Verfahren zum Validieren eines elektrischen Energiesystems

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Validieren eines elektrischen Energiesystems in einem Gebäude sowie ein elektrisches System. Insbesondere soll ein elektrisches Verschaltungsmuster des elektrischen Energiesystems überprüft werden.

Die deutsche Patentanmeldung Nr. DE 10 2018 206 214 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Energieversorgungssystems in einem Gebäude. Das System umfasst eine Regel- oder Steuereinrichtung, die Messwerte empfängt und den Betriebszustand des Systems regelt und/oder steuert. Eine solche Regel- oder Steuereinrichtung wird auch als EMS („Energy Management System“) bzw. HEMS („Home Energy Management System“) bezeichnet.

Wenn ein elektrisches Energiesystem in einem Gebäude neu installiert wird bzw. Änderungen an einem bestehenden Energiesystem vorgenommen werden, muss bei der (Wieder-) Inbetriebnahme des Energiesystems ein elektrisches Verschaltungsmuster des Energiesystems in einer Steuervorrichtung des Energiesystems konfiguriert werden. Ein unvollständiges oder fehlerhaftes Verschaltungsmuster kann zu Fehlern beim Betreiben des elektrischen Energiesystems führen. Daher muss das Verschaltungsmuster in der Regel überprüft werden, was in der Praxis jedoch sehr aufwändig und zum Teil auch fehleranfällig sein kann. Daher besteht ein Bedürfnis, eine automatische bzw. geführte Validierung eines elektrischen Energiesystems durchzuführen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Probleme zu überwinden und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Validieren eines elektrischen Energiesystems anzugeben. Ferner soll ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes elektrisches Energiesystem mit einer Steuereinrichtung (HEMS) bereitgestellt werden.

Die Steuereinrichtung kann Betriebszustände bzw. Betriebsparameter des elektrischen Energiesystems bzw. einzelner Komponenten des Energiesystems erfassen bzw. regeln und/oder steuern. Die Steuereinrichtung kann je nach Funktion auch als Regeleinrichtung betrachtet werden. Im Folgenden wird die Steuereinrichtung auch als „HEMS“ bezeichnet. Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Validieren eines elektrischen Energiesystems nach Anspruch 1 sowie durch ein elektrisches Energiesystem nach Anspruch 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der angehängten Zeichnungen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

Ein Ziel des Verfahrens ist es, die Positionierung der Komponenten im elektrischen Energiesystem bzw. im elektrischen Verschaltungsmuster des Energiesystems durch optimierte Testverfahren automatisch zu bestimmen. Ferner soll eine Abweichung zwischen einem tatsächlich verbauten Verschaltungsmusters zu einem vorgegebenen bzw. durch einen Benutzer ausgewählten Verschaltungsmuster erkannt werden.

Ein Verschaltungsmuster beschreibt eine Anordnung verschiedener Komponenten des elektrischen Energiesystems sowie deren relative Position und Verbindungen untereinander. Graphisch kann das Verschaltungsmuster insbesondere schematisch durch entsprechende Symbole für Komponenten und Linien für Verbindungen dargestellt werden.

Beispielhafte Komponenten des Energiesystems sind elektrische Erzeuger, wie z.B. eine PV-Anlage und/oder eine Brennstoffzelle, die elektrische Energie bereitstellen. Eine PV- Anlage bzw. Brennstoffzelle weist typischerweise einen (steuerbaren) Wechselrichter auf, um Wechselstrom an ein Hausnetz des Gebäudes bereitzustellen.

Ferner kann das Energiesystem regelbare Verbraucher aufweisen, wie z.B. eine Wärmepumpe, eine elektrische Heizvorrichtung und/oder ein elektrisches Fahrzeug bzw. dessen Ladestation, die auch als Wallbox bezeichnet wird. Die elektrische Heizvorrichtung kann beispielsweise ein Heizstab der Wärmepumpe zum Erhitzen von Wasser sein. Der Heizstab kann die Wärmepumpe insbesondere bei sehr niedrigen Außentemperaturen unterstützen. Der Begriff „regelbarer Verbraucher“ umfasst auch Verbraucher, die lediglich steuerbar sind. Ein ortsfest im Gebäude aufgestellter elektrischer Energiespeicher, der z.B. eine Batterie oder einen Akku aufweist, kann ebenfalls als regelbarer Verbraucher aufgefasst werden, da der Energiespeicher beim Laden Energie verbraucht und Parameter wie Zeitpunkt, Zeitraum, Ladeleistung usw. von der Steuereinrichtung HEMS bestimmt werden können. Außerdem kann der Energiespeicher auch als regelbarer Erzeuger aufgefasst bzw. betrieben werden, da er insbesondere in Abhängigkeit von Regel- oder Steuersignalen vom HEMS gespeicherte Energie bereitstellen kann.

Darüber hinaus umfasst ein elektrisches Energiesystem eine Vielzahl nicht steuerbarer Verbraucher, wie z.B. elektrische Haushaltsgerät, elektrisches Licht und dergleichen. Der jeweilige Betriebszustand eines nicht steuerbaren Verbrauchers kann vom HEMS nicht direkt beeinflusst werden.

Die elektrischen Leitungen für elektrischen Strom bzw. elektrische Spannung können zusammenfassend als Hausnetz bezeichnet werden. Das Anschließen von Verbrauchern erfolgt beispielsweise über Steckdosen, die mit dem Hausnetz verbunden sind.

Ferner umfasst das elektrische Energiesystem einen Netzanschlusspunkt, über den elektrische Energie aus einem öffentlichen Netz entnommen bzw. lokal erzeugte Energie ins öffentliche Netz eingespeist werden kann. Die relative Position des Netzanschlusspunkts in Bezug auf die anderen Komponenten wird vom Verschaltungsmuster beschrieben.

Außerdem umfasst das elektrische Energiesystem mindestens eine Messeinrichtung, insbesondere einen elektrischen Stromzähler zum Messen eines elektrischen Stroms bzw. eines Energieverbrauchs, einer Leistungsaufnahme, einer Energieerzeugung oder einer Leistungsabgabe. Beispielsweise können am Netzanschlusspunkt und/oder an anderen Knotenpunkten des elektrischen Energiesystems Stromzähler angeordnet sein. Insbesondere können z.B. der Verbrauch eines regelbaren Verbrauchers und/oder die Stromerzeugung eines lokalen Energieerzeugers (z.B. PV-Anlage) jeweils durch gesonderte Zähler erfasst werden. In bevorzugten Ausführungen kann das Energiesystem eine Vielzahl von Messeinrichtungen aufweisen. In der folgenden Beschreibung können die Begriffe Messeinrichtung, Stromzähler und Zähler synonym verwendet werden. Die zentrale Steuereinrichtung (HEMS) dient zum Regeln und/oder Steuern des Energiesystems, insbesondere des mindestens einen regelbaren Verbrauchers und/oder des mindestens einen Energiespeichers und/oder des mindestens einen Erzeugers.

Ferner erfasst die Steuereinrichtung Messwerte der Stromzähler. Die Steuereinrichtung kann zudem eine Mensch-Maschine-Schnittstelle aufweisen, über die ein Benutzer Eingaben machen kann und Ausgaben ablesen kann. Hierzu kann die Steuereinrichtung eine Anzeigevorrichtung und eine Eingabevorrichtung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung mit einem Netzwerk verbunden sein, so dass Eingaben und/oder Ausgaben z.B. über eine App oder einen Browser oder dergleichen auf einem Endgerät (z.B. Laptop oder Smartphone oder dergleichen) des Benutzers vorgenommen werden können.

Im Folgenden werden einzelne Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, die einzeln, nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt werden können. Nicht alle Schritte sind wesentlich zum Lösen der erfindungsgemäßen Aufgabe, so dass einzelne Schritte auch weggelassen werden können.

In einem ersten Schritt wird ein Verschaltungsmuster des elektrischen Energiesystems vorgegeben. Das Verschaltungsmuster kann beispielsweise durch den Benutzer vorgegeben werden.

Das Vorgeben kann vorzugsweise automatisch erfolgen. Beispielsweise kann das HEMS in Abhängigkeit automatisch erkannter Komponenten ein Verschaltungsmuster vorgeben bzw. einen Vorschlag an den Benutzer ausgeben, der den Vorschlag entweder akzeptieren oder ablehnen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann das Vorgeben des Verschaltungsmusters interaktiv mit dem Benutzer erfolgen. Hierzu wird zunächst eine Mensch-Maschine- Schnittstelle gestartet, die eine graphische Benutzeroberfläche aufweisen kann, die z.B. über einen Browser oder eine App in einem Endgerät des Benutzers ausgeführt wird, oder über eine Anzeigeeinrichtung des HEMS. Anschließend kann eine Aufforderung an den Benutzer ausgegeben werden, das Verschaltungsmuster mittels einer Eingabe oder einer Vielzahl von Eingaben zu spezifizieren. Die Eingabe kann beispielsweise durch Auswählen aus einer Liste möglicher Verschaltungsmuster erfolgen und/oder interaktiv und vorzugsweise iterativ durch das Beantworten einer Reihe von Fragen.

Insbesondere kann das HEMS eine Serie von Abfragen an den Benutzer ausgeben, so dass der Benutzer eine Serie von Eingaben vornehmen kann. Hierbei kann beispielsweise das Vorhandensein konkreter Komponenten und/oder deren Anzahl und/oder deren relative Anordnung zu anderen Komponenten einzeln der Reihe nach abgefragt werden. In Abhängigkeit der Eingaben des Benutzers kann dann eine eingeschränkte Auswahl möglicher Verschaltungsmuster vorgeschlagen werden oder es kann ein einziges passendes Verschaltungsmuster bestimmt werden. Die Serie von Abfragen kann iterativ angelegt sein, so dass jede einzelne Abfrage einen Einfluss auf eine folgende Abfrage bzw. Auswahlmöglichkeit haben kann.

Anschließend kann das HEMS in Abhängigkeit der Eingaben des Benutzers ein passendes Verschaltungsmuster bestimmen und vorgeschlagen bzw. vorgeben.

Die Eingaben des Benutzers können beispielsweise durch Auswählen einzelner Komponenten in angezeigten Listen oder graphischen Oberflächen erfolgen. Ferner kann der Benutzer eines Auswahl aus einer Vielzahl vorgegebener Verschaltungsmuster treffen. Hierbei kann das HEMS in Abhängigkeit bereits erkannter Komponenten eine Vorauswahl treffen, um dem Benutzer die Auswahl zu erleichtern, wobei das HEMS eine Vielzahl möglicher Verschaltungsmuster anzeigen kann.

Das automatische Erkennen von Komponenten kann durch Erfassen mindestens eines Signals von mindestens einer Komponente des elektrischen Energiesystems erfolgen. Das Signal kann beispielsweise drahtlos von der Komponente übertragen und vom HEMS empfangen werden. Alternativ kann das Signal auch drahtgebunden übertragen werden. Beispielsweise kann das Herstellen einer Steckverbindung zwischen einer Steuerleitung einer Komponente mit dem HEMS automatisch erkannt werden. Das HEMS kann die mindestens eine Komponente vorzugsweise anhand des erfassten Signals erkennen. Insbesondere erkennt das HEMS eine Bauart und/oder einen Gerätetyp der Komponente. Ferner kann dabei schon ein Betriebszustand der Komponente erfasst werden.

Das Validieren des elektrischen Energiesystems umfasst einen Schritt des Versetzens des elektrischen Energiesystems in einen ersten Betriebszustand durch Ansteuern mindestens einer ersten Komponente. Dann erfasst das HEMS mindestens einen Messwerts im ersten Betriebszustand. Der Messwert kann insbesondere von einem Stromzähler erzeugt und an das HEMS übertragen werden. Anschließend führt das HEMS eine Plausibilitätsprüfung in Abhängigkeit des mindestens einen Messwerts und des vorgegebenen Verschaltungsmusters durch. Im Rahmen der Plausibilitätsprüfung wird geprüft, ob der erfasste Messwert plausibel mit dem vorgegebenen Schaltungsmuster ist.

Ansteuern einer Komponente kann vorzugsweise umfassen, dass eine vorgegebene Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe durch die Komponente bewirkt wird. Diese eingestellte Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe kann beispielsweise durch eine entsprechende Änderung eines Messwerts an einer der Messeinrichtungen erfasst und mit dem vorgegebenen Wert verglichen werden. Hieraus können unter anderem Informationen über die relative Position der Komponente im Vergleich zur Messeinrichtung sowie im Vergleich zu anderen Komponenten ermittelt werden. Ferner kann das korrekte Funktionieren der Komponente und deren Ansteuerung validiert werden.

In Abhängigkeit des Ergebnisses der Plausibilitätsprüfung gibt das HEMS ein Signal aus. Das Signal ist beispielsweise eine Meldung, die an den Benutzer ausgegeben wird, beispielsweise über die Mensch-Maschine-Schnittstelle. Die Meldung kann angeben, ob das Verschaltungsmuster plausibel ist oder nicht. Die Meldung kann somit insbesondere eine Erfolgsmeldung oder eine Fehlermeldung sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung umfasst der Schritt des Ausgebens des Signals das Ausgeben einer Meldung an den Benutzer mit einem Vorschlag für ein alternatives Verschaltungsmuster in Abhängigkeit des Ergebnisses der Plausibilitätsprüfung, wobei das alternative Verschaltungsmuster eine andere Anordnung der Vielzahl von Komponenten des elektrischen Energiesystems und deren relative Position und Verbindungen beschreibt.

Insbesondere wenn die Plausibilitätsprüfung ergibt, dass das vorgegebene Verschaltungsmuster mit dem erfassten Messwert nicht plausibel ist, kann der Vorschlag für ein alternatives, plausibles Verschaltungsmuster ausgegeben werden. Der Benutzer kann dann den Vorschlag durch eine entsprechende Eingabe annehmen. Anschließend kann vorzugsweise eine erneute Validierung durchgeführt werden.

Die Ausgabe des Signals kann auf verschiedene Weise erfolgen. Insbesondere kann das Signal in Form einer Nachricht an ein Endgerät eines Benutzers und/oder Betreibers des Energiesystems übertragen werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Signal als Hinweis auf einer Anzeigeeinrichtung am HEMS oder in der Nähe des HEMS angezeigt werden. Weiter zusätzlich oder alternativ kann es sich bei dem Signal um ein Regelsignal oder Steuersignal handeln, welche das HEMS an eine Komponente des Energiesystems ausgegeben kann, insbesondere um einen regelungstechnischen Eingriff vorzunehmen und/oder um einen Betriebszustand des Energiesystems zu ändern.

Vorzugsweise kann das ausgegebene Signal eine Fehlermeldung an einen Benutzer und/oder Betreiber des Energiesystems umfassen. Insbesondere kann die Fehlermeldung auf ein mobiles Endgerät des Benutzers und/oder Betreibers ausgegeben werden. Die Fehlermeldung kann beispielsweise anzeigen, dass die Validierung ergeben hat, dass das vorgegebene Verschaltungsmuster nicht plausibel mit den erfassten Messwerten ist.

Die Validierung kann einen weiteren Schritt umfassen, bei dem das elektrische Energiesystem durch Ansteuern der ersten Komponente und/oder durch Ansteuern einer zweiten Komponente in einen zweiten Betriebszustand versetzt wird, wobei im zweiten Betriebszustand mindestens ein weiterer Messwerts erfasst wird.

Die Plausibilitätsprüfung kann entsprechend in Abhängigkeit des ersten Messwerts im ersten Betriebszustand und in Abhängigkeit des zweiten Messwerts im zweiten Betriebszustand durchgeführt werden. Die Plausibilität des vorgegebenen Verschaltungsmusters kann somit noch genauer geprüft werden, insbesondere dann, wenn mehrere Verschaltungsmuster mit dem Messwert nur des ersten Betriebszustands plausibel sind. Infolgedessen kann die Anzahl möglicher plausibler Verschaltungsmuster reduziert werden.

Ein bevorzugtes elektrisches Energiesystem weist einen regelbaren Verbraucher als erste Komponente und einen entsprechenden Stromzähler zum Messen eines Verbrauchs des regelbaren Verbrauchers auf. Entsprechend kann das HEMS die erste Komponente durch Übertragen eines Leistungsabnahme-Befehls an den regelbaren Verbraucher ansteuern. Der Leistungsabnahme-Befehl kann eine Leistungsabnahme (bzw. Leistungsaufnahme des Verbrauchers) gleich null oder größer als null vorgeben. Ein Leistungsabnahme-Befehl gleich null kann auch als Abschaltbefehl bezeichnet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann der mindestens eine Messwert durch Empfangen des gemessenen Verbrauchs des regelbaren Verbrauchers vom Stromzähler erfasst werden und die Plausibilitätsprüfung kann durch Vergleichen des gemessenen Verbrauchs mit dem übertragenen Leistungsabnahme-Befehl durchgeführt werden.

Ein bevorzugtes elektrisches Energiesystem weist einen regelbaren elektrischen Energiespeicher und/oder Erzeuger als erste oder zweite Komponente und einen entsprechenden Stromzähler zum Messen einer Abgabe elektrischer Leistung des Energiespeichers oder Erzeugers auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann das HEMS die erste Komponente durch Übertragen eines Leistungsabgabe-Befehls an den Energiespeicher und/oder Erzeuger ansteuern. Das HEMS erfasst den mindestens einen Messwert durch Empfangen der gemessenen Abgabe des Energiespeichers und/oder Erzeugers vom Stromzähler und führt die Plausibilitätsprüfung durch Vergleichen der gemessenen Abgabe mit dem übertragenen Leistungsabgabe-Befehl durch.

In einem bevorzugten Verfahren erfasst das HEMS einen ersten Messwert von einem ersten Stromzähler am Netzanschlusspunkt (NAP), über den elektrische Energie aus einem öffentlichen Stromnetz bezogen und/oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. Ferner kann das HEMS mindestens einen zweiten Messwert von mindestens einem zweiten Stromzähler erfassen. Der mindestens eine zweite Stromzähler misst beispielsweise einen Verbrauch eines regelbaren Verbrauchers, und/oder eine Leistungsabgabe eines Energiespeichers und/oder eine Leistungsabgabe eines Erzeugers.

Außerdem kann das HEMS einen Verbrauch nicht steuerbarer Verbraucher in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert bestimmen. Die Plausibilitätsprüfung kann entsprechend in Abhängigkeit des ersten Messwerts, des zweiten Messwerts und des vorgegebenen Verschaltungsmusters durchgeführt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung umfasst das Verfahren einen Schritt des Übertragens von Daten vom HEMS an eine Cloud oder einen Server. Die Cloud oder der Server können geographisch entfernt vom Gebäude mit dem Energiesystem angeordnet sein. Die Daten können in der Cloud bzw. in einer Speichereinrichtung des Servers gespeichert werden, um beispielsweise für eine Auswertung verwendet zu werden. Die Cloud oder der Server können die Datensätze auswerten, insbesondere um die Plausibilitätsprüfung durchzuführen.

In Abhängigkeit der Ergebnisse der Berechnungen kann ein Signal durch die Cloud oder den Server ausgegeben werden, beispielsweise an das mobile Endgerät des Benutzers oder Betreibers des Energiesystems. Das mobile Endgerät kann das Signal insbesondere über eine Internetverbindung empfangen.

Das elektrische Energiesystem kann ferner mindestens eine erneuerbare Energiequelle wie zum Beispiel eine Photovoltaikanlage (PV-Anlage) oder eine Windturbine umfassen, die konfiguriert ist, die (regelbaren und nicht steuerbaren) Verbraucher und den Energiespeicher mit Energie zu versorgen. Eine Photovoltaikanlage weist üblicherweise einen Wechselrichter auf, um den von der PV-Anlage erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Der Wechselrichter kann zum Beispiel vom HEMS gesteuert werden. Ferner kann die PV-Anlage einen gesonderten Stromzähler aufweisen, um die von der PV-Anlage erzeugte Energie zu messen. Insbesondere kann ein Teil der erzeugten Energie zum Laden des Energiespeichers verwendet werden. Ferner kann Energie von der PV-Anlage über den Netzanschlusspunkt ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Die eingespeiste Energie kann vorzugsweise über einen Zähler am Netzanschlusspunkt gemessen werden, um die Vergütung zu berechnen.

Das HEMS ist vorzugsweise konfiguriert, einige oder alle hier beschriebenen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels, auf welches die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben.

Es zeigen schematisch:

Figur 1 zeigt ein elektrisches Energiesystem in einem Gebäude gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 2 zeigt drei beispielhafte Verschaltungsmuster A, B und C.

Figur 3 zeigt ein elektrisches Energiesystem in einem Gebäude gemäß Verschaltungsmuster B.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG ANHAND VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

Bei der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems 1 in einem Gebäude. Bei dem Gebäude kann es sich insbesondere um ein Wohngebäude oder ein Bürogebäude handeln.

Das in Fig. 1 gezeigte Energiesystem 1 umfasst eine Photovoltaikanlage PV (im Folgenden auch als PV-Anlage abgekürzt), die Strahlungsenergie von der Sonne S in elektrische Energie umwandelt. Statt einer PV-Anlage oder zusätzlich zur PV-Anlage kann das Energiesystem 1 andere erneuerbare Energiequellen verwenden, wie zum Beispiel eine Windturbine und/oder eine Brennstoffzelle.

Ein Wechselrichter WR wandelt den von der PV-Anlage erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um und gibt diesen an ein internes Hausnetz 4 des Gebäudes aus. Über das Hausnetz 4 kann eine Vielzahl nicht steuerbarer Verbraucher HH, eine Wärmepumpe WP als regelbarer Verbraucher, eine Ladestation bzw. Wallbox L für ein Elektrofahrzeug EV als regelbarer Verbraucher und ein Energiespeicher BAT als regelbarer Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden.

Die durchgezogenen Linien symbolisieren hier die Stromleitungen des Hausnetzes 4 des Gebäudes. Gepunktete Linien symbolisieren Kommunikationsleitungen 5 für den Datenverkehr, insbesondere zwischen den Verbrauchern bzw. Erzeugern und dem HEMS, das als Steuereinrichtung bzw. Regeleinrichtung dient. Beispielsweise übertragen die Kommunikationsleitungen 5 Steuersignale, Regelsignale und/oder Messsignale. Die Signale dienen Beispiel zum Erfassen von Messwerten und/oder zum Steuern oder Regeln und/oder für den Datenaustausch mit einem Server 2 über ein Netzwerk, z.B. das Internet WWW, oder mit einer Cloud.

Das Hausnetz 4 des Gebäudes ist über einen Netzanschlusspunkt NAP mit einem öffentlichen Stromnetz 3 verbunden, das von einem Energieversorgungsunternehmen beziehungsweise Netzbetreiber betrieben wird. Ein Stromzähler Z misst den Energieverbrauch (Leistungsaufnahme), der vom Hausnetz 4 aus dem öffentlichen Netz 3 bezogen wird, sowie die Menge an Energie (beziehungsweise produzierte Leistung integriert über die Zeit), die vom Energiesystem 1 ins öffentliche Netz 3 eingespeist wird.

Der Stromzähler Z kann ein intelligenter Stromzähler sein, der mit dem Internet oder einem Intranet verbunden sein kann. Die Regel- oder Steuereinrichtung HEMS des Energiesystems 1 kann über die Kommunikationsleitungen 5 Messwerte vom Stromzähler Z erfassen. Ferner kann das Energiesystem 1 weitere in Fig. 1 nicht dargestellte Zähler aufweisen, wie z.B. in Fig. 2 dargestellt. Der Energiespeicher BAT dient zum Speichern elektrischer Energie und kann aus einer Vielzahl von Batterien beziehungsweise Akkus aufgebaut sein. Der Energiespeicher BAT umfasst einen nicht dargestellten Wechselrichter, der Wechselstrom aus dem Hausnetz 4 zum Laden des Energiespeichers BAT in Gleichstrom umwandelt. Ferner kann der Wechselrichter Gleichstrom vom Energiespeicher BAT in Wechselstrom für das Hausnetz 4 umwandeln.

Zum Laden des Energiespeichers BAT mit Energie von der PV-Anlage kann auch eine direkte und separate Stromleitung zwischen PV-Anlage und Energiespeicher BAT vorgesehen sein, so dass ein Wandeln zwischen Gleichstrom und Wechselstrom beim Laden des Energiespeichers BAT entfallen kann. Eine solche direkte Gleichstromleitung kann auch zwischen dem Energiespeicher BAT und der Ladestation L vorgesehen sein.

Ein weiterer Bestandteil des Energiesystems 1 ist ein weiterer regelbarer Verbraucher, hier exemplarisch dargestellt durch eine Wärmepumpe WP. Der Betrieb der Wärmepumpe WP kann durch das HEMS geregelt bzw. gesteuert werden. Das Energiesystem 1 kann auch weitere regelbare Verbraucher umfassen. Beispielsweise kann eine elektrische Heizeinrichtung durch das HEMS gesteuert werden. Die elektrische Heizeinrichtung kann insbesondere ein Heizstab der Wärmepumpe WP sein.

Ferner können ein Lüftungssystem und/oder eine Klimaanlage und/oder eine Nachtspeicherheizung als regelbare Verbraucher vorgesehen sein. Diese sind in Fig. 1 nicht dargestellt. Auch die Ladestation L sowie der Energiespeicher BAT können als regelbare Verbraucher betrieben werden.

Eine Vielzahl nicht steuerbarer Verbraucher HH ist am Hausnetz 4 des Gebäudes angeschlossen. Die nicht steuerbaren Verbraucher HH sind beispielsweise Haushaltsgeräte und/oder Beleuchtungsmittel oder sonstige Verbraucher, die von einem Benutzer oder Bewohner des Gebäudes ein- und ausgeschaltet werden können. In einem Bürogebäude können als nicht steuerbare Verbraucher HH beispielsweise eine Vielzahl von Computern, Druckern und/oder Kopierer vorhanden sein. Das HEMS ist über Kommunikationsleitungen 5 mit dem Wechselrichter WR der PV-Anlage, mit der Wärmepumpe WP, mit dem Energiespeicher BAT, mit dem Stromzähler Z am Netzanschlusspunkt NAP, mit der Ladestation L und über das Internet WWW mit dem Server 2 verbunden. Statt drahtgebundener Kommunikationsleitungen 5 kann (teilweise) auch eine drahtlose Kommunikation oder eine Kommunikation mittels Lichtwellenleitern zwischen dem HEMS und den genannten Komponenten des Energiesystems 1 vorgesehen sein. Ferner kann das Energiesystem 1 weitere Stromzähler aufweisen, die beispielsweise die von der PV-Anlage erzeugte Energie und/oder die von den nicht steuerbaren Verbrauchern HH verbrauchte Energie messen.

Fig. 2 zeigt drei beispielhafte Verschaltungsmuster A, B und C, die jeweils zwei Stromzähler ZI, Z2, eine Wärmepumpe WP als regelbaren Verbraucher, eine PV-Anlage als Energieerzeuger und/oder einen Energiespeicher BAT als regelbaren Verbraucher bzw. regelbare Energiequelle und eine Vielzahl nicht steuerbarer Verbraucher HH aufweisen. Ein internes Hausnetz 4 ist jeweils über einen Netzanschlusspunkt NAP mit dem öffentlichen Stromnetz 3 verbunden. Die Betriebszustände der Wärmepumpe WP sowie der PV-Anlage und/oder des Energiespeichers BAT können vom HEMS (nicht dargestellt) gesteuert bzw. geregelt werden.

Der erste Stromzähler ZI kann jeweils eine Aufnahme elektrischer aus dem öffentlichen Stromnetz 3 bzw. eine Einspeisung elektrischer Energie ins öffentliche Stromnetz 3 messen. Das Verschaltungsmuster B und C weisen jeweils einen dritten Stromzähler Z3 für die PV-Anlage bzw. den Energiespeicher BAT auf, der eine eingespeiste Energie misst.

Bei der Inbetriebnahme eines elektrischen Energiesystems 1 soll das Verschaltungsmuster validiert werden. Bekannt ist, dass das Energiesystem eine Wärmepumpe WP, einen Energiespeicher BAT und eine Vielzahl nicht steuerbarer Verbraucher HH aufweist. Diese Information kann beispielsweise durch Abfragen eines Benutzers erfasst werden, der entsprechende Eingaben machen kann. Alternativ kann das HEMS zumindest das Vorhandensein der Wärmepumpe WP, des Energiespeichers BAT und der Stromzähler Z durch entsprechende Signale automatisch erfassen. Erfasst das HEMS drei Stromzähler ZI, Z2, Z3, so kann das Verschaltungsmuster A ausgeschlossen werden. Somit muss nur noch zwischen Verschaltungsmustern B und C unterschieden werden. Zum Validieren der Anordnung der Komponenten kann nun zunächst eine erste Komponente angesteuert werden. Beispielsweise kann das HEMS einen Leistungsabgabebefehl an den Energiespeicher BAT ausgeben. Sowohl in Verschaltungsmuster B als auch Verschaltungsmuster C erfasst das HEMS ein Signal vom Zähler Z3. Die Signale der Zähler ZI und Z2 hängen jedoch vom Betriebszustand der Wärmepumpe WP ab. Um zwischen Verschaltungsmustern B und C zu unterscheiden kann das HEMS in einem nächsten Schritt einen Leistungsaufnahmebefehl an die Wärmepumpe WP ausgeben.

Durch Vergleichen der Messwerte der Zähler ZI, Z2 und Z3 kann somit zwischen Verschaltungsmustern B und C unterschieden werden. Ferner kann ein Verbrauch der nicht steuerbaren Verbraucher HH berechnet werden und mit einem vorgegebenen Bereich verglichen werden, um die Plausibilität zu validieren.

In einem weiteren Schritt kann die Wärmepumpe WP vom HEMS angesteuert werden, indem das HEMS einen Leistungsaufnahmebefehl ausgibt. Infolgedessen zeigt entweder der Zähler ZI (Verschaltungsmuster A oder C) oder der Zähler Z2 (Verschaltungsmuster B) eine um die von der Wärmepumpe WP aufgenommene Leistung von einigen Kilowatt erhöhte Leistungsaufnahme. Zeigt nur Zähler Z2 die Leistungsaufnahme der Wärmpumpe, so können Verschaltungsmuster A und C ausgeschlossen werden.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung von Fig. 1 gemäß dem Verschaltungsmuster B mit drei Zählern ZI, Z2, Z3, einer Wärmepumpe WP, einem Energiespeicher BAT und einer Vielzahl nicht steuerbarer Verbraucher.

Vorzugsweise kann eine automatische Validierung der angeschlossenen Komponenten des Energiesystems 1 vom HEMS durchgeführt werden. Das HEMS kann dabei als Teil einer der angeschlossenen Komponenten, als separate funktionelle Einheit und/oder in der Cloud bzw. im Server 2 implementiert sein.

Vor oder während der Inbetriebnahme des Energiesystems 1 oder wenn eine Änderung und Neu-Inbetriebnahme des Energiesystems 1 durchgeführt wird, kann ein Benutzer in einem Verfahrensschritt eine Eingabe zum Vorgeben des Verschaltungsmusters vornehmen oder es kann eine, insbesondere drahtlose, Übermittlung des Verschaltungsmusters ans HEMS erfolgen.

Das eingestellte Verschaltungsmuster wird dann mittels dem erfindungsgemäßen Validierungsverfahren auf seine Plausibilität überprüft. Die Verfahrensschritte können lokal im HEMS abgespeichert sein oder aus der Cloud bzw. dem Server 2 übermittelt werden. Auch zulässige Ergebnisbereiche können über das Netzwerk WWW übertragen werden und/oder es kann ein Abgleich mit Ergebnisbereichen, die in einer Datenbank in der Cloud oder im Server 2 gespeichert sind, durchgeführt werden, indem Messwerte vom HEMS über das Netzwerk WWW an die Cloud oder den Server 2 übertragen werden.

In einem Schritt des Verfahrens kann das Validierungsverfahren durch das HEMS initialisiert werden. Dabei können z.B. Steuerbefehle an die Komponenten übertragen werden und es kann eine Überwachung und Analyse der resultierenden Messwerte vorgenommen werden.

Insbesondere kann eine angesteuerte Komponente eine Rückmeldung ans HEMS übermitteln, welcher Betriebszustand momentan anliegt und/oder welche Leistung momentan erzeugt oder verbraucht wird. Ferner kann erfasst werden, welche Energiemenge bisher während des Validierungsverfahren erzeugt und/oder verbraucht wurde, ob die vom HEMS empfangenen Befehle ausgeführt werden oder wurden bzw. welche Maßnahme ausgeführt wurde bzw. welcher Leistungs- und/oder Energieverbrauch sich ergeben hat. Diese und weitere Informationen können entweder von der jeweiligen Komponente an das HEMS übertragen werden und/oder das HEMS berechnet diese Informationen aus den erfassten Messwerten.

Zum Validieren des Verschaltungsmusters kann das HEMS insbesondere künstliche Bedarfsanforderungen (Leistungsaufnahme bzw. Leistungsabgabe) erzeugen. Diese Befehle können beispielsweise umfassen: eine Leistungsanforderung und/oder Abregelungsanforderung an einen Erzeuger oder Verbraucher oder Speicher BAT. Übermittlung eines SGReady-Signals an einen steuerbaren Verbraucher und gegebenenfalls Wiederholen des Übermittelns des Steuerungsbefehls Ein bevorzugtes Validierungsverfahren für ein Energiesystem mit einer PV-Anlage umfasst insbesondere einen Schritt des Übermittelns von Wetterdaten bzw. Daten zu einer Strahlungsintensität, beispielsweise aus der Cloud oder erfasst durch lokale Sensoren, einen Schritt des Berechnens einer prognostizierten Leistung der PV-Anlage über ein vorgegebenes Zeitintervall und einen Schritt des Vergleichens der tatsächlich über den Zeitintervall abgegebenen Leistung mit der berechneten Leistung.

Ein bevorzugtes Validierungsverfahren zum Überprüfen eines Stromzählers für den Verbrauch nicht steuerbarer Verbraucher (Haushaltsverbraucher) umfasst insbesondere einen Schritt des Ermittelns ob ein regelbarer Verbraucher im Verschaltungsmuster am Haushaltsstrom angeschlossen ist, siehe z.B. Verbraucher HH und Wärmepumpe WP im Verschaltungsmuster A hinter Zähler ZI. Durch Ansteuern der Wärmepumpe WP im Verschaltungsmuster A und Erfassen des Messwerts von Zähler ZI kann dann entsprechend auch der Verbrauch der nicht steuerbaren Verbraucher ermittelt werden. Durch Abschalten und Einschalten der Wärmepumpe WP im Verschaltungsmuster A können Rückschlüsse auf die Position des Zählers ZI getroffen werden.

Ein bevorzugtes Validierungsverfahren zum Validieren eines Zählers für eine Wärmepumpe WP nach §14a EnWG, siehe z.B. Z2 in Verschaltungsmuster B oder ZI in Verschaltungsmuster C umfasst insbesondere das Übermitteln eines Leistungsabnahme- Befehls an die Wärmepumpe WP und das Auslesen des Zählers und Abgleichen der abgenommenen Leistung mit dem Leistungsabnahme-BefehL

Das Validierungsverfahren kann beispielsweise voneinander abhängige Zähler ermitteln. Solche sind z.B. sequentiell verschaltete Kaskaden von Zählern, wie ZI und Z2 in Verschaltungsmuster A, ZI und Z3 in Verschaltungsmuster B sowie ZI bis Z3 in Verschaltungsmuster C. Bei einem solchen Verfahren werden die Einzelwerte der einzelnen Zähler ZI bis Z3 ermittelt und untereinander abgeglichen, um die Reihenfolge der Zähler zu ermitteln.

Falls das Verschaltungsmuster erfolgreich validiert wurde kann das elektrische Energiesystem 1 in Betrieb genommen werden. Falls dagegen die Validierung nicht erfolgreich war, kann eine Fehlermeldung ausgegeben werden, die zusätzlich einen Vorschlag für ein ermitteltes tatsächliches Verschaltungsmuster aufweisen kann. Der Benutzer bzw. Installateur des Energiesystems kann dann die Möglichkeit haben, das neu ermittelte Verschaltungsmuster zu bestätigen, so dass das Energiesystem 1 mit dem tatsächliches Verschaltungsmuster in Betrieb genommen werden kann.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.