DE102005058140A1

DE102005058140A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Energieflusses zwischen einer Solarenergiequelle und einem elektrischen Motor

Info

Publication number: DE102005058140A1
Application number: DE102005058140A
Authority: DE
Inventors: Franz Khao Suan Kwang Roecker; Prasit Khao Suan Kwang Sakwilawan
Original assignee: THAI GERMAN SOLAR CO Ltd; THAI-GERMAN SOLAR Co Ltd
Current assignee: THAI GERMAN SOLAR CO Ltd; THAI-GERMAN SOLAR Co Ltd
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2007-06-14
Also published as: GB0623560D0; GB2432733A; US20070138981A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Steuerung eines Energieflusses zwischen einer Solarenergiequelle (12) und einem elektrischen Motor (14). Zwischen der Eingangsseite (18) und der Ausgangsseite (20) ist eine elektrische Schaltung (22) mit einer Energieflusssteuereinrichtung (24) angeordnet. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Schaltung (22) einen Energiespeicher (30) auf, der mit der Energieflusssteuereinrichtung (24) verbunden ist. Diese ist dafür ausgebildet, eine im Energiespeicher (30) gespeicherte Energie bei Überschreiten einer vorgegebenen ersten Spannungsschwelle des Energiespeichers (30) an den Motor (14) zu leiten. Die Erfindung betrifft zudem eine Solarenergiequelle (12) mit einer entsprechenden Vorrichtung (10) sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Energieflusses.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Energieflusses zwischen einer Solarenergiequelle und einem elektrischen Motor, wobei die Vorrichtung eine Eingangsseite für eine Eingangsspannung und eine Ausgangsseite für eine Ausgangsspannung aufweist und zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite eine elektrische Schaltung mit einer Energieflusssteuereinrichtung angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Steuerung eines Energieflusses zwischen einer Solarenergiequelle und einem elektrischen Motor, wobei der Energiefluss mittels einer elektrischen Schaltung gesteuert wird.
Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Solarenergiequelle, insbesondere ein Solarmodul für den Heim- und Gartenbereich.

Eine solche Vorrichtung, eine solche Solarenergiequelle und ein solches Verfahren sind aus WO 2005/011874 A2 bekannt.

Um einen elektrischen Motor zu betreiben, kann die dafür benötigte Energie mittels einer Solarenergiequelle gewonnen werden. Unter einer Solarenergiequelle wird dabei allgemein eine Energiequelle verstanden, die auf dem fotovoltaischen Prinzip beruht, bei dem Strahlungsenergie (hier Sonnenenergie) in elektrische Energie umgewandelt wird. So ist es beispielsweise bekannt, eine Wasserpumpe für den Heim- und Gartenbereich mittels eines Solarmoduls zu betreiben. Dabei sind im Wesentlichen zwei Arten bekannt, um Wasserpumpen zu betreiben.

Die erste Möglichkeit besteht darin, einen bürstenlosen Motor mit einem elektronischen Kommutator zu verwenden. Bei derartigen Wasserpumpen ist der Rotor das einzige Verschleißteil, so dass sich eine hohe Lebensdauer ergibt. Zudem kann der Rotor jederzeit getauscht werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Erzeugung des benötigten Magnetfelds eine erhebliche Leistung aus der Solarenergiequelle benötigt. Aufgrund ihres hohen Preises haben diese Wasserpumpen nur eine geringe Akzeptanz bei Verbrauchern gefunden.

Die zweite Möglichkeit liegt in der Verwendung eines Motors mit Bürsten. Aufgrund des erheblich geringeren Energieverbrauchs hat diese Art der Wasserpumpe guten Zuspruch bei den Verbrauchern gefunden. Der Nachteil einer solchen Wasserpumpe ist jedoch, dass die Bürsten und die entsprechenden Kontaktflächen auf dem Kommutator einem zusätzlichen Verschleiß unterliegen. Dies führt im Laufe der Zeit dazu, dass eine solche Pumpe höhere Anlaufströme benötigt und oftmals auch einen steigenden Energiebedarf hat.

Die gegenüber einem bürstenlosen Motor bereits verringerte Lebenserwartung einer solchen Wasserpumpe wird im Zusammenspiel mit einer Solarenergiequelle aus den nachfolgend dargestellten Gründen noch weiter verringert.

Es ist bei Solarmodulen bekannt, dass sie über eine besondere Strom-Spannungs-Charakteristik verfügen. Während bereits bei geringen Lichtverhältnissen eine erhebliche Spannung generiert wird, zum Beispiel 80 % der Nominalspannung, steigt der von der Solarenergiequelle gelieferte Strom nur langsam mit zunehmendem Lichteinfall an.

Ist eine Wasserpumpe mit einer Solarenergiequelle verbunden, so führt dies bei geringem Lichteinfall dazu, dass der Motor von einem Strom durchflossen wird, der nicht zum Andrehen des Motors ausreicht. Da der Strom über die Bürsten des Motors fließt, kommt es am Übergang zwischen den Bürsten und den entsprechenden Kontaktflächen zu Funkenbildung.

Der so entstehende, zusätzliche Verschleiß führt unter anderem dazu, dass der für das Anlaufen des Motors benötigte Anlauf strom steigt. Dies führt dazu, dass der Motor bei ansteigendem Lichteinfall (zum Beispiel bei Tagesbeginn) immer später anläuft, woraus wiederum resultiert, dass die Zeitdauer, in der die Funkenbildung stattfindet, immer länger wird. Dies kann schließlich dazu führen, dass die Wasserpumpe gar nicht mehr anläuft, obwohl das Solarmodul einen Strom liefert, der für den Antrieb eines bereits laufenden Motors ausreichend wäre.

Des Weiteren ist zu beachten, dass die Drehzahl einer Wasserpumpe im Wesentlichen von der Spannung abhängt, die der Wasserpumpe zugeführt wird.

Der Preis für ein Solarmodul ist im Wesentlichen abhängig von der Leistung, die es liefern kann. Um nun für eine gegebene Wasserpumpe ein entsprechend günstiges Solarmodul zu erhalten, wird versucht eine möglichst große Spannung zu gewinnen, wobei eine Reduzierung der maximalen Stromstärke in Kauf genommen werden muss. Diese Abhängigkeit verstärkt das Problem, dass die Solarenergiequelle ab einem bestimmten Zeitpunkt keinen ausreichenden Strom mehr liefern kann, um die Wasserpumpe anlaufen zu lassen.

In der eingangs genannten Anmeldung WO 2005/011874 A2, die auch vom jetzigen Antragsteller eingereicht wurde, wurde eine Verbesserung dahingehend vorgeschlagen, dass zwischen die Solarenergiequelle und die Wasserpumpe ein Schaltelement angeordnet wird, das den Strompfad zum elektrischen Motor der Wasserpumpe erst dann einschaltet, wenn die von der Solarenergiequelle gelieferte Spannung größer oder gleich der minimalen Betriebsspannung des elektrischen Motors ist.

Auf diese Weise konnte in der Praxis die Ausfallwahrscheinlichkeit eines Gesamtaufbaus mit einer Solarenergiequelle und einer Wasserpumpe reduziert werden. Es verbleibt dabei jedoch der Wunsch, den elektrischen Verlust, der durch das zusätzliche Schaltelement hervorgerufen wird, zu reduzieren.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte und kostengünstige Vorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren zur Steuerung eines Energieflusses zwischen einer Solarenergiequelle und einem elektrischen Motor sowie ein entsprechendes Verfahren anzugeben. Unter einem elektrischen Motor sollen dabei insbesondere solche elektrischen Motoren mit Bürsten verstanden werden, die in Wasserpumpen für den Heim- und Gartenbereich verwendet werden.

Diese Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Schaltung einen Energiespeicher aufweist, der mit der Energieflusssteuereinrichtung verbunden ist und die Energieflusssteuereinrichtung dafür ausgebildet ist, eine im Energiespeicher gespeicherte Energie bei Überschreiten einer vorgegebenen ersten Spannungsschwelle des Energiespeichers an den elektrischen Motor zu leiten.

Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem mit einer Solarenergiequelle der eingangs genannten Art gelöst, die eine Vorrichtung der zuvor beschriebenen Art aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung wird schließlich auch durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem ein Energiespeicher geladen wird und bei Überschreiten eines vorgegebenen Spannungspegels des Energiespeichers die gespeicherte Energie an den elektrischen Motor geleitet wird.

Um die Besonderheit der Erfindung zu verdeutlichen, soll nun die Situation betrachtet werden, wenn die Solarenergiequelle keine ausreichende Leistung liefert, um den elektrischen Motor anlaufen zu lassen. Der Begriff einer nicht-ausreichenden Leistung soll dahingehend verstanden werden, dass der dem Motor zur Verfügung stehende Strom und/oder die zur Verfügung stehende Spannung entweder für das Anlaufen oder für den Betrieb des Motors nicht ausreichen.

Wenn der Motor nicht läuft, fließt ein Großteil des erzeugten Stroms von der Solarenergiequelle nun nicht zum elektrischen Motor, sondern in den Energiespeicher. Dabei füllt sich der Energiespeicher, insbesondere ein Kondensator, im Laufe der Zeit immer mehr.

Während sich der Energiespeicher füllt, wird die Spannung des Energiespeichers (bildlich gesprochen der „Füllgrad" des Energiespeichers) von der Energieflusssteuereinrichtung überwacht. Überschreitet die Spannung des Energiespeichers die vorgegebene erste Spannungsschwelle, so leitet die Energieflusssteuereinrichtung die gespeicherte Energie an den Motor. Die Spannungsschwelle ist dabei derart gewählt, dass der Motor anläuft, wenn ihm die Energie zugeführt wird.

Durch das Andrehen des Motors tritt ein Reinigungseffekt an den Bürsten und den Kontaktflächen des Kommutators ein. Auf diese Weise kann die von der Solarenergiequelle bereitgestellte Energie – auch wenn sie nicht für einen Dauerbetrieb des Motors ausreichend ist – zum Reinigen der Bürsten und der Kontaktflächen eingesetzt werden. So kann vermieden werden, dass der benötigte Anlaufstrom (ggf. auch der benötigte Dauerstrom) ansteigt und die Lebenserwartung des Motors im Zusammenspiel mit der Solarenergiequelle verkürzt wird. Dabei sei angemerkt, dass die Solarenergiequelle bevorzugt amorphe Solarzellen aufweist, da sich so ein besonders günstiges Gesamtsystem ergibt.

Damit ist die oben genannte Aufgabe vollständig gelöst.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Energiequelle einen positiven Ausgang und der Motor einen positiven Eingang auf, wobei der positive Ausgang mittels der Schaltung mit dem positiven Eingang gekoppelt ist und der positive Ausgang und der positive Eingang zusätzlich durch ein niederohmiges Schaltelement miteinander verbunden sind.

Das niederohmige Schaltungselement, bei dem es sich bevorzugt um eine Leitung handelt, leitet einen Teil des von der Solarenergiequelle bereitgestellten Stroms direkt an den Motor. Hinsichtlich der Größe des zum Motors fließenden Stroms, sind zwei wichtige Zustände zu unterscheiden:
Wenn der Lichteinfall auf die Solarenergiequelle so gering ist, dass der Motor nicht andrehen kann, fließt ein großer Anteil des gelieferten Stroms in die Schaltung, insbesondere in den Energiespeicher, während nur ein geringer Anteil des Stroms direkt zum Motor fließt.

Im Normalbetrieb hingegen, wenn der gelieferte Strom ausreicht, um den Motor zu drehen, fließt ein großer Teil des Stroms über das niederohmige Schaltungselement. Dadurch ist nur der geringere Teil des Stroms, also der Teil, der durch die Schaltung fließt, Verlusten unterworfen. Dies bedeutet für den Normalbetrieb, dass die von der Solarenergiequelle gelieferte Leistung mit geringeren Verlusten zum Motor gelangt.

Insbesondere stellt sich nicht der Leistungsverlust über das aus dem Stand der Technik bekannte Schaltelement ein. Dies wiederum bedeutet, dass ein kleineres Solarmodul verwendet werden kann beziehungsweise, dass ein Solarmodul bei gleicher Größe über höhere Reserven verfügt.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Spannungsschwelle größer als eine Maximalausgangsspannung der Energiequelle.

Auf diese Weise kann besonders gut sichergestellt werden, dass der Motor auch tatsächlich anläuft, wenn ihm die Energie aus dem Energiespeicher zugeführt wird. Zudem wird dadurch sichergestellt, dass der Motor auch dann anläuft, wenn er aufgrund allgemeiner Alterungseffekte einen höheren Anlaufstrom benötigt.

Betrachtet man den Fall, dass die Solarenergiequelle einen Strom liefert, der zwar ausreicht, einen laufenden Motor weiterzudrehen, jedoch nicht ausreicht, um den Motor anlaufen zu lassen, so kann der Energiestoß mit der erhöhten Spannung im Sinne einer Starthilfe verstanden werden. Unter dem Begriff der Maximalausgangsspannung soll dabei die höchste Spannung verstanden werden, die von der Solarenergiequelle unter bestmöglichen Bedingungen bereitgestellt werden kann.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung einen Spannungshochsteller auf, der dem Energiespeicher vorgeschaltet ist.

Somit kann auf einfache Weise die zuvor erwähnte höhere Spannung erzeugt werden. Alternativ, gegebenenfalls auch zusätzlich, kann eine Ladungspumpe zur Erhöhung der Spannung eingesetzt werden.

Ferner ist es bevorzugt, dass die Energieflusssteuereinrichtung dafür ausgebildet ist, die Leitung von Energie aus dem Energiespeicher an den Motor zu unterbinden, wenn eine zweite Spannungsschwelle des Energiespeichers unterschritten wird.

Wie bereits zuvor beschrieben, wird bei geringem Lichteinfall die produzierte Energie im Energiespeicher aufgenommen und zu dem Zeitpunkt freigegeben, wenn die Energie ausreicht, um den Motor anzudrehen. Bei geringem Lichteinfall führt dies jedoch dazu, dass der Energiespeicher schneller leer läuft, als dass er von der Solarenergiequelle wieder aufgefüllt werden kann. Dies könnte zu der Situation führen, dass mittels der Energie aus dem Energiespeicher ein Strom durch den Motor hervorgerufen wird, der nicht mehr ausreicht, um den Motor weiterzudrehen.

Um in diesem Zustand eine Funkenbildung an den Bürsten des Motors zu vermeiden, wird daher vorgeschlagen, den Energiefluss bei Unterschreiten einer zweiten Spannungsschwelle zu unterbinden. Je nach gewählter Realisierung der Energieflusssteuereinrichtung kann die zweite Spannungsschwelle im Wesentlichen so groß wie die erste Spannungsschwelle gewählt oder auch gleichgesetzt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung ist zur Steuerung des Energieflusses ein Thyristor zwischen dem Energiespeicher und dem Motor angeordnet.

Ein derartiger Halbleiterschalter ist kostengünstig zu implementieren und robust. Es wird daher insbesondere eine einfache Kopplung zwischen der Spannung im Energiespeicher und der Freigabe der Energie aus dem Energiespeicher ermöglicht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaltung parallel zur Energiequelle angeordnet.

Die Schaltung wirkt daher aus Sicht des Motors wie eine Unterstützung der Solarenergiequelle. Besonders vorteilhaft ist es dabei, diese Ausgestaltung mit dem zuvor beschriebenen Spannungshochsteller zu kombinieren. Es hat sich nämlich in praktischen Versuchen herausgestellt, dass die Schaltung neben ihrer Funktion bei geringen Lichtverhältnissen außerdem einen weiteren Effekt hervorruft:
Im Normalbetrieb ermöglicht es die Schaltung nämlich, dass am elektrischen Motor eine höhere Spannung anliegt, als von der Solarenergiequelle bereitgestellt wird. Dadurch wird es möglich, Solarmodule mit einer geringeren Nennspannung zu verwenden beziehungsweise hat das gleiche Solarmodul höhere Reserven. Eine Erklärung dieses Effekts wird seitens der Anmelderin darin vermutet, dass die Schaltung die Solarenergiequelle in einen besseren Arbeitspunkt bewegt, möglicherweise in Richtung des besten Leistungspunkts (maximum power point, MPP).

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 einen Ausschnitt aus dem zeitlichen Verlauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3 eine erfindungsgemäße Solarenergiequelle.
1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Steuerung eines Energieflusses, die zwischen einer solarbetriebenen Energiequelle 12 und einem elektrischen Motor 14, hier in einer Wasserpumpe 16, angeordnet ist. Dabei weist die Vorrichtung 10 eine Eingangsseite 18 für eine Eingangsspannung U_A und eine Ausgangsseite 20 für eine Ausgangsspannung U_M auf.
Zwischen der Eingangsseite 18 und der Ausgangsseite 20 ist eine elektrische Schaltung 22 mit einer Energieflusssteuereinrichtung 24 angeordnet. Die Energieflusssteuereinrichtung 24 weist einen Thyristor T mit einer Anode A, einer Kathode K und einem Steueranschluss G, eine Zenerdiode D2 sowie eine Kapazität C4 und Widerstände R3, R4 auf, wobei die Kapazität C4 störende Frequenzrückkopplungen vom drehenden Motor 14 auf den Steueranschluss G reduziert oder unterdrückt.
Ferner weist die Schaltung 22 einen Spannungshochsteller 26 (Induktivität L1, Kapazitäten C1, C2, Widerstände R1, R2 und Transistoren Q1, Q2), einen Gleichrichter 28, hier eine Diode D1, und einen Energiespeicher 30, hier eine Kapazität C3, auf. Betrachtet man die Schaltung 22 von der Eingangsseite 18 aus in Richtung der Ausgangsseite 20, so sind die genannten Elemente wie folgt hintereinander angeordnet: Spannungshochsteller 26, Gleichrichter 28, Energiespeicher 30 und Energieflusssteuereinrichtung 24.
Die Solarenergiequelle 12 weist einen positiven Ausgang 32 und der Motor 14 einen positiven Eingang 34 auf. Der positive Ausgang 32 und der positive Eingang 34 sind über die Schaltung 22 miteinander gekoppelt. Zusätzlich sind der positive Ausgang 32 und der positive Eingang 34 durch ein niederohmiges Schaltungselement 36, hier eine Leitung 38, miteinander verbunden.
Die Funktion der Vorrichtung 10 soll nun näher erläutert werden. Dabei wird zunächst der Fall betrachtet, dass die von der Solarenergiequelle 12 bereitgestellte Leistung weder ausreicht, die Wasserpumpe 16 anlaufen zu lassen, noch ausreicht, die Wasserpumpe 16 weiterzudrehen, falls sie sich bereits in Bewegung befinden würde. In diesem Fall fließt der Strom von der Solarenergiequelle 12 hauptsächlich in die Schaltung 22, während nur ein geringer Teil des Stroms über den Motor 14 fließt.
Im Spannungshochsteller 26 wird die Eingangsspannung U_A heraufgesetzt. Mit der Diode D1 wird dann sichergestellt, dass die dabei entstehende Wechselspannung nur mit einer Halbwelle zum Energiespeicher 30 gelangt. Die Kapazität C3 hat hier eine Höchstspannung zwischen 10 V und 20 V, insbesondere zwischen 14 V und 18 V, bevorzugt von ungefähr 16 V.
Aufgrund der von der Solarenergiequelle 12 zugeführten Energie und des sperrenden Thyristors T steigt der Spannungspegel der Kapazität C3 so lange an, bis eine erste Spannungsschwelle, hier die Durchbruchsspannung der Zenerdiode D2, überschritten wird. Wenn die Zenerdiode D2 durchbricht, wird der Steueranschluss G des Thyristors T positiv, und der Thyristor T schaltet durch, das heißt er wird niederohmig. Die erste Spannungsschwelle wurde hier zwischen 8 V und 18 V, insbesondere zwischen 12 V und 16 V, bevorzugt als ungefähr 14 V gewählt.
Nachdem der Thyristor T durchgeschaltet hat, fließt die Energie aus der Kapazität C3 zum Motor 14. Die von der Kapazität C3 bereitgestellte Spannung ist dabei höher, insbesondere wesentlich höher als die zum Betrieb des Motors 14 benötigte Nennspannung. Damit wird sichergestellt, dass der Motor 14 tatsächlich anläuft und eine Funkenbildung vermieden wird.
Da angenommen wurde, dass der Motor 14 mehr Leistung verbraucht, als die Solarenergiequelle 12 derzeit liefern kann, bedeutet dies, dass der Spannungspegel der Kapazität C3 immer weiter absinkt, bis schließlich der Haltestrom am Steueranschluss G zu gering wird und der Thyristor T wieder sperrt, das heißt hochohmig wird. Der Motor 14 hört auf zu drehen, und der Ladevorgang der Kapazität C3 beginnt erneut.
Nunmehr soll der Fall betrachtet werden, dass die Solarenergiequelle 12 zwar eine Leistung liefert, die für ein Weiterdrehen des Motors 14 ausreichen würde, nicht aber ein Anlaufen des Motors 14 ermöglicht. Dabei findet die Aufladung der Kapazität C3 und die Freigabe der Energie an den Motor 14 wieder in der zuvor beschriebenen Weise statt. Wenn sich der Motor 14 schließlich dreht, fließt der größte Teil des von der Solarenergiequelle 12 gelieferten Stroms über die Leitung 38 direkt zum Motor 14. Dadurch kann der Motor 14 im Dauerbetrieb bei lediglich geringen energetischen Verlusten betrieben werden.
Im Versuchsaufbau hat sich zudem herausgestellt, dass die Schaltung 22 die am Motor 14 anliegende Spannung gegenüber der allein von der Solarenergiequelle 12 bereitgestellten Spannung erhöhen kann.
Ein beispielhafter Verlauf, den Motor 14 im letztgenannten Fall zu starten, ist im Diagramm der 2 dargestellt. Dabei stellt die Abszisse eine Zeitachse für die Zeit t dar. Die linke Ordinate zeigt eine Spannungsskala zwischen 0 V und 16 V, die rechte Ordinate eine Leistungsskala zwischen 0 W und 0,9 W. Die Kurve 50 zeigt den Verlauf eines Spannungspegels der Kapazität C3, die Kurve 52 zeigt die am Motor 14 anliegende Spannung und die Kurve 54 zeigt einen beispielhaften Verlauf für die Leistung, die von der Solarenergiequelle 12 geliefert wird.
Zu Beginn der zeitlichen Darstellung wird angenommen, dass die Leistungsabgabe der Solarenergiequelle von ungefähr 0,05 W auf ungefähr 0,8 W steigt. Anhand der Kurve 52 ist zu erkennen, dass die dem Motor zur Verfügung stehende Spannung zunächst ansteigt, dann aber ab einem Zeitpunkt t₁ im Wesentlichen konstant bei ungefähr 5,2 V bleibt.
In diesem Beispiel wurde angenommen, dass die nach dem Zeitpunkt t₁ vorliegende Leistung nicht ausreicht, um den Motor 14 anlaufen zu lassen, beispielsweise weil dafür eine höhere Spannung erforderlich wäre.
Ein anderer Verlauf zeigt sich für den in der Kurve 50 dargestellten Spannungsverlauf an der Kapazität C3. Hier nimmt die Spannung auch über den Zeitpunkt t₁ immer weiter zu, bis schließlich in der Nähe des Zeitpunkts t₂ in der Energieflusssteuereinrichtung 24 der Thyristor T durchgeschaltet und die Energie aus der Kapazität C3 zum Motor 14 geleitet wird. Wie deutlich aus dem Verlauf der Kurve 52 zu erkennen ist, führt dies zu einer kurzzeitigen Spannungserhöhung am Motor 14. In dem gezeigten Beispiel reicht diese „Starthilfe" aus, um den Motor 14 anlaufen zu lassen.
Im weiteren Verlauf ist schließlich die zuvor erwähnte Wirkung der Schaltung 22 zu erkennen. Während es vor dem Zeitpunkt t₂ die vornehmliche Aufgabe der Schaltung 22 war, die Kapazität C3 zu laden und so einen zusätzlichen Energiestoß zur Verfügung stellen zu können, steht dem Motor 14 nunmehr im Normalbetrieb eine um etwa 0,8 V erhöhte Spannung zur Verfügung. Die erhöhte Spannung hat zwar eine Reduzierung des zur Verfügung stehenden Stroms zur Folge, jedoch hat sich in der Praxis herausgestellt, dass diese Einbuße eher unproblematisch ist.
Die gezeigte Spannungserhöhung bietet zum einen zusätzliche Reserven im Betrieb, beispielsweise wenn die Lichtverhältnisse sich verschlechtern. Andererseits ermöglicht es die Vorrichtung 10 auch, eine geringer dimensionierte Solarenergiequelle 12 zu verwenden, so dass insgesamt ein preiswerteres Gesamtsystem bereitgestellt werden kann.
Schließlich zeigt 3 eine Solarenergiequelle 12, hier ein Solarmodul 60, mit Solarzellen 62 und der zuvor beschriebenen Vorrichtung 10. Da sich die Vorrichtung 10 einfach und kompakt realisieren lässt, kann eine insgesamt preiswerte und leistungsfähige Lösung angeboten werden.

Claims

Vorrichtung (10) zur Steuerung eines Energieflusses zwischen einer Solarenergiequelle (12) und einem elektrischen Motor (14), wobei die Vorrichtung (10) eine Eingangsseite (18) für eine Eingangsspannung (U_A) und eine Ausgangsseite (20) für eine Ausgangsspannung (U_M) aufweist und zwischen der Eingangsseite (18) und der Ausgangsseite (20) eine elektrische Schaltung (22) mit einer Energieflusssteuereinrichtung (24) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (22) einen Energiespeicher (30) aufweist, der mit der Energieflusssteuereinrichtung (24) verbunden ist und die Energieflusssteuereinrichtung (24) dafür ausgebildet ist, eine im Energiespeicher (30) gespeicherte Energie bei Überschreiten einer vorgegebenen ersten Spannungsschwelle des Energiespeichers (30) an den elektrischen Motor (14) zu leiten.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarenergiequelle (12) einen positiven Ausgang (32) und der Motor (14) einen positiven Eingang (34) aufweist, wobei der positive Ausgang (32) mittels der Schaltung (22) mit dem positiven Eingang (34) gekoppelt ist und der positive Ausgang (32) und der positive Eingang (34) zusätzlich durch ein niederohmiges Schaltelement (36) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarenergiequelle (12) eine Maximalausgangsspannung hat und die erste Spannungsschwelle größer als die Maximalausgangsspannung ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) einen Spannungshochsteller (26) aufweist, der dem Energiespeicher (30) vorgeschaltet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieflusssteuereinrichtung (24) dafür ausgebildet ist, die Leitung von Energie aus dem Energiespeicher (30) an den Motor (14) zu unterbinden, wenn eine zweite Spannungsschwelle des Energiespeichers (30) unterschritten wird.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung des Energieflusses ein Thyristor (T) zwischen dem Energiespeicher (30) und dem Motor (14) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (22) parallel zur Solarenergiequelle (12) angeordnet ist.
Solarenergiequelle (12), insbesondere Solarmodul (60) für den Heim- und Gartenbereich, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Steuerung eines Energieflusses zwischen einer Solarenergiequelle (12) und einem elektrischen Motor (14), wobei der Energiefluss mittels einer elektrischen Schaltung (22) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energiespeicher (30) geladen wird und bei Überschreiten eines vorgegebenen Spannungspegels des Energiespeichers (30) die gespeicherte Energie an den Motor (14) geleitet wird.