DE1800208A1 - Einrichtung zur Nachbildung der dynamischen und statischen Eigenschaften einer nach dem fotoelektrischen Prinzip arbeitenden Stromgeneratoreinheit - Google Patents

Einrichtung zur Nachbildung der dynamischen und statischen Eigenschaften einer nach dem fotoelektrischen Prinzip arbeitenden Stromgeneratoreinheit

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DE1800208A1
DE1800208A1 DE19681800208 DE1800208A DE1800208A1 DE 1800208 A1 DE1800208 A1 DE 1800208A1 DE 19681800208 DE19681800208 DE 19681800208 DE 1800208 A DE1800208 A DE 1800208A DE 1800208 A1 DE1800208 A1 DE 1800208A1
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impedance
load
sub
power generator
unit
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DE19681800208
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English (en)
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Hoge Dipl-Ing Dierk
Koebel Dipl-Ing Heinz
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06GANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/48Analogue computers for specific processes, systems or devices, e.g. simulators
    • G06G7/62Analogue computers for specific processes, systems or devices, e.g. simulators for electric systems or apparatus
    • G06G7/63Analogue computers for specific processes, systems or devices, e.g. simulators for electric systems or apparatus for power apparatus, e.g. motors, or supply distribution networks

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Description

  • Einrichtung zur Nachbildung der dynamischen und statischen Eigenschaften einer nach dem fotoelektrischen Prinzip arbeitenden Stromgeneratoreinheit Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Nachbildung der dynamischen und statischen Eigenschaften einer nach dem fotoelektrischen Prinzip arbeitenden, aus sahlreichen Untereinheiten zusammengesetzten Stromgeneratoreinheit unter Last.
  • Ein derartiger Stromgenerator ist belspielsweive eine Sonnenzellenanordnung auf ein Rauflugkörper, die als Energiequelle für elektrische Verbraucher dient. Für eine Entwicklung und Erprobung dieser Energiequelle ist es nun erforderlich, dass sie nach Möglichkeit den gleichen Bedingungen unterworfen wird, wie sie im tatsächlichen Einsatz auftreten. Zu diesen Bedingungen gehören bei Sonnensellen in erster Linie Bestrahlungsintensität und Temperatur Bekanntlich hängt die Leerlaufspannung und der Kurzschlußstrom einer Sonnenzellenanordnung stark von diesen Parametern ab.
  • Die Verwendung einer gesamten Sonnenzellenanordnung, wie sie auf einz Raumflugkörper aufgebracht ist, sur Siwilation der statischen Kennlinie, führt in den meisten Fällen w ein unvertretbar hohen Aufwand. Dieser wird vor allem auch durch eine Anordnung sur Nachbildung des extraterrestrischen Sonnenlichts (Sonnensimulator) verursacht.
  • Eine bekannte Möglichkeit, diesen Aufwand au vermeiden, besteht in der Nachbildung der ei atischen Kennlinie durch elektronische Mittel. Diese Nachbildung wird jedoch wiederum aufwendig, wenn auch das dynamische Verhalten simuliert werden soll.
  • Dies setzt umfangreiche elektronische Massnahmen und genaue Kenntnis des tatsächlichen dynamischen Verhaltens eines Sonnenzellengenerators voraus. Ausserdem lässt sich auf diese Weise nicht ohne weiteres das Verhalten der Sonnenzellen bei kontinuierlicher Änderung der Parameter nachbilden.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die elektrischen Eigenschaften fotoelektrischer Energiequellen statisch und dynamisch mit vertretbarem Aufwand in hohem Maße genau zu simulieren. Bei einer Anordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gelöst durch mindestens cina, den vorgegebenen Umweltbedingungen (Temperatur, Lichtintensität) unterworfenee Untereinheit der Stromgeneratoreinheit, einen linearen Verstärker, dessen Eingang an die Klemmen der Untereinheit angeschlossen ist und an dessen Ausgang die Last liegt, und durch eine, an die gleichen Ausgangsklemmen angeschlos ene Schaltungsanordnung mit einer Impedanz, die in einem festen wählbaren Verhältnis zur Impedanz der angeschlossenen Last steht.
  • Anstelle einer gesamten Sonnenzellenanordnung wird lediglich ein repräsentativer Teil verwendet In vielen Fällen reicht bereits ein sogenannter Streng aus, der die volle Spannung liefert und die charakteristsche Kennlinie und das charakteristi suche Verhalten vorgibt. Der lineare Verstärker lässt sich so ausbilden, dass die charakteristischen Eigenschaften nicht verfälscht werden.
  • Da die Untereinheit nur einen vergleichsweise sehr geringen Teil eines gesamten Sonnenzellengenerators darstellt, ist es auf einfache Weise möglich, nahezu alle wesentlichen Parameter, den die tatsächliche Anlage unterworfen ist WiX Temperatur, Strahlungsintensität und Spektralverteilung, Strahlenschädigung und Alterung zu simulieren, indem man sie diesen Bedingungen unterwirft.
  • Da nur eine Untereinheit zur charakteristischen Lastversorgung herangezogen wird, ist erforderlich, daß die angeschlossene Last entsprechend dem Verhältnis von Untereinheit zur gesamten Einheit heruntertransformiert an die Ausgangsklemmen der Untereinheit angeschlossen ist. Hierzu wird in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die wählbare Impedanz die Eingangsimpedanz des linearen Verstärkers ist. Durch entsprechende Vorkehrungen kann die Eingangsimpedanz des linearen Verstärkers in ein festes, verdnderliches Verhältnis zur Lastimpedanz gebracht werden.
  • Ein weiterer Vorschlag der Erfindung besteht darin, daß die Schaltungsanordnung im wesentlichen aur: einem zweiten Verstärker besteht, an dessen Eingang eine dem Laststrom proportionale Spannung liegt und dessen Ausgang an die Ausgangsklemmen der Untereinheit angeschlossen ist, wobei der Verstärkerfaktor des Verstärkers die Größe der lastproportionalen Impedanz bestimmt, In liesem Fall weist der lineare Verstärker eine nahezu unendlich hohe EingangsimFedanz auf.
  • Ein weiterer Vorschlag der Erfindung hestcht darin, daß der lineare Verstärker an ien Abgriff eines ar die Ausgangsklemmen der Untereinheit liegenden Spannungsteilers angeschlossen ist.
  • Mit diesem Spannungsteiler wird die Leerlaufspannung variiert.
  • Wenn z.B. die Forderung besteht, dem Verbraucher eine andere Spannung vrzugeben, dinn ist hierzu nicht erforderlich, daß eine andere Untereinheit gewählt werden muss. Auf diese Weise lassen sich die verschtedenen Kennlinien ton Parallel- und Serienschaltungen der Intereinheiten einfach simulieren.
  • Anhand der Zeichnung s >11 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung näher beschrieben werden. An die Ausgangsklemmen einer aus mehreren parallel und in Reihe geschalteten Sonnenzellen zusammengesetzten Untereinheit 10 ist Uber einen Spannungsteiler 11 ein linearer Verstärker 12 mit nahezu unendlicher Eingangsimpedans angeschlossen. An dessen Ausgangsklemmen liegt ein Verbraucher 13. In Reihe mit dem Verbraucher 13 liegt ein Ohmscher Widerstand 14.
  • Mit dem durch den Verbraucherstrom am Widerstand 14 verursachten Spannungsabfall wird ein weiterer Verstärker 15 beaufschlagt. Dessen Ausgang ist über einen veränderlichen Widerstand 16 an die Ausgangsklemmen der Untereinheit angeschlossen.
  • Mit Hilfe der Untereinheit 10 wird nun die charakteristische Strom - Spannungskennlinie eines aus zahlreichen Sonnenzellen bestehenden fotoelektrischen Generators nachgebildet.
  • Dabei wird jedoch nur die volle Spannung, nicht jedoch der volle Strom geliefert. Die Stromverstärkung erfolgt daher im linearen VerstMrxer 12, so daß der Verbraucher mit voller Leistung beaufschlagt wird. Damit auch der richtige Arbettspunkt auf der Kennlinie des Sonnenzellengenerators erreicht wird, muss an die Untereinheit die gleiche Last angeschlossen sein, wie des auch unter tatsächlichem Einsatz der Fall ist. Hierzu wird die Last des Verbrauchers 13 Uber den Verstärker 15 und den veränderlichen Widerstand 16 entsprechend transformiert. Der Untereinheit 10 wird also immer ein dem Verbraucherstrom proportionaler Strom entnommen. Mit Hilfe des veränderlichen Widerstandes 16 kann dieses Übersetzungsverhältnis geändert werden. Damit wird zugleich der Kurzschlußstrom der Untereinhett verändert. Die Leerlaufspannung ist hingegen am Potentiometer 11 veränderbar.
  • Bekanntlich wird durch Variation der Parameter Raumtemperatur und Beleuchtungsintenstät die Kennlinie bezüglich der Größen Leerlaufspannung und Kur3schlußstrom von Sonnenzellen verändert. Indem also die Untereinheit veränderlichen Bedingungen ausgesetzt ist, können tatsächlich vorkommende Umweltänderungen wie Sonnen-Schattenübergänge, Änderungen des Einfallswinkels der Strahlung sowie der Einfluss der Degradation simuliert werden. Sind nun Kurzschlußstrom und Leerlaufspannung unter diesen Bedingungen für eine Sonnenzellenanordnung bereits bekannt, dann können diese mit Hilfe der veränderlichen Widerstände 11 und 16 direkt ein gestellt werden, ohne daß die Untereinheit noch äußerem Einfluss unterworfen werden muss.
  • Als besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist-schliesslich deren Verwendung bei der Simulation von Orbitzyklen von Raumflugkörpern anzusehen. Die den veränderlichen Umweltbedingungen entsprechenden Parameter kennen über ein vorgegebenes Programm auf einfache Weise zur Steuerung des Simulators in diesen eingegeben werden.

Claims (4)

  1. Patentansprüche
    lo Einrichtung zur Nachbildung der dynamischen und statischen Eigenscha@ten einer nach dem fotoelektrischen Prinzip arbeitenden, aus zahlreichen Untereinheiten zusammengesetzten Stromgeneratoreinheit unter Last, gekennzeichnet lurch mindestens eine (vorgegebene Umweltbedingungen (Temperatur, Lichtintensität) unterworfene Untereinheit (10) der Stromgeneratoreinheit, einen linearen Verstärk"r (12). dessen Eingang an eie Klemmen der Untereinheit (10) angeschlossen ist und an dessen Ausgang die Last (13) liegt,und durch eine an die gleichen Ansgangsklemmen angeschlossene Schaltungsanordnung (15) mit einer Impedanz, die in einem festen wählbaren Verhältnis zur Impedanz der angeschlossenen Last (13) steht.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wählbare Impedanz die Eingangsimpedanz des linearen Verstärkers (12) ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dic Schaltungsanordnung im wesentlichen nus einem zweiten Verstärker (15) besteht, an dessen Eingang eine den Laststrom proportionale Spannung liegt und diesen Ausgang an die Ausgangsklemmen der Untereinheit (10) angeschlossen ist, wobei der Verstärkungsfaktor des Verstärkers (15) die Größe der lastproportionalen Impedanz bestimmt.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Verstärker (12) an den Abgriff es an die Ausgangsklemmen der Untereinheit (10) liegenden Spannungsteilers (11) angeschlossen ist
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