-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer
an einem Kraftfahrzeug angeordneten Solaranlage. Die Erfindung betrifft
außerdem ein Fahrzeug, das mit einer Solaranlage ausgestattet
ist.
-
Üblicherweise
umfasst eine Solaranlage eine Vielzahl einzelner Solarzellen zum
Erzeugen elektrischen Stroms. Die einzelnen Solarzellen können
in Reihe oder parallel geschaltet werden. In einer Parallelschaltung
addieren sich die Ströme, während die Spannung
klein bleibt, was für eine Vielzahl von Anwendungen nachteilig
ist. In einer Reihenschaltung addieren sich die Spannungen. Problematisch bei
einer Reihenschaltung einzelner Solarzellen ist jedoch, dass eine
einzelne beschädigte Solarzelle oder eine einzelne abgeschattete
Solarzelle den Stromfluss in der gesamten Anordnung, der in Reihe gekoppelten
Solarzellen blockiert.
-
Aus
der
DE 10 2005
012 213 B4 ist eine Anschlussschaltung bekannt, mit deren
Hilfe Solarzellen eines Solarzellenmoduls elektrisch angeschlossen
werden können. Die bekannte Anschlussschaltung betrifft
dabei eine stationäre Solaranlage. Die Anschlussschaltung
umfasst eine Schutzeinrichtung, die im Fall einer abgeschatteten
Solarzelle als Strom-Bypass für die abgeschattete Solarzelle
wirkt. Die Schutzeinrichtung wird dabei durch eine gesteuerte elektronische
Schaltanordnung gebildet. Diese Schaltanordnung kann eine Ansteuerschaltung
und eine von der Ansteuerschaltung ansteuerbare Schalteinrichtung
umfassen. Diese Schalteinrichtung ist dabei parallel zu wenigstens
einer Solarzelle geschaltet und wird im Falle einer Abschattung
der Solarzelle von der Ansteuerschaltung zumindest zeitweise aufgesteuert,
sodass ein Strom-Bypass für die abgeschattete Solarzelle
erzielt wird. Diese Schalteinrichtung kann zwei in Reihe geschaltete
und von der Ansteuerschaltung angesteuerte elektrische oder elektronische
Schaltelemente aufweisen, bei denen es sich um zwei gegeneinander
gepolte Transistoren, vorzugsweise MOSFETS, handeln kann.
-
Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für ein Betriebsverfahren bzw. für ein Kraftfahrzeug
der Eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Ausnutzung der
Solarenergie auszeichnet, wobei insbesondere die speziellen Randbedingungen,
die bei Kraftfahrzeugen auftreten, Berücksichtigung finden.
-
Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
-
Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Kraftfahrzeug,
das mit einer Solaranlage ausgestattet ist, abgeschattete Solarzellen
für die Dauer ihrer Abschattung zu überbrücken. Die
Abschattung einzelner, in Reihe geschalteter Solarzellen führt
dann nicht zur Deaktivierung der gesamten Solaranlage, sodass die übrigen,
nicht abgeschatteten Solarzellen weiterhin Strom erzeugen können.
-
Zur
Realisierung einer automatischen und schnell reagierenden Überbrückung
einzelner Solarzellen oder von Solarzellengruppen, die jeweils mehrere
parallel geschaltete Solarzellen aufweisen, können vorzugsweise
Bypassdioden verwendet werden. Derartige Bypassdioden ermöglichen
kurze Schaltzeiten, was eine besonders effektive Adaption an die bei
Kraftfahrzeugen herrschenden Randbedingungen ermöglicht.
Eine an einem Fahrzeug vorgesehene Solaranlage ist durch das Fahrzeug
mobil, wodurch sich permanent die Sonnenbeaufschlagung der Solaranlage ändern
kann. Bspw. kann das Fahrzeug Schattenbereiche durchfahren, durch
die einzelne oder mehrere Solarzellen vorübergehend abgeschattet
werden. Damit bei diesen sich permanent ändernden Bestrahlungsbedingungen
in zufriedenstellendem Maße elektrischer Strom generiert
werden kann, ermöglichen die Bypassdioden ein rasches Reagieren,
um die vorübergehend abgeschatteten Solarzellen ebenso
vorübergehend zu überbrücken.
-
Besonders
vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform des Fahrzeugs,
bei der jeweils mehrere Solarzellen zu Solarzellengruppen miteinander
verbunden sind, wobei die Solarzellen innerhalb der jeweiligen Solarzellengruppe
parallel geschaltet sind. Innerhalb der jeweiligen Solarzellengruppe
sind die einzelnen Solarzellen weitgehend geradlinig hintereinander
angeordnet. Am Fahrzeug sind diese Solarzellengruppen so angeordnet,
dass ihre Solarzellen in der Fahrzeuglängsrichtung zueinander
benachbart angeordnet sind. Am Fahrzeug sind nun mehrere solche
Solarzellengruppen quer zur Fahrzeuglängsrichtung benachbart
nebeneinander angeordnet. Die einzelnen Solarzellengruppen sind
in Reihe geschaltet und können dabei, insbesondere mit
Bypassdioden, überbrückt werden. Fällt
nun ein Schatten auf das Fahrzeug, der das Fahrzeug nur teilweise
abschattet und dessen Grenze etwa parallel zur Fahrzeuglängsrichtung
verläuft, ergibt sich zwangsläufig eine gruppenweise
Abschattung der Solarzellen, bei der regelmäßig
alle Solarzellen einer Solarzellengruppe oder mehrerer benachbarter
Solarzellengruppen abgeschattet sind. Diese können nun
besonders einfach gruppenweise überbrückt werden,
sodass die verbleibenden Solarzellengruppen weiterhin aktiv sind. Durch
diese spezielle Anordnung sind nur vergleichsweise wenige Schalteinrichtungen,
insbesondere Bypassdioden, erforderlich, um die einzelnen Solarzellengruppen überbrücken
zu können. Insbesondere ist es hierdurch nicht erforderlich,
jede einzelne Solarzelle mit einer hierzu geeigneten Schalteinrichtung,
insbesondere Bypassdiode, zur Überbrückung auszustatten.
Diese Anordnung beruht auf der Erkenntnis, dass bei einem fahrenden
Fahrzeug, das sich abgesehen von extremen Kurven stets im Wesentlichen
parallel zu seiner Fahrzeuglängsachse bewegt, eine Abschattung
in den meisten Fällen seitlich parallel zur Fahrtrichtung
erfolgt. Nur in seltenen Fällen, z. B. beim Unterfahren
von Brücken oder dergleichen sowie bei stehendem Fahrzeug,
kann auch eine Abschattung quer zur Fahrtrichtung erfolgen. Da diese
Fälle vergleichsweise selten sind, können sie vernachlässigt
werden. Die vorliegende Erfindung hat somit erkannt, dass zur Realisierung
einer preiswerten Lösung die Berücksichtigung
einer Schattenbildung parallel zur Fahrtrichtung ausreicht, um letztlich
durch Überbrücken abgeschatteter Solarzellen bzw.
Solarzellengruppen die Effizienz der Solaranlage zu verbessern.
-
Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
-
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.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
-
Die
einzige 1 zeigt stark vereinfacht eine Draufsicht auf
ein Fahrzeug, das mit einer Solaranlage ausgestattet ist.
-
Entsprechend 1 weist
ein Kraftfahrzeug 1, das hier nur im Bereich eines Fahrzeugdachs 2 angedeutet
ist, eine Solaranlage 3 auf, die mehrere Solarzellen 4 besitzt.
Die Solarzellen 4 dienen zur Erzeugung von elektrischem
Strom im Falle einer Solarbestrahlung. Im gezeigten Beispiel sind
jeweils mehrere Solarzellen 4 zu einer Solarzellengruppe 5 zusammengefasst.
Rein exemplarisch und ohne Beschränkung der Allgemeinheit
können z. B. sechs Solarzellen 4 eine Solarzellengruppe 5 bilden.
Innerhalb der jeweiligen Solarzellengruppe 5 sind die einzelnen Solarzellen 4 parallel
geschaltet. Ferner sind die Solarzellen 4 innerhalb der
jeweiligen Solarzellengruppe 5 geradlinig hintereinander
bzw. nebeneinander angeordnet. Dementsprechend erstrecken sich die einzelnen
Solarzellengruppen 5 geradlinig. Am Fahrzeug 1 sind
die einzelnen Solarzellengruppen 5 so angeordnet, dass
sie sich parallel zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten
Fahrzeuglängsrichtung 6 des Fahrzeugs 1 erstrecken.
Mehrere derartige Solarzellengruppen 5 sind dabei quer
zur Fahrzeuglängsrichtung 6 nebeneinander angeordnet.
Im Beispiel sind ohne Beschränkung der Allgemeinheit sechs
derartige Solarzellengruppen 5 nebeneinander angeordnet.
Dementsprechend erstrecken sich die einzelnen Solarzellengruppen 5 parallel
zueinander, wobei sie quer zur Fahrzeuglängsrichtung 6 zueinander
benachbart angeordnet sind. Die einzelnen Solarzellengruppen 5 sind
in Reihe geschaltet.
-
Ferner
umfasst die Solaranlage 3 mehrere Bypassdioden 7.
Diese sind so angeordnet bzw. so geschaltet, dass sie die einzelnen,
in Reihe geschalteten Solarzellengruppen 5 überbrücken
können. Die Schaltung der Bypassdioden 7 bzw.
ihre Anordnung ist dabei so gewählt, dass sie die jeweilige
Solarzellengruppe 5 dann überbrücken,
wenn diese keinen oder zu wenig Strom liefert. Sie können
dabei durch den von der jeweiligen Solarzellengruppe 5 generierten
Strom bzw. durch die dort erzeugte Spannung gesteuert werden. Hierdurch
lässt sich eine automatische Abschaltung abgeschatteter
Solarzellengruppen 5 realisieren. Anstelle der Bypassdioden 7 können
auch andere Abschalt- oder Bypasseinrichtungen verwendet werden.
-
In 1 ist
mittels eines Rahmens 8 ein abgeschatteter Bereich des
Fahrzeugs 1 bzw. des Fahrzeugdachs 2 angedeutet.
Erkennbar verläuft diese Abschattung 8 parallel
zur Fahrzeuglängsrichtung 6. Insbesondere verläuft
eine Schattenkante 9 oder Abschattungsgrenze 9 im
Wesentlichen parallel zur Fahrzeuglängsrichtung 6.
Dies ist regelmäßig der Fall, wenn das Fahrzeug 1 an
einem stehenden, Schatten werfenden Hindernis, wie z. B. ein Gebäude,
vorbeifährt. Im Beispiel ist die Abschattung 8 so groß,
dass auf der in 1 rechts liegenden Seite der
Solaranlage 3 drei der sechs Solarzellengruppen 5 vollständig
abgeschattet sind. Die zugehörigen Bypassdioden 7 bewirken
nun eine Überbrückung dieser abgeschatteten Solarzellen 4.
Die mittels der Bypassdioden 7 überbrückten
Solarzellen 4 sind mit einem X gekennzeichnet. Sie tragen
also nicht zur Stromproduktion der Solaranlage 3 bei. Im
Unterschied dazu sind die auf der in 1 rechts liegenden
Fahrzeugseite angeordneten Solarzellen 4 der dort befindlichen
drei Solarzellengruppen 5 nicht abgeschattet, sodass sie
hinreichend Strom erzeugen und insbesondere nicht mit Hilfe der
Dioden 7 überbrückt sind. Dementsprechend
kann die Solaranlage 3 weiterhin Strom liefern.
-
Die
hier vorgestellte Solaranlage 3 ist außerdem mit
einer Auswerteeinrichtung 10 ausgestattet, die über
eine Vielzahl von Sensorleitungen 11 mit mehreren, zweckmäßig
mit allen, Bypassdioden 7 verbunden ist. Hierdurch kann
die Auswerteeinrichtung 10 die Bypassdioden 7 für
eine On-Board-Diagnose der Solarzellen 4 bzw. der Solarzellengruppen 5 heranziehen.
Hierzu misst die Auswerteeinrichtung 10 den Spannungsabfall
an den einzelnen Bypassdioden 7. Wenn bspw. an einer Bypassdiode 7 eine Spannung
bis maximal zur Durchlassspannung der Bypassdiode 7 auftritt,
kann die Auswerteeinrichtung 10 daraus schließen,
dass zumindest eine Solarzelle 4 dieser Solarzellengruppe 5 keinen
Strom liefert. Sofern diese Diagnose bei fehlender Abschattung 8 und bei
vorhandener Sonnenbestrahlung erfolgt, kann die Auswerteeinrichtung 10 daraus
schließen, dass zumindest eine Solarzelle 4 besagter
Solarzellengruppe 5 defekt ist. Wenn nun an der jeweiligen
Bypassdiode 7 eine Spannung gemessen wird, die größer als
die Durchlassspannung der Bypassdiode 7 ist, kann die Auswerteeinrichtung 10 davon
ausgehen, dass die zugehörige Solarzellengruppe 5 intakt
ist und die zugehörigen Solarzellen 4 funktionsfähig sind.
-
Eine
derartige On-Board-Diagnose kann vom Fahrzeugführer oder
von Wartungspersonal angestoßen werden, bspw. wenn eine
beschattungsfreie Beaufschlagung der Solaranlage 3 mit
Licht sichergestellt ist. Die Auswerteeinrichtung 10 kann
das Ergebnis der jeweiligen Diagnose dem Nutzer anzeigen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005012213
B4 [0003]