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Die Erfindung betrifft eine Solarlampe bestehend aus einem elektronischen Schalter, einem mechanischen Umschalter, einem Solarpaneel, einer Spule, einer Diode, einem elektrooptischen Wandler und einem Akkumulator. 5 Besonders in abseits gelegenen Gebieten ohne öffentliche Stromversorgung wird die Beleuchtung durch Gaslampen (Campingleuchten) realisiert. Der Betrieb dieser Lampen erzeugt C02 und giftige Abfallprodukte und trägt daher zur Umweltbelastung bei. Der Transport der Gasflaschen erfordert natürlich ebenfalls zusätzliche Ressourcen. Eine umweltfreundliche Alternative ist die Nutzung der Solarenergie. Das Problem dabei ist aber, dass die Energie immer nur dann io zur Verfügung steht, wenn keine Beleuchtung erforderlich ist. Es ist daher eine Zwischenspeicherung erforderlich. Zur Anpassung zwischen Solarpaneel und Akkumulator ist ein Umformer erforderlich, um möglichst viel der durch die Sonneneinstrahlung erzeugten elektrischen Energie nutzen zu können. Um einen Rückfluss der Energie aus dem Paneel in das Solarpaneel zu vermeiden, ist eine Diode erforderlich. An dieser treten Durchlassverluste auf. Im Umformer ist 15 grundsätzlich ebenfalls eine Diode erforderlich. Sinnvoll ist daher eine Umformerschaltung, bei der die gleiche Diode für beide Zwecke genutzt werden kann. Ein klassischer Boost Konverter ist daher am sinnvollsten. Die Energie, die im Akkumulator gespeichert ist, wird mit einem weiteren Konverter zur Versorgung der Leuchte verwendet. Als elektrooptische Wandler können in steigendem Maße Licht emittierende Dioden (LEDs) verwendet werden. Diese haben einen 20 guten Wirkungsgrad und eine sehr lange Lebensdauer. Derzeit sind sie jedoch noch ziemlich teuer. Als Konverter ist ein Tiefsetzsteller sinnvoll, damit lässt sich auch die Lichtquelle dimmen, d.h. in ihrer Helligkeit verändern. Im gedimmten Zustand wird weniger Energie aus dem Akkumulator entnommen, es kann daher die Lampe länger in Betrieb bleiben. Da der Ladeumformer nur dann benötigt wird, wenn keine Beleuchtung erfolgen muss, bzw. der Umformer für die 25 LEDs nur dann im Einsatz ist, wenn nicht geladen wird, können beide Konverter mit den gleichen Leistungsbauelementen arbeiten. US 2003/0230334 A1 (CHANG ET AL.) zeigt eine autonome Beleuchtungsanlage mit z.B. einem Solarpaneel als Energiequelle, einem Leuchtdioden-Modul als Lichtquelle und einem 30 Akkumulator als Energiespeicher. Ein bidirektionaler Wandler fungiert im Lademodus als Hochsetzsteller. Die so erhöhte Spannung wird im Akkumulator gespeichert und über den gleichen, im Entlademodus als Tiefsetzsteller fungierenden Wandler, zur Energieversorgung des Leucht-dioden-Moduls genützt. Das Solarmodul und das LED-Modul sind derart dimensioniert, dass die Spannung am Solarpaneel die Schwellspannung des gesamten LED-Moduls nicht übersteigt, 35 sodass während des Lademodus ein Leuchten der LEDs verhindern wird. Unterschiedliche Ausführungsformen der Beleuchtungsanlage ermöglichen das Umschalten zwischen Lade- und Entlademodus zu vorgegebenen Zeitpunkten. Im Lademodus schaltet einer der beiden, über einen Controller angesteuerten Schalter hochfrequent, während der zweite Schalter nicht leitend ist und die zu ihm parallel geschaltete Diode Gleichrichter-Funktion hat. Im Entlademodus 40 schaltet der zuerst offene Schalter hochfrequent, während der andere Schalter offen ist.
Gegenüber diesem Stand der Technik hat die hier dargestellte Schaltung eine Reihe von Vorteilen. Es wird erstens nur ein aktiver Schalter gegenüber von deren zwei verwendet. Das heißt auch, dass nur eine Treiberstufe zur Ansteuerung des aktiven Schalters erforderlich ist. Zwei-45 tens ist der aktive Schalter gegen Bezugspotential geschaltet, während in US 2003/0230334 A1 mindestens einer der beiden aktiven Schalter nicht potentialfrei ist. Das bedeutet, dass mindestens eine potentialfreie Treiberstufe oder zumindest z.B. ein p-Kanal MOSFET, der ein schlechteres Durchlassverhalten als ein n-Kanaltyp hat, verwendet werden muss. Die Anordnung von Solarpaneel, Akkumulator und elektrooptischem Wandler ist drittens auch so, dass es nicht so erforderlich ist, dass die Spannung am Solarpaneel die Schwellspannung des gesamten LED-Moduls nicht übersteigt.
Auch wenn US 2003/0230334 A1 dieselbe Art der Bauteile und dieselbe Funktionalität wie die gegenständliche Erfindung hat, so wird in dieser eine wesentliche Vereinfachung des Aufwands 55 und damit der Kosten erzielt. Das Ziel ist ja eine möglichst preiswerte Lösung. 3
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Die Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Solarpaneel an einem Anschluss (Korrespondierenden) eines mechanischen Umschalters angeschlossen ist, die Wurzel des mechanischen Umschalters an die Spule geschaltet ist, deren zweiter Anschluss einerseits auf den positiven Anschluss eines elektronischen Schalters, dessen negative Seite mit Masse 5 verbunden ist und anderseits an die Anode der Diode geschaltet ist, die Kathode der Diode wird sowohl an eine Klemme des elektrooptischen Wandlers und den Plusanschluss des Akkumulators geschaltet, die zweite Klemme des elektrooptischen Wandlers wird an den zweiten Korrespondierenden des mechanischen Schalters gelegt und der zweite Anschluss des Solarpaneels, des elektronischen Schalters und der Minuspol des Akkumulators liegen auf Masse. 10
Der Leistungsteil besteht aus einem elektronischen Schalter, einer Freilaufdiode und einer Spule. Mit einem mechanischen Schalter wird die Umschaltung von Ladebetrieb in Beleuchtungsbetrieb vorgenommen. Es muss weiters ein Überspannungsschutz für den Halbleiterschalter vorgesehen sein, um beim Umschalten von Lade- zu Leuchtbetrieb eine Zerstörung der 15 Halbleiterschalter und das Auftreten eines Lichtbogens (Funken), der den mechanischen Schalter belastet und längerfristig zerstört, zu vermeiden. Dies kann durch Transil-, Transsorb-, Ze-ner-, Avalanchedioden oder VDRs geschehen, die parallel zum elektronischen Schalter oder parallel zur Spule geschaltet sind. Es ist auch möglich, elektronische Schalter mit integriertem Überspannungsschutz zu verwenden. Der Überspannungsschutz spricht betriebsmäßig nicht 20 an, nur bei einer falschen Betätigung des mechanischen Schalters kann es zu gefährlichen Überspannungen kommen. Zur Vermeidung von Überspannungen an den Halbleitern im normalen Schaltbetrieb sind kleine Kondensatoren vorzusehen. Ebenso muss bei Entfernung des Akkumulators im Ladebetrieb verhindert werden, dass die Spannung am Halbleiter gefährliche Werte annehmen kann. Das kann durch eine Überwachung der Spannung an den Akkumula-25 torklemmen erfolgen. Diese ist auch zur Vermeidung der Überladung des Akkumulators nötig. Schaltungstechnisch ist das einfach zu erzielen. Überschreitet die Spannung (z.B. herabgeteilt mit einem Spannungsteiler) einen bestimmten Wert, so wird mit einem Komparator ein Signal erzeugt, das den elektronischen Schalter sperrt. 30 Das Grundprinzip zeigt Fig. 1. Der elektronische Schalter 4 ist beispielhaft als MOSFET und der elektrooptische Wandler 6 als LED gezeichnet. Der elektrooptische Wandler soll einen hohen Wirkungsgrad besitzen, damit ein langer Betrieb im Betriebszustand Leuchten erfolgen kann. Es ist zu erwarten, dass durch die ständige Verbesserung der LEDs Serienschaltungen von LEDs oder Leuchtdiodenmodule zweckmäßig sind. Ein Solarpaneel 1 ist auf einem Anschluss 35 (Korrespondierenden) eines mechanischen Umschalters 2 angeschlossen, die Wurzel des mechanischen Umschalters 2 ist an die Spule 3 geschaltet, deren zweiter Anschluss einerseits auf den positiven Anschluss eines elektronischen Schalters 4, dessen negative Seite mit Masse verbunden ist und anderseits an die Anode der Diode 5 geschaltet ist, die Kathode der Diode 5 wird sowohl an eine Klemme des elektrooptischen Wandlers 6 und an den Plusanschluss des 40 Akkumulators 7 geschaltet. Die zweite Klemme des elektrooptischen Wandlers 6 wird an den zweiten Korrespondierenden des mechanischen Schalters 2 gelegt. Der zweite Anschluss des Solarpaneels 1, des elektronischen Schalters 4 und der Minuspol des Akkumulators 7 liegen auf Masse. 45 Um die Paneele gut auszunutzen, sollten sie nahe dem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden. Es gibt eine große Anzahl von Verfahren, die den Betrieb im optimalen oder in einem nahe diesem liegenden suboptimalen Arbeitspunkt ermöglichen.
Bezugszeichenaufstellung 50 (1) Solarpaneel (2) mechanischer Umschalter (3) Spule (4) elektronischer Umschalter 55 (5) Diode