DE102012017461B4

DE102012017461B4 - Circuit arrangement for a power supply with a solar generator as an energy source and a battery for storing the energy and a method for operating such a circuit arrangement

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Publication number: DE102012017461B4
Application number: DE102012017461.6A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2015-08-06
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: DE102012017461A1

Abstract

Schaltungsanordnung für eine Energieversorgung mit einer Gleichspannung, bestehend aus einem Solargenerator, DC/DC-Wandler und einer Batterie, wobei – die Batterie wiederaufladbar ist, und wobei – die Spannung (Ub) der Batterie am Eingang des DC/DC-Wandlers angeschlossen ist und aus dieser am Eingang des DC/DC-Wandlers angeschlossenen Spannung (Ue) die variable Ausgangsspannung (Ua) des DC/DC-Wandlers erzeugt wird, und wobei – die Ausgangsspannung (Ua) des DC/DC-Wandlers galvanisch isoliert ist von der Eingangsspannung (Ue) des DC/DC-Wandlers, und wobei – der DC/DC-Wandler am Ausgang ein LC-Filter enthält, welches aus einer Serienschaltung mit der Induktivität (L) und dem Kondensator (Ca) besteht und die Spannung am Ausgang des DC/DC-Wandlers glättet, und wobei – die Ausgangsspannung (Ua) des DC/DC-Wandlers am Kondensator (Ca) anliegt, und wobei – die Pole der Ausgangsspannung (Ua) des DC/DC-Wandlers mit den Polen der Spannung des Solargenerators (Us) derart seriell verschaltet sind, dass die Summe aus der Solargeneratorspannung (Us) und der Ausgangsspannung (Ua) des DC/DC-Wandlers die Spannung (U1) ergibt, indem der Minus-Pol der Ausgangsspannung (Ua) des DC/DC-Wandlers mit dem Plus-Pol der Solargeneratorspannung (Us) verbunden ist oder der Minus-Pol der Solargeneratorspannung (Us) mit dem Plus-Pol der Ausgangsspannung (Ua) des DC/DC-Wandlers verbunden ist, und wobei – die Pole der Spannung (U1) mit den Polen der Spannung (Ub) einer Batterie derart verschaltet sind, dass die Spannung (U1) und die Spannung (Ub) der Batterie parallel verbunden sind, indem der Minus-Pol der Spannung (U1) mit dem Minus-Pol der Spannung (Ub) der Batterie verbunden ist und der Plus-Pol der Spannung (U1) mit dem Plus-Pol der Spannung (Ub) der Batterie verbunden ist, und wobei – an die Spannung (Ub) der Batterie, welche die Gleichspannung für die Energieversorgung ist, die Verbraucher angeschlossen werden oder zwischen der Spannung (Ub) der Batterie und den Verbrauchern ein Wechselrichter ...Circuit arrangement for a power supply with a DC voltage, consisting of a solar generator, DC / DC converter and a battery, wherein - the battery is rechargeable, and wherein - the voltage (Ub) of the battery is connected to the input of the DC / DC converter and from this connected to the input of the DC / DC converter voltage (Ue), the variable output voltage (Ua) of the DC / DC converter is generated, and wherein - the output voltage (Ua) of the DC / DC converter is galvanically isolated from the input voltage (Ue) of the DC / DC converter, and wherein - the DC / DC converter at the output contains an LC filter, which consists of a series circuit with the inductance (L) and the capacitor (Ca) and the voltage at the output of DC / DC converter smoothes, and wherein - the output voltage (Ua) of the DC / DC converter to the capacitor (Ca) is applied, and wherein - the poles of the output voltage (Ua) of the DC / DC converter with the poles of the voltage of Solar generator (US) such serially ver are switched, that the sum of the solar generator voltage (Us) and the output voltage (Ua) of the DC / DC converter, the voltage (U1) results by the negative pole of the output voltage (Ua) of the DC / DC converter with the plus -Pole of the solar generator voltage (Us) is connected or the negative pole of the solar generator voltage (Us) to the positive pole of the output voltage (Ua) of the DC / DC converter is connected, and wherein - the poles of the voltage (U1) with the Poles of the voltage (Ub) of a battery are connected such that the voltage (U1) and the voltage (Ub) of the battery are connected in parallel by the negative pole of the voltage (U1) to the minus pole of the voltage (Ub) the battery is connected and the positive pole of the voltage (U1) is connected to the positive pole of the voltage (Ub) of the battery, and wherein - to the voltage (Ub) of the battery, which is the DC voltage for the power supply, the Consumers are connected or between the voltage (Ub) of the battery and the consumer n an inverter ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Energieversorgung mit einem Solargenerator als Energiequelle und einer Batterie zum Speichern der Energie und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Schaltungsanordnung.The invention relates to a circuit arrangement for a power supply with a solar generator as an energy source and a battery for storing the energy and a method for operating such a circuit arrangement.

Bei dieser Schaltungsanordnung wird eine Gleichspannung erzeugt, die während eines ganzen Tages Energie für ein Inselnetz liefern kann. Die Schaltungsanordnung besteht aus einem Solargenerator, einer Batterie und einer zusätzlichen Gleichspannung, welche die Ausgangsspannung eines DC/DC-Wandlers ist. Diese Ausgangsspannung wird seriell mit der Spannung des Solargenerators verbunden. Die Serienschaltung aus der Solargeneratorspannung und der Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers ist mit den Anschlussklemmen der Batterie verbunden. Der DC/DC-Wandler erzeugt die Ausgangsspannung aus der Spannung der Batterie. Die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers ist galvanisch isoliert von der Eingangsspannung. Die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers wird so geregelt, dass die Summe aus Solargeneratorspannung und der Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers der gewünschten Ladespannung der Batterie entspricht. Gleichzeitig sind an der Batterie auch Verbraucher angeschlossen, so dass sich die abgegebene Energie des Solargenerators aufteilt in die Energie zur Ladung der Batterie und die abgegebene Energie an die angeschlossenen Verbraucher. Für eine Energieversorgung mit einer Wechselspannung wird aus der Spannung der Batterie eine 3-phasige Wechselspannung erzeugt. Der große Vorteil der Schaltungsanordnung besteht darin, dass nicht die Solargeneratorspannung geregelt wird, sondern nur die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers. Die Schaltungsanordnung kann so dimensioniert werden, dass die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers klein gegenüber der Solargeneratorspannung im MPP ist, wodurch sich für die gesamte Schaltungsanordnung ein hoher Wirkungsgrad ergibt. Gleichzeitig ist die Schaltungsanordnung kostengünstig herzustellen.In this circuit, a DC voltage is generated, which can supply energy for an island network during a whole day. The circuit arrangement consists of a solar generator, a battery and an additional DC voltage, which is the output voltage of a DC / DC converter. This output voltage is connected in series with the voltage of the solar generator. The series connection of the solar generator voltage and the output voltage of the DC / DC converter is connected to the terminals of the battery. The DC / DC converter generates the output voltage from the voltage of the battery. The output voltage of the DC / DC converter is galvanically isolated from the input voltage. The output voltage of the DC / DC converter is controlled so that the sum of the solar generator voltage and the output voltage of the DC / DC converter corresponds to the desired charging voltage of the battery. At the same time consumers are also connected to the battery, so that the output energy of the solar generator is divided into the energy to charge the battery and the energy emitted to the connected consumers. For a power supply with an alternating voltage, a 3-phase alternating voltage is generated from the voltage of the battery. The big advantage of the circuit arrangement is that not the solar generator voltage is regulated, but only the output voltage of the DC / DC converter. The circuit arrangement can be dimensioned such that the output voltage of the DC / DC converter is small compared to the solar generator voltage in the MPP, resulting in a high efficiency for the entire circuit arrangement. At the same time, the circuit arrangement is inexpensive to manufacture.

Ein bisher verwendetes Verfahren für die Ladung von Batterien mit einem Solargenerator besteht darin, die gesamte Solargeneratorspannung zu regeln. Dies hat den Nachteil, dass die gesamte vom Solargenerator abgegebene Leistung geregelt werden muss. Bei der großen Leistung, die für eine Energieversorgung benötigt wird, ergeben sich große Verluste und hohe Kosten für die Anpassung der Solargeneratorspannung an die Spannung der Batterie.One method previously used for charging batteries with a solar generator is to control the entire solar generator voltage. This has the disadvantage that the entire output from the solar generator power must be controlled. The high power required for a power supply results in large losses and high costs for adapting the solar generator voltage to the voltage of the battery.

Aus DE 10 2011 011 973 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die eine Solargeneratorspannung erhöht. Dazu wird aus der Solargeneratorspannung mit einem Gleichspannungswandler eine Spannung erzeugt, die mit der Ausgangsspannung des Solargenerators seriell verschaltet wird. Dadurch wird die Spannung groß genug, um ohne einen Anpassungstransformator in ein 400 V Drehstromnetz einzuspeisen.Out DE 10 2011 011 973 A1 a circuit arrangement is known which increases a solar generator voltage. For this purpose, a voltage is generated from the solar generator voltage with a DC-DC converter, which is connected in series with the output voltage of the solar generator. As a result, the voltage becomes large enough to feed into a 400 V three-phase network without a matching transformer.

Aus US 2010/0 219 688 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die ein System bestehend aus einem Solargenerator, DC/DC Converter, Batterie und einem Inverter, beschreibt. Der DC/DC Converter wandelt die Spannung des Solargenerator in ein bestimmtes Spannungsniveau um.Out US 2010/0 219 688 A1 a circuit arrangement is known, which describes a system consisting of a solar generator, DC / DC converter, battery and an inverter. The DC / DC converter converts the voltage of the solar generator into a certain voltage level.

Aus KR 10 2008 0 065 817 A ist eine Schaltungsanordnung bekannt, welche die Spannung eines Solargenerators mit einem Hochsetzsteller erhöht. An den Ausgang des Hochsetzstellers ist ein Leistungsspeicher und ein Inverter angeschlossen.Out KR 10 2008 0 065 817 A a circuit arrangement is known which increases the voltage of a solar generator with a step-up converter. To the output of the boost converter, a power storage and an inverter is connected.

Aus US 6 057 665 A ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die eine MPP Regelung für die Ladung einer Batterie mit einem Solargenerator beschreibt.Out US 6 057 665 A For example, a circuit arrangement is described which describes an MPP control for charging a battery with a solar generator.

Aus DE 40 17 860 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, welche die Umwandlung der Spannung eines Solargenerators auf ein bestimmtes Spannungsniveau beschreibt. Die Umwandlung der Spannung des Solargenerators erfolgt mit einem DC/DC Converter und einer MPP Regelung.Out DE 40 17 860 A1 a circuit arrangement is known, which describes the conversion of the voltage of a solar generator to a certain voltage level. The conversion of the voltage of the solar generator is done with a DC / DC converter and an MPP control.

Aus EP 2 437 387 A2 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, welche die Umwandlung von Spannungen eines Solargenerators mit mehreren DC/DC Converter und einem DC/AC Inverter in eine Wechselspannung beschreibt.Out EP 2 437 387 A2 a circuit arrangement is known which describes the conversion of voltages of a solar generator with a plurality of DC / DC converters and a DC / AC inverter into an AC voltage.

Aus DE 199 37 410 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, welche die Spannung eines Solargenerators in eine Wechselspannung umformt und anschließend mit einem Übertrager hochsetzt und gleichrichtet.Out DE 199 37 410 A1 a circuit arrangement is known which converts the voltage of a solar generator into an alternating voltage and then boosts and rectifies it with a transformer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer Schaltungsanordnung die im tagesverlauf schwankende Solargeneratorspannung mit einer angeschlossenen Batterie zu stabilisieren und dadurch eine stabile Gleichspannung für eine Energieversorgung zu erhalten. Dazu soll mit einem Solargenerator eine Batterie geladen werden und gleichzeitig die geforderte Ladespannung an der Batterie eingestellt werden. Während die Batterie geladen wird, soll die Solargeneratorspannung so eingestellt werden können, dass sich der Solargenerator im MPP befindet. Die Differenz aus abgegebener Leistung des Solargenerators und zugeführter Leistung an die Batterie wird von den Klemmen der Batterie direkt an die angeschlossenen Verbraucher abgegeben.The invention has for its object to stabilize with a circuit arrangement in the course of the day fluctuating solar generator voltage with a connected battery, thereby obtaining a stable DC voltage for a power supply. For this purpose, a battery is to be charged with a solar generator and simultaneously set the required charging voltage to the battery. While the battery is charging, the solar generator voltage should be adjustable so that the solar generator is in the MPP. The difference between the output of the solar generator and the power supplied to the battery is delivered directly from the terminals of the battery to the connected consumers.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by the features specified in the claims. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei einem Betrieb des Solargenerators im MPP an der Batterie die geforderte Ladespannung eingestellt werden kann und gleichzeitig Energie an die angeschlossenen Verbraucher abgegeben wird. Gleichzeitig ergibt sich ein hoher Gesamtwirkungsgrad.The essential advantage of the invention is that when operating the solar generator in the MPP to the battery, the required charging voltage can be adjusted while energy is delivered to the connected consumers. At the same time results in a high overall efficiency.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Schaltungsbildern näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to circuit diagrams shown in the drawing. It shows:

1 zeigt die Schaltungsanordnung mit den Komponenten Solargenerator, DC/DC-Wandler und Batterie, wobei der Solargenerator und der DC/DC-Wandler seriell verschaltet sind. 1 shows the circuit arrangement with the components solar generator, DC / DC converter and battery, the solar generator and the DC / DC converter are connected in series.

2 zeigt die Schaltungsanordnung mit den Komponenten Solargenerator, DC/DC-Wandler, Batterie und einigen zusätzlichen Komponenten. 2 shows the circuitry with the components solar generator, DC / DC converter, battery and some additional components.

3 zeigt eine Ausführung des DC/DC-Wandlers, mit den Komponenten Wechselspannungsgenerator (WG), Übertrager Ü, Gleichrichter (GL) und LC-Filter. 3 shows an embodiment of the DC / DC converter, with the components AC voltage generator (WG), transformer Ü, rectifier (GL) and LC filter.

4 zeigt einen 3-phasigen Wechselrichter, der an den Anschlussklemmen der Batterie angeschlossen ist und aus der Gleichspannung der Batterie eine 3-phasige Wechselspannung für ein Inselnetz erzeugt. 4 shows a 3-phase inverter, which is connected to the terminals of the battery and generates from the DC voltage of the battery, a 3-phase AC voltage for a stand-alone network.

Die Funktion der Schaltungsanordnung nach 1 ist wie folgt:
Die Solargeneratorspannung Us oder die Spannung Ub der Batterie oder eine andere Spannung wird an den Eingang des DC/DC-Wandlers angelegt und ergibt die Eingangsspannung Ue des DC/DC-Wandlers. Aus dieser Eingangsspannung Ue erzeugt der DC/DC-Wandler die variable und von der Eingangsspannung Ue galvanisch isolierte Ausgangsspannung Ua. Die Größe der Ausgangsspannung Ua wird durch eine Steuer- und Regeleinrichtung ST geregelt. Der DC/DC-Wandler enthält am Ausgang ein LC-Filter, mit dem die Spannung geglättet wird. Dieses LC-Filter besteht aus einer Serienschaltung mit der Induktivität L und dem Kondensator Ca. Die Ausgangsspannung Ua des DC/DC-Wandlers entspricht der Spannung am Kondensator Ca.The function of the circuit according to 1 is as follows:
The solar generator voltage Us or the voltage Ub of the battery or another voltage is applied to the input of the DC / DC converter and gives the input voltage Ue of the DC / DC converter. From this input voltage Ue, the DC / DC converter generates the variable and from the input voltage Ue galvanically isolated output voltage Ua. The size of the output voltage Ua is controlled by a control and regulating device ST. The DC / DC converter contains an LC filter at the output, which smooths the voltage. This LC filter consists of a series circuit with the inductance L and the capacitor Ca. The output voltage Ua of the DC / DC converter corresponds to the voltage across the capacitor Ca.

Die Schaltungsanordnung besteht aus den Komponenten Solargenerator, DC/DC-Wandler und der Batterie zum Speichern von Energie. Die Ausgangsspannung Ua des DC/DC-Wandlers wird seriell mit der Solargeneratorspannung Us verschaltet. Dabei wird der Minus-Pol der Solargeneratorspannung Us mit dem Plus-Pol der Ausgangsspannung Ua verbunden oder der Minus-Pol der Ausgangsspannung Ua mit dem Plus-Pol der Solargeneratorspannung Us verbunden. Die Summe der Solargeneratorspannung Us und der Ausgangsspannung Ua ergibt die Spannung U1. Die Spannung U1 wird mit den Anschlussklemmen der Batterie verbunden, indem der Plus-Pol der Spannung U1 mit dem Plus-Pol der Batterie verbunden wird und der Minus-Pol der Spannung U1 mit dem Minus-Pol der Batterie verbunden wird. Die Spannung Ub der Batterie ist die Ausgangspannung des Systems. Mit der Spannung Ub der Batterie wird die im tagesverlauf schwankende Solargeneratorspannung Us stabilisiert und es ergibt sich die stabile Gleichspannung Ub der Batterie, die für ein Inselnetz Energie liefern kann. Diese Energie wird von der Batterie direkt an die angeschlossenen Verbraucher abgegeben. Dazu werden die Verbraucher direkt an die Plus und Minus Anschlussklemmen der Batterie angeschlossen. Die in der Schaltungsanordnung verwendete Batterie ist wiederaufladbar.The circuit consists of the components solar generator, DC / DC converter and the battery for storing energy. The output voltage Ua of the DC / DC converter is connected in series with the solar generator voltage Us. In this case, the minus pole of the solar generator voltage Us is connected to the positive pole of the output voltage Ua, or the minus pole of the output voltage Ua is connected to the plus pole of the solar generator voltage Us. The sum of the solar generator voltage Us and the output voltage Ua gives the voltage U1. The voltage U1 is connected to the terminals of the battery by the positive pole of the voltage U1 is connected to the positive pole of the battery and the negative pole of the voltage U1 is connected to the negative pole of the battery. The voltage Ub of the battery is the output voltage of the system. With the voltage Ub of the battery, the fluctuating in the course of the day solar generator voltage Us is stabilized and there is the stable DC voltage Ub of the battery, which can provide energy for a stand-alone grid. This energy is delivered by the battery directly to the connected consumers. The consumers are connected directly to the plus and minus terminals of the battery. The battery used in the circuit arrangement is rechargeable.

Die Steuer- und Regeleinrichtung ST regelt die Ausgangsspannung Ua des DC/DC-Wandlers so, dass die geforderte Ladespannung Ub an der Batterie anliegt. Meistens wird die Ausgangsspannung Ua so eingestellt, dass sich der Solargenerator im MPP befindet. Dann ergeben sich folgende Zustände für die Aufteilung der abgegebenen Leistung des Solargenerators im MPP:
Die Leistung des Solargenerators ist größer als die abgegebene Leistung an die Verbraucher:

– Die abgegebene Leistung des Solargenerators teilt sich in die Leistung zur Ladung der Batterie und die aufgenommene Leistung durch die Verbraucher auf.

The control and regulating device ST regulates the output voltage Ua of the DC / DC converter so that the required charging voltage Ub is applied to the battery. In most cases, the output voltage Ua is set so that the solar generator is in the MPP. The following states then result for the distribution of the output power of the solar generator in the MPP:
The power of the solar generator is greater than the power delivered to the consumers:

- The output power of the solar generator is divided into the power to charge the battery and the power consumed by the consumer.

Die Leistung des Solargenerators ist kleiner als die abgegebene Leistung an die Verbraucher:

– Die abgegebene Leistung des Solargenerators wird direkt an die Verbraucher abgegeben. Die Differenz zwischen der aufgenommenen Leistung durch die Verbraucher und der abgegebenen Leistung des Solargenerators wird durch die Batterie geliefert.

The power of the solar generator is smaller than the power delivered to the consumers:

- The output of the solar generator is delivered directly to the consumers. The difference between the power consumed by the loads and the power output of the solar generator is provided by the battery.

Die Leistung des Solargenerators ist gleich der abgegebenen Leistung an die Verbraucher:

– Die abgegebene Leistung des Solargenerators wird direkt durch die Verbraucher aufgenommen. Die Spannung Ub an der Batterie ändert sich nicht, da die Batterie nicht geladen und nicht entladen wird.

The power of the solar generator is equal to the power delivered to the consumers:

- The output of the solar generator is received directly by the consumers. The voltage Ub on the battery does not change because the battery is not charging and not discharging.

Es gibt auch Zustände, bei denen der Solargenerator nicht im MPP betrieben wird. Wenn die maximale Ladespannung Ub der Batterie erreicht ist und der Solargenerator im MPP mehr Energie liefern würde als der angeschlossene Verbraucher benötigt, dann wird die Ausgangsspannung Ua des DC/DC-Wandlers so eingestellt, dass die abgegebene Leistung des Solargenerators gleich der Leistungsaufnahme durch die Verbraucher ist. Dann ändert sich die Spannung Ub der Batterie nicht.There are also states in which the solar generator is not operated in the MPP. When the maximum charging voltage Ub of the battery is reached and the solar generator in the MPP would supply more energy than the connected consumer needs, then the output voltage Ua of the DC / DC converter is adjusted so that the output power of the solar generator is equal to the power consumption by the consumers is. Then the voltage Ub of the battery does not change.

Die Diode D1 am Ausgang des DC/DC-Wandlers parallel zu dem Kondensator Ca ermöglicht ein einfaches und zuverlässiges Verhalten des Systems bei ausgeschaltetem DC/DC-Wandler. Die Diode D1 gewährleistet, dass am Kondensator Ca die Ausgangsspannung Ua nicht kleiner werden kann als die Durchlassspannung der Diode D1. Somit funktioniert die Schaltungsanordnung auch bei ausgeschaltetem DC/DC-Wandler. Die Anode der Diode D1 ist mit dem Minus-Pol der Spannung Ua verbunden und die Kathode der Diode D1 ist mit dem Plus-Pol der Spannung Ua verbunden.The diode D1 at the output of the DC / DC converter in parallel with the capacitor Ca enables a simple and reliable behavior of the system with the DC / DC converter switched off. The diode D1 ensures that at the capacitor Ca, the output voltage Ua can not become smaller than the forward voltage of the diode D1. Thus, the circuit arrangement also works when the DC / DC converter is switched off. The anode of the diode D1 is connected to the negative pole of the voltage Ua and the cathode of the diode D1 is connected to the positive pole of the voltage Ua.

Die Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 2 bis 5 (2) beschreibt eine Ausführung der Schaltungsanordnung. Parallel zu einer oder mehrerer der Spannungen Solargeneratorspannung Us, Eingangsspannung Ue des DC/DC-Wandlers und Spannung U1 sind die Kondensatoren Cs, Ce und C1 parallel geschaltet. Diese zusätzlichen Kondensatoren erhöhen die Stabilität bei der Regelung der Spannung U1. Die Diode D2 verhindert einen Rückstrom von der Batterie zum Solargenerator und schützt die Schaltungsanordnung bei einem fehlerhaften Anschluss der Spannung U1 an die Batterie. Dabei wird die Anode der Diode D2 mit dem Plus-Pol der Spannung U1 verbunden und die Kathode der Diode D2 mit dem Plus-Pol der Spannung Ub der Batterie verbunden oder die Kathode der Diode D2 mit dem Minus-Pol der Spannung U1 verbunden und die Anode der Diode D2 mit dem Minus-Pol der Spannung Ub der Batterie verbunden. Der Schalter S1 ermöglicht eine Trennung zwischen dem Solargenerator und der Batterie. Dazu wird der Schalter S1 zwischen dem Plus-Pol der Spannung U1 und dem Plus-Pol der Spannung Ub der Batterie oder zwischen dem Minus-Pol der Spannung U1 und dem Minus-Pol der Batterie geschaltet. Die Sicherung S1 zwischen einem der Anschlüsse der Batterie und der Spannung U1 begrenzt den Strom in der Batterie bei einem Kurzschluss im System.The circuit arrangement according to claims 2 to 5 ( 2 ) describes an embodiment of the circuit arrangement. Parallel to one or more of the voltages solar generator voltage Us, input voltage Ue of the DC / DC converter and voltage U1, the capacitors Cs, Ce and C1 are connected in parallel. These additional capacitors increase the stability in the regulation of the voltage U1. The diode D2 prevents a return current from the battery to the solar generator and protects the circuit in case of a faulty connection of the voltage U1 to the battery. In this case, the anode of the diode D2 is connected to the positive pole of the voltage U1 and the cathode of the diode D2 connected to the positive pole of the voltage Ub of the battery or the cathode of the diode D2 connected to the negative pole of the voltage U1 and the Anode of the diode D2 connected to the negative pole of the voltage Ub of the battery. The switch S1 allows disconnection between the solar generator and the battery. For this purpose, the switch S1 is connected between the positive pole of the voltage U1 and the positive pole of the voltage Ub of the battery or between the negative pole of the voltage U1 and the negative pole of the battery. The fuse S1 between one of the terminals of the battery and the voltage U1 limits the current in the battery in the event of a short circuit in the system.

Die Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 beschreibt die Verwendung einer Natrium-Schwefel Batterie zum Speichern der Energie. Diese Batterie eignet sich besonders zum Speichern von Energie für eine Energieversorgung als Inselnetz.The circuit arrangement according to claim 6 describes the use of a sodium-sulfur battery for storing the energy. This battery is particularly suitable for storing energy for a power supply as an isolated grid.

Die Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 7 und 8 (3) beschreibt eine Ausführung des DC/DC-Wandlers. Der DC/DC-Wandler besteht aus den Baugruppen Wechselspannungsgenerator WG, Übertrager Ü und Gleichrichter GL mit der Glättungsdrossel L und dem Kondensator Ca am Ausgang. Um eine galvanisch isolierte Ausgangsspannung Ua zu erhalten, muss die Eingangsspannung Ue in eine Wechselspannung UTp gewandelt werden. Die Schaltungsanordnung des Wechselspannungsgenerators WG enthält Leistungsschalter, welche die Gleichspannung Ue am Eingang zerhacken und dadurch die Wechselspannung UTp erzeugen. Diese Wechselspannung UTp am Ausgang des Wechselspannungsgenerators WG wird durch den Übertrager Ü in die galvanisch isolierte Wechselspannung UTs gewandelt. Durch den Gleichrichter GL wird die Rechteckspannung UTs gleichgerichtet und ergibt die Spannung UGL. Mit den Bauelementen Glättungsdrossel L und Ausgangskondensator Ca wird die Ausgangsspannung UGL geglättet, wodurch am Ausgang des DC/DC-Wandlers die variable Gleichspannung Ua anliegt.The circuit arrangement according to claims 7 and 8 ( 3 ) describes an embodiment of the DC / DC converter. The DC / DC converter consists of the assemblies AC voltage generator WG, transformer Ü and rectifier GL with the smoothing inductor L and the capacitor Ca at the output. In order to obtain a galvanically isolated output voltage Ua, the input voltage Ue must be converted into an AC voltage UTp. The circuit arrangement of the AC voltage generator WG contains power switches which chop the DC voltage Ue at the input and thereby generate the AC voltage UTp. This AC voltage UTp at the output of the AC voltage generator WG is converted by the transformer Ü in the galvanically isolated AC voltage UTs. By the rectifier GL, the square-wave voltage UTs is rectified and gives the voltage UGL. With the elements smoothing inductor L and output capacitor Ca, the output voltage UGL is smoothed, whereby at the output of the DC / DC converter, the variable DC voltage Ua is applied.

Die Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 9 und 10 (4) beschreibt eine Ausführung der Schaltung für eine Energieversorgung mit einem 3-phasigen Spannungsnetz. Dazu wird eine Gleichspannung zwischen 600 V und 1000 V benötigt, aus der mit einem Wechselrichter eine 3-phasige Wechselspannung mit einer Spannung von 400 Veff erzeugt wird. Dafür wird eine Leerlaufspannung des Solargenerators von ca. 1000 V verwendet. Im MPP liegt die Spannung des Solargenerators dann zwischen 600 V und 800 V. Für diesen Anwendungsfall liegt eine geeignete Spannung Ub der Batterie zwischen 700 V im entladenen Zustand und 800 V im geladenen Zustand. Um den Solargenerator im MPP zu betreiben, erzeugt der DC/DC-Wandler eine Ausgangsspannung Ua zwischen 0 V und 200 V. Im Durchschnitt beträgt die zu übertragene Leistung im DC/DC-Wandler ca. 15% von der Gesamtleistung des Solargenerators. Dies ergibt einen hohen Gesamtwirkungsgrad.The circuit arrangement according to claims 9 and 10 ( 4 ) describes an embodiment of the circuit for a power supply with a 3-phase voltage network. For this, a DC voltage between 600 V and 1000 V is required, from which an inverter generates a 3-phase AC voltage with a voltage of 400 Vrms. For this purpose, an open circuit voltage of the solar generator of about 1000 V is used. In the MPP, the voltage of the solar generator is then between 600 V and 800 V. For this application, a suitable voltage Ub of the battery is between 700 V in the discharged state and 800 V in the charged state. In order to operate the solar generator in the MPP, the DC / DC converter generates an output voltage Ua between 0 V and 200 V. On average, the power to be transmitted in the DC / DC converter is approx. 15% of the total output of the solar generator. This gives a high overall efficiency.

Die Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 11 und 12 beschreibt die Steuer- und Regelung der Ausgangsspannung Ua des DC/DC-Wandlers. Dazu werden die entsprechenden Signale mit einer Messschaltung erfasst. Diese Signale sind die Solargeneratorspannung Us, der Solargeneratorstrom Is, die Batteriespannung Ub, der Strom Ib in der Batterie, die Ausgangsspannung Ua, der Strom durch die Induktivität L und der Strom zu den angeschlossenen Verbrauchern. Die Steuer- und Regeleinrichtung ST regelt die Ausgangsspannung Ua des DC/DC-Wandlers so, dass die geforderte Spannung Ub an der Batterie anliegt und der Solargenerator gleichzeitig im MPP betrieben wird.The circuit arrangement according to claims 11 and 12 describes the control and regulation of the output voltage Ua of the DC / DC converter. For this purpose, the corresponding signals are detected with a measuring circuit. These signals are the solar generator voltage Us, the solar generator current Is, the battery voltage Ub, the current Ib in the battery, the output voltage Ua, the current through the inductance L and the current to the connected consumers. The control and regulating device ST regulates the output voltage Ua of the DC / DC converter so that the required voltage Ub is applied to the battery and the solar generator is operated simultaneously in the MPP.

Claims

Circuit arrangement for a power supply with a DC voltage, consisting of a solar generator, DC / DC converter and a battery, wherein - the battery is rechargeable, and wherein - The voltage (Ub) of the battery is connected to the input of the DC / DC converter and from this connected to the input of the DC / DC converter voltage (Ue), the variable output voltage (Ua) of the DC / DC converter is generated, and wherein - the output voltage (Ua) of the DC / DC converter is galvanically isolated from the input voltage (Ue) of the DC / DC converter, and wherein - the DC / DC converter at the output contains an LC filter, which consists of a series circuit with the inductance (L) and the capacitor (Ca) and the voltage at the output of the DC / DC converter smoothes, and wherein - the output voltage (Ua) of the DC / DC converter to the capacitor (Ca) is applied, and wherein - the poles of the output voltage (Ua) of the DC / DC converter are connected in series with the poles of the voltage of the solar generator (Us) such that the sum of the solar generator voltage (Us) and the output voltage (Ua) of the DC / DC converter Voltage (U1) is given by the negative pole of the output voltage (Ua) of the DC / DC-W orlers is connected to the plus pole of the solar generator voltage (Us) or the negative pole of the solar generator voltage (Us) is connected to the plus pole of the output voltage (Ua) of the DC / DC converter, and wherein - the poles of the voltage ( U1) are connected to the poles of the voltage (Ub) of a battery such that the voltage (U1) and the voltage (Ub) of the battery are connected in parallel by the negative pole of the voltage (U1) with the minus pole of Voltage (Ub) of the battery is connected and the positive pole of the voltage (U1) is connected to the positive pole of the voltage (Ub) of the battery, and wherein - to the voltage (Ub) of the battery, which is the DC voltage for the Power supply is to be connected to the consumer or between the voltage (Ub) of the battery and the consumers an inverter is connected, which generates an alternating voltage from the voltage (Ub) of the battery, and wherein - a control device (ST), the output voltage (Ua) of the DC / DC Converter so that the voltage (U1) corresponds to the required voltage (Ub) at the terminals of the battery.

Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that a capacitor (Cs, Ce, C1) is connected in parallel with one or more of the voltages solar generator voltage (Us), input voltage (Ue) of the DC / DC converter and voltage (U1).

Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a diode (D1) is connected in parallel with the output voltage (Ua) of the DC / DC converter and the anode of the diode (D1) is connected to the negative pole of the output voltage (Ua) and the cathode of the diode (D1) is connected to the plus pole of the output voltage (Ua).

Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a diode (D2) is connected between a terminal of the voltage (U1) and the voltage (Ub) of the battery by the anode of the diode (D2) to the positive pole of the voltage (U1 ) and the cathode of the diode (D2) to the positive pole of the voltage (Ub) of the battery is connected or the cathode of the diode (D2) with the negative pole of the voltage (U1) and the anode of the diode (D2) with the minus pole of the voltage (Ub) of the battery is connected.

Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that a fuse (S1) is connected between one of the terminals of the battery and the voltage (U1), and a switch (S1) is connected between the voltage (U1) and the voltage of the battery (Ub) ,

Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a sodium-sulfur battery is used as the battery.

Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the DC / DC converter consists of the components AC voltage generator (WG), transformer (Ü), rectifier (GL) and the LC filter.

Circuit arrangement according to one or more of Claims 1 to 7, characterized in that the AC voltage generator (WG) generates the AC voltage (UTp) from the voltage (Ue) present at the input of the DC / DC converter, the transformer (Ü) generates the AC voltage (U). UTp) is transformed into a galvanically isolated AC voltage (UTs) and the rectifier (GL) rectifies the AC voltage (UTs) at the output of the transformer.

Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the voltage (U1) of the circuit arrangement is less than 1000 V and the voltage (Ub) of the battery in the discharged state is greater than 600 V and thereby the voltage (U1) the circuit arrangement is large enough to generate a 3-phase voltage network with a voltage of 400 Veff.

Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that from the voltage Ub of the battery, a 3-phase voltage network is generated with an inverter to which the consumers are connected.

Circuit arrangement according to one or more of Claims 1 to 10, characterized in that one or more signals of the circuit arrangement are detected by a measuring circuit and these signals are the solar generator voltage (Us), solar generator current (Is), battery voltage (Ub), battery current (Ib), Output voltage (Ua) and voltage (U1) and these detected signals of the control and regulating device (ST) are supplied.

Method for operating a circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that the control and regulating device (ST) regulates the output voltage (Ua) with the signals detected by the measuring circuit so that the solar generator operated at the maximum power point and at the same time the required voltage (Ub) is applied to the battery.