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WO2012163313A1 - Apparatus for supplying electrical energy to electrical loads - Google Patents

Apparatus for supplying electrical energy to electrical loads Download PDF

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Publication number
WO2012163313A1
WO2012163313A1 PCT/DE2011/001183 DE2011001183W WO2012163313A1 WO 2012163313 A1 WO2012163313 A1 WO 2012163313A1 DE 2011001183 W DE2011001183 W DE 2011001183W WO 2012163313 A1 WO2012163313 A1 WO 2012163313A1
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WO
WIPO (PCT)
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electrical
switching
power supply
electrical load
unit
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/DE2011/001183
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Henke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Original Assignee
Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG filed Critical Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Priority to PCT/DE2011/001183 priority Critical patent/WO2012163313A1/en
Publication of WO2012163313A1 publication Critical patent/WO2012163313A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/007—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]

Definitions

  • the invention relates to a device for the electrical power supply of electrical consumers, in particular blower drives in animal stables, with a switching unit, via which the electrical load with a photovoltaic device or with a mains power supply device is connectable.
  • EP 0 535 322 A1 discloses a device for the electrical power supply of electrical consumers, in which a rechargeable battery is used to charge an accumulator either from a photovoltaic device or from a mains power supply device.
  • the accumulator is used to feed DC motors or DC actuated actuators.
  • the switching unit comprises a charge controller which, depending on the state of charge of the accumulator, connects the same to the photovoltaic device and the mains power supply device and thus provides charging.
  • the object of the present invention is to develop a device for the electrical power supply of electrical consumers in such a way that the provision of tion of electrical energy for the electrical load using direct Fotovoltaikein- device is improved.
  • the invention in conjunction with the preamble of claim 1, characterized in that the switching unit is operatively connected to an input signal for the electrical load converter unit and that the switching unit comprises switching means by which the electrical load in a preferred switching state of Switching unit is fed exclusively by the Fotovoltaikeinrich- device and in a subordinate switching state exclusively from the mains power supply device.
  • the particular advantage of the device according to the invention is that electrical consumers can be fed virtually directly with electrical energy from a photovoltaic device.
  • the basic idea of the invention is to link or connect a switching unit to a converter unit in such a way that the electrical load is always in a preferred switching state with electrical energy from the photovoltaic device and in a subordinate switching state in which the photovoltaic device does not have the required electrical energy Is supplied with electrical energy from a mains power supply device.
  • the inverter unit causes the input signal of the electrical consumer has the required waveform for him.
  • the invention thus enables an efficient, secure and electrical power supply adapted to the requirements of the electrical consumer with regard to the signal shape.
  • the switching unit has a control device which controls the switching means in response to electrical variables provided by the photovoltaic device and / or the mains power supply and / or in dependence on usage-related request data of the electrical load permanent, safe and energy-saving operation of the electrical consumer is ensured.
  • the control device serves, on the one hand, to control the flow of energy, for which purpose it acts on the switching unit, and, on the other hand, to control the signal form, in which case it acts on the converter unit.
  • the control device has a control routine by means of which an "intelligent" switching of the input signal for the electrical load between the photovoltaic device and the mains power supply device is ensured Threshold is a changeover or a ne diminished energy supply makes.
  • Threshold is a changeover or a ne diminished energy supply makes.
  • a switchover or presetting of threshold values in the control device takes place as a function of a usage-dependent power profile of the electrical load.
  • the electrical load is a drive with an electric motor
  • the usage-dependent power profile can be specified by a defined speed range, within which the intended function of the electric motor is ensured. This ensures that switching to a mains current operation is not performed when a defined permissible speed or power range is present, as long as the energy generated by the photovoltaic modules is sufficient for off-grid operation.
  • the control device has a microcontroller with a program feed, in which the activation routine is stored.
  • the microcontroller is connected to a rectifier and switching means and an inverter of the converter unit.
  • an intermediate circuit of the converter unit is provided with a buffer capacitor, so that energy can be temporarily stored to a limited extent. In this way, for example, an energy saving reduction of the photovoltaic modules which brings about a shadowing of a solar pendulum of the photovoltaic device can be compensated.
  • the buffer capacitor can also be supplemented / combined with an accumulator in order to increase the energy storage.
  • the converter unit has, on the one hand, an AC voltage input connection and, on the other hand, a DC input connection.
  • an AC voltage input connection and, on the other hand, a DC input connection.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a device according to the invention
  • Figure 2 is a time course of switching states of a
  • a device according to the invention for the electrical power supply of electrical consumers can be used in particular in drives in animal stables. This blower drives for ventilation of the animal housing are fed with electrical energy.
  • other power converter operated plants such as conveyor systems, agitators, fans and pumps for example biogas plants can be operated with the device according to the invention.
  • the invention can be used to power swimming pool pumps and air conditioners.
  • An inventive device 1 for electrical energy supply of electrical consumers consists essentially of components of a converter unit 2 and switching unit. 3
  • the device 1 can be designed as a compact structural unit which has two input terminals, namely a DC input terminal 4 and an AC input terminal 5.
  • the AC input terminal 5 is connectable to a mains power supply 8 which is connected to a low voltage network of an electrical supply system.
  • the device 1 has at least one output connection 9, to which an electrical consumer 10 can be connected in each case.
  • the electrical consumer 10 is formed by a fan drive with a three-phase three-phase motor 11 and a downstream fan wheel 12.
  • the device 1 has two output connections 9 for two different blower drives in one or different house spaces.
  • even more power converter operated drives can be connected.
  • the converter unit 2 is designed as a frequency converter unit and has a rectifier 13 connected to the AC voltage input terminal 5, an intermediate circuit 14 and a number of inverters 15 which are each connected to the output terminal 9 on the output side.
  • the control of the rectifier 13 and the inverter 15 is effected by a control device 16.
  • the switching unit 3 is formed by a switching device 17 and the same controlling control device 16.
  • the switching device 17 has switching means, such as switching relay ', by means of which a first power supply branch 18 and a second power supply branch 19 can be switched so that the intermediate circuit 14th either energy via the first power supply branch 18 from the photovoltaic device 6 or is supplied via the second power supply branch 19 from the mains power supply device 8.
  • the control device 16 which preferably has a microcontroller and a program memory, has a control routine which, depending on line-connected variables of the photovoltaic device 6 and / or the mains power supply device 8 and / or depending on usage-related request data of the electrical load 10, the switching device 17 controls. It can be done in a bandwidth operating point setting, wherein the bandwidth exceeded by reaching predetermined threshold values are detected by corresponding electrical variables to be monitored.
  • the device 1 is in a preferred switching state Z B , provided that the photovoltaic device 6 can provide the electrical energy to the required extent.
  • Switching to a subordinate switching state Z N takes place only when the predetermined bandwidth is exceeded, for example when the supply voltage U Ph of the photovoltaic device 6 falls below a predetermined threshold value S 1 .
  • This threshold value S 1 depends, in particular, on the usage-dependent power profile of the electrical load 10. In order to maintain a minimum ventilation of the stable space, the threshold value S 1 may correspond to a minimum speed of the blower drive 10 which is not unobjectionable. may be exceeded.
  • the switching device 17 is controlled by the control device 16 in such a way that switching from the first power supply branch 18 to the second power supply branch 19 occurs. Be it now lies on the input side of the device 1, the mains voltage U mains, which is adjusted or by the control means 16 to the fan drive 10 formed such that an alternating voltage U E at the output 9 and operating the blower drive 10 with a power rating can.
  • the control device 16 is designed such that it can monitor the state of the DC input terminal 4. If it has determined at the time t S2 that the supply voltage U ph of the photovoltaic device 6 has exceeded the threshold value Si, a control signal is sent to the switching device 17 in such a way that the first current supply branch 18 is switched from the second current supply branch 19. The blower drive 10 is now fed again by the photovoltaic device 6.
  • the threshold value S 1 can be below the voltage value U ph if the user-dependent power profile, ie the use of the blower drive 10 for the corresponding field of use, can be operated at a reduced speed, without adversely affecting livestock conditions as a result.
  • the threshold value S 1 can also coincide with the rated voltage U Ph . It can be seen from FIG. 2 that a short-term reduction of the photovoltaic voltage U ph or the rotational speed n M0T of the electric motor 11 below the nominal rotational speed n "which can occur as a result of shading 20 of the solar panel 7 is acceptable, without a switchover to the second power supply branch 19 is made. Only when falling below the threshold value S 1 is a switch.
  • control routine can also be designed so that a changeover is made dependent not only on the level of the supply voltage U ph , but also on a temporal component.
  • the device 1 thus enables the fan drives 10 to be operated in a defined speed range, which is dependent on the requirement profile of the electrical load 10.
  • the intermediate circuit 14 has a buffer capacitor 21 which is able to temporarily store electrical energy, so that despite short-term shading 20 of the solar panel 7, the provision of the desired nominal voltage at the input of the blower drive 10 is ensured.
  • the input voltage U E of the blower drive 10 in the preferred switching state Z B coincides with the supply voltage u ph of the photovoltaic device 6 and in the subordinate switching state Z N with the supply voltage U network of the mains power supply device. 8. Only in the time interval t a caused by the shading 20 is the input voltage U E less than the predetermined rated voltage U ⁇ . According to an alternative embodiment, it may be provided that the same or the same upstream inverter 15 are connected to the control device 16 via a bus system (field bus system) in the case of a plurality of electrical consumers 10.
  • a bus system field bus system
  • the control device 16 is arranged at a central location remote from the electrical loads 10 and the inverters 15 or the switching device 17.
  • the control of a wide variety of electrical consumers in an overall system can thus be coordinated at a central location.
  • the drives or the electric motors 11 are each assigned a sensor 22, by means of which the speed of the electric motor 11 can be determined.
  • the sensors 22 are connected to the control device 16 and provide the same data, so that in the control device 16, the speed or power demand of the electric motors 11 can be determined.
  • the buffer capacitor 21 may be associated with an accumulator, so that the storage capacity of the buffer capacitor 21 can be extended.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to an apparatus for supplying electrical energy to electrical loads, in particular fan drives in buildings where animals are kept, comprising a changeover unit, via which the electrical load can be connected to a photovoltaic device or to an electrical system power supply device, wherein the changeover unit is operatively connected to a converter unit that provides an input signal for the electrical load, and wherein the changeover unit comprises switching means by means of which the electrical load is fed exclusively from the photovoltaic device in a preferred switching state of the changeover unit and exclusively from the electrical system power supply device in a subordinate switching state.

Description

Vorrichtung zur elektrischen Energieversorgung von elektrischen Verbrauchern  Device for the electrical power supply of electrical consumers

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Energieversorgung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere Gebläseantrieben in Tierstallungen, mit einer Umschalteinheit, über die der elektrische Verbraucher mit einer Fotovoltaikeinrichtung oder mit einer Netzstromversorgungseinrichtung verbindbar ist. The invention relates to a device for the electrical power supply of electrical consumers, in particular blower drives in animal stables, with a switching unit, via which the electrical load with a photovoltaic device or with a mains power supply device is connectable.

Aus der EP 0 535 322 A1 ist eine Vorrichtung zur elektri- sehen Energieversorgung von elektrischen Verbrauchern bekannt, bei der mittels einer Umschalteinheit ein Akkumulator entweder von einer Fotovoltaikeinrichtung oder von einer Netzstromversorgungseinrichtung aufgeladen wird. Der Akkumulator dient zur Speisung von Gleichstrommotoren bzw. mit Gleichstrom betriebenen Stellantrieben. Die Umschalteinheit umfasst einen Laderegler, der in Abhängigkeit von dem Ladezustand des Akkumulators denselben mit der Fotovoltaikeinrichtung und der Netzstromversorgungseinrichtung verbindet und damit für eine Aufladung sorgt. EP 0 535 322 A1 discloses a device for the electrical power supply of electrical consumers, in which a rechargeable battery is used to charge an accumulator either from a photovoltaic device or from a mains power supply device. The accumulator is used to feed DC motors or DC actuated actuators. The switching unit comprises a charge controller which, depending on the state of charge of the accumulator, connects the same to the photovoltaic device and the mains power supply device and thus provides charging.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur elektrischen Energieversorgung von elektrischen Verbrauchern derart weiterzubilden, dass die Bereitstel- lung von elektrischer Energie für die elektrischen Verbraucher unter direkter Nutzung einer Fotovoltaikein- richtung verbessert wird. Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit mit einer ein Eingangssignal für den elektrischen Verbraucher bereitstellenden Umrichtereinheit wirkverbunden ist und dass die Umschalteinheit Schaltmittel umfasst, mittels derer der elektrische Verbraucher in einem bevorzugten Schaltzustand der Umschalteinheit ausschließlich von der Fotovoltaikeinrich- tung und in einem nachrangigen Schaltzustand ausschließlich von der Netzstromversorgungseinrichtung gespeist wird. The object of the present invention is to develop a device for the electrical power supply of electrical consumers in such a way that the provision of tion of electrical energy for the electrical load using direct Fotovoltaikein- device is improved. To achieve the object, the invention in conjunction with the preamble of claim 1, characterized in that the switching unit is operatively connected to an input signal for the electrical load converter unit and that the switching unit comprises switching means by which the electrical load in a preferred switching state of Switching unit is fed exclusively by the Fotovoltaikeinrich- device and in a subordinate switching state exclusively from the mains power supply device.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass elektrische Verbraucher quasi direkt mit elektrischer Energie von einer Fotovoltaikeinrichtung gespeist werden können. Grundgedanke der Erfindung ist es, eine Umschalteinheit mit einer Umrichtereinheit derart zu verknüpfen bzw. zu verbinden, dass der elektrische Verbraucher in einem bevorzugten Schaltzustand stets mit elektrischer Energie von der Fotovoltaikeinrichtung und in einem nachrangigen Schaltzustand, in dem die Fotovoltaikeinrichtung nicht die erforderliche elektrische Energie zur Verfügung stellen kann, mit elektrischer Energie von einer Netzstromversorgungseinrichtung gespeist wird. Dabei bewirkt die Umrichtereinheit, dass das Eingangssignal des elektrischen Verbrauchers die für ihn erforderliche Signalform aufweist. The particular advantage of the device according to the invention is that electrical consumers can be fed virtually directly with electrical energy from a photovoltaic device. The basic idea of the invention is to link or connect a switching unit to a converter unit in such a way that the electrical load is always in a preferred switching state with electrical energy from the photovoltaic device and in a subordinate switching state in which the photovoltaic device does not have the required electrical energy Is supplied with electrical energy from a mains power supply device. The inverter unit causes the input signal of the electrical consumer has the required waveform for him.

Vorteilhaft ermöglicht die Erfindung somit eine effizien- te , sichere und an die Anforderungen des elektrischen Verbrauchers hinsichtlich der Signalform angepasste Bereitstellung von elektrischer Energie. Advantageously, the invention thus enables an efficient, secure and electrical power supply adapted to the requirements of the electrical consumer with regard to the signal shape.

Nach einer bevorzugten Aus fuhrungs form der Erfindung weist die Umschalteinheit eine Steuereinrichtung auf, die in Abhängigkeit von durch die Fotovoltaikeinrichtung und/oder der Netzstromversorgungseinrichtung bereitgestellten elektrischen Größen und/oder in abhängig von nutzungsbezo- genen Anforderungsdaten des elektrischen Verbrauchers die Schaltmittel so ansteuert, dass ein dauerhafter, sicherer und energiesparender Betrieb des elektrischen Verbrauchers gewährleistet ist. Die Steuereinrichtung dient zum einen zur Steuerung des Energieflusses, wobei sie hierzu auf die Umschalteinheit einwirkt, und zum anderen zur Steuerung der Signalform, wobei sie hierbei auf die Umrichtereinheit einwirkt . According to a preferred embodiment of the invention, the switching unit has a control device which controls the switching means in response to electrical variables provided by the photovoltaic device and / or the mains power supply and / or in dependence on usage-related request data of the electrical load permanent, safe and energy-saving operation of the electrical consumer is ensured. The control device serves, on the one hand, to control the flow of energy, for which purpose it acts on the switching unit, and, on the other hand, to control the signal form, in which case it acts on the converter unit.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Steuereinrichtung eine Ansteuerroutine auf, mittels derer eine „intelligente" Umschaltung des Eingangssignals für den elektrischen Verbraucher zwischen der Fotovoltaikeinrichtung und der Netzstromversorgungseinrichtung gewährleistet wird. Die Ansteuerroutine kann beispielsweise einen Algorithmus enthalten, der in Abhängigkeit von dem Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes eine Umschaltung oder ei- ne verminderte Energiebereitstellung vornimmt. Hierbei werden insbesondere Anforderungsdaten des elektrischen Verbrauchers berücksichtigt und mit den von der Fotovol- taikeinrichtung bereitgestellten elektrischen Größen ver- glichen bzw. eine in einem vorgegebenen Band liegende Arbeitspunkteinstellung vorgenommen . According to a development of the invention, the control device has a control routine by means of which an "intelligent" switching of the input signal for the electrical load between the photovoltaic device and the mains power supply device is ensured Threshold is a changeover or a ne diminished energy supply makes. In this case, in particular requirement data of the electrical load are taken into account and compared with the electrical quantities provided by the photovoltaic device, or an operating point setting in a predetermined band is made.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Um- schaltung bzw. Vorgabe von Schwellwerten in der Steuerein- richtung in Abhängigkeit von einem nutzungsabhängigen Leistungsprofil des elektrischen Verbrauchers. Handelt es sich bei dem elektrischen Verbraucher um einen Antrieb mit einem Elektromotor, kann das nutzungsabhängige Leistungsprofil durch einen definierten Drehzahlbereich angegeben werden, innerhalb dessen die bestimmungsgemäße Funktion des Elektromotors gewährleistet ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine Umschaltung auf einen Netzstrombetrieb bei Vorliegen eines definierten zulässigen Drehzahl- oder Leistungsbereiches nicht vorgenommen wird, so- lange die von den Fotovoltaik-Modulen erzeugte Energie für den netzunabhängigen Betrieb ausreichend ist. According to a development of the invention, a switchover or presetting of threshold values in the control device takes place as a function of a usage-dependent power profile of the electrical load. If the electrical load is a drive with an electric motor, the usage-dependent power profile can be specified by a defined speed range, within which the intended function of the electric motor is ensured. This ensures that switching to a mains current operation is not performed when a defined permissible speed or power range is present, as long as the energy generated by the photovoltaic modules is sufficient for off-grid operation.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Steuereinrichtung einen Mikrokontroller mit einem Programmspei- eher auf, in dem die Ansteuerungsroutine gespeichert ist. Der Mikrokontroller ist mit einem Gleichrichter und Schaltmitteln sowie einem Wechselrichter der Umrichtereinheit verbunden. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Zwischenkreis der Umrichtereinheit mit einem Pufferkondensator versehen, so dass in einem begrenzten Umfang Energie zwischengespeichert werden kann. Hierdurch kann beispielswei- se eine durch eine Abschattung eines Solarpendels der Fo- tovoltaikeinrichtung bewirkende Energieleistungsreduzierung der Fotovoltaik-Module ausgeglichen werden. Optional kann der Pufferkondensator auch mit einem Akkumulator ergänzt/kombiniert werden, um den Energiespeicher zu vergrö- Bern. According to a further development of the invention, the control device has a microcontroller with a program feed, in which the activation routine is stored. The microcontroller is connected to a rectifier and switching means and an inverter of the converter unit. According to a development of the invention, an intermediate circuit of the converter unit is provided with a buffer capacitor, so that energy can be temporarily stored to a limited extent. In this way, for example, an energy saving reduction of the photovoltaic modules which brings about a shadowing of a solar pendulum of the photovoltaic device can be compensated. Optionally, the buffer capacitor can also be supplemented / combined with an accumulator in order to increase the energy storage.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Umrichtereinheit zum einen einen Wechselspannungseingangsan- schluss und zum anderen einen Gleichspannungseingangsan- schluss auf. Vorteilhaft ergibt sich hierdurch eine kompakte Baueinheit, die direkt an die Netzstromversorgungseinrichtung und die Fotovoltaikeinrichtung angeschlossen werden kann. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. According to a development of the invention, the converter unit has, on the one hand, an AC voltage input connection and, on the other hand, a DC input connection. Advantageously, this results in a compact unit that can be connected directly to the mains power supply and the photovoltaic device. An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigen: Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und FIG. 1 shows a schematic block diagram of a device according to the invention and FIG

Figur 2 ein zeitlicher Verlauf von Schaltzuständen einer Figure 2 is a time course of switching states of a

Umschalteinheit der erfindungsgemäßen Vorrich- tung . Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektrischen Energieversorgung von elektrischen Verbrauchern kann insbesondere bei Antrieben in Tierstallungen eingesetzt werden. Hierbei werden Gebläseantriebe zur Be- und Entlüftung der Tierstallung mit elektrischer Energie gespeist. Alternativ können auch andere Stromrichter betriebene Anlagen, wie beispielsweise Fördersysteme, Rührwerke, Lüfter und Pumpen für beispielsweise Biogasanlagen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung betrieben werden. Ferner kann die Erfindung zur Speisung von Schwimmbadpumpen und Klimaanlagen eingesetzt werden. Switching unit of the device according to the invention. A device according to the invention for the electrical power supply of electrical consumers can be used in particular in drives in animal stables. This blower drives for ventilation of the animal housing are fed with electrical energy. Alternatively, other power converter operated plants, such as conveyor systems, agitators, fans and pumps for example biogas plants can be operated with the device according to the invention. Furthermore, the invention can be used to power swimming pool pumps and air conditioners.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur elektrischen Ener- gieversorgung von elektrischen Verbrauchern besteht im Wesentlichen aus Komponenten einer Umrichtereinheit 2 und Umschalteinheit 3. An inventive device 1 for electrical energy supply of electrical consumers consists essentially of components of a converter unit 2 and switching unit. 3

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann als eine kompakte Baueinheit ausgebildet sein, die über zwei Eingangsanschlüsse, nämlich über einen Gleichspannungseingangsan- schluss 4 und einen Wechselspannungseingangsanschluss 5 verfügt. An dem Gleichspannungseingangsanschluss 4 ist eine Fotovoltaikeinrichtung 6 mit einer Anzahl von Solarpa- neels 7 anschließbar, die beispielsweise auf Dächern eines Stallgebäudes angeordnet sind. Der Wechselspannungsein- gangsanschluss 5 ist mit einer Netzstromversorgungseinrichtung 8 verbindbar, die mit einem Niederspannungsnetz eines elektrischen Versorgungssystems verbunden ist. Ferner weist die Vorrichtung 1 mindestens einen Ausgangs- anschluss 9 auf, an dem jeweils ein elektrischer Verbraucher 10 anschließbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist der elektrische Verbraucher 10 durch einen Gebläseantrieb gebildet mit einem dreiphasigen Drehstrommotor 11 und einem nachgeordneten Gebläserad 12. The device 1 according to the invention can be designed as a compact structural unit which has two input terminals, namely a DC input terminal 4 and an AC input terminal 5. A photovoltaic device 6 with a number of solar panels 7, which are arranged, for example, on roofs of a stable building, can be connected to the DC voltage input connection 4. The AC input terminal 5 is connectable to a mains power supply 8 which is connected to a low voltage network of an electrical supply system. Furthermore, the device 1 has at least one output connection 9, to which an electrical consumer 10 can be connected in each case. In the present exemplary embodiment according to FIG. 1, the electrical consumer 10 is formed by a fan drive with a three-phase three-phase motor 11 and a downstream fan wheel 12.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 1 zwei Ausgangsanschlüsse 9 auf für zwei unterschiedliche Gebläseantriebe in einem oder unterschiedlichen Stallräumen. Gegebenenfalls können auch noch weitere Stromrichter betriebene Antriebe angeschlossen werden. In the present exemplary embodiment, the device 1 has two output connections 9 for two different blower drives in one or different house spaces. Optionally, even more power converter operated drives can be connected.

Die Umrichtereinheit 2 ist als eine Frequenzumrichterein- heit ausgebildet und verfügt über einen mit dem Wechsel- spannungseingangsanschluss 5 verbundenen Gleichrichter 13, einen Zwischenkreis 14 sowie über eine Anzahl von Wechselrichter 15 auf, die jeweils ausgangsseitig mit dem Aus- gangsanschluss 9 verbunden sind. Die Ansteuerung des Gleichrichters 13 und der Wechselrichter 15 erfolgt durch eine Steuereinrichtung 16. The converter unit 2 is designed as a frequency converter unit and has a rectifier 13 connected to the AC voltage input terminal 5, an intermediate circuit 14 and a number of inverters 15 which are each connected to the output terminal 9 on the output side. The control of the rectifier 13 and the inverter 15 is effected by a control device 16.

Die Umschalteinheit 3 ist gebildet aus einer Schalteinrichtung 17 sowie der dieselbe ansteuernden Steuereinrich- tung 16. Die Schalteinrichtung 17 weist Schaltmittel, beispielsweise Schaltrelais' auf, mittels derer zwischen einem ersten Stromversorgungszweig 18 und einem zweiten Stromversorgungszweig 19 umgeschaltet werden kann, so dass dem Zwischenkreis 14 entweder Energie über den ersten Stromversorgungszweig 18 von der Fotovoltaikeinrichtung 6 oder über den zweiten Stromversorgungszweig 19 von der Netzstromversorgungseinrichtung 8 zugeführt wird. The switching unit 3 is formed by a switching device 17 and the same controlling control device 16. The switching device 17 has switching means, such as switching relay ', by means of which a first power supply branch 18 and a second power supply branch 19 can be switched so that the intermediate circuit 14th either energy via the first power supply branch 18 from the photovoltaic device 6 or is supplied via the second power supply branch 19 from the mains power supply device 8.

In Figur 2 ist ein beispielhafter Schaltverlauf der Vor- richtung 1 angegeben. Die Steuereinrichtung 16, die vorzugsweise einen Mikrokontroller und einen Programmspeicher aufweist, weist eine Ansteuerroutine auf, die in Abhängigkeit von leitungsgebundenen Größen der Fotovoltaikeinrich- tung 6 und/oder der Netzstromversorgungseinrichtung 8 und/oder in Abhängigkeit von nutzungsbezogenen Anforderungsdaten des elektrischen Verbrauchers 10 die Schalteinrichtung 17 ansteuert. Es kann in einer Bandbreite eine Arbeitspunkteinstellung erfolgen, wobei die Bandbreitenüberschreitung durch Erreichen von vorgegebenen Schwell- werten durch entsprechende zu überwachende elektrische Größen erkannt werden. 2 shows an exemplary switching course of the device 1 is given. The control device 16, which preferably has a microcontroller and a program memory, has a control routine which, depending on line-connected variables of the photovoltaic device 6 and / or the mains power supply device 8 and / or depending on usage-related request data of the electrical load 10, the switching device 17 controls. It can be done in a bandwidth operating point setting, wherein the bandwidth exceeded by reaching predetermined threshold values are detected by corresponding electrical variables to be monitored.

Es wird davon ausgegangen, dass sich die Vorrichtung 1 in einem bevorzugten Schaltzustand ZB befindet, sofern die Fotovoltaikeinrichtung 6 die elektrische Energie in erforderlichem Maße bereitstellen kann. Eine Umschaltung in einen nachrangigen Schaltzustand ZN erfolgt nur, wenn die vorgegebene Bandbreite überschritten wird, beispielsweise wenn die Speisespannung UPh der Fotovoltaikeinrichtung 6 einen vorgegebenen Schwellwert S1 unterschreitet. Dieser Schwellwert S1 ist insbesondere abhängig von dem nutzungsabhängigen Leistungsprofil des elektrischen Verbrauchers 10. Zur Aufrechterhaltung einer minimalen Belüftung des Stallraumes kann der Schwellwert S1 zu einer Mindestdreh- zahl des Gebläseantriebs 10 korrespondieren, die nicht un- terschritten werden darf. Wird sie dennoch beispielsweise im Zeitpunkt tsi unterschritten, wird die Schalteinrichtung 17 durch die Steuereinrichtung 16 so angesteuert, dass von dem ersten Stromversorgungszweig 18 auf den zweiten Strom- versorgungszweig 19 umgeschaltet wird. Es liegt nun ein- gangsseitig der Vorrichtung 1 die Netzspannung Unetz an, die mittels der Steuereinrichtung 16 so an den Gebläseantrieb 10 angepasst bzw. geformt wird, dass an dem Ausgang 9 eine Wechselspannung UE anliegt und der Gebläseantrieb 10 mit einer Nennleistung betrieben werden kann. It is assumed that the device 1 is in a preferred switching state Z B , provided that the photovoltaic device 6 can provide the electrical energy to the required extent. Switching to a subordinate switching state Z N takes place only when the predetermined bandwidth is exceeded, for example when the supply voltage U Ph of the photovoltaic device 6 falls below a predetermined threshold value S 1 . This threshold value S 1 depends, in particular, on the usage-dependent power profile of the electrical load 10. In order to maintain a minimum ventilation of the stable space, the threshold value S 1 may correspond to a minimum speed of the blower drive 10 which is not unobjectionable. may be exceeded. If, however, it falls below, for example, at time tsi, the switching device 17 is controlled by the control device 16 in such a way that switching from the first power supply branch 18 to the second power supply branch 19 occurs. Be it now lies on the input side of the device 1, the mains voltage U mains, which is adjusted or by the control means 16 to the fan drive 10 formed such that an alternating voltage U E at the output 9 and operating the blower drive 10 with a power rating can.

Die Steuereinrichtung 16 ist derart ausgelegt, dass sie den Zustand des Gleichspannungseingangsanschlusses 4 überwachen kann. Hat sie im Zeitpunkt tS2 festgestellt, dass die Speisespannung Uph der Fotovoltaikeinrichtung 6 den Schwellwert Si überschritten hat, erfolgt ein Steuersignal an die Schalteinrichtung 17 dahingehend, dass von dem zweiten Stromversorgungszweig 19 auf den ersten Stromversorgungszweig 18 umgeschaltet wird. Der Gebläseantrieb 10 wird nun wieder von der Fotovoltaikeinrichtung 6 gespeist. The control device 16 is designed such that it can monitor the state of the DC input terminal 4. If it has determined at the time t S2 that the supply voltage U ph of the photovoltaic device 6 has exceeded the threshold value Si, a control signal is sent to the switching device 17 in such a way that the first current supply branch 18 is switched from the second current supply branch 19. The blower drive 10 is now fed again by the photovoltaic device 6.

Der Schwellwert S1 kann unterhalb des Spannungswertes Uph liegen, wenn das nutzerabhängige Leistungsprofil, also der Einsatz des Gebläseantriebs 10 für das entsprechende Einsatzfeld, mit einer verringerten Drehzahl betrieben werden kann, ohne dass sich das hierdurch nachteilig auf die Tierhaltungsbedingungen auswirkt. Alternativ kann der Schwellwert S1 auch mit der Nennspannung UPh übereinstimmen. Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass eine kurzzeitige Verringerung der Fotovoltaikspannung Uph bzw. der Drehzahl nM0T des Elektromotors 11 unter die Nenndrehzahl n„ die infolge einer Abschattung 20 des Solarpaneels 7 auftreten kann hinnehmbar ist, ohne dass eine Umschaltung auf den zweiten Stromversorgungszweig 19 vorgenommen wird. Erst bei Unterschreiten des Schwellwertes S1 erfolgt eine Umschaltung. The threshold value S 1 can be below the voltage value U ph if the user-dependent power profile, ie the use of the blower drive 10 for the corresponding field of use, can be operated at a reduced speed, without adversely affecting livestock conditions as a result. Alternatively, the threshold value S 1 can also coincide with the rated voltage U Ph . It can be seen from FIG. 2 that a short-term reduction of the photovoltaic voltage U ph or the rotational speed n M0T of the electric motor 11 below the nominal rotational speed n "which can occur as a result of shading 20 of the solar panel 7 is acceptable, without a switchover to the second power supply branch 19 is made. Only when falling below the threshold value S 1 is a switch.

Zusätzlich kann die Ansteuerroutine auch so ausgebildet sein, dass eine Umschaltung nicht nur von der Höhe der Speisespannung Uph, sondern darüber hinaus auch von einer zeitlichen Komponente abhängig gemacht wird. In addition, the control routine can also be designed so that a changeover is made dependent not only on the level of the supply voltage U ph , but also on a temporal component.

Die Vorrichtung 1 ermöglicht somit, dass die Gebläseantriebe 10 in einem definierten Drehzahlbereich betrieben werden können, der abhängig ist von dem Anforderungsprofil des elektrischen Verbrauchers 10. The device 1 thus enables the fan drives 10 to be operated in a defined speed range, which is dependent on the requirement profile of the electrical load 10.

Vorzugsweise weist der Zwischenkreis 14 einen Pufferkondensator 21 auf, der in der Lage ist, elektrische Energie zwischenzuspeichern, so dass trotz kurzzeitiger Abschattung 20 des Solarpaneels 7 die Bereitstellung der gewünschten Nennspannung am Eingang des Gebläseantriebs 10 gewährleistet ist. Preferably, the intermediate circuit 14 has a buffer capacitor 21 which is able to temporarily store electrical energy, so that despite short-term shading 20 of the solar panel 7, the provision of the desired nominal voltage at the input of the blower drive 10 is ensured.

Wie aus Figur 2 zu ersehen ist, stimmt die Eingangsspannung UE des Gebläseantriebs 10 in dem bevorzugten Schaltzustand ZB mit der Speisespannung uph der Fotovoltaikein- richtung 6 und in dem nachrangigen Schaltzustand ZN mit der Speisespannung Unetz der Netzstromversorgungseinrich- tung 8 überein. Nur in dem durch die Abschattung 20 her- vorgerufenen Zeitintervall ta ist die Eingangsspannung UE kleiner als die vorgegebene Nennspannung U«. Nach einer alternativen Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass bei einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern 10 dieselben bzw. denselben vorgelagerte Wechselrichter 15 über ein Bussytem (Feldbussystem) mit der Steuereinrichtung 16 verbunden sind. As can be seen from FIG. 2, the input voltage U E of the blower drive 10 in the preferred switching state Z B coincides with the supply voltage u ph of the photovoltaic device 6 and in the subordinate switching state Z N with the supply voltage U network of the mains power supply device. 8. Only in the time interval t a caused by the shading 20 is the input voltage U E less than the predetermined rated voltage U <<. According to an alternative embodiment, it may be provided that the same or the same upstream inverter 15 are connected to the control device 16 via a bus system (field bus system) in the case of a plurality of electrical consumers 10.

Nach einer alternativen Ausführungsform kann es auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 16 an einem zentralen Ort ortsfern zu den elektrischen Verbrauchern 10 und den Wechselrichtern 15 bzw. der Schalteinrichtung 17 ange- ordnet ist. Vorteilhaft kann hierdurch an einem zentralen Ort die Steuerung unterschiedlichster elektrischer Verbraucher in einem Gesamtsystem koordiniert werden. Vorzugsweise ist den Antrieben bzw. den Elektromotoren 11 jeweils ein Sensor 22 zugeordnet, mittels dessen die Dreh- zahl des Elektromotors 11 bestimmbar ist. Die Sensoren 22 sind mit der Steuereinrichtung 16 verbunden und liefern derselben Daten, so dass in der Steuereinrichtung 16 der Drehzahl- bzw. Leistungsbedarf der Elektromotoren 11 ermittelt werden kann. According to an alternative embodiment, it can also be provided that the control device 16 is arranged at a central location remote from the electrical loads 10 and the inverters 15 or the switching device 17. Advantageously, the control of a wide variety of electrical consumers in an overall system can thus be coordinated at a central location. Preferably, the drives or the electric motors 11 are each assigned a sensor 22, by means of which the speed of the electric motor 11 can be determined. The sensors 22 are connected to the control device 16 and provide the same data, so that in the control device 16, the speed or power demand of the electric motors 11 can be determined.

Nach einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann dem Pufferkondensator 21 ein Akkumulator zugeordnet sein, so dass die Speicherkapazität des Pufferkondensators 21 erweitert werden kann. According to another embodiment, not shown, the buffer capacitor 21 may be associated with an accumulator, so that the storage capacity of the buffer capacitor 21 can be extended.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur elektrischen Energieversorgung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere Gebläseantrieben in Tierstallungen, mit einer Umschalteinheit über die der elektrische Verbraucher mit einer Fotovoltaik- einrichtung oder mit einer Netzstromversorgungseinrichtung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (3) mit einer ein Eingangssignal (UE) für den elektrischen Verbraucher (10) bereitstellenden Umrichtereinheit (2) wirkverbunden ist und dass die Umschalteinheit (3) Schaltmittel (17) umfasst, mittels derer der elektrische Verbraucher (10) in einem bevorzugten Schaltzustand (ZB) der Umschalteinheit (3) ausschließlich von der Fotovoltaikeinrichtung (6) und in einem nachrangigen Schaltzustand (ZN) ausschließlich von der Netzstromversorgungseinrichtung (8) gespeist wird. 1. Device for the electrical power supply of electrical consumers, in particular blower drives in animal stables, with a switching unit via which the electrical load with a Fotovoltaik- device or with a mains power supply is connectable, characterized in that the switching unit (3) with an input signal (U E ) for the electrical consumer (10) providing inverter unit (2) is operatively connected and that the switching unit (3) switching means (17) by means of which the electrical load (10) in a preferred switching state (Z B ) of the switching unit ( 3) exclusively from the photovoltaic device (6) and in a subordinate switching state (Z N ) exclusively from the mains power supply device (8) is fed. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit (3) eine Steuereinrichtung (16) umfasst, die in Abhängigkeit von mittels der Fotovoltaikeinrichtung (6) und/oder der Netzstromversorgungseinrichtung (8) bereitgestellten elektrischen Größen und/oder in Abhängigkeit von nutzungsbezogenen2. Device according to claim 1, characterized in that the switching unit (3) comprises a control device (16) in response to by means of the photovoltaic device (6) and / or the mains power supply device (8) provided electrical quantities and / or in dependence of usage-related Anforderungsdaten des elektrischen Verbrauchers (10) die Schaltmittel (17) ansteuert. Request data of the electrical load (10) controls the switching means (17). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Steuereinrichtung (16) eine Ansteu erroutine umfasst, so dass die Umschaltung von den bevorzugten Schaltzustand (ZB) in den nachrangigen Schaltzustand (ZN) und umgekehrt in Abhängigkeit von dem Erreichen eines Schwellwertes (S1) durch die mindestens eine elektrische Größe (Uph) der Fotovoltaik- einrichtung (6) erfolgt . 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the control device (16) a Ansteu Erroutine, so that the switching from the preferred switching state (Z B ) in the subordinate switching state (Z N ) and vice versa depending on the achievement of a threshold value (S 1 ) by the at least one electrical variable (U ph ) of the photovoltaic device (6) takes place. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Schwellwert (Si) abhängig ist von einem nutzungsabhängigen Leistungsprofil des elektrischen Verbrauchers (10). 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the predetermined threshold value (Si) is dependent on a usage-dependent power profile of the electrical load (10). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verbraucher (10) als ein Antrieb mit einem Elektromotor (11) ausgebildet ist, dessen nutzungsabhängiges Leistungsprofil durch einen definierten Drehzahlbereich angegeben ist, innerhalb dessen der Elektromotor (11) entsprechend einer vorgegebenen Anforderung betreibbar ist. 5. The device according to claim 4, characterized in that the electrical load (10) is designed as a drive with an electric motor (11) whose usage-dependent power profile is indicated by a defined speed range, within which the electric motor (11) according to a predetermined requirement is operable. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (16) einen Mikrokontroller aufweist, der einen eingangsseitig mit der Netzstromversorgungseinrichtung (8) verbundenen Gleichrichter (13), die Schaltmittel (17) und einen Wechselrichter (15) der Umrichtereinheit (2) ansteuert . 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the control device (16) comprises a microcontroller having an input side to the mains power supply device (8) connected rectifier (13), the switching means (17) and an inverter (15) the converter unit (2) controls. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel (17) durch ein Schaltrelais gebildet sind. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the switching means (17) are formed by a switching relay. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schaltmitteln (17) und dem Wechselrichter (15) ein Zwischenkreis (14) angeordnet ist mit einem Pufferkondensator (21). 8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that between the switching means (17) and the inverter (15) an intermediate circuit (14) is arranged with a buffer capacitor (21). 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Verbraucher (10) vorgesehen sind, die über ein Bussystem durch die Steuereinrichtung (16) ansteuerbar sind. 9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a plurality of electrical consumers (10) are provided, which are controllable via a bus system by the control device (16). 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrichtereinheit (2) einen einzigen Gleichspannungseingangsanschluss (4) und einen einzigen Wechselspannungseingangsanschluss (5) aufweist . 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the converter unit (2) has a single DC input terminal (4) and a single AC input terminal (5). 11. Vorrichtung der einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (16) mit einem jeweils dem Antrieb zugeordneten Sensor (22) verbunden ist derart, dass Daten für den Drehzahl- und/oder Leistungsbedarf des Antriebes (11) ermittelbar sind. 11. Device according to one of claims 5 to 10, characterized in that the control device (16) is connected to a respective drive associated sensor (22) such that data for the speed and / or power requirement of the drive (11) can be determined are. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferkondensator (21) mit einem Akkumulator verbunden ist. 12. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the buffer capacitor (21) is connected to an accumulator.
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