KOPPLUNGSSYSTEM FÜR EINE HYBRIDENERGIEANLAGE

BESCHREIBUNG

Kopplunqssvstem für eine Hvbridenerqieanlaqe Die Erfindung betrifft ein Kopplungssystem für eine Hybridenergieanlage umfassend eine Wärmepumpenvorrichtung und eine Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung mit mindestens einer Kopplungseinrichtung zur Kopplung der Wärmepumpenvorrichtung und der Kraft- Wärme-Kopplungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Zudem betrifft die Erfindung ein Energietransformationssystem mit einer Wärmepumpenvorrichtung zur Er- zeugung von Wärme und/oder Kälte und einer Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung zur Erzeugung von Strom und/oder Wärme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Energietransformation mit einem Kopplungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12. Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtungen sind in der Haus- und Versorgungstechnik von Gebäuden allgemein bekannt. Diese Vorrichtungen erzeugen unter Zufuhr eines Brennstoffes, wie beispielsweise Öl oder Holz, sowohl Strom als auch Wärme. Dabei besitzen sie einen großen Gesamtwirkungsgrad, da die Wärme, die eigentlich als Nebenprodukt bei der Stromerzeugung entsteht, für die Wärmeversorgung des Gebäudes verwendet werden kann. Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtungen sind in einem breiten Leistungsbereich, von 1 kW bis 150MW elektrische Leistung, mit Gesamtwirkungsgraden von über 90% auf dem Markt vorhanden.

Weiterhin sind Wärmepumpen allgemein bekannt. Dabei handelt es sich um thermodyna- mische Maschinen, die mit einer Hilfsenergie angetrieben werden und eine Anhebung oder Absenkung der Temperatur eines Mediums realisieren können. Wärmepumpen werden sowohl als sogenannte Kältemaschinen, zum Beispiel als Kühlschrank, zur Absenkung eines Temperaturniveaus als auch als Wärmemaschinen zur Anhebung eines Temperaturniveaus verwendet. Derartige Wärmepumpen können mit einem kleinen Anteil von zuge- führter Antriebsenergie einen großen Anteil Umweltwärme auf ein nutzbares Temperaturniveau heben oder senken.

Es ist auch bekannt, Wärmepumpen reversibel einzusetzen, das heißt, die Antriebsenergie sowohl zur Anhebung eines Temperaturniveaus, beispielsweise zur Heizung oder Warm- wasser-Bereitung, als auch zur Absenkung eines Temperaturniveaus, beispielsweise zur Klimatisierung oder Kühlung, einzusetzen. Dies ist über eine Umschaltung des Kältekreislaufs, beispielsweise mittels eines 4-Wege-Ventils, möglich. Eine direkte Kombination dieser zwei Technologien, also eine Hybridenergieanlage aus einer Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung und einer Wärmepumpe, welche gleichzeitig oder prinzipiell in der Lage ist Strom, Wärme und Kälte zu erzeugen, ist bisher nicht bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche eine Kopplung für eine Wärmepumpenvorrichtung und eine Kraft-Wärme- Kopplungsvorrichtung realisiert, wobei im Verhältnis zu bereits bekannten nicht gekoppelten Anlagen ein möglichst hoher Gesamtwirkungsgrad und niedriger Ressourcenverbrauch gewährleistet werden soll. Hierbei soll weiterhin nicht nur die Abwärme des Motors der Wärmepumpe möglichst effizient genutzt werden, sondern vor allem die Umweltwärme auf ein nutzbares Temperaturniveau gehoben und/oder gesenkt werden.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 , des Patentanspruchs 10 und des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiter- bildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Kopplungssystem für eine Hybridenergieanlage, umfassend eine Wärmepumpenvorrichtung und eine Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung mit mindestens einer Kopplungseinrichtung zur Kopplung der Wärmepumpenvorrichtung und der Kraft- Wärme-Kopplungsvorrichtung, ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kopplungseinrichtung eine elektrische Kopplungseinheit und/oder eine hydraulische Kopplungseinheit aufweist, die für eine Kopplung der Wärmepumpenvorrichtung und der Kraft- Wärme-Kopplungsvorrichtung schaltbar ausgeführt sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungssystems ist vorgesehen, dass die Kopplungseinrichtung einen brennstoffbetriebenen Motor umfasst.

In einer weiterhin vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungssystems ist vorgesehen, dass die Kopplungseinrichtung ein mit dem Motor gekoppeltes Ge- triebe umfasst.

In noch einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungssystems ist vorgesehen, dass die Kopplungseinrichtung eine mit dem Getriebe gekoppelte E-Maschine umfasst, um über den Motor angetrieben eine übersetzte Kraft an bzw. von der E-Maschine zu übertragen. In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungssystems ist vorgesehen, dass die Kopplungseinrichtung einen mit dem Getriebe gekoppelten Kompressor umfasst, um eine übersetzte Kraft zu dem Kompressor zu übertragen.

In wiederum einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des vorliegenden Kopplungssystems ist vorgesehen, dass die Kopplungseinrichtung eine Steuereinrichtung zum Schalten des Kopplungssystems umfasst.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Steuereinrichtung eine Motorsteuereinheit zur Steuerung des Motors umfasst.

In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kopplungssystems ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eine Leistungselektronikeinheit zur leistungsabhängigen Regelung des Kopplungssystems umfasst.

Zudem ist in einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungssystems vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eine Schnittstelleneinheit umfasst, um einen Anschluss an weitere Bauteile zu realisieren.

Das erfindungsgemäße Energietransformationssystem mit einer Wärmepumpenvorrichtung zur Erzeugung von Wärme und/oder Kälte und einer Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung zur Erzeugung von Strom und/oder Wärme, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenvorrichtung und die Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung über mindestens ein erfindungsgemäßes Kopplungssystem miteinander gekoppelt sind.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Energietransformationssystems ist vorgesehen, dass die Wärmepumpenvorrichtung über den Kompressor und/oder das Getriebe mit dem Motor und/oder der E-Maschine schaltbar gekoppelt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Energietransformation mit einem erfindungsgemäßen Kopplungssystem, umfassend die Schritte Betreiben einer Wärmepumpenvorrichtung und Betreiben einer Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenvorrichtung und die Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung schaltbar miteinander gekoppelt sind und Energie der einen Vorrichtung für die jeweils andere Vorrichtung wahlweise bereitgestellt wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Schalten ein Umschalten zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi umfasst.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Umschalten der Betriebsmodi ein Umschalten der folgenden Betriebsarten ausgewählt aus der folgenden Gruppe umfasst: Stromerzeugung und/oder Wärmeerzeugung und/oder Kälteerzeugung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Koppeln elektrisch oder elektrisch und hydraulisch durchgeführt wird.

In einer noch weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Koppeln reversibel durchgeführt wird, sodass von einem energie- erzeugenden Betriebsmodus in einen energieverbrauchenden Betriebsmodus umgeschaltet wird

Mit dem erfindungsgemäßen Kopplungssystem, dem erfindungsgemäßen Energietransformationssystem und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Energietransformation wer- den insbesondere die folgenden Vorteile realisiert:

Durch die Kombination eines Kompressors als Teil der Wärmepumpe, eines brennstoffangetriebenen Motors und einer E-Maschine, welche sowohl als Motor als auch als Generator nutzbar ist, werden die Vorteile beider Technologien - Wärmepumpe und Kraft-Wärme- Kopplungsvorrichtung - vereint. Mit einem als Hybridenergieanlage ausgebildetem Energietransformationssystem mit einem erfindungsgemäßen Kopplungssystem kann mit nur einem einzigen Gerät Wärme, Kälte, Strom und sogar die gleichzeitige Erzeugung von Wärme, Kälte und Strom erzeugt werden. Dabei erfolgt die Optimierung des Betriebes im Hinblick auf Zielgrößen wie Primärenergieverbrauch, C0 ₂ -Ausstoß, Wirtschaftlichkeit, Angebot und Bedarf. Diese Flexibilität des Betriebes ist vorteilhaft für ein dezentrales Energiemanagement (DEM), um so Energieströme zu optimieren und an die Randbedingungen, beispielsweise einem sich verändernden Stromtarif, anzupassen. Dies kann gegebenenfalls auch für den Energieversorger wichtig sein.

Die verschiedenen Betriebsmodi sind hierbei: Einzelbetrieb der Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung mit Strom- und Wärmeerzeugung;

Kopplungsbetrieb der Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung und der brennstoffbetriebenen Wärmepumpe mit Wärme- und anteilig geringer Stromerzeugung;

- Kopplungsbetrieb der brennstoffbetriebenen Wärmepumpe mit Wärme- und Kälteerzeugung;

Kopplungsbetrieb der beispielsweise strombetriebenen Wärmepumpe mit Wärme- und Kälteerzeugung;

Gleichzeitiger Betrieb der Wärmepumpe mit Gas und Strom (Boosterfunktion)

Je nach Bedarf und Anwendungsfall kann der Fokus auf Strom-, Wärme- oder Kälteerzeugung gelegt werden.

Weiterhin ist die Leistungsmodulierung und Leistungsaddition des Motors und der E-Maschine vorteilhaft. Hierbei kann die E-Maschine den motorischen Antrieb des Kompressors der Wärmepumpe übernehmen. Dieses Prinzip würde einem Fahrzeughybrid entsprechen. Unter E-Maschine wird hier eine Elektromaschine verstanden, die sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden kann. Durch die Leistungsaddition kann ein Spitzenlastkessel, ein sogenannter Booster, entfallen. Dies ist sowohl bezüglich des benötigten Bauraumes als auch bezüglich der Investitionskosten, vor allem für private Nutzer, interessant. Bei der elektrischen Kopplung kann das System auf kleinstem Raum betrieben werden. Eine kompakte Außeneinheit kombiniert mit einer wandhängenden Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung kann den Ener- giebedarf eines gesamten Gebäudes abdecken. Weiterhin kann das über einen Wärmetauscher gekühlte Abgas des Motors noch als zusätzliche Wärmequelle für die Wärmepumpe verwendet werden.

Mechanisch oder elektrisch eingekoppelt werden kann in das erfindungsgemäße System außerdem auch ein Stirlingmotor, welcher mit einer externen Wärmequelle einen relativ günstigen thermischen Wirkungsgrad und zum Beispiel mit dem Brennstoff Holz auch einen guten Primärenergiefaktor erreicht. Weiterhin können eine Gasturbine und eine Brennstoffzelle elektrisch in das erfindungsgemäße System eingekoppelt werden. Insgesamt sind vor allem die Flexibilität und die Vielseitigkeit in der Anwendung einer derartigen Hybridenergieanlage von Vorteil. Die Zeichnungen stellen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und zeigen in den Figuren:

Fig. 1 prinzipielles Blockschaltbild des Kopplungssystems einer erfindungsgemä- ßen Hybridenergieanlage,

Fig. 2 Blockschaltbild eines Einzelbetriebs der Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung,

Fig.3 Blockschaltbild eines ersten Betriebsmodus des Kopplungsbetriebs der

Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung und Wärmepumpe,

Fig. 4: Blockschaltbild eines zweiten Betriebsmodus des Kopplungsbetriebs der

Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung und Wärmepumpe, Fig. 5: Blockschaltbild eines dritten Betriebsmodus des Kopplungsbetriebs der

Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung und Wärmepumpe,

Fig. 6: Blockschaltbild eines vierten Betriebsmodus des Kopplungsbetriebs der

Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung und Wärmepumpe,

Fig. 7: Blockschaltbild eines fünften Betriebsmodus des Kopplungsbetriebs der

Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung und Wärmepumpe,

Fig. 8: Schaltbild einer ersten elektrischen Kopplung,

Fig. 9: Schaltbild einer zweiten elektrischen Kopplung,

Fig. 10: Schaltbild einer ersten hydraulischen Kopplung, Fig. 1 1 : Schaltbild einer zweiten hydraulischen Kopplung.

Die Fig. 1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild eines Kopplungssystems 100 für eine Hybridenergieanlage umfassend eine Wärmepumpenvorrichtung 1 10 und eine Kraft-Wärme- Kopplungsvorrichtung 120 mit mindestens einer Kopplungseinrichtung 130 zur Kopplung der Wärmepumpenvorrichtung 1 10 und der Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung 120. Dabei weist die mindestens eine Kopplungseinrichtung 130 eine elektrische Kopplungseinheit und/oder eine hydraulische Kopplungseinheit auf, die für eine Kopplung der Wärmepum- penvorrichtung 1 10 und der Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung 120 schaltbar ausgeführt sind. Die elektrische Kopplungseinheit beziehungsweise die hydraulische Kopplungseinheit sind hier nicht explizit dargestellt. Die Hybridenergieanlage weist zum einen eine Brennstoffzufuhr 40 und eine Stromzufuhr 41 auf und zum anderen eine Abfuhr für die erzeugte Wärme 42, die erzeugte Kälte 43 und den erzeugten Strom 44. Weiterhin umfasst die Kopplungseinrichtung 130 einen brennstoffbetriebenen Motor 20, ein mit dem Motor 20 gekoppeltes Getriebe 21 und eine mit dem Getriebe 21 gekoppelte E-Maschine 22, welche über den Motor 20 angetrieben wird und eine übersetzte Kraft an bzw. von der E-Maschine 22 überträgt. Das Getriebe 21 kann beispielsweise als Planetengetriebe oder als Differentialgetriebe ausgeführt sein. Mit dem Getriebe 21 ist auch ein Kompressor 23 der Wärmepumpenvorrichtung 1 10 gekoppelt, um eine übersetzte Kraft zu dem Kompressor 23 zu übertragen. Zum Steuern und Schalten des Kopplungssystems 100 umfasst die Kopplungseinrichtung 130 eine Steuereinrichtung 30, wobei diese unter anderem folgende Bauteile aufweist: eine Motorsteuereinheit 31 zur Steuerung des Motors 20, eine Leistungselektronikeinheit 32 zur leistungsabhängigen Regelung des Kopplungssystems 100 und eine Schnittstelleneinheit 33, um einen Anschluss an weitere Bauteile realisieren zu können.

Das erfindungsgemäße Energietransformationssystem, das gemäß der Fig. 1 als Hybridenergieanlage ausgebildet ist, mit einer Wärmepumpenvorrichtung 1 10 zur Erzeugung von Wärme 42 und/oder Kälte 43 und einer Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung 120 zur Erzeugung von Strom 44 und/oder Wärme 42 beinhaltet die Kopplung der Wärmepumpenvor- richtung 1 10 mit der Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung 120 über mindestens das Kopplungssystem 100. Dabei ist insbesondere die Wärmepumpenvorrichtung 1 10 über den Kompressor 23 und/oder das Getriebe 21 mit dem Motor 20 und/oder der E-Maschine 22 schaltbar gekoppelt. Die kleinen Doppelpfeile zwischen Getriebe 21 und Motor 20 beziehungsweise E-Maschine 22 beziehungsweise Kompressor 23 kennzeichnen eine allgemein bestehende Verbindung zwischen diesen Bauteilen, über die ein Energietransport möglich ist.

Die Fig. 2 bis 7 zeigen jeweils Blockschaltbilder der verschiedenen Betriebsmodi des Kopp- lungssystems 100 gemäß Fig. 1. Die Komponenten können hierbei über ein geeignetes Getriebe 21 , welches eine Leistungsverzweigung und -addition ermöglicht, gekoppelt werden. Die von den jeweiligen Betriebsmodi angesprochenen Komponenten der Hybridener- gieanlage sind schraffiert hinterlegt dargestellt. In den Fig. 8 bis 1 1 sind die verschiedenen Kopplungsmöglichkeiten des Kopplungssystems 100 beschrieben.

Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des standardmäßigen Einzelbetriebs der Kraft-Wärme- Kopplungsvorrichtung 120. Hierbei wird unter Zufuhr eines Brennstoffs 40 die E-Maschine 22 über den Motor 20 angetrieben. Der Motor 20 und die E-Maschine 22 sind über das Getriebe 21 miteinander verbunden. Dabei wird Strom 44 erzeugt und gleichzeitig die Abwärme des Motors 20 zur Erzeugung von Wärme 42 genutzt. Der Pfeil 50 kennzeichnet hierbei die Richtung des Hauptenergieflusses vom Motor 20 zur E-Maschine 23. In einem derartigen Betriebsmodus liegt der Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Hybridenergieanlage bei ungefähr 90%.

Die Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Betriebsmodus des Kopplungsbetriebs der Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung 120 und der Wärmepumpe 1 10. Hierbei wird der Kom- pressor 23 der Wärmepumpe 1 10 über den mit dem Brennstoff 40 betriebenen Motor 20 angetrieben. Die Abwärme des Motors 20 wird auch in diesem Betriebsmodus zur Erzeugung von Wärme 42 genutzt. Für den Kühlbedarf kann die Wärmepumpe 1 10 reversibel eingesetzt werden, somit ist prinzipiell die Erzeugung von Wärme 42 und Kälte 43 möglich. Etwaige Anwendungen hierfür sind die Warmwasserbereitung und das Kühlen einer Woh- nung im Sommer. Der Pfeil 51 kennzeichnet die Richtung des Hauptenergieflusses vom Motor 20 zur Wärmepumpe 1 10.

Die Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Betriebsmodus des Kopplungsbetriebs der Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung 120 und der Wärmepumpe 1 10. Hierbei wird der Kompressor 23 der Wärmepumpe 1 10 über die mit Strom 41 betriebene E-Maschine 22 angetrieben. Der Pfeil 52 kennzeichnet die Richtung des Hauptenergieflusses von der E- Maschine 23 zur Wärmepumpe 1 10. Die Wärmepumpe 1 10 nutzt in diesem Betriebsmodus die regenerative Umweltwärme. Für den Kühlbedarf kann die Wärmepumpe 1 10 auch hier reversibel betrieben werden und dann Kälte 43 erzeugen. Der Strom 41 zum Betrieb der E- Maschine 22 kann beispielsweise aus dem Stromnetz oder aus regenerativen Quellen, zum Beispiel einer Photovoltaikanlage, eingespeist werden.

Die Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines dritten Betriebsmodus des Kopplungsbetriebs der Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung 120 und der Wärmepumpe 1 10. In diesem Betriebs- modus liegt eine Leistungsaddition der beiden Antriebsquellen - Motor 20 und E-Maschine 22 - vor. Dazu sind der Motor 20 und die E-Maschine 22 über das Getriebe 21 miteinander gekoppelt. Die Maximalleistung des Kompressors 23 der Wärmepumpe 1 10 kann somit durch Addition beider Antriebsquellen gesteigert werden. Ein derartiger leistungsmodulie- render Betrieb der Wärmepumpe 1 10 ist entweder durch Modulation des Motors 20 oder der E-Maschine 22 realisierbar. Dabei wird der Motor 20 weiterhin von einem Brennstoff 40 angetrieben und die E-Maschine 22 durch Strom 41. In diesem Betriebsmodus kann so- wohl Wärme 42 als auch Kälte 43 erzeugt werden. Die Pfeile 51 und 52 kennzeichnen jeweils die Richtungen der Hauptenergieflüsse von den Antriebsquellen 20 und 23 zur Wärmepumpe 1 10.

Die Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild eines vierten Betriebsmodus des Kopplungsbetriebs der Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung 120 und der Wärmepumpe 1 10. Bei diesem Betriebsmodus handelt es sich um einen Mischbetrieb, der nach Bedarf eingestellt werden kann. Der Motor 20 wird mit Brennstoff 40 betrieben. Ein Teil seiner Antriebsleistung kann hierbei zur E-Maschine 22 abgezweigt werden. Der Rest wird für den Antrieb des Kompressors 23 der Wärmepumpe 1 10 verwendet. Hiermit kann der Bedarf an Wärme 42 und Strom 44 oder der Bedarf an Wärme 42, Kälte 43 und Strom 44 variabel gedeckt werden, beispielsweise zur Klimatisierung, der Warmwasserbereitung und der Stromerzeugung. Ein weiterer Vorteil dieses Betriebsmodus ist die getrennte Leistungsregelung für die Erzeugung von Wärme 42 und Strom 44. Es kann sowohl das Wärmeangebot als auch gleichzeitig das Stromangebot geregelt werden. Dies ist bei klassischen Kraft-Wärme- Kopplungsvorrichtungen nicht der Fall. Dort kann entweder nur wärmegeführt geregelt werden, beispielsweise bei einer Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung mit einem Gasmotor, oder nur stromgeführt, beispielsweise bei einer Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung mit einer Brennstoffzelle. Die Pfeile 50 und 51 kennzeichnen die Richtung des Energieflusses vom Motor 20 zur Wärmepumpe 1 10 beziehungsweise vom Motor 20 über das Getriebe 21 zur E-Maschine 22.

Die Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild eines fünften Betriebsmodus des Kopplungsbetriebs der Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung 120 und der Wärmepumpe 120. Hierbei handelt es sich um den sogenannten Startbetrieb. Dabei kann unter Zufuhr von Strom 41 die E-Maschine 22 als Starter für den Motor 20 verwendet werden. Der Pfeil 53 kennzeichnet die Richtung des Energieflusses von der E-Maschine 22 über das Getriebe 21 zum Motor 20.

Die Fig. 8 bis 1 1 zeigen jeweils Schaltbilder der verschiedenen Kopplungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Kopplungssystems 100 anhand verschiedener Ausführungsformen. Die Komponenten können hierbei über das Getriebe 21 , welches eine Leistungsverzweigung und -addition ermöglicht, gekoppelt werden. Zu sehen ist jeweils die Wärme- pumpe 1 10, ein Heizkreis 60, mindestens ein Wärmetauscher 61 , die Leistungselektronikeinheit 32, wenigstens ein Anschluss an das Stromnetz 64, die E-Maschine 22, eine Warmwasserabfuhr 62 und einen Kaltwasserzufuhr 63. Die Fig. 8 zeigt ein Schaltbild einer ersten elektrischen Kopplung. Hierbei sind die Komponenten der Hybridenergieanlage über die zentrale Leistungselektronikeinheit 32 miteinander gekoppelt, wobei die Leistungselektronikeinheit 32 den Leistungsfluss zwischen Stromnetz 64, Wärmepumpe - hier nicht explizit dargestellt - und Kraft-Wärme-Kopplung 120 regelt. Bei einem eventuell vorhandenen Anschluss an eine stromerzeugende Photo- voltaikanlage könnte die Leistungselektronik 32 noch die Funktion eines Wechselrichters übernehmen. Verfügt die Wärmepumpe 1 10 nicht über eine Inverterregelung, könnte der Inverter in die Leistungselektronik 32 mit integriert werden.

Die Fig. 9 zeigt ein Schaltbild einer zweiten elektrischen Kopplung. Dabei sind die Kraft- Wärme-Kopplungsvorrichtung 120, die Leistungselektronik 32 und die E-Maschine 22 über das Stromnetz 64 miteinander gekoppelt. Das Stromnetz 64 dient hierbei als Speicher und als Kopplungselement. Die Betriebsartensteuerung hat eine Informationsschnittstelle - hier nicht dargestellt - zu den einzelnen Komponenten 120, 32 und 22 und steuert so den Leistungsfluss über das Netz.

Die Fig. 10 und 1 1 zeigen jeweils ein Schaltbild mit einer hydraulischen Kopplung. Dabei werden die einzelnen Komponenten über ein Wärmeträgerfluid-Netz mit konstantem Druck gekoppelt. Die Verbraucher, das heißt die Wärmepumpe 1 10 und die E-Maschine 22 beziehungsweise der Motor 20, werden über sogenannte Hydrostaten angekoppelt und kön- nen über einen variablen Volumenstrom in ihrer Leistung variiert werden. In dem Betriebsmodus einer stromgetriebenen Wärmepumpe 1 10 gemäß der Fig. 4 kann der Hydrostat auch als Hydraulikpumpe arbeiten und das Drucknetz versorgen. Es ist hierbei auch möglich, eine Leistungsaddition durchzuführen und zwei Versorger an das Wärmeträgerfluid- Netz zu koppeln. Die Wärmepumpe 1 10 könnte hierbei auch über einen Druckübersetzer direkt aus dem Hydrauliknetz angetrieben werden.

Die Fig. 10 zeigt ein Schaltbild einer ersten hydraulischen Kopplung, bei der der Kompressor 23 der Wärmepumpe 1 10 direkt mit der Hydraulik der Kraft-Wärme- Kopplungsvorrichtung 120 gekoppelt ist. Die Fig. 1 1 zeigt ein Schaltbild einer zweiten hydraulischen Kopplung, bei der die Wärmepumpe 1 10 als sogenanntes „stand-alone"-Gerät ausgeführt ist. Die Ankopplung erfolgt hierbei über die Leistungselektronik 32 mit der Kraft-Wärme-Kopplungsvorrichtung 120.