Steckdose

Die Erfindung betrifft eine Steckdose, also eine Buchse zur Verbindung einer Last mit einem gebäudeseitigen Stromversor gungsnetzwerk .

Bei der Nutzung von dezentraler Energieerzeugung in Privat haushalten, beispielsweise mit Photovoltaik-Anlagen, kleinen Windkraftanlage oder Haus-Batteriespeichern ist die zur Ver fügung stehende Energiemenge stark von Verbrauch und Produk tion abhängig. Die Energieproduktion einer Photovoltaik- Anlage schwankt über den Tagesverlauf hinweg stark und sinkt nachts auf null. Ein Batteriespeicher kann dafür einen Puffer bilden, der einen nächtlichen Grundverbrauch deckt oder Leis tungsspitzen überbrückt. Energie kann jedoch nicht verlust frei gespeichert werden. Auch ist die Kapazität eines Batte riespeichers begrenzt. Der Anwender möchte möglichst viel Energie verbrauchen, wenn diese nicht gespeichert werden kann. Erhebliche Energiemengen werden beispielsweise durch den Arbeitsgang einer Waschmaschine verbraucht. Der Anwender möchte hingegen möglichst wenig Energie verbrauchen, wenn diese aus dem Speicher kommen muss oder gar aus dem Strom netz .

Zwar bieten sie einzelnen Systeme über entsprechende Apps üb licherweise eine Anzeige der jeweiligen Kapazitäten und Leis tungen, die entsprechenden Informationen sind aber nur ver teilt erhältlich und sind nicht spezifisch für einen jeweili gen Verbraucher wie Waschmaschine, Trockner oder Spülmaschi ne .

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, das genannte Problem zu lösen. Insbesondere soll ein Anwender eine verbraucherbezogene, also gerätebezogene Information über die Energienutzung in Bezug auf die gebäude seitige dezentrale Stromspeicherung und Stromerzeugung erhal- ten. Diese Aufgabe wird durch eine Steckdose mit den Merkma len von Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Steckdose umfasst eine Leistungsmessvor richtung zur Bestimmung der elektrischen Leistung von ange schlossenen Lasten und eine Speichereinrichtung zur Speiche rung gemessener Werte für die Leistung. Weiterhin umfasst die Steckdose eine Kommunikationseinrichtung für den Datenaus tausch mit einem oder mehreren gebäudeseitigen Stromlieferge räten .

Eine in der Steckdose vorhandene Datenverarbeitungs- Einrichtung ist zur Bestimmung einer Bewertung aus den ge speicherten Werten für die Leistung und von dem gebäudeseiti gen Stromliefergeräten zur Verfügung gestellten Daten ausge staltet. Schließlich umfasst die Steckdose eine Einrichtung zur optischen Darstellung einer Repräsentation der Bewertung.

Mit der erfindungsgemäßen Steckdose wird eine Möglichkeit für den Anwender geschaffen, direkt in der Umgebung eines Ver brauchers wie beispielsweise einer Spülmaschine, einer Wasch maschine oder eines Trockners erkennen zu können, ob das Nut zen dieses Verbrauchers dazu führen wird, dass das Beziehen von externem Strom, d.h. von Strom aus dem Versorgungsnetz werk notwendig ist. Das ist besonders vorteilhaft, wenn der Verbraucher ohnehin die physische Anwesenheit des Nutzers vo raussetzt wie beispielsweise eine Waschmaschine, die befüllt werden muss. Auch orientiert sich der Hinweis, der durch die Einrichtung zur optischen Darstellung gegeben wird, an dem Verbraucher und dessen Eigenschaften und nicht nur an den Da ten der Stromliefergeräte wie PV-Anlage oder Batterie.

Die sehr direkte, intuitive Interaktion mit dem Benutzer durch ein einfaches Anzeigeschema macht es also einfach zu sehen, ob ein optionaler Verbraucher jetzt genutzt werden sollte oder nicht. Gleichzeitig lässt die Steckdose aber die Möglichkeit zu, den Energieverbraucher trotzdem zu verwenden und forciert nicht eine eventuell unpraktische Abschaltung. Das erlaubt ein intuitives Erlernen von nachhaltigen, umwelt schonenden und gleichzeitig geldsparenden Strategien im Um gang mit den Verbrauchern.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gleich spannungswandler gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen An sprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 1 mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder auch mit denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert werden. Demge mäß können noch zusätzlich folgende Merkmale vorgesehen sein:

- Bei dem Stromlieferant kann es sich um eine Haus-Batterie, eine Photovoltaik-Anlage oder eine andere dezentrale Energie erzeuger-Einrichtung handeln.

- Aus den gespeicherten Werten für die elektrische Leistung kann eine elektrische Gesamtenergie für einen abgeschlossenen Arbeitsvorgang einer angeschlossenen Last bestimmt werden. Beispielsweise kann für einen abgeschlossenen Waschgang einer Waschmaschine oder Trockengang eines Trockners die benötigte Gesamtenergie bestimmt und gespeichert werden. Vorteilhaft kann die Datenverarbeitungs-Einrichtung der Steckdose daraus im Vergleich mit den von dem gebäudeseitigen Stromliefergerä ten zur Verfügung gestellten Daten die Bewertung ermitteln.

Es ist auch möglich, dass aus einer Mehrzahl von abgeschlos senen Arbeitsvorgängen ein mit der Zeit genauer werdender Wert oder ein verbesserter Durchschnittswert oder eine maxi male Gesamtenergie ermittelt wird, der die bestimmte Bewer tung aufwertet.

- Zusätzlich oder alternativ kann aus den gespeicherten Wer ten für die elektrische Leistung eine benötigte Maximalleis tung für einen abgeschlossenen Arbeitsvorgang einer ange schlossenen Last bestimmt werden. Dadurch kann die Ermittlung der Bewertung dahingehend verbessert werden, dass auch eine nötige Maximalleistung berücksichtigt wird. Diese ist bei spielsweise vorhersehbar bei einer Photovoltaik-Anlage mit tags am höchsten. - Als von dem gebäudeseitigen Stromliefergeräten zur Verfü gung gestellten Daten können eine zur Verfügung stehende Ge samt-Energie oder eine zu erwartende Gesamt-Energie für einen zukünftigen durch die Steckdose empfangen werden. Vorteilhaft kann die Datenverarbeitungs-Einrichtung der Steckdose diese Gesamt-Energien mit den gespeicherten Werten vergleichen, um die Bewertung zu bestimmen

- Die Einrichtung zur optischen Darstellung kann eine oder mehrere Leuchtdioden umfassen, wobei für die Repräsentation der Bewertung eine Farbskala oder eine auf einer Anzahl ein geschalteter Leuchtdioden basierende Skala verwendet wird. Dadurch wird in einfacher und direkt erkennbarer Weise ein optischer Hinweis an einen Nutzer gegeben, ob einer Nutzung des Verbrauchers gerade vorteilhaft ist oder nicht. Die Be wertung repräsentiert dabei die von der Steckdose errechnete Einschätzung, ob eine Nutzung des Verbrauchers beispielsweise möglichst viel Strom nutzen würde, der aktuell durch einen dezentralen Energieerzeuger wie eine PV-Anlage erzeugt wird, ob die Nutzung beispielsweise die gespeicherte Kapazität ei ner Haus-Batterie überschreiten würde oder wieviel extern zu beziehender Strom dafür nötig wäre. Die Anzeige ist dabei vorteilhaft gerätebezogen, kann also unterschiedliche Resul tate für große Verbraucher wie den Wäschetrockner und kleine re Verbraucher haben.

- Die Kommunikationseinrichtung kann beispielsweise auf der Powerline-Communication (PLC) , also auf einem Datenaustausch über die angeschlossenen Stromleitungen basieren oder sie kann ausgestaltet sein, eine Datenverbindung nach einem WiFi- Standard zu verwenden. Powerline Communication ist bei einer Steckdose vorteilhaft, da der Anschluss an die Stromleitung implizit geschieht. Der WiFi-Standard wird von nahezu allen modernen Geräten verwendet und unterstützt.

- Die Steckdose kann ausgestaltet sein zur Speicherung eines Prioritätswerts, wobei bei der Bestimmung der Bewertung der Prioritätswert mitverwendet wird. Dieser Prioritätswert kann vom Nutzer einstellbar sein, beispielsweise über eine Bedien möglichkeit an der Steckdose selbst oder über Software, die auf einem anderen Datenverarbeitungsgerät läuft. Der Priori tätswert kann in der Weise bei der Ermittlung der Bewertung berücksichtigt werden, dass eine hohe Priorität signalisiert, dass eine an der Steckdose angeschlossene Last bevorzugt ver wendet werden soll, also Vorrang vor anderen Verbrauchern ha ben soll. Dadurch wird ermöglicht Präferenzen des Nutzers zu sätzlich zu den rein physikalischen Daten zu berücksichtigen.

- Die Steckdose kann ausgestaltet sein für den Datenaustausch mit weiteren Steckdosen derselben Art. Dadurch kann bei spielsweise ein Abgleich der eingestellten Prioritätswerte erfolgen, um eine verbesserte Abwägung der Nutzerpräferenzen zu erreichen.

- Die Steckdose kann ausgestaltet sein zur Versendung der Be wertung an ein weiteres Datenverarbeitungsgerät wie bei spielsweise einen Tablet-PC oder ein Smartphone oder einen Cloud-Server . Damit ist eine Darstellung einer Repräsentation der Bewertung ähnlich zur Darstellung mittels der Einrichtung zur optischen Darstellung auf dem weiteren Datenverarbei tungsgerät möglich.

- Die Steckdose kann ausgestaltet sein, Verbrauchsdaten zur Verbraucher von einem anderen Gerät, beispielsweise einem Energiespeicher zu empfangen.

Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren zu entnehmen. Dabei zeigen schematisch

Figur 1 eine Ansicht einer Feedback-Steckdose mit einer An- zeige-LED, Figur 2 ein Hausnetzwerk mit einer Photovoltaik-Anlage, einem Batteriespeicher und zwei über jeweils eine Feedback- Steckdose an das Hausnetzwerk angeschlossene Verbraucher.

Figur 1 zeigt eine vereinfachte Vorderansicht auf eine Feed back-Steckdose 22, 24, 34. Die Feedback-Steckdose 22, 24, 34 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine deutsche Schuko- Steckdose nach CEE 7/3 für die Stromversorgung mit dem übli chen Wechselspannungsnetz bei 50 Hz und 220V. Es versteht sich, dass die Erfindung aber auch auf alle anderen Steckdo sensysteme anwendbar ist.

Die Feedback-Steckdose 22, 24, 34 umfasst den bei solchen Steckdosen üblichen Rahmen und einen Einsteckbereich für ei nen passenden Stecker. Darüber hinaus weist die Feedback- Steckdose 22, 24, 34 eine Mikroprozessorschaltung 32 auf, die neben einem Mikroprozessor einen Datenspeicher, einen

Stromsensor und eine WiFi-Schnittstelle umfasst. Der

Stromsensor ist mit den elektrischen Leitungen verbunden, an die die Feedback-Steckdose 22, 24, 34 angeschlossen ist und kann den durch die Feedback-Steckdose 22, 24, 34 fließenden Strom messen. Dieser ist der von einer oder mehreren ange schlossenen Lasten gezogene Strom. Über die bekannte Spannung des Netzes kann der Mikroprozessor so die von der angeschlos senen Last benötigte Leistung und über die Zeit die benötigte Gesamtenergie berechnen. Diese kann vom Mikroprozessor leicht auf abgeschlossene Arbeitsvorgänge der Last aufgeteilt wer den, wenn die Arbeitsvorgänge durch ausreichende Zeiten ohne Strombedarf getrennt sind. Bei typischen Verbrauchern wie Waschmaschine, Trockner und Spülmaschine ist das der Fall.

Der Datenspeicher der Feedback-Steckdose 22, 24, 34 wird vom Mikroprozessor verwendet, um Leistungsdaten und Gesamtener giedaten zu speichern. So kann auch mit der Zeit eine Verbes serung der vorhandenen Daten erzielt werden, indem die ermit telten Werte für die Gesamtenergie eines Arbeitsvorgangs oder beispielsweise die maximale Leistung des Verbrauchers aus den Daten einer längeren Zeitspanne bestimmt werden. Die Feedback-Steckdose 22, 24, 34 umfasst ein Leuchtelement 30, das in diesem Beispiel eine RGB-Leuchtdiode ist. Das Leuchtelement 30 besteht also aus drei einzelnen Leuchtdioden in blauer, grüner und roter Farbe und kann daher weitgehend die Farben des Spektrums darstellen, insbesondere auch gelb.

Die WiFi-Schnittstelle der Feedback-Steckdose 22, 24, 34 er laubt die Verbindung mit einem Smartphone oder Tablet-PC oder Netzwerk-PC, worüber die Feedback-Steckdose 22, 24, 34 konfi guriert werden kann. Darüber kann beispielsweise ein Priori tätswert für den an der Feedback-Steckdose 22, 24, 34 ange schlossenen Verbraucher in der Feedback-Steckdose 22, 24, 34 gespeichert werden. Dieser Prioritätswert wird für die Anzei ge mittels des Leuchtelements 30 berücksichtigt.

Figur 2 zeigt ein beispielhaftes Gebäude 10, das ein elektri sches Netzwerk aufweist. Das Gebäude 10 ist über eine An schlussstelle 14, an der beispielsweise ein elektrischer Ver teiler angeordnet ist, mit dem örtlichen Versorgungsnetzwerk 12 verbunden. Das örtliche Versorgungsnetzwerk 12 ist bei spielsweise ein 400 V-Drehstromnetzwerk . Innerhalb des Gebäu des 10 ist das Stromnetz als einphasiges Stromnetz fortge setzt und weist viele Abzweige 20 zu Steckdosen und direkt angeschlossenen Verbrauchern auf.

Das Gebäude 10 umfasst weiterhin eine Photovoltaik-Anlage 16, die über einen Wechselrichter mit dem Stromnetz verbunden ist. Ferner ist ein Batteriespeicher 18 vorhanden, der eben falls über einen Wechselrichter mit dem Stromnetz im Gebäude 10 verbunden ist.

In dem beispielhaften Gebäude 10 sind die Geräte mit dem Stromnetz verbunden, das Wechselspannung bei 220 V verwendet. Es ist auch möglich, dass neben diesem Stromnetz ein Gleich stromnetzwerk vorhanden ist, das eine direktere Verbindung von Batteriespeicher 18 und Photovoltaik-Anlage 16 erlaubt. Auch dieses Gleichstromnetzwerk kann Feedback-Steckdosen auf- weisen, die dann voraussichtlich nicht nach CEE 7/3 aufgebaut sind .

Das Stromnetz im Gebäude 10 ist weiterhin verbunden mit einer ersten Feedback-Steckdose 22, einer zweiten Feedback- Steckdose 24 und einer dritten Feedback-Steckdose 34. An die erste Feedback-Steckdose 22 ist eine Waschmaschine 26 ange schlossen, an die zweiten Feedback-Steckdose 24 ist ein Wä schetrockner 28 angeschlossen und an die dritte Feedback- Steckdose 34 ist eine Spülmaschine 36 angeschlossen.

Die Feedback-Steckdosen 22, 24, 34 treten mittels der WiFi- Schnittstelle in Datenverbindungen mit der Photovoltaik- Anlage 16 und dem Batteriespeicher 18. Über diese Datenver bindung empfangen die Feedback-Steckdosen 22, 24, 34 Daten zur Verfügbarkeit von dezentral erzeugtem Strom, also solchem aus der Photovoltaik-Anlage 16. Zur Mittagszeit kann die Pho- tovoltaik-Anlage 16 in diesem Beispiel eine hohe Leistung liefern, die auch für den Betrieb der Waschmaschine 26 aus reichend ist. Zu einer späteren Tageszeit reicht die Leistung nicht mehr vollständig für den Betrieb der Waschmaschine 26 aus. Weiterhin empfangen die Feedback-Steckdosen 22, 24, 34 Daten von dem Batteriespeicher 18 über seinen Füllstand.

Aus den erhaltenen Daten sowie einem gespeicherten Priori tätswert errechnet jede der Feedback-Steckdosen 22, 24, 34 eine Bewertung des Betriebs für den jeweils angeschlossenen Verbraucher. Eine Repräsentation der Bewertung wird sodann durch das Leuchtelement 30 gegeben, beispielsweise als rotes, gelbes oder grünes Leuchten. Es versteht sich, dass die Be wertung durch den Mikroprozessor im Detail verschiedene Aus gestaltungen annehmen kann. So kann die Bewertung und die An steuerung des Leuchtelements 30 auf Basis einer Fallabfrage stattfinden, bei dem anhand eines Entscheidungsbaumes festge legt wird, welche Farbe anzuzeigen ist. Beispielsweise kann für die Feedback-Steckdosen 22, 24, 34 mit einem hohen Prio ritätswert durch den Entscheidungsbaum festgelegt sein, dass bei hoher Priorität stets grün oder gelb und bei niedriger Priorität grün, gelb oder rot erlaubt sind. Ferner kann fest gelegt sein, dass bei einem Energievorrat im Batteriespeicher 18, der mehr beträgt als 1,5 mal der Verbrauch eines Arbeits vorgangs des Verbrauchers, stets grünes Licht erscheint.

In anderen Ausgestaltungen kann aus den vorliegenden Daten eine Wertzahl per Formel errechnet werden. Diese Wertzahl ist dann dem Prinzip nach kontinuierlich, kann also in einem the oretisch erreichbaren Bereich alle Werte annehmen. Sodann wird die Lichtfarbe aus der Wertzahl bestimmt. Dies kann bei spielsweise durch Wertzahl-Schwellwerte oder durch eine kon tinuierliche Funktion erfolgen, die bei einer RGB-Leuchtdiode zu einem kontinuierlichen Übergang zwischen grün, gelb und rot führt.

Im vorliegenden Beispiel sollen die Energiereserven nicht hoch sein, d.h. der Batteriespeicher 18 ist nur teilweise be laden und die Photovoltaik-Anlage kann aktuell keinen erheb lichen Strom liefern. Ferner soll die dritte Feedback- Steckdose 34, an der die Spülmaschine 36 angeschlossen ist, einen hohe Prioritätswert zugewiesen bekommen haben. Die ers te und zweite Feedback-Steckdose 22, 24, an denen die Wasch maschine 26 und der Trockner 28 angeschlossen sind, sollen hingegen einen niedrigen Prioritätswert zugewiesen bekommen haben .

In diesem Fall bestimmt der Mikroprozessor der Feedback- Steckdosen 22, 24, 34 eine Bewertung, die zu einer Anzeige von grünem Licht in der dritten Feedback-Steckdose 34 führt, da diese einen hohen Prioritätswert hat. Bei dem hohen Prio ritätswert wird in diesem Ausführungsbeispiel das nötige Da zunehmen von Strom aus dem Versorgungsnetzwerk 12 nicht als wichtig eingestuft und deshalb trotz der Daten von der Photo voltaik-Anlage 16 und dem Batteriespeicher 18 grünes Licht angezeigt. Der Nutzer kann daher davon ausgehen, dass der Be trieb der Spülmaschine jetzt vorteilhaft ist. Zu diesem Zeitpunkt zeigt die erste Feedback-Steckdose 22 ein gelbes Licht, da sie einen geringen Prioritätswert zugewiesen hat und der Energiebedarf für einen Arbeitsvorgang der Wasch maschine 26 zu einer mittleren Bewertung führt.

Ebenfalls zu diesem Zeitpunkt zeigt die zweite Feedback- Steckdose 22 ein rotes Licht, da sie einen geringen Priori tätswert zugewiesen hat und der Energiebedarf des Trockners 28 für einen Arbeitsvorgang hoch ist und somit zu einer ins gesamt niedrigen Bewertung führt.

Nach dem Durchlaufen eines Spülvorgangs der Spülmaschine 36 ist der Batteriespeicher 18 nahezu entleert. Der mit einem Waschgang verbundene Energieaufwand der Waschmaschine 26 führt nun in Verbindung mit dem weiterhin niedrigen Priori tätswert zu einer zu rot gewechselten Lichtanzeige, die dem Nutzer mitteilt, dass die Verwendung der Waschmaschine aktu ell unvorteilhaft wäre, da ein Betrieb aus der Photovoltaik- Anlage 16 oder dem Batteriespeicher 18 nicht möglich ist.

Zu einem späteren Zeitpunkt, an dem die Photovoltaik-Anlage 16 eine hohe Leistungsabgabe hat, erscheint bei allen Feed back-Steckdosen 22, 24, 34 ein grünes Licht, da nun für alle Verbraucher genügend Energie zur Verfügung steht. Beträgt die installierte Leistung der Photovoltaik-Anlage 16 nur bei spielsweise 4 kW, kann aber bei Betrieb des Trockners 28 ein Großteil der Leistung der Photovoltaik-Anlage 16 bereits in Verwendung sein. In diesem Fall kann es sein, dass die Feed back-Steckdose 22 für die Waschmaschine 26 wieder rotes Licht anzeigt, da die Leistungsreserve gering ist und der Priori tätswert niedrig. Bezugs zeichenliste

10 Gebäude

12 Versorgungsnetzwerk

14 Elektrischer Verteilter

16 Photovoltaik-Anlage

18 Batteriespeieher

20 Abzweige

22, 24, 34 Feedback-Steckdosen

26 Waschmaschine

28 Trockner

30 Leuchtelernent

32 Mikroprozessor-Einrichtung

36 Spülmaschine