-
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.