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
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
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
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
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:
In
Die Energieerzeugungsanlage
Ferner weist die Energieerzeugungsanlage
Der Wechselrichter
Wenngleich verschiedene Realisierungsformen eines Wechselrichters
Bezugnehmend auf einen Photovoltaikgenerator als ein Beispiel, ist die Reglereinrichtung
Die Wechselrichteanordnung
Die Sensoreinrichtung
Die Steuereinrichtung
Wie bereits erwähnt, ist das Energiespeichersystem
Um derartige Umwandlungsverluste möglichst zu vermeiden, weist das Energiespeichersystem
Jede Speichereinrichtung
In ähnlicher Weise weist der zweite Zweig
Die Schalteinrichtung
Der zweite Schalter
Wie ferner aus
Eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage ist in größeren Einzelheiten in
Wie in
In ähnlicher Weise weist die zweite Gleichspannungswandleranordnung
Der Wechselrichter
Kondensatoren
Parallel zu der Reihenschaltung der Kondensatoren
Die Halbbrücke weist zwei weitere Schalterelemente
In ähnlicher Weise weist der zweite DC-DC-Hochsetzsteller
Die Schaltungsanordnung
Der Mittelabgriff
Obwohl die in
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
In normal operation, in the case of a positive half wave, according to a normal operating mode, the one to the
Sobald die Generatorspannung, insbesondere die Zwischenkreisspannung UZK1 für eine hinreichende Aufladung der Drosselspule
Ähnlich wird während der negativen Halbwelle der ausgangsseitigen Wechselspannung im normalen Betriebsmodus der untere Schalter
Die Funktionsweise der insoweit beschriebenen erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage
In einem ersten Betriebsmodus können bei ausreichender Spannung des Photovoltaikgenerators
In einem modifizierten ersten Betriebsmodus
In einem zweiten Betriebsmodus wird, wenn die Generatorspannung ausreicht, der Wechselstrom in üblicher Weise aus der Generatorspannung erzeugt. D.h., der Generator
In einem weiteren Betriebsmodus
Soll gleichzeitig Energie aus dem Generator
Ist die Generatorspannung niedriger als die Spannung der Reihenschaltung der Batterieeinheiten
Es ist auch möglich, den Betriebsmodus
In all den vorgenannten Betriebsmodi ist es natürlich auch möglich, den Wechselrichter
Wie bereits erwähnt, verhindert die Schutzdiode
Somit können mit der erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage
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
In einem Schritt S2 wird ferner eine Schalteinrichtung, z.B. die Schalteinrichtung
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
Die in den
In der Ausführungsform nach
Erneut wird, wie bei der Ausführungsform gemäß den
Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß den
In der Ausführungsform nach
Der Hauptvorteil der Ausführungsform nach
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
Es sind eine Energieerzeugungsanlage
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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