DE19617397A1 - Verfahren zum Laden von Bleiakkumulatoren mittels Solarzellen unter Ausnutzung des Kurzschlußstromes und der Leerlaufspannung der Solarzelle - Google Patents

Verfahren zum Laden von Bleiakkumulatoren mittels Solarzellen unter Ausnutzung des Kurzschlußstromes und der Leerlaufspannung der Solarzelle

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DE19617397A1
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • H01M10/465—Accumulators structurally combined with charging apparatus with solar battery as charging system
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

Bisher wird zum Laden von Akkumulatoren über Solarzellen lediglich der statische Strom als Dauerstrom auf den Akku gelegt. Wie hoch dieser ist, ist abhängig von der Sonneneinstrahlung und der sich daraus ergebenden Arbeitspunktspannung des Solarelements. Ist die Einstrahlung gering, wird oft die Akkuspannung so hoch (bzw. die Spannung der Solarzelle so niedrig) sein, daß sich kaum ein Spannungsunterschied einstellt der einen nennenswerten Strom treiben kann.
Hier setzt der vorliegende Anspruch an, der es möglich macht, der Solarzelle durch Pulsbreitenmodulation eine Spannung zu entnehmen, die fast in Höhe der Leerlaufspannung der Solarzelle liegt. Der entstehende Stromfluß ist entsprechend dem Kurzschlußstrom der Solarzelle ebenfalls wesentlich höher als beim Betrieb der Zelle im Arbeitspunkt bei kontinuierlichem Stromfluß.
Der wirtschaftliche verwertbare Vorteil des nachfolgend beschriebenen Verfahrens ergibt sich dadurch, daß schon bei diffusem Lichteinfall der Solarzelle ein Strom im Amperebereich entnommen werden kann. Es ergibt sich gegenüber dem bisher praktizierten Verfahren ein Tageswirkungsgrad der um Faktor 1,5 bis 3 höher liegt bezogen auf die tatsächliche Sonneneinstrahlung. Das optimale Ausrichten der Solarzelle ist nicht notwendig, ein horizontaler Aufbau, aktive Fläche nach oben, genügt.
Nachfolgend wird aufgeführt, daß der beantragte Schutz einen Ladezyklus betrifft, der aus fünf typischen Teilen besteht:
  • 1. Messung der Spannung der Solarzelle
  • 2. Messung der Akkumulatorspannung
  • 3. Feststellung der geeigneten Modulation der Solarzellenspannung
  • 4. Durchführung der Ladung mit Pulsbreitenmodulation
  • 5. Automatische Abschaltung der gesamten Ladeeinrichtung bei vollem Akku oder Mangel an Sonne zur Energieeinsparung, z. B. während der Nacht.
Bisher wird zum Laden von Akkumulatoren über Solarzellen lediglich der statische Strom als Dauerstrom auf den Akku gelegt. Wie hoch dieser ist, ist abhängig von der Sonneneinstrahlung und der sich daraus ergebenden Arbeitspunktspannung des Solarelements. Ist die Einstrahlung gering, wird oft die Akkuspannung so hoch (bzw. die Spannung der Solarzelle so niedrig) sein, daß sich kaum ein Spannungsunterschied einstellt der einen nennenswerten Strom treiben kann.
Hier setzt der vorliegende Anspruch an, der es möglich macht, der Solarzelle durch Pulsbreitenmodulation eine Spannung zu entnehmen, die fast in Höhe der Leerlaufspannung der Solarzelle liegt. Der entstehende Stromfluß ist entsprechend dem Kurzschlußstrom der Solarzelle ebenfalls wesentlich höher als beim Betrieb der Zelle im Arbeitspunkt bei kontinuierlichem Stromfluß.
Der wirtschaftliche verwertbare Vorteil des nachfolgend beschriebenen Verfahrens ergibt sich dadurch, daß schon bei diffusem Lichteinfall der Solarzelle ein Strom im Amperebereich entnommen werden kann. Es ergibt sich gegenüber dem bisher praktizierten Verfahren ein Tageswirkungsgrad der um Faktor 1,5 bis 3 höher liegt bezogen auf die tatsächliche Sonneneinstrahlung. Das optimale Ausrichten der Solarzelle ist nicht notwendig, ein horizontaler Aufbau, aktive Fläche nach oben, genügt.
Nachfolgend wird aufgeführt, daß der beantragte Schutz einen Ladezyklus betrifft, der aus fünf typischen Teilen besteht:
  • 1. Messung der Spannung der Solarzelle
  • 2. Messung der Akkumulatorspannung
  • 3. Feststellung der geeigneten Modulation der Solarzellenspannung
  • 4. Durchführung der Ladung mit Pulsbreitenmodulation
  • 5. Automatische Abschaltung der gesamten Ladeeinrichtung bei vollem Akku oder Mangel an Sonne zur Energieeinsparung, wie z. B. während der Nacht.
Ausführungsbeispiel
In Anlage befindet sich das Blockschaltbild (Bild 1) sowie die Kopie eines Datenblattes der Firma Siemens (Bild 2).
zu Bild 1:
Die hier beschriebene Ladeeinrichtung bezieht sich auf Akkumulatoren 2 mit einer Nennspannung von 12 V, so daß eine Parallelschaltung von sowohl Solarpanels als auch Akkumulatoren in Betracht zu ziehen ist, wenngleich auch Anordnungen für höhere Nennspannungen prinzipiell nicht auszuschließen sind.
Die in dem Solarpanel eingezeichneten Dioden 4 sind in der Regel bereits in handelsüblichen Solarzellenpanels integriert, um bei Parallelschaltung mehrerer Zellen und Abschattung einzelner Panels einen rückläufigen Stromfluß in die Solarzelle zu verhindern. In der Regel wird eine Anordnung von Panels mit einem Kurzschlußstrom von ca. 4 A und einer Leerlaufspannung von ca. 21 V verwendet.
Der Schalter 3 wird als schneller Leistungstransistor ausgeführt, über die Steuerung mit einer Trägerfrequenz in Pulsbreitenmodulation angesteuert und lädt den Akkumulator über den Minusanschluß - dadurch entfällt eine Potentialtrennung und aufwendige Ansteuerung des Transistors.
Über die Meßleitung 2 wird, abhängig vom Zustand des Schalters 3, entweder die momentale Batteriespannung (Schalter geöffnet) oder die momentane Spannung im Arbeitspunkt des Solarpanels (Schalter geschlossen) festgestellt. Darüber wird eine optimale Pulsbreitenmodulation für den Ladevorgang ermittelt, bzw. der Ladevorgang bei ausreichender Ladung beendet oder in eine Dauerladung ohne Pulsbreitenmodulation (z. B. zur Ladungserhaltung) geändert. Eine für den Akku schädliche Tiefentladung wird erkannt.
Der Kondensator 5 ist in dieser Anordnung notwendig. Er sammelt, während der Schalter 3 geöffnet ist, den Kurzschlußstrom der Solarzelle und lädt sich auf fast Leerlaufspannung auf. Dies führt dazu, daß nach Schließen des Schalters 3 eine höhere Spannung einen höheren Strom in den Akkumulator treibt. Die Höhe der Stromspitzen kann den 2- bis 4-fachen Nennstrom der Solarzelle betragen.
zu Bild 2
Bild 2 ist die Kopie eines Datenblattes der Firma Siemens. Es enthält die Kennlinien handelsüblicher Solarpanels. Diese dienen dazu, die Funktion der Solarzellen zu verstehen und machen die Begriffe "Kurzschlußstrom", "Leerlaufspannung" und "Arbeitspunkt" verständlich.

Claims (1)

  1. Patentanspruch auf ein Ladeverfahren für Bleiakkumulatoren und entsprechende Energiespeicher für elektrische Energie mittels Solarzelle, dadurch gekennzeichnet, daß
    • 1. der Kurzschlußstrom einer handelsüblichen Solarzelle genutzt wird,
    • 2. die Leerlaufspannung der handelsüblichen Solarzelle zum Tragen kommt,
    • 3. dies auf wirtschaftliche Weise über nur einen Schalter durchgeführt wird, der als schneller MOS-FET-Transistor oder entsprechender schneller Schalter nach dem Stand der Technik ausgeführt ist und nach dem Prinzip der Pulsbreitenmodulation angesteuert wird.
DE19617397A 1996-05-02 1996-05-02 Verfahren zum Laden von Bleiakkumulatoren mittels Solarzellen unter Ausnutzung des Kurzschlußstromes und der Leerlaufspannung der Solarzelle Withdrawn DE19617397A1 (de)

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