungsverhältnissen immer ein Betrieb des Photovoltaikgenerators 4 im MPP-Punkt sichergestellt werden. Die dem Photovoltaikgenerator 4 entnommene Leistung wird am Zwischenkreis bzw. Wechselrichtereingang 9 bereitgestellt. Referring to a photovoltaic generator as an example, the regulator means 12 the photovoltaic generator 4 downstream and has a DC-DC converter or the like., Which takes over the MPP tracking. MPP (Maximizing Power Point) tracking is the operation of the photovoltaic modules at their individual maximum power point in order to achieve optimum power generation of the individual photovoltaic modules. The maximum power point (MPP point) depends on the irradiance, the temperature and the type of photovoltaic cells. So that the photovoltaic generator always works at the MPP point, the MPP tracker regulates the voltage to the required value, usually varies the DC voltage by a small amount, then determines the product of current and voltage and sets the operating voltage in the direction of higher power to. Thus, even with changing irradiation conditions always operate the photovoltaic generator 4 in the MPP point. The photovoltaic generator 4 The power drawn is at the DC link or inverter input 9 provided.

Die Wechselrichteanordnung 13 ist eine ein- bis dreiphasiger Wechselrichterschaltung, die die Funktion der Sinustransformation der Gleichspannungs-Zwischenkreisleistung an dem Zwischenkreis 9 für das Netz 2 oder den Verbraucher 3 übernimmt. Die Wechselrichterschaltung 13 kann beliebige Konfigurationen aufweisen, wie sie in der Technik allgemein bekannt sind. Bevorzugterweise weist sie eine Anordnung von hochfrequent taktbaren Schalterelementen, wie bspw. MOSFET-, IGBT-Schaltern oder dgl., auf, die mit einem vorgegebenen Muster, vorzugsweise Pulsweiten moduliert, angesteuert werden, um am Ausgang 11 des Wechselrichters die erforderlichen Wechselspannungen und -ströme zu erzeugen. Eine konkrete Ausführungsform einer beispielhaften Wechselrichterschaltung 13 zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist nachstehend im Zusammenhang mit 2 näher beschrieben. The inverter arrangement 13 is a one- to three-phase inverter circuit, which is the function of the sinusoidal transformation of the DC link power at the DC link 9 for the network 2 or the consumer 3 takes over. The inverter circuit 13 may have any configurations as are well known in the art. Preferably, it has an array of high-frequency switchable switching elements, such as. MOSFET, IGBT switches or the like., Which are modulated with a predetermined pattern, preferably pulse widths, driven to the output 11 of the inverter to produce the required AC voltages and currents. A specific embodiment of an exemplary inverter circuit 13 for use with the present invention is hereinafter related to 2 described in more detail.

Die Sensoreinrichtung 16 weist (hier nicht näher dargestellte) Sensormittel, wie Strom- und Spannungsfühler auf, die es ermöglichen, Signale an unterschiedlichen Stellen der Energieerzeugungsanlage 1, insbesondere des Wechselrichters 8, zu erfassen. Es können insbesondere die vom Generator gelieferte Eingangsgleichspannung UG, der eingespeiste Generatorstrom IG, Spannungen und Ströme in dem nachstehend erläuterten Energiespeichersystem 7, die Zwischenkreisspannung UZK, die eingespeisten Wechselströme und ausgangsseitigen Wechselspannungen, aber auch Parameter, die bspw. die momentanen Umgebungsbedingungen, z.B. die Einstellungsstärke und Temperatur am Photovoltaikgenerator 4, betreffen, erfasst werden. Die Sensoreinrichtung 14 ist mit der Steuereinrichtung 16 kommunikationsmäßig verbunden und liefert die erfassten Messwerte zu dieser. The sensor device 16 has (not shown here) sensor means, such as current and voltage sensors, which allow signals at different points of the power plant 1 , in particular of the inverter 8th , capture. In particular, the input DC voltage U G supplied by the generator, the injected generator current I G , voltages and currents in the energy storage system explained below 7 , the intermediate circuit voltage U ZK , the injected alternating currents and output-side alternating voltages, but also parameters, for example, the current environmental conditions, eg the setting strength and temperature at the photovoltaic generator 4 , affect, be recorded. The sensor device 14 is with the control device 16 communicatively connected and provides the measured values recorded to this.

Die Steuereinrichtung 16 steuert in der hier veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform den Betrieb sowohl des Wechselrichters 8 als auch des Energiespeichersystems 7 in Abhängigkeit von von der Sensoreinrichtung 14 gelieferten Signalen. Hierzu verarbeitet die Steuereinrichtung 16 die empfangenen Signale gemäß vorbestimmten logischen Regeln, um Ausgangssignale, bspw. zur Ansteuerung der Schalterelemente des Wechselrichters 8 sowie auch Steuersignale für das Energiespeichersystem 7 und für die Reglereinrichtung 12 auszugeben. Die Reglereinrichtung 12 ist hier als ein Teil der Steuereinrichtung 16 veranschaulicht, kann aber auch gesondert von dieser implementiert sein. Ferner kann für den Wechselrichter 8 eine gesonderte (hier nicht veranschaulichte) Steuerung vorgesehen und die Steuereinrichtung 12 dann bspw. mit dieser kommunikationsmäßig verbunden sein. The control device 16 controls the operation of both the inverter in the preferred embodiment illustrated herein 8th as well as the energy storage system 7 depending on the sensor device 14 supplied signals. For this purpose, the control device processes 16 the received signals in accordance with predetermined logical rules to output signals, for example. For driving the switch elements of the inverter 8th as well as control signals for the energy storage system 7 and for the regulator device 12 issue. The regulator device 12 is here as part of the controller 16 but may also be implemented separately from it. Furthermore, for the inverter 8th a separate (not illustrated here) control provided and the control device 12 then, for example, be connected with this communication.

Wie bereits erwähnt, ist das Energiespeichersystem 7 dazu vorgesehen, in Zeiten eines hohen Energieangebots des Generators 4 die von diesem bereitgestellte Gleichspannungsleistung zwischenzeitlich zu speichern, um sie später in Zeiten geringen Energieangebots verfügbar zu machen. Eine derartige Energiespeicherung und -wiedergewinnung sollte jedoch mit möglichst effizient, mit geringen Umwandlungsverlusten erfolgen. Umwandlungsverluste treten insbesondere auf, wenn hohe Eingangsspannungen in geringe Ladespannungen für Energiespeicher, bspw. Batterien, umgewandelt werden oder wenn niedrige Batteriespannungen in relativ hohe Zwischenkreisspannungen transformiert werden müssen. As already mentioned, the energy storage system is 7 provided in times of high energy supply of the generator 4 to temporarily store the DC power provided by this to make it available later in times of low energy supply. However, such energy storage and recovery should be done as efficiently as possible, with little conversion losses. Conversion losses occur in particular when high input voltages are converted into low charging voltages for energy stores, for example batteries, or when low battery voltages have to be transformed into relatively high DC link voltages.

Um derartige Umwandlungsverluste möglichst zu vermeiden, weist das Energiespeichersystem 7 gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens eine erste Speichereinrichtung 17 und eine zweite Speichereinrichtung 18. Jede Speichereinrichtung 17, 18 ist durch eine wiederaufladbare Batterieeinheit gebildet, die im Allgemeinen als Akkumulator bezeichnet wird und eine Reihe von seriell geschalteten elektrischen Batterien aufweist, die gemeinsam einen Batteriestack bzw. -stapel bilden. Jeder Batteriestack ist vorzugsweise für eine Nennspannung von wenigstens 230 V vorzugsweise bis zu 300 V oder sogar mehr ausgelegt. Im Unterschied zu bekannten Energiespeichersystemen, wie sie in bestehenden Photovoltaikanlagen verwendet werden, die mit einer niedrigen Batteriespannung von typischerweise maximal 48 V arbeiten, sind bei der Erfindung die maximalen Batteriespannungen durch die Zusammenschaltung vieler Einzelbatterien deutlich höher. To avoid such conversion losses as possible, has the energy storage system 7 according to the present invention at least a first storage device 17 and a second storage device 18 , Each storage device 17 . 18 is formed by a rechargeable battery unit, which is generally referred to as an accumulator and has a series of series-connected electric batteries, which together form a battery stack or stack. Each battery stack is preferably designed for a nominal voltage of at least 230 V, preferably up to 300 V or even more. In contrast to known energy storage systems, such as those used in existing photovoltaic systems, which operate with a low battery voltage of typically a maximum of 48 V, in the invention the maximum battery voltages are significantly higher due to the interconnection of many individual batteries.

Jede Speichereinrichtung 17, 18 ist in einem gesonderten Speicherzweig 19, 21 angeordnet, die beide im Wesentlichen parallel an dem Ausgang 6 des Generators 4 angeschlossen sind. Insbesondere ist ein erster Zweig 19 mit den Gleichspannungsausgangszweigen 6a, 6b des Generators 4 fest verdrahtet und weist eine der Speichereinrichtung 17 zugeordnete, in 1 als in Reihe zu dieser angeordnet dargestellte Gleichspannungswandleranordnung (DC/DC-Steller) 22 auf, die dazu dient, die Spannung UZK des Gleichspannungszwischenkreises 9 auf die Batteriespannung UB1 der ersten Speichereinrichtung 17 und umgekehrt zu transformieren. Die erste Gleichspannungswandleranordnung 22 ist hier mit dem Pluspol 23 der ersten Batterieeinheit 17 verbunden, während der Minuspol 24 der Batterieeinheit 17 mit dem negativen Gleichspannungszweig 6b verbunden ist. Each storage device 17 . 18 is in a separate memory branch 19 . 21 arranged, both substantially parallel to the output 6 of the generator 4 are connected. In particular, a first branch 19 with the DC output branches 6a . 6b of the generator 4 hardwired and has one of the memory device 17 assigned, in 1 as arranged in series with this arranged DC-DC converter arrangement (DC / DC controller) 22 on, which serves the voltage U ZK of the DC intermediate circuit 9 to the battery voltage U B1 of the first memory device 17 and vice versa. The first DC-DC converter arrangement 22 is here with the positive pole 23 the first battery unit 17 connected while the negative pole 24 the battery unit 17 with the negative DC branch 6b connected is.

In ähnlicher Weise weist der zweite Zweig 21 eine zweite Gleichspannungswandleranordnung 27 auf, die einerseits mit dem positiven Gleichspannungszweig 6a 4 und andererseits mit dem Pluspol 27 der zweiten Batterieeinheit 18 verbunden ist. Anders als bei der ersten Batterieeinheit 17 ist der Minuspol 28 der zweiten Batterieeinheit 18 mit dem negativen Gleichspannungszweig 6b nicht unmittelbar, sondern über einen Schalter 29 verbunden, der zu einer Schalteinrichtung 31 des Energiespeichersystems 7 gehört. Similarly, the second branch 21 a second DC-DC converter arrangement 27 on the one hand with the positive DC branch 6a 4 and on the other hand with the positive pole 27 the second battery unit 18 connected is. Unlike the first battery unit 17 is the negative pole 28 the second battery unit 18 with the negative DC branch 6b not directly, but via a switch 29 connected to a switching device 31 of the energy storage system 7 belongs.

Die Schalteinrichtung 31 ist dazu eingerichtet, die erste und die zweite Speichereinrichtung 17, 18 wahlweise elektrisch entweder parallel oder in Reihe miteinander zu verbinden und parallel an den Generator 4 zu schalten. Hierzu weist die Schalteinrichtung 31 einen ersten Schalter 32 und einen zweiten Schalter auf, der durch den Schalter 29 gebildet ist. Der erste Schalter 32 der Schalteinrichtung 31 ist eingerichtet und angeschlossen, um eine Verbindung zwischen einem ersten Pol bzw. dem Pluspol der ersten Batterieeinheit 17 und einem entgegengesetzten zweiten Pol bzw. dem Minuspol 24 der zweiten Batterieeinheit 18 herzustellen oder aufzuheben. Hierzu ist der erste Schalter 32 in einem Zweig 33 angeordnet, der den Verbindungspunkt zwischen der ersten Gleichspannungswandleranordnung 22 und dem Pluspol 23 der ersten Batterieeinheit 17 mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Minuspol 24 der zweiten Batterieeinheit 18 und dem zweiten Schalter 29 der Schalteinrichtung 31 verbindet. Wenn der erste Schalter 32 geschlossen ist, sind die beiden Batterieeinheiten 17, 18 in Reihe miteinander verbunden. The switching device 31 is configured to the first and the second storage device 17 . 18 optionally electrically connected either in parallel or in series with each other and in parallel to the generator 4 to switch. For this purpose, the switching device 31 a first switch 32 and a second switch passing through the switch 29 is formed. The first switch 32 the switching device 31 is set up and connected to a connection between a first pole and the positive pole of the first battery unit 17 and an opposite second pole or the negative pole 24 the second battery unit 18 produce or cancel. This is the first switch 32 in a branch 33 arranged, which is the connection point between the first DC-DC converter arrangement 22 and the positive pole 23 the first battery unit 17 with a connection point between the negative pole 24 the second battery unit 18 and the second switch 29 the switching device 31 combines. When the first switch 32 is closed, the two battery units 17 . 18 connected in series.

Der zweite Schalter 29 ist einerseits mit dem Minuspol 24 der zweiten Batterieeinheit 18 und einer Klemme des ersten Schalters 32 und andererseits mit dem negativen Gleichspannungszweig 6b des Generators 4 verbunden. The second switch 29 is on the one hand with the negative pole 24 the second battery unit 18 and a terminal of the first switch 32 and on the other hand with the negative DC branch 6b of the generator 4 connected.

Wie ferner aus 1 hervorgeht, ist an dem positiven Gleichspannungszweig 6a zwischen dem Generator 4 und dem restlichen System, also dem Energiespeichersystem 7 und dem Wechselrichter 8 eine Schutzdiode 34 vorhanden, die eine Entladung der Batterieeinheiten 17, 18 über den Generator 4 verhindert. Zur bedarfsweisen Überbrückung der Schutzdiode 34 ist parallel zu dieser ein Schaltelement 36 vorgesehen. As further out 1 is apparent, is at the positive DC voltage branch 6a between the generator 4 and the rest of the system, the energy storage system 7 and the inverter 8th a protection diode 34 present, which is a discharge of the battery units 17 . 18 over the generator 4 prevented. For bridging the protective diode as required 34 is a switching element parallel to this 36 intended.

Eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage ist in größeren Einzelheiten in 2 veranschaulicht. Die Darstellung nach 2 unterscheidet sich von derjenigen nach 1 lediglich darin, dass hier konkrete Ausführungsformen für die erste und zweite Gleichspannungswandleranordnung 22, 26 sowie den Wechselrichter 8 angegeben sind. Es ist aber zu beachten, dass dies nur beispielhafte Ausführungsformen sind und auch andere Realisierungsmöglichkeiten bestehen. In Bezug auf die weiteren dargestellten Komponenten wird unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit 1 Bezug genommen. A specific embodiment of the power generation plant according to the invention is shown in greater detail in FIG 2 illustrated. The representation after 2 differs from the one after 1 merely in that here concrete embodiments for the first and second DC-DC converter arrangement 22 . 26 as well as the inverter 8th are indicated. It should be noted, however, that these are only exemplary embodiments and also other implementation options exist. With regard to the other components shown, reference is made to the above statements with reference to the same reference numerals 1 Referenced.

Wie in 2 veranschaulicht, ist jede Gleichspannungswandlereinrichtung 22, 26 ein induktiver Wandler, der durch einen kombinierten Aufwärtswandler und Abwärtswandler gebildet ist. Insbesondere weist die erste Gleichspannungswandlereinrichtung eine erste elektronische Schaltereinheit 37 mit einem Schalter 38 und einer hierzu antiparallel geschalteten Freilaufdiode 39, eine zweite Schaltereinheit 41 mit einem Schalter 42 und einer antiparallelen Freilaufdiode 43 und eine Induktivität auf, die auch durch eine Transformatorspule gebildet sein kann. Die erste und die zweite Schaltereinheit 37, 41 sind in Reihe zueinander geschaltet zwischen den Gleichspannungszweigen 6a, 6b angeschlossen. Die erste Schaltereinheit 37 dient der Abwärtswandlung und ist zwischen dem positiven Gleichspannungszweig 6a und einer Klemme der zweiten Schaltereinheit 41 angeordnet. Die andere Klemme der zweiten Schaltereinheit 41 ist mit dem negativen Gleichspannungszweig 6b verbunden. Die Induktivität 44 ist einerseits mit dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Schaltereinheiten 37, 41 und andererseits mit dem Pluspol 23 der ersten Batterieeinheit sowie dem den ersten Schalter 32 enthaltenden Zweig 33 verbunden. Die zweite Schaltereinheit 41 dient der Aufwärtswandlung der Batteriespannung UB1 der ersten Batterieeinheit auf die Zwischenkreisspannung UZK. As in 2 is illustrated each DC-DC converter device 22 . 26 an inductive converter formed by a combined up-converter and down-converter. In particular, the first DC voltage converter device has a first electronic switch unit 37 with a switch 38 and a freewheeling diode connected in antiparallel thereto 39 , a second switch unit 41 with a switch 42 and an antiparallel freewheeling diode 43 and an inductor which also passes through a transformer coil can be formed. The first and the second switch unit 37 . 41 are connected in series with each other between the DC voltage branches 6a . 6b connected. The first switch unit 37 is used for down conversion and is between the positive DC branch 6a and a terminal of the second switch unit 41 arranged. The other terminal of the second switch unit 41 is with the negative DC branch 6b connected. The inductance 44 on the one hand with the connection point between the two switch units 37 . 41 and on the other hand with the positive pole 23 the first battery unit and the first switch 32 containing branch 33 connected. The second switch unit 41 serves the upward conversion of the battery voltage U B1 of the first battery unit to the intermediate circuit voltage U ZK .

In ähnlicher Weise weist die zweite Gleichspannungswandleranordnung 26 eine zwischen den Gleichspannungszweigen 6a, 6b angeschlossene Reihenschaltung aus einer ersten Schaltereinheit 46 und einer zweiten Schaltereinheit 47, die jeweils einen Schalter 48, 49 und eine hierzu antiparallele Freilaufdiode 51, 52 aufweisen, sowie eine Induktivität oder Transformatorspule 53 auf. Die erste Schaltereinheit 46 dient der Abwärtswandlung der Zwischenkreisspannung UZK und ist zwischen dem positiven Gleichspannungszweig 6a und einer Klemme der zweiten Schaltereinheit 47 angeordnet, deren andere Klemme mit dem negativen Gleichspannungszweig 6b verbunden ist. Die Induktivität 53 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Schaltereinheiten 46, 47 und dem Pluspol der zweiten Batterieeinheit 18 verbunden. Similarly, the second DC-DC converter arrangement 26 one between the DC voltage branches 6a . 6b connected series circuit of a first switch unit 46 and a second switch unit 47 , each one a switch 48 . 49 and an antiparallel freewheeling diode for this purpose 51 . 52 have, as well as an inductance or transformer coil 53 on. The first switch unit 46 serves the down conversion of the intermediate circuit voltage U ZK and is between the positive DC voltage branch 6a and a terminal of the second switch unit 47 arranged, whose other terminal to the negative DC branch 6b connected is. The inductance 53 is with the connection point between the switch units 46 . 47 and the positive pole of the second battery unit 18 connected.

Der Wechselrichter 8 ist hier in Form eines so genannten Multilevel-Wechselrichters ausgebildet, der einen erweiterten Eingangspannungsbereich aufweist. Im Unterschied zu der in 1 schematisiert dargestellten Ausführungsform weist der Zwischenkreis 9 in 2 zwei Energiespeicher in Form von The inverter 8th is here in the form of a so-called multilevel inverter, which has an extended input voltage range. Unlike the in 1 schematically illustrated embodiment, the intermediate circuit 9 in 2 two energy stores in the form of

Kondensatoren 54, 56 auf, die zwischen den Gleichspannungszweigen 6a, 6b in Reihe zueinander und parallel zu dem Generator 4 angeordnet sind. Der Verbindungspunkt der Kondensatoren 54, 56 ist mit dem durch die Schaltungsanordnung des Wechselrichters 13 hindurchgeführten Neutralleiter (N) 57 verbunden. capacitors 54 . 56 on that between the DC voltage branches 6a . 6b in series with each other and parallel to the generator 4 are arranged. The connection point of the capacitors 54 . 56 is with the through the circuit arrangement of the inverter 13 passed neutral conductor (N) 57 connected.

Parallel zu der Reihenschaltung der Kondensatoren 54, 56 ist eine Halbbrückenschaltung des Wechselrichters 8 angeordnet, die zwei in Reihe miteinander verbundene Schalterelemente 58, 59 aufweist, zu denen jeweils parallel und in entgegengesetzter Durchlassrichtung eine Freilaufdiode geschaltet sein kann, um diese gegen Sperrströme zu schützen. In Reihe zu den jeweiligen Schaltern 58, 59 sind Gleichrichterdioden 61, 62 vorgesehen, die in gleicher Durchlassrichtung wie die Schalterelemente 58 bzw. 59 angeordnet sind. Parallel to the series connection of the capacitors 54 . 56 is a half-bridge circuit of the inverter 8th arranged, the two switch elements connected in series 58 . 59 has, in each case in parallel and in the opposite forward direction, a freewheeling diode may be connected in order to protect against reverse currents. In series with the respective switches 58 . 59 are rectifier diodes 61 . 62 provided in the same passage direction as the switch elements 58 respectively. 59 are arranged.

Die Halbbrücke weist zwei weitere Schalterelemente 64, 66 mit jeweils antiparallelen Freilaufdioden 67, 68 auf. Die Schalterelemente 64 bzw. 66 sind an Ausgängen eines jeweiligen DC-DC-Hochsetzstellers 61 bzw. 71 angeordnet, der dazu dient, das Potential an dem positiven bzw. negativen Gleichspannungszweig, das hier mit UZK1 bezeichnet werden soll, auf ein betragsmäßig höheres Spannungspotential UZK2 heraufzusetzen. Ein erster DC-DC-Hochsetzsteller 69 weist eine Induktivität 72, die mit dem positiven Gleichspannungsanschluss 6a verbunden ist, ein Schaltmittel 73, das einerseits mit dem anderen Anschluss der Induktivität 72 und andererseits mit dem Neutralleiter 57 verbunden ist, und eine Diode 74 auf, deren Anode mit dem Verbindungspunkt zwischen der Induktivität 72 und dem Schaltmittel 73 verbunden ist und deren Kathode mit dem Schalterelement 64 verbunden ist. Der andere Anschluss des Schalterelements 64 ist wiederum mit dem Mittelabgriff 63 der Halbbrücke verbunden. Ferner ist an dem Ausgang des Hochsetzstellers 69 ein Pufferkondensator 76 angeordnet, der zwischen einem Verbindungspunkt der Diode 74 mit dem Schalterelement 64 und dem Neutralleiter 57 angeordnet ist. The half-bridge has two further switch elements 64 . 66 each with antiparallel freewheeling diodes 67 . 68 on. The switch elements 64 respectively. 66 are at outputs of a respective DC-DC boost converter 61 respectively. 71 arranged, which serves to increase the potential at the positive or negative DC voltage branch , which is to be designated here by U ZK1 , to a magnitude higher voltage potential U ZK2 . A first DC-DC boost converter 69 has an inductance 72 that with the positive DC voltage connection 6a is connected, a switching means 73 , on the one hand with the other terminal of the inductor 72 and on the other hand with the neutral conductor 57 connected, and a diode 74 on, whose anode is connected to the junction between the inductor 72 and the switching means 73 is connected and the cathode with the switch element 64 connected is. The other terminal of the switch element 64 is again with the center tap 63 connected to the half bridge. Further, at the output of the boost converter 69 a buffer capacitor 76 arranged between a connection point of the diode 74 with the switch element 64 and the neutral conductor 57 is arranged.

In ähnlicher Weise weist der zweite DC-DC-Hochsetzsteller 71 eine Induktivität 77, die an den negativen Gleichspannungszweig 6b angeschlossen ist, ein mit der Induktivität 77 verbundenes Schaltmittel 78, das andererseits an dem Neutralleiter 75 angeschlossen ist, und eine Diode 79 auf, deren Kathode mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Schaltmittel 78 und der Induktivität 77 verbunden ist und deren Anode mit dem Schalterelement 66 in gleicher Durchlassrichtung verbunden ist. Das Schalterelement 66 ist wiederum mit seinem anderen Anschluss an dem Mittelabgriff 63 der Halbbrücke angeschlossen. Ein Pufferkondensator 81 ist zwischen dem Verbindungspunkt des Schalterelementes 66 mit der Diode 79 und dem Neutralleiter 63 der Halbbrücke angeschlossen, um die hohe Zwischenkreisspannung UZK2 zu puffern. Similarly, the second DC-DC boost converter 71 an inductance 77 connected to the negative DC branch 6b is connected, one with the inductor 77 connected switching means 78 on the other hand, on the neutral conductor 75 connected, and a diode 79 on, whose cathode with the connection point between the switching means 78 and the inductance 77 is connected and the anode to the switch element 66 is connected in the same passage direction. The switch element 66 is in turn with its other connection to the center tap 63 connected to the half bridge. A buffer capacitor 81 is between the connection point of the switch element 66 with the diode 79 and the neutral conductor 63 the half-bridge connected to buffer the high DC link voltage U ZK2 .

Die Schaltungsanordnung 13 des Wechselrichters 8 weist ferner zwei Freilaufpfade 82, 83 auf, die parallel zueinander zwischen dem Mittelabgriff 63 der Halbbrücke und dem Neutralleiter 57 verlaufen. Jeder Freilaufpfad 82, 83 weist ein Schalterelement 84 bzw. 86 mit einer optional zu diesem antiparallel geschalteten Freilaufdiode sowie eine in Reihe zu diesem angeordnete Gleichrichterdiode 87 bzw. 88 auf, die die gleiche Durchlassrichtung wie das zugehörige Schalterelement 84 bzw. 86 aufweist. Im Übrigen sind die Gleichrichterdioden 87, 88 in den einzelnen Freilaufpfaden 82, 83 in entgegengesetzter Durchlassrichtung zueinander geschaltet. The circuit arrangement 13 of the inverter 8th also has two freewheel paths 82 . 83 on, parallel to each other between the center tap 63 the half-bridge and the neutral conductor 57 run. Every freewheel path 82 . 83 has a switch element 84 respectively. 86 with a freewheeling diode optionally connected in antiparallel with this and a rectifier diode arranged in series therewith 87 respectively. 88 on, the same passage direction as the associated switch element 84 respectively. 86 having. Incidentally, the Rectifier diodes 87 . 88 in the individual freewheel paths 82 . 83 switched in the opposite passage direction to each other.

Der Mittelabgriff 63 der Halbbrücke ist über eine Verbindungsleitung 89, in der eine Speicherdrossel 91 vorgesehen ist, um von der Halbbrücke gelieferte Energie zwischenzuspeichern und bspw. an ein Wechselspannungsnetz 2 oder einen Verbraucher 3 abzugeben, mit einem Wechselspannungsanschluss 92 eines Wechselspannungskreises verbunden. Zwischen dem Wechselspannungsanschluss 92 und dem Neutralleiter 57 kann ein Glättungskondensator 93 eingefügt sein, um hochfrequente Spannungsanteile herauszufiltern. The center tap 63 the half bridge is over a connecting line 89 in which a storage choke 91 is provided to temporarily store energy supplied by the half-bridge and, for example, to an AC voltage network 2 or a consumer 3 with an AC voltage connection 92 connected to an AC voltage circuit. Between the AC voltage connection 92 and the neutral conductor 57 can be a smoothing capacitor 93 be inserted to filter out high-frequency voltage components.

Obwohl die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung eines Wechselrichters 13 nur beispielhafter Natur ist, ist sie insofern besonders vorteilhaft, als sie es ermöglicht, auch bei unzureichenden Generatorspannungen mit hohem Wirkungsgrad Wechselstrom bzw. Wechselspannung am Ausgang des Wechselrichters 13 zu erzeugen. Der Betriebsbereich des Wechselrichters kann dadurch wesentlich erweitert werden. Hinsichtlich Einzelheiten wird auf die DE 10 2006 010 694 B4 ausdrücklich Bezug genommen, die den Aufbau und die Funktionsweise der hier in 2 dargestellten Wechselrichterschaltung 13 im Detail beschreibt. Although the in 2 illustrated circuit arrangement of an inverter 13 is only exemplary in nature, it is particularly advantageous in that it allows, even with insufficient generator voltages with high efficiency AC or AC voltage at the output of the inverter 13 to create. The operating range of the inverter can be significantly extended. Regarding details will be on the DE 10 2006 010 694 B4 expressly referred to the structure and operation of the here in 2 shown inverter circuit 13 describes in detail.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung genügt die folgende Kurzbeschreibung der Funktionsweise:
Im normalen Betrieb wird im Falle einer positiven Halbwelle gemäß einem normalen Betriebsmodus der an den positiven Gleichspannungszweig 6a angeschlossene obere Schalter 58 der Wechselrichterhalbbrücke hochfrequent getaktet, während das Schalterelement 84 in dem ersten Freilaufpfad 82 während der gesamten positiven Halbwelle der Ausgangsspannung geschlossen bleibt. Die übrigen Schalterelemente sind allesamt geöffnet. Bei jeder Schließung des Schalters 58 fließt ein Aufmagnetisierungsstrom durch die Speicherdrossel 91, der diese magnetisch auflädt. Beim Öffnen des Schalterelementes 64 fließt ein Freilaufstrom nun über den Freilaufpfad 82 mit der Gleichrichterdiode 87 und dem geschlossenen Schalterelement 84. Der durch die Speicherdrossel 91 fließende Strom folgt dabei im Mittel dem Verlauf der ausgangsseitigen Wechselspannung.
For the purposes of the present invention, the following brief description of the operation suffices:
In normal operation, in the case of a positive half wave, according to a normal operating mode, the one to the positive DC branch 6a connected upper switch 58 the inverter half-bridge clocked high-frequency, while the switch element 84 in the first freewheel path 82 remains closed during the entire positive half cycle of the output voltage. The other switch elements are all open. Every time the switch is closed 58 a magnetizing current flows through the storage choke 91 that magnetically charges them. When opening the switch element 64 A freewheeling current now flows over the freewheeling path 82 with the rectifier diode 87 and the closed switch element 84 , The one through the storage throttle 91 flowing current follows on average the course of the output AC voltage.

Sobald die Generatorspannung, insbesondere die Zwischenkreisspannung UZK1 für eine hinreichende Aufladung der Drosselspule 91 nicht ausreicht, wird in einen erweiterten Betriebsmodus umgeschaltet, in dem, weiterhin die positive Halbwelle der ausgangsseitigen Wechselspannung betrachtend, nun der erste DC-DC-Hochsetzsteller 69 verwendet wird, um die Zwischenkreisspannung UZK1 auf eine erhöhte Zwischenkreisspannung UZK2 umzuwandeln, während das mit dem Hochsetzsteller 69 verbundene Schalterelement 64 hochfrequent getaktet wird, um das erhöhte Zwischenkreispotential an den Mittelabgriff 63 der Halbbrücke anzulegen, um so die Drosselspule 91 aufzumagnetisieren. Zur Hochsetzstellung wird das Schaltmittel 73 des Hochsetzstellers 69 mit einem geeigneten Tastverhältnis geschaltet. Ferner ist der obere Schalter 58 der Halbbrücke dauerhaft geschlossen, um in den Freilaufphasen Freilaufstrom der Speicherdrossel 91 zu führen. Die übrigen Schalter sind dabei dauerhaft geöffnet. Once the generator voltage, in particular the intermediate circuit voltage U ZK1 for a sufficient charging of the choke coil 91 is insufficient, is switched to an extended operating mode, in which, still considering the positive half cycle of the output side AC voltage, now the first DC-DC boost converter 69 is used to convert the intermediate circuit voltage U ZK1 to an increased intermediate circuit voltage U ZK2 , while that with the boost converter 69 connected switch element 64 is clocked high frequency to the increased DC link potential to the center tap 63 to apply the half-bridge so as to the choke coil 91 aufzumagnetisieren. To the high setting is the switching means 73 of the boost converter 69 switched with a suitable duty cycle. Further, the upper switch 58 the half-bridge permanently closed to the freewheeling current of the storage choke in the freewheeling phases 91 respectively. The remaining switches are permanently open.

Ähnlich wird während der negativen Halbwelle der ausgangsseitigen Wechselspannung im normalen Betriebsmodus der untere Schalter 59 der Halbbrücke hochfrequent getaktet, um die Speicherdrossel 91 aufzumagnetisieren, während der Freilaufstrom durch den zweiten Freilaufpfad 83 mit dem nun geschlossenen Schalterelement 85 und der Gleichrichterdiode 88 fließt. Im erweiterten Betriebsmodus und bei negativer Halbwelle der ausgangsseitigen Wechselspannung ist der zweite DC-DC-Hochsetzsteller 71 aktiviert, dessen Schaltmittel 78 mit passendem Tastverhältnis geschaltet wird, und das Schalterelement 66 am Ausgang des Hochsetzstellers 71 wird hochfrequent getaktet, um die Speicherdrossel 91 aufzumagnetisieren. Der Freilaufstrom kommutiert nun über den dauerhaft geschlossenen unteren Schalter 59 der Halbbrücke. Similarly, during the negative half-cycle of the output AC voltage in the normal operating mode, the lower switch becomes 59 the half bridge clocked high frequency to the storage choke 91 during the freewheeling current through the second freewheeling path 83 with the now closed switch element 85 and the rectifier diode 88 flows. In the extended operating mode and with negative half-wave of the output AC voltage, the second DC-DC boost converter 71 activated, its switching means 78 is switched with appropriate duty cycle, and the switch element 66 at the output of the boost converter 71 is clocked high-frequency to the storage choke 91 aufzumagnetisieren. The free-wheeling current now commutes over the permanently closed lower switch 59 the half bridge.

Die Funktionsweise der insoweit beschriebenen erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage 1 soll nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf die nachstehen angegebene Tabelle 1 beschrieben werden, die in Form einer vereinfachten Form verschiedene beispielhafte Betriebsmodi der Energieerzeugungsanlage 1 mit dem Energiespeichesystem 7 gemäß der Erfindung gemeinsam mit den jeweiligen Schalterstellungen bzw. -schaltungen auflistet. Wie erwähnt, erfolgt der Betrieb der Energieerzeugungsanlage unter der Steuerung durch die Steuereinrichtung 16 entsprechend den von der Sensoreinrichtung 14 erfassten momentanen Betriebsparametern. Als konkretes Beispiel soll nachstehend eine Photovoltaikanlage angenommen werden. 1. Schalter (32) 2. Schalter (29) DC/DC-Wandler (22) DC/DC-Wandler (26) Erläuterung 1a auf zu Tiefsetzsteller (Schalter 37 getaktet) Tiefsetzsteller (Schalter 46 getaktet) en der Batterien Lad in Parallelschaltung 1b zu auf inaktiv Tief setzsteller (Schalter 46 getaktet) Laden der Batterien in Reihenschaltung 2 auf zu inaktiv inaktiv Stromerzeugung mit Energie aus Generator 3a zu auf inaktiv stromführend Stromerzeugung mit Energie aus Batterien in Reihen schaltung 3b zu auf inaktiv Hochsetzsteller (Schalter 47 getaktet) Stromerzeugung mit Energie aus Batterien in Reihenschaltung und Generator 4 auf zu Hochsetzsteller (Schalter 41 getaktet) Hochsetzsteller (Schalter 47 getaktet) t Stromerzeugung mi Energie aus Batte rien in Parallelschaltung und Generator 5 auf zu Tiefsetzsteller (Schalter 37 getaktet) Tiefsetzsteller (Schalter 46 getaktet) Stromerzeugung mit Energie aus Generator und Laden der Batterien in Parallelschaltung Tabelle 1: Beispielhafte Betriebsmodi des Energiespeichesystems 7 The mode of operation of the power generation plant according to the invention described so far 1 Now, with additional reference to Table 1 below, it will now be described, in the form of a simplified form, various exemplary operating modes of the power plant 1 with the energy storage system 7 according to the invention together with the respective switch positions or circuits lists. As mentioned, the operation of the power plant is under the control of the controller 16 according to the of the sensor device 14 recorded current operating parameters. As a concrete example, a photovoltaic system is to be adopted below. 1. switch ( 32 ) 2. Switch ( 29 ) DC / DC converter ( 22 ) DC / DC converter ( 26 ) explanation 1a on to Step-down converter (switch 37 clocked) Step-down converter (switch 46 clocked) s of the batteries Lad in parallel connection 1b to on inactive Low setter (switch 46 clocked) Charging the batteries in series 2 on to inactive inactive Generating electricity from generator 3a to on inactive energized Generating energy from batteries in series 3b to on inactive Boost converter (switch 47 clocked) Energy generation from batteries in series and generator 4 on to Boost converter (switch 41 clocked) Boost converter (switch 47 clocked) t Electricity generation from batteries in parallel and generator 5 on to Step-down converter (switch 37 clocked) Step-down converter (switch 46 clocked) Generating electricity from generator and charging batteries in parallel Table 1: Exemplary Operating Modes of the Energy Storage System 7

In einem ersten Betriebsmodus können bei ausreichender Spannung des Photovoltaikgenerators 4 die erste und zweite Batterieeinheit 17, 18 aufgeladen werden. Die Batterieaufladung erfolgt durch den Generator 4 und die Gleichspannungswandleranordnungen 22, 26, die in diesem Betriebsfall als Tiefsetzsteller arbeiten. Hierzu werden die ersten Schaltereinheiten 37, 46 der Gleichspannungswandleranordnungen 22, 26 mit einem geeigneten Tastverhältnis angesteuert, um eine geeignete Batterieladespannung zum Aufladen der Batterieeinheiten 17, 18 bereitzustellen. Die Batterieeinheiten 17, 18 sind bei der Aufladung vorzugsweise parallel zueinander und zu dem Generator angeschlossen (Modus 1a), was durch Öffnen des ersten Schalters 32 („auf“) der Schalteinrichtung 31 und Schließen des zweiten Schalters 29 („zu“) bewirkt wird. In a first operating mode, with sufficient voltage of the photovoltaic generator 4 the first and second battery units 17 . 18 to be charged. The battery is charged by the generator 4 and the DC-DC converter arrangements 22 . 26 who work in this operating case as a buck converter. For this purpose, the first switch units 37 . 46 the DC-DC converter arrangements 22 . 26 controlled with a suitable duty cycle to a suitable battery charging voltage for charging the battery units 17 . 18 provide. The battery units 17 . 18 are preferably connected parallel to each other during charging and to the generator (mode 1a ), by opening the first switch 32 ("On") the switching device 31 and closing the second switch 29 ("To") is effected.

In einem modifizierten ersten Betriebsmodus 1b können die Batterien 17, 18 bei ausreichender Generatorspannung auch in Reihenschaltung aufgeladen werden. Hierzu wird der erste Schalter 32 der Schalteinrichtung 31 geschlossen, und der zweite Schalter 29 wird geöffnet. Die zweite Gleichspannungswandleranordnung 26 wird durch geeignete Taktung der ersten Schaltereinheit 46 als Tiefsetzsteller verwendet. In a modified first mode of operation 1b can the batteries 17 . 18 be charged in series connection with sufficient generator voltage. This is the first switch 32 the switching device 31 closed, and the second switch 29 will be opened. The second DC-DC converter arrangement 26 is by appropriate timing of the first switch unit 46 used as a buck converter.

In einem zweiten Betriebsmodus wird, wenn die Generatorspannung ausreicht, der Wechselstrom in üblicher Weise aus der Generatorspannung erzeugt. D.h., der Generator 4 speist den Wechselrichter 13, der in der im Zusammenhang mit 2 oben erläuterten Weise entweder im normalen Betriebsmodus oder im erweiterten Betriebsmodus betrieben werden kann. Wenigstens einer der Schalter 29, 32 der Schalteinrichtung 31 ist geöffnet, um eine Entladung der Batterieeinheiten 17, 18 zu vermeiden. Die Gleichspannungswandlereinrichtungen 22 und 26 sind inaktiv. Insbesondere sind alle ihre Schaltereinheiten 37, 41, 46, 47 vorzugsweise geöffnet. In a second mode of operation, when the generator voltage is sufficient, the alternating current is generated in a conventional manner from the generator voltage. That is, the generator 4 feeds the inverter 13 that is related to 2 as explained above, can be operated either in the normal operating mode or in the extended operating mode. At least one of the switches 29 . 32 the switching device 31 is open to discharge the battery units 17 . 18 to avoid. The DC-DC converter devices 22 and 26 are inactive. In particular, all of their switch units 37 . 41 . 46 . 47 preferably opened.

In einem weiteren Betriebsmodus 3a kann für den Fall, dass keine Energie vom Generator 4 zur Verfügung steht, der Wechselrichter 13 allein aus den Batterieeinheiten 17, 18 gespeist werden. Z.B. werden die Batterien in Reihe zueinander geschaltet, indem der erste Schalter 32 der Schalteinrichtung 31 geschlossen und der zweite Schalter 29 der Schalteinrichtung 31 geöffnet wird. Der Strom zur Aufmagnetisierung der Speicherdrossel 91 fließt in diesem Fall durch die zweite Gleichspannungswandleranordnung 26, insbesondere deren Induktivität 53 und die Freilaufdiode 51 der ersten Schaltereinheit 46. Um Durchlassverluste zu vermeiden ist es auch möglich, die zweite Gleichspannungswandleranordnung 26 für diesen Fall durch einen hier nicht näher dargestellten Schalter zu überbrücken. In another operating mode 3a can in the event that no energy from the generator 4 is available, the inverter 13 solely from the battery units 17 . 18 be fed. For example, the batteries are connected in series with each other by the first switch 32 the switching device 31 closed and the second switch 29 the switching device 31 is opened. The current for magnetizing the storage choke 91 flows through the second DC-DC converter arrangement in this case 26 , in particular their inductance 53 and the freewheeling diode 51 the first switch unit 46 , In order to avoid forward losses, it is also possible to use the second DC-DC converter arrangement 26 to bridge for this case by a switch not shown here.

Soll gleichzeitig Energie aus dem Generator 4 und den Batterieeinheiten 17, 18, die sich in Reihenschaltung befinden, entnommen werden (Modus 3b), ist es durch die zweite Gleichspannungswandleranordnung 26 möglich, die Spannung der Reihenschaltung der Batterieeinheiten 17, 18 auf das Potential des Generators 4 bzw. Zwischenkreises 9 variabel hochzusetzen. Dadurch ist weiterhin ein MPP-Tracking an dem Generator 4 möglich. Zur Hochsetzstellung wird die zweite Schaltereinheit 47 der zweiten Gleichspannungswandleranordnung 26 mit dem erforderlichen Taktverhältnis geschaltet, wobei der Strom aus den Batterien über die Freilaufdiode 51 der ersten Schaltereinheit 46 fließt. Should be at the same time energy from the generator 4 and the battery units 17 . 18 , which are connected in series, be removed (mode 3b ), it is through the second DC-DC converter arrangement 26 possible, the voltage of the series connection of the battery units 17 . 18 on the potential of the generator 4 or DC link 9 variable up. This continues to be an MPP tracking on the generator 4 possible. To Hochsetzstellung the second switch unit 47 the second DC-DC converter arrangement 26 switched with the required clock ratio, the current from the batteries via the freewheeling diode 51 the first switch unit 46 flows.

Ist die Generatorspannung niedriger als die Spannung der Reihenschaltung der Batterieeinheiten 17, 18, so ist es in einem vierten Betriebsmodus möglich, die Batterien in Parallelschaltung symmetrisch durch die erste und die zweite Gleichspannungswandleranordnung 22, 26 zu entladen und auf das Zwischenkreisspannungsniveau des Zwischenkreises 9 hochzusetzen. Hierzu wird der erste Schalter 32 der Schalteinrichtung 31 geöffnet und der zweite Schalter 29 geschlossen. Die zweiten Schaltereinheiten 41, 47 der Spannungswandler 22, 26 werden mit dem für die Hochsetzung auf die Zwischenkreisspannung geeigneten Tastverhältnis geschaltet. Is the generator voltage lower than the voltage of the series connection of the battery units 17 . 18 Thus, in a fourth mode of operation, the batteries are connected in parallel symmetrically through the first and second DC-DC converter arrangements 22 . 26 to discharge and to the intermediate circuit voltage level of the DC link 9 pull up. This is the first switch 32 the switching device 31 opened and the second switch 29 closed. The second switch units 41 . 47 the voltage converter 22 . 26 are switched with the appropriate for the boosting of the intermediate circuit voltage duty cycle.

Es ist auch möglich, den Betriebsmodus 1a und den Betriebsmodus 2 miteinander zu kombinieren, also den Wechselrichter 13 mit Energie aus dem Generator 4 zu speisen und gleichzeitig die Batterieeinheiten 17, 18 in Parallelschaltung auszuladen. Der erste Schalter 32 der Schalteinrichtung 31 ist dann geöffnet, wenn der zweite Schalter 29 geschlossen ist. Die Gleichspannungswandleranordnungen 22, 26 arbeiten beide als Tiefsetzsteller mit dem geeigneten Tastverhältnis, um aus der Zwischenkreisspannung die geeignete Spannung zur Aufladung der Batterien bereitzustellen. It is also possible to use the operating mode 1a and the operating mode 2 to combine with each other, so the inverter 13 with energy from the generator 4 to feed and at the same time the battery units 17 . 18 to unload in parallel. The first switch 32 the switching device 31 is then open when the second switch 29 closed is. The DC-DC converter arrangements 22 . 26 Both operate as a buck converter with the appropriate duty cycle to provide from the DC link voltage the appropriate voltage for charging the batteries.

In all den vorgenannten Betriebsmodi ist es natürlich auch möglich, den Wechselrichter 8 sowohl in dem normalen Betriebsmodus als auch in dem erweiterten Betriebsmodus, wie oben im Zusammenhang mit 2 erläutert, zu verwenden, um so den möglichen Betriebsbereich weitestgehend auszunutzen. Of course, in all the above operating modes, it is also possible to use the inverter 8th in both the normal operating mode and the extended operating mode, as discussed above 2 explained, in order to exploit the possible operating range as far as possible.

Wie bereits erwähnt, verhindert die Schutzdiode 34 zwischen dem Generator 4 und dem Energiespeichersystem 7, dass sich die Batterieeinheiten 17, 18 über den Generator 4 entladen können. Ist genügend Energie in dem Generator 4 vorhanden, wird die Schutzdiode 34 vorzugsweise mit dem Schaltelement 36 überbrückt, um Verluste zu reduzieren. As already mentioned, the protection diode prevents 34 between the generator 4 and the energy storage system 7 that the battery units 17 . 18 over the generator 4 can discharge. Is enough energy in the generator 4 present, the protective diode 34 preferably with the switching element 36 bridged to reduce losses.

Somit können mit der erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage 1 viele Betriebsfälle mit relativ geringem Aufwand für die Herstellung und das Betreiben der Anlage abgedeckt werden. Es können Standardkomponenten, insbesondere auch zwei oder mehrere gleiche DC/DC-Wandler für die Gleichspannungswandleranordnungen 22, 26 und gegebenenfalls auch für eventuelle Hochsetzsteller des Wechselrichters 8 verwendet werden. Dadurch kann die Anzahl der Einzelkomponenten deutlich reduziert werden. Das erfindungsgemäße Energiespeichersystem ist hinsichtlich des Einsatzes flexibel und lässt sich in bestehende Wechselrichter und/oder Energieerzeugungsanlagen leicht integrieren. Durch bessere Ausnutzung der Generatorleistungen können höhere Wirkungsgrade erzielt werden. Dies auch aufgrund der größer bemessenen Batteriespannung des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems 7 und der Möglichkeit, diese durch Reihen- oder Parallelschaltung der Batterieeinheiten 17, 18 für den jeweiligen Betriebsfall mit geringen Umwandlungsverlusten gezielt anzupassen. Thus, with the power generation plant according to the invention 1 Many operating cases are covered with relatively little effort for the production and operation of the plant. There may be standard components, in particular also two or more identical DC / DC converters for the DC-DC converter arrangements 22 . 26 and possibly also for any boost converter of the inverter 8th be used. As a result, the number of individual components can be significantly reduced. The energy storage system according to the invention is flexible in terms of use and can be easily integrated into existing inverters and / or power generation plants. By better utilization of the generator power higher efficiencies can be achieved. This also due to the larger sized battery voltage of the energy storage system according to the invention 7 and the possibility of this by series or parallel connection of the battery units 17 . 18 for the respective operating case with low conversion losses.

3 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Energieerzeugungsanlage, insbesondere einer Photovoltaikanlage, zur Nutzung regenerativer Energie. Insbesondere ist das Verfahren zur Anwendung bei der erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage 1 bestimmt, wie sie vorstehend beschrieben ist. 3 shows a flowchart of an embodiment of a method according to the invention for operating a power generation plant, in particular a photovoltaic system, for the use of renewable energy. In particular, the method is for use in the power generation plant according to the invention 1 determined as described above.

Das Verfahren beginnt mit dem Schritt S1, wonach wenigstens eine erste und eine zweite elektrische Speichereinrichtung zur bedarfsweisen Speicherung von Energie, insbesondere die vorstehend erläuterten Batterieeinheiten bzw. -stacks 17, 18, bereitgestellt werden. Die Batterieeinheiten 17, 18 sind für die jeweilige Anwendung passend ausgewählt, so dass sie zur Stromerzeugung die erforderlichen Zwischenkreisspannungen für den Wechselrichter 13 im Betrieb bereitstellen können. The method begins with the step S1, according to which at least one first and one second electrical storage device for on-demand storage of energy, in particular the above-mentioned battery units or stacks 17 . 18 , to be provided. The battery units 17 . 18 are suitably selected for the respective application so that they generate the required intermediate circuit voltages for the inverter for power generation 13 can provide during operation.

In einem Schritt S2 wird ferner eine Schalteinrichtung, z.B. die Schalteinrichtung 31, bereitgestellt, die derart eingerichtet und angeordnet wird, dass sie eine Ankopplung der ersten und der zweiten Speichereinrichtung an den Generator 4 wahlweise in Reihen- oder in Parallelschaltung der Speichereinrichtungen ermöglicht. Hierzu kann der Zweig 33 mit dem ersten und dem zweiten Schalter 32, 29 in der in den 1 und 2 veranschaulichten Weise eingekoppelt werden. In a step S2, a switching device, for example, the switching device is further 31 , which is arranged and arranged such that it connects the first and the second memory device to the generator 4 optionally in series or in parallel circuit of the memory devices allows. For this purpose, the branch 33 with the first and the second switch 32 . 29 in the in the 1 and 2 illustrated manner can be coupled.

Das Verfahren weist ferner ein Erfassen von Betriebsparametern auf (S3), zu denen wenigstens die von dem Generator gelieferte Eingangsgleichspannung, der von dem Generator gelieferte Gleichstrom und die momentanen Spannungen an der ersten und der zweiten Speichereinrichtung gehören. Es werden auch weitere Betriebsparameter, wie die Zwischenkreisspannung, die vom Wechselrichter erzeugte ausgangsseitige Wechselspannung und der Wechselstrom und andere, erfasst. The method further comprises sensing (S3) operating parameters including at least the DC input voltage provided by the generator, the DC current provided by the generator, and the instantaneous voltages at the first and second memory means. Other operating parameters, such as the intermediate circuit voltage, the output AC voltage generated by the inverter and the alternating current and others, are also detected.

In einem Schritt S4 wird ferner der jeweilige Betriebsmodus in Abhängigkeit von den erfassten Betriebsbedingungen gewählt, um im Schritt S5 die Energieerzeugungsanlage entsprechend dem gewählten Betriebsmodus zu betrieben. Die Anlage kann gemäß einem oder einer sinnvollen Kombination der folgenden implementierten Betriebsmodi betrieben werden: In a step S4, furthermore, the respective operating mode is selected as a function of the detected operating conditions in order to operate the power generation plant according to the selected operating mode in step S5. The plant may be operated according to one or a sensible combination of the following implemented operating modes:

In einem normalen Betriebsmodus wird der Wechselrichter mit der vom Generator gelieferten Energie gespeist (S6). Die Generatorspannung reicht hierbei zur Bereitstellung der erforderlichen Zwischenkreisspannung für den Wechselrichter aus, der an seinem Ausgang die gewünschte Wechselspannung und den Wechselstrom zur Speisung in ein Netz oder zur Versorgung von Verbrauchern erzeugt. In a normal operating mode, the inverter is supplied with the power supplied by the generator (S6). The generator voltage is sufficient to provide the required intermediate circuit voltage for the inverter, which generates at its output the desired AC voltage and the AC power for feeding in a network or to supply consumers.

Wenn die Generatorspannung ausreicht, können die Speichereinrichtungen mit Energie aus dem Generator geladen werden (S7). Die Schalteinrichtung wird hierzu im Allgemeinen derart angesteuert, dass eine Parallelschaltung der Batterien erzielt wird. Bei ausreichender Generatorspannung können die Batterien aber auch in Reihenanordnung geschaltet und aufgeladen werden. If the generator voltage is sufficient, the storage devices can be charged with energy from the generator (S7). The switching device is generally controlled in such a way that a parallel connection of the batteries is achieved. With sufficient generator voltage, the batteries can also be switched and charged in series.

Außerdem ist es auch möglich, die Batterien auch während des normalen Betriebs, wenn der Generator den Wechselrichter mit Energie versorgt, gleichzeitig zu laden. In addition, it is also possible to charge the batteries simultaneously during normal operation when the generator is powering the inverter.

Darüber hinaus ist es möglich, einen bidirektionalen Wechselrichter vorzusehen und die Batterien mit Energie aus einem an den Ausgang des Wechselrichters angeschlossenen Netz zu laden. In addition, it is possible to provide a bidirectional inverter and to charge the batteries with power from a network connected to the output of the inverter.

In einem weiteren Betriebsmodus kann die in den Batterien gespeicherte Energie zur Stromerzeugung herangezogen werden. Hierzu können die Batterien bspw. in Reihe zueinander gekoppelt und der Wechselrichter mit Energie aus der Reihenschaltung der Batterien gespeist werden (S8). Dies kann parallel zu der Speisung durch den Generator geschehen, wobei dann die Spannung der Reihenschaltung der Batterien auf das vom Generator vorgegebene Potential bzw. Zwischenkreispotential hochgesetzt wird. In another operating mode, the energy stored in the batteries can be used to generate electricity. For this purpose, the batteries can, for example, be coupled in series with one another and the inverter can be supplied with energy from the series connection of the batteries (S8). This can be done in parallel with the supply by the generator, in which case the voltage of the series connection of the batteries is set to the predetermined by the generator potential or DC link potential.

Ist die Generatorspannung niedriger als die Spannung der Reihenschaltung der Batterien, dann ist es möglich, diese in einem weiteren Betriebsmodus S9 parallel zueinander zu koppeln und den Wechselrichter mit Energie aus der Parallelschaltung der Batterien zu speisen. Insbesondere werden die Batterien in Parallelschaltung symmetrisch durch jeweilige Hochsetzsteller entladen, wobei die Hochsetzsteller die Spannungen der Batterien auf die Zwischenkreisspannung hochsetzen. If the generator voltage is lower than the voltage of the series connection of the batteries, then it is possible in a further operating mode S9 to couple them in parallel to each other and to feed the inverter with energy from the parallel connection of the batteries. In particular, the batteries are discharged symmetrically in parallel connection by respective boost converter, wherein the boost converters increase the voltages of the batteries to the intermediate circuit voltage.

Wenn die Batterien parallel zu dem Generator zur Stromerzeugung verwendet werden, ist es möglich, den Generator stets in seinem individuellen maximalen Leistungspunkt, dem MPP-Punkt, zu betreiben, um die maximale Leistung dem Generator zu entnehmen und an den Wechselrichter zu liefern. When the batteries are used in parallel with the generator for power generation, it is possible to always operate the generator at its individual maximum power point, the MPP point, to extract the maximum power from the generator and deliver it to the inverter.

Außerdem ist es möglich, in dem Lademodus S7 einen gepulsten oder in sonstiger Weise frequenzbehafteten Strom zum Laden der Batterien zu verwenden und zeitlich zueinander versetzt auszugeben, so dass bspw. die Ladestromimpulse einander nicht oder nur geringfügig überlappen. Dadurch können auf den Ladevorgang zurückzuführende Stromrippel in der Schaltungsanordnung, die sich auch auf den erzeugten Wechselstrom auswirken, auf ein Minimum reduziert werden. In addition, it is possible to use in the charging mode S7 a pulsed or otherwise frequency-sensitive current for charging the batteries and offset in time to spend each other, so that, for example, the charging current pulses do not overlap or only slightly overlap. As a result, can be attributed to the charging current ripple in the circuit arrangement, which also affect the generated alternating current, to a minimum.

In den 4 und 5 sind modifizierte Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. Soweit Übereinstimmungen im Bau und/oder Funktion zu den Ausführungsformen gemäß 1 bis 3 bestehen, wird unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen In the 4 and 5 modified embodiments of the invention are illustrated. As far as matches in construction and / or function to the embodiments according to 1 to 3 Reference is made to the above description with reference to the same reference numerals

Die in den 4 und 5 veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung unterscheiden sich von der nach 13 im Wesentlichen in der Ausgestaltung des Speichersystems 7, genauer gesagt der Anordnung der Speichereinrichtungen bzw. Batterieeinheiten 17, 18 und der zugehörigen Ausbildung und Anordnung der Schalteinrichtung 31. The in the 4 and 5 Illustrated embodiments of the invention are different from the 1 - 3 essentially in the embodiment of the storage system 7 More specifically, the arrangement of the storage devices or battery units 17 . 18 and the associated training and arrangement of the switching device 31 ,

In der Ausführungsform nach 4 sind die erste und die zweite Speichereinrichtung 17, 18 nicht gegen den negativen Gleichspannungszweig 6b, wie in den 1 und 2, sondern gegen den positiven Gleichspannungszweig 6a geschaltet. Insbesondere ist die erste Speichereinrichtung 17 mit ihrem Pluspol 23 unmittelbar an dem positiven Gleichspannungszweig 6a des Generators 4 angeschlossen, während der Minuspol 24 der ersten Speichereinrichtung 17 mit der zugehörigen Gleichspannungswandleranordnung 22, insbesondere der Induktivität 44 verbunden ist. Der Pluspol 27 der zweiten Speichereinrichtung 18 ist über den zweiten Schalter 29 der Schalteinrichtung 31 ebenfalls mit dem positiven Gleichspannungszweig 6a des Generators 4 verbindbar, während der Minuspol 28 der zweiten Speichereinrichtung 18 mit der zugehörigen Gleichspannungswandleranordnung 26, insbesondere der Induktivität 53 verbunden ist. Die Schalteinrichtung 31 weist hier einen ersten Schalter 32, der in einem Zweig 33 angeordnet ist, der den Minuspol 24 der ersten Speichereinrichtung 17 mit dem Pluspol 27 der zweiten Speichereinrichtung 18 verbindet, und den zweiten Schalter 29 auf, der zwischen dem positiven Gleichspannungszweig 6b und dem Verbindungspunkt des Zweigs 33 mit der Batterieeinheit 18 eingefügt ist. In the embodiment according to 4 are the first and the second memory device 17 . 18 not against the negative DC branch 6b as in the 1 and 2 but against the positive DC branch 6a connected. In particular, the first storage device 17 with her plus pole 23 directly on the positive DC voltage branch 6a of the generator 4 connected while the negative pole 24 the first storage device 17 with the associated DC-DC converter arrangement 22 , in particular the inductance 44 connected is. The positive pole 27 the second storage device 18 is over the second switch 29 the switching device 31 also with the positive DC voltage branch 6a of the generator 4 connectable while the negative pole 28 the second storage device 18 with the associated DC-DC converter arrangement 26 , in particular the inductance 53 connected is. The switching device 31 here has a first switch 32 who is in a branch 33 is arranged, which is the negative pole 24 the first storage device 17 with the positive pole 27 the second storage device 18 connects, and the second switch 29 on that between the positive DC branch 6b and the connection point of the branch 33 with the battery unit 18 is inserted.

Erneut wird, wie bei der Ausführungsform gemäß den 1 und 2, beim Schließen des ersten Schalters 32 und Öffnen des zweiten Schalters 29 der Schalteinrichtung 31 wahlweise eine Reihenschaltung zwischen den Batterieeinheiten 17, 18 gebildet, während im umgekehrten Fall, wenn der erste Schalter 32 geöffnet ist und der zweite Schalter 29 geschlossen ist, eine Parallelschaltung der Batterieeinheiten 17, 18 gebildet wird. Again, as in the embodiment according to the 1 and 2 when closing the first switch 32 and opening the second switch 29 the switching device 31 optionally a series connection between the battery units 17 . 18 formed, while in the opposite case, when the first switch 32 is open and the second switch 29 is closed, a parallel connection of the battery units 17 . 18 is formed.

Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 werden hier aber zum Laden der Batterieeinheiten 17, 18 die zweiten Schaltereinheiten 41, 47 der DC/DC-Wandler 22, 26 zur Tiefsetzung der Generatorspannung getaktet, während der Freilaufstrom dann durch die Freilaufdiode 39, 51 der jeweiligen ersten Schaltereinheit 37, 46 kommutiert. In der Reihenschaltung der Batterieeinheiten 17, 18 ist nur die zweite Schaltereinheit 47 aktiv. Zum Entladen der Batterieeinheiten 17, 18 werden die ersten Schaltereinheiten 37, 46 der DC/DC-Wandler 22, 26 getaktet, um die Batteriespannungen bedarfsweise hochzusetzen, während die Dioden 43, 52 der zweiten Schaltereinheiten 41, 47 den Freilafstrom übernehmen. In der Reihenschaltung der Batterieeinheiten 17, 18 ist nur die erste Schaltereinheit 46 aktiv. Im Übrigen entsprechen die Betriebsmodi und die zugehörige Funktionsweise der Ausführungsform nach 4 derjenigen nach 13. In contrast to the embodiment according to the 1 and 2 but here are for charging the battery units 17 . 18 the second switch units 41 . 47 the DC / DC converter 22 . 26 clocked to lower the generator voltage, while the freewheeling current through the freewheeling diode 39 . 51 the respective first switch unit 37 . 46 commutated. In the series connection of the battery units 17 . 18 is only the second switch unit 47 active. For discharging the battery units 17 . 18 become the first switch units 37 . 46 the DC / DC converter 22 . 26 clocked to boost the battery voltages as needed, while the diodes 43 . 52 the second switch units 41 . 47 take over the Freilafstrom. In the series connection of the battery units 17 . 18 is only the first switch unit 46 active. Incidentally, the operating modes and the associated operation of the embodiment according to 4 those after 1 - 3 ,

In der Ausführungsform nach 5 sind die erste und die zweite Speichereinrichtung 17, 18 gegen unterschiedliche Gleichspannungszweige geschaltet. Die erste Speichereinrichtung 17 ist mit ihrem Pluspol 23 unmittelbar mit dem positiven Gleichspannungszweig 6a und mit ihrem Minuspol 24 mit der Induktivität 44 verbunden. Die zweiten Speichereinrichtung 18 ist mit ihrem Pluspol 27 mit der Induktivität 53 und mit ihrem Minuspol 28 unmittelbar mit dem negativen Gleichspannungszweig 6b verbunden. Der Zweig 33 mit dem Schalter 32 der Schalteinrichtung 31 ist hier zwischen dem Minuspol 24 der ersten Batterieeinheit 17 und dem Pluspol 27 der zweiten Batterieeinheit 18 angeordnet. In the embodiment according to 5 are the first and the second memory device 17 . 18 switched against different DC voltage branches. The first storage device 17 is with her plus pole 23 directly with the positive DC branch 6a and with her negative pole 24 with the inductance 44 connected. The second storage device 18 is with her plus pole 27 with the inductance 53 and with her negative pole 28 directly with the negative DC branch 6b connected. The branch 33 with the switch 32 the switching device 31 is here between the negative pole 24 the first battery unit 17 and the positive pole 27 the second battery unit 18 arranged.

Der Hauptvorteil der Ausführungsform nach 5 liegt darin, dass hier der zweite Schalter 29 der Schalteinrichtung 31 eingespart werden kann. Die Batterieeinheiten 17, 18 können dann allein mit dem ersten Schalter 31 zwischen Parallel- und Reihenschaltung umgeschaltet werden. Erkauft wird das zwar mit dem geringfügigen Nachteil, dass keine Tiefsetzung der Generatorspannung beim Laden der Reihenschaltung der Batterieeinheiten 17, 18 und keine Hochsetzung die Batteriespannung in Reihenschaltung bei Entladung möglich ist, ansonsten können die weiteren Betriebsmodi und Vorteile der vorstehend erläuterten Ausführungsformen aber gleichfalls realisiert werden, und dies bei reduziertem Schaltungs- und Ansteuerungsaufwand. The main advantage of the embodiment according to 5 lies in the fact that here is the second switch 29 the switching device 31 can be saved. The battery units 17 . 18 can then be alone with the first switch 31 be switched between parallel and series connection. This is bought with the slight disadvantage that no lowering of the generator voltage when charging the series connection of the battery units 17 . 18 and no boosting the battery voltage in series on discharge is possible, but otherwise the other operating modes and advantages of the embodiments described above but can also be realized, and this with reduced Schaltungs- and Ansteuerungsaufwand.

Es ist zu beachten, dass die Ausdrücke „erste“ und „zweite“ in dieser Beschreibung lediglich der Zweckdienlichkeit wegen verwendet werden, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und keine Beschränkung der Offenbarung bezwecken sollen. Z.B. könnte die Batterieeinheit 17 auch als die zweite und die Batterieeinheit 18 als die erste Speichereinrichtung bezeichnet werden. Ferner werden Fachleuten auf dem vorliegenden Gebiet im Lichte der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Modifikationen, Anpassungen oder Erweiterungen einfallen, die zwar konstruktive oder funktionelle Umgestaltungen erfordern können, aber von dem Umfang der Erfindung, wie sie in den nachstehenden Ansprüchen definiert ist, umfasst sind. It should be noted that the terms "first" and "second" in this specification are used for convenience only to distinguish one element from another and are not intended to be limiting of the disclosure. For example, the battery unit could 17 also as the second and the battery unit 18 are referred to as the first storage device. Furthermore, those skilled in the art will appreciate numerous modifications, adaptations or extensions in the light of the present disclosure which, while capable of requiring structural or functional remodeling, are encompassed by the scope of the invention as defined in the following claims.

Es sind eine Energieerzeugungsanlage 1 und ein Verfahren zum Betreiben derselben offenbart, wobei die Energieerzeugungsanlage 1 einen Generator 4, der an seinem Ausgang eine variable Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen liefert, und einen parallel an dem Generator angeschlossenen Wechselrichter 8 zur Umwandlung einer eingangsseitigen Gleichspannungsleistung in eine ausgangsseitige Wechselspannungsleistung aufweist. Erfindungsgemäß ist ein Energiespeichersystem 7 zur bedarfsweisen Speicherung wenigstens eines Teils der vom Generator gelieferten Energie und Wiedergewinnung der gespeicherten Energie zur Speisung des Wechselrichters 8 vorgesehen. Das Energiespeichersystem 7 weist eine erste Batterieeinheit 17, die an dem Ausgang des Generators angeschlossen ist, eine zweite Batterieeinheit 18, die an dem Ausgang des Generators angeschlossen ist und eine Schalteinrichtung 31 auf, die eingerichtet und angeordnet ist, um die erste und zweite Batterieeinheit 17, 18 wahlweise elektrisch entweder parallel oder in Reihe miteinander und parallel mit dem Generator 4 zu verbinden. Eine Steuereinrichtung 16 steuert die Schalteinrichtung 31 in Abhängigkeit von der von dem Generator 4 verfügbaren Gleichspannungsleistung geeignet an, um die Batterieeinheiten 17, 18 wahlweise in Reihen- oder Parallelschaltung entweder zu laden oder zu entladen, um den Wechselrichter 8 bedarfsweise mit Batterieenergie zu speisen. It is a power generation plant 1 and a method for operating the same, wherein the power generation plant 1 a generator 4 , which supplies at its output a variable DC power depending on operating and / or environmental conditions, and an inverter connected in parallel to the generator 8th for converting an input-side DC power into an output AC power. According to the invention, an energy storage system 7 to store as needed at least a portion of the energy supplied by the generator and recover the stored energy to power the inverter 8th intended. The energy storage system 7 has a first battery unit 17 connected to the output of the generator is a second battery unit 18 , which is connected to the output of the generator and a switching device 31 which is arranged and arranged to the first and second battery unit 17 . 18 optionally electrically either in parallel or in series with each other and in parallel with the generator 4 connect to. A control device 16 controls the switching device 31 depending on the generator 4 available DC power suitable to the battery units 17 . 18 either in series or parallel to either charge or discharge to the inverter 8th if necessary to feed with battery energy.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (16)

Energieerzeugungsanlage, insbesondere für regenerative Energie, mit einem Generator (4), der an seinem Ausgang (6) eine variable Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen liefert; mit einem Wechselrichter (8), dessen Eingang (9) mit dem Ausgang (6) des Generators (4) verbunden ist, zur Umwandlung einer eingangsseitigen Gleichspannungsleistung in eine ausgangsseitige Wechselspannungsleistung; und mit einem Energiespeichersystem (7) zur bedarfsweisen Speicherung von Energie und Wiedergewinnung der gespeicherten Energie, um den Wechselrichter (8) zu speisen, wobei das Energiespeichersystem (7) aufweist: eine erste Speichereinrichtung (17), die an dem Ausgang (6) des Generators (4) angeschlossen ist; eine zweite Speichereinrichtung (18), die an dem Ausgang (6) des Generators (4) angeschlossen ist; und eine Schalteinrichtung (31), die eingerichtet und angeordnet ist, um die erste und zweite Speichereinrichtung (17, 18) wahlweise elektrisch entweder parallel oder in Reihe miteinander und parallel mit dem Generator (4) zu verbinden; und mit einer Steuereinrichtung (16) zur Ansteuerung der Schalteinrichtung (31) in Abhängigkeit von der durch den Generator (4) gelieferten Gleichspannungsleistung. Power generation plant, in particular for regenerative energy, with a generator ( 4 ), which at its output ( 6 ) provides a variable DC power depending on operating and / or environmental conditions; with an inverter ( 8th ) whose input ( 9 ) with the output ( 6 ) of the generator ( 4 ), for converting an input-side DC power into an output-side AC power; and with an energy storage system ( 7 ) to store energy as needed and recover the stored energy to the inverter ( 8th ), the energy storage system ( 7 ) comprises: a first memory device ( 17 ) located at the exit ( 6 ) of the generator ( 4 ) connected; a second storage device ( 18 ) located at the exit ( 6 ) of the generator ( 4 ) connected; and a switching device ( 31 ) arranged and arranged to store the first and second storage means ( 17 . 18 ) optionally electrically either in parallel or in series with each other and in parallel with the generator ( 4 ) connect to; and with a control device ( 16 ) for controlling the switching device ( 31 ) as a function of the generator ( 4 ) supplied DC power. Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungsanlage (1) eine Photovoltaikanlage ist, die einen Photovoltaikgenerator (4) aufweist, und dass der Wechselrichter (8) vorzugsweise eine ein- bis dreiphasige Wechselrichterschaltung (13) mit hochfrequent taktbaren Schalterelementen (58, 59, 64, 66) aufweist. Power generation plant according to claim 1, characterized in that the power generation plant ( 1 ) is a photovoltaic system having a photovoltaic generator ( 4 ), and that the inverter ( 8th ) preferably a one- to three-phase inverter circuit ( 13 ) with high-frequency switchable switching elements ( 58 . 59 . 64 . 66 ) having. Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Speichereinrichtung (17, 18) jeweils durch eine wiederaufladbare Batterieeinheit gebildet sind. Power generation plant according to claim 1 or 2, characterized in that the first and second storage means ( 17 . 18 ) are each formed by a rechargeable battery unit. Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Batterieeinheit (17, 18) aus mehreren elektrischen Batterien besteht, die in Serie geschaltet sind, um eine maximale Batteriespannung von wenigstens etwa 100 V bis etwa 500 V oder sogar mehr zu ermöglichen. Power generating plant according to claim 3, characterized in that each battery unit ( 17 . 18 ) consists of a plurality of electric batteries connected in series to allow a maximum battery voltage of at least about 100 V to about 500 V or even more. Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere Speichereinrichtung vorgesehen ist, die über die Schalteinrichtung (31) entweder parallel oder in Reihe mit der ersten und zweiten Speichereinrichtung (17, 18) verbindbar ist. Power generating plant according to one of the preceding claims, characterized in that at least one further memory device is provided, which via the switching device ( 31 ) either in parallel or in series with the first and second memory devices ( 17 . 18 ) is connectable. Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Speichereinrichtung (17, 18) in einem Zweig (19, 21) angeordnet ist, der parallel zu dem Generator (4) angeschlossen ist und eine der jeweiligen Speichereinrichtung (17, 18) zugeordnete Gleichspannungswandleranordnung (22, 26) aufweist. Power generation plant according to one of the preceding claims, characterized in that each storage device ( 17 . 18 ) in a branch ( 19 . 21 ) arranged parallel to the generator ( 4 ) is connected and one of the respective storage device ( 17 . 18 ) associated DC-DC converter arrangement ( 22 . 26 ) having. Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungswandleranordnung (22, 26) einen kombinierten Aufwärtswandler (41, 44; 47, 53) und Abwärtswandler (37, 44; 46, 53) mit Schaltereinheiten (37, 41, 46, 47) aufweist, die zu der Schalteinrichtung (31) gehören. Power generating plant according to one of the preceding claims, characterized in that the DC-DC converter arrangement ( 22 . 26 ) a combined boost converter ( 41 . 44 ; 47 . 53 ) and down-converters ( 37 . 44 ; 46 . 53 ) with switch units ( 37 . 41 . 46 . 47 ) connected to the switching device ( 31 ) belong. Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungswandleranordnung (22, 26) eine erste Schaltereinheit (37; 46) mit einem Schalter (38; 48) und einer hierzu antiparallelen Freilaufdiode (39; 51) für die Abwärtswandlung, eine zu der ersten Schaltereinheit in Reihe geschaltete zweite Schaltereinheit (41; 47) mit einem Schalter (42; 49) und einer hierzu antiparallelen Freilaufdiode (43; 52) für die Aufwärtswandlung und eine Induktivität (44; 53) aufweist, die einerseits mit dem Verbindungspunkt zwischen der ersten und der zweiten Schaltereinheit und andererseits mit einem ersten Pol (23, 27) der jeweiligen Speichereinrichtung (17, 18) verbunden ist. Power generation plant according to claim 7, characterized in that the DC-DC converter arrangement ( 22 . 26 ) a first switch unit ( 37 ; 46 ) with a switch ( 38 ; 48 ) and an antiparallel freewheeling diode ( 39 ; 51 ) for down conversion, a second switch unit connected in series to the first switch unit (US Pat. 41 ; 47 ) with a switch ( 42 ; 49 ) and an antiparallel freewheeling diode ( 43 ; 52 ) for the up-conversion and an inductance ( 44 ; 53 ), which on the one hand with the connection point between the first and the second switch unit and on the other hand with a first pole ( 23 . 27 ) of the respective storage device ( 17 . 18 ) connected is. Energieerzeugungsanlage nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Speichereinrichtung (17, 18) mit einem Pol (23, 27; 24, 28) einer ersten Polarität mit der jeweiligen Gleichspannungswandleranordnung (22, 26) verbunden sind, die erste Speichereinrichtung (17) mit ihrem anderen Pol (24; 23) entgegengesetzter Polarität mit einem der Gleichspannungszweige (6a, 6b) des Generators (4) verbunden ist und die zweite Speichereinrichtung (17) mit ihrem anderen Pol (28; 27) entgegengesetzter Polarität über einen Schalter (29) der Schalteinrichtung (31) mit demselben Gleichspannungszweig (6a, 6b) des Generators (4) verbindbar ist. Power generating plant according to one of claims 6-8, characterized in that the first and the second memory device ( 17 . 18 ) with a pole ( 23 . 27 ; 24 . 28 ) of a first polarity with the respective DC-DC converter arrangement ( 22 . 26 ), the first memory device ( 17 ) with her other pole ( 24 ; 23 ) of opposite polarity with one of the DC voltage branches ( 6a . 6b ) of the generator ( 4 ) and the second memory device ( 17 ) with her other pole ( 28 ; 27 ) of opposite polarity via a switch ( 29 ) of the switching device ( 31 ) with the same DC branch ( 6a . 6b ) of the generator ( 4 ) is connectable. Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (31) einen ersten Schalter (32), der eingerichtet und angeschlossen ist, um eine Verbindung zwischen einem Pol (23, 27) einer ersten Polarität einer der Speichereinrichtungen (17, 18) und einem Pol (28, 24) entgegengesetzter Polarität der anderen Speichereinrichtung (18, 17) herzustellen oder aufzuheben, und einen zweiten Schalter (29) aufweist, der eingerichtet und angeschlossen ist, um eine Verbindung zwischen dem Pol (28, 24) entgegengesetzter Polarität der anderen Speichereinrichtung (18, 17) und einem Gleichspannungszweig (6a, 6b) des Generators (4) herzustellen oder aufzuheben. Power generating plant according to one of the preceding claims, characterized in that the switching device ( 31 ) a first switch ( 32 ), which is set up and connected to establish a connection between a pole ( 23 . 27 ) of a first polarity of one of the memory devices ( 17 . 18 ) and a pole ( 28 . 24 ) of opposite polarity of the other memory device ( 18 . 17 ), and a second switch ( 29 ) which is set up and connected to establish a connection between the pole ( 28 . 24 ) of opposite polarity of the other memory device ( 18 . 17 ) and a DC branch ( 6a . 6b ) of the generator ( 4 ) or cancel. Energieerzeugungsanlage nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Speichereinrichtung (17) mit ihrem einen Pol (23) einer ersten Polarität mit einem der Gleichspannungszweige (6a, 6b) und mit ihrem anderen Pol (24) entgegengesetzter Polarität mit der Gleichspannungswandleranordnung (22) verbunden ist, die zweite Speichereinrichtung (18) mit ihrem einen Pol (27) der ersten Polarität mit der Gleichspannungswandleranordnung (26) und mit ihrem anderen Pol (28) entgegengesetzter Polarität mit dem anderen der Gleichspannungszweige (6a, 6b) verbunden ist und die Schalteinrichtung (31) einen Schalter (32) aufweist, der eingerichtet und angeschlossen ist, um eine Verbindung zwischen dem anderen Pol (24) entgegengesetzter Polarität der ersten Speichereinrichtung (17) und dem einen Pol (27) der ersten Polarität der zweiten Speichereinrichtung (18) herzustellen oder aufzuheben. Power generating plant according to one of claims 6-8, characterized in that the first storage device ( 17 ) with its one pole ( 23 ) of a first polarity with one of the DC voltage branches ( 6a . 6b ) and with her other pole ( 24 ) of opposite polarity with the DC-DC converter arrangement ( 22 ), the second memory device ( 18 ) with its one pole ( 27 ) of the first polarity with the DC-DC converter arrangement ( 26 ) and with her other pole ( 28 ) of opposite polarity with the other of the DC voltage branches ( 6a . 6b ) and the switching device ( 31 ) a switch ( 32 ), which is set up and connected to connect between the other pole ( 24 ) of opposite polarity of the first memory device ( 17 ) and the one pole ( 27 ) of the first polarity of the second memory device ( 18 ) or cancel. Energieerzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (16) mit einer Sensoreinrichtung (14) zur Erfassung von Betriebsparametern verbunden ist, zu denen die Ausgangsgleichspannung und der Ausgangsgleichstrom des Generators (4) und die Spannungen an den Speichereinrichtungen (17, 18) gehören, und die Steuereinrichtung (16) die Schalteinrichtung (31) in Abhängigkeit von diesen Betriebsparametern im Sinne einer maximalen Leistungsentnahme aus dem Generator (4) ansteuert. Power generation plant according to one of the preceding claims, characterized in that the control device ( 16 ) with a sensor device ( 14 ) is connected to the detection of operating parameters, to which the DC output voltage and the DC output current of the generator ( 4 ) and the voltages at the memory devices ( 17 . 18 ), and the control device ( 16 ) the switching device ( 31 ) in dependence on these operating parameters in the sense of a maximum power extraction from the generator ( 4 ). Verfahren zum Betreiben einer Energieerzeugungsanlage, insbesondere für regenerative Energie, die einen Generator (4), der an seinem Ausgang (6) eine variable Gleichspannungsleistung in Abhängigkeit von Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen liefert, und einen Wechselrichter (8) aufweist, der parallel an dem Ausgang (6) des Generators (4) angeschlossen ist, um eine eingangsseitige Gleichspannungsleistung in eine ausgangsseitige Wechselspannungsleistung umzuwandeln, wobei das Verfahren aufweist: Vorsehen wenigstens einer ersten und zweiten elektrischen Speichereinrichtung (17, 18) zur bedarfsweisen Speicherung von Energie; Vorsehen einer Schalteinrichtung (31), die eine Ankopplung der ersten und zweiten Speichereinrichtung (17, 18) an den Generator (4) wahlweise in Reihen- oder Parallelschaltung der Speichereinrichtungen ermöglicht; Erfassen von Betriebsparametern, die wenigstens die vom Generator (4) gelieferte Gleichspannung, den vom Generator gelieferten Gleichstrom und Spannungen an der ersten und der zweiten Speichereinrichtung (17, 18) umfassen; und Betreiben der Energieerzeugungsanlage nach wenigstens einem der nachfolgenden implementierten Betriebsmodi je nach den erfassten Betriebsbedingungen: – Speisen des Wechselrichters (8) mit der vom Generator (4) gelieferten Energie; – Laden der Speichereinrichtungen (17, 18) mit Energie aus dem Generator; – Koppeln der Speichereinrichtungen (17, 18) in Reihe miteinander und Speisen des Wechselrichters mit Energie aus der Reihenschaltung der Speichereinrichtungen; – Koppeln der Speichereinrichtungen (17, 18) parallel zueinander und Speisen des Wechselrichters mit Energie aus der Parallelschaltung der Speichereinrichtungen. Method for operating a power generation plant, in particular for regenerative energy, comprising a generator ( 4 ), which at its output ( 6 ) provides a variable DC power depending on operating and / or environmental conditions, and an inverter ( 8th ) parallel to the output ( 6 ) of the generator ( 4 ) is connected to convert an input side DC power into an output side AC power, the method comprising: providing at least first and second electrical storage devices ( 17 . 18 ) for on-demand storage of energy; Provision of a switching device ( 31 ), which is a coupling of the first and second memory device ( 17 . 18 ) to the generator ( 4 ) optionally in series or parallel connection of the memory devices allows; Detecting operating parameters, at least those of the generator ( 4 ) supplied DC voltage, the DC supplied by the generator and voltages at the first and the second memory device ( 17 . 18 ); and operating the power generation plant according to at least one of the following implemented operating modes depending on the detected operating conditions: - Inverter power ( 8th ) with the generator ( 4 ) supplied energy; Loading the memory devices ( 17 . 18 ) with energy from the generator; - coupling the memory devices ( 17 . 18 ) in series with one another and powering the inverter with energy from the series connection of the memory devices; - coupling the memory devices ( 17 . 18 ) parallel to each other and feeding the inverter with energy from the parallel connection of the memory devices. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein Betreiben des Generators (4) in seinem individuellen maximalen Leistungspunkt aufweist, um bei den momentanen Umgebungs- und Betriebsbedingungen die maximale Gleichspannungs-Eingangsleistung dem Generator zu entnehmen. A method according to claim 13, characterized in that it further comprises operating the generator ( 4 ) at its individual maximum power point to extract the maximum DC input power to the generator under current ambient and operating conditions. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ladens der Speichereinrichtungen (17, 18) je nach Größe der verfügbaren Generatorspannung und der Spannungen der Speichereinrichtungen ein wahlweises Schalten der Speichereinrichtungen (17, 18) parallel oder in Reihe zueinander und Aufladen der Speichereinrichtungen in Parallel- oder Reihenschaltung aufweist. Method according to one of claims 13 or 14, characterized in that the step of loading the memory devices ( 17 . 18 ) depending on the size of the available generator voltage and the voltages of the memory devices, an optional switching of the memory devices ( 17 . 18 ) in parallel or in series with one another and charging the memory devices in parallel or series connection. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtungen (17, 18) mit frequenzbehaftetem Strom zeitlich zueinander versetzt geladen oder entladen werden.Method according to one of claims 13 to 15, characterized in that the memory devices ( 17 . 18 ) are loaded or unloaded in time offset with frequency-dependent current.
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