DE2043423A1 - Optimalregler - Google Patents

Optimalregler

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DE2043423A1
DE2043423A1 DE19702043423 DE2043423A DE2043423A1 DE 2043423 A1 DE2043423 A1 DE 2043423A1 DE 19702043423 DE19702043423 DE 19702043423 DE 2043423 A DE2043423 A DE 2043423A DE 2043423 A1 DE2043423 A1 DE 2043423A1
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Heinrich Dipl.-Ing. 8019Abersdorf. P G05g 1-12 42T4 1-12 1575119 AT 12.05.67 Hufnagel
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66Regulating electric power
    • G05F1/67Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description

  • Optimalregler Die Erfindung betrifft einen Regler zur Optimierung der von einem Solarzellengenerator an einen Uber zwei Speicher mit dem Solarzellengenerator verbundenen Verbraucher abzugebenden Leistung.
  • In Verbindung mit Satelliten oder Weltraumsonden verwendete Solarzellengeneratoren dienen zur Energieversorgung von elektrischen Systemen der Raumfahrzeuge, wobei im allgemeinen zwischen Solarzellengenerator und die elektrischen Systeme eine Pufferbatterie geschaltet ist. Da die von dem Solarzellengenerator abgegebene Leistung proportional der Energiezufuhr ist, und diese in Abhängigkeit beispielsweise des Einfallwinkels der auf die Solarzellen auftreffenden Lichtstrahlung, des Abstandes der Solarzellen von der Sonne und der Temperatur schwankt, und die Solarzellengeneratoren auch wegen des beschränkt zur VerfElgung stehenden Stauraumes der Raumfahrzeuge nicht beliebig groß ausgelegt werden können, muß die Jeweils abgegebene Leistung möglichst mit optimalem Wirkungsgrad an die elektrischen Systeme geliefert werden.
  • Es ist bekannt, zwischen Solarzellengenerator und Verbraucher bzw. Pufferbatterle einen Regler zu schalten, der eine Impedanzanpassung zwischen Solarzellengenerator und Verbraucher derart bewirkte da3 die el.ektrische Leistung stets mit dem maximalen Wirkungsgrad uebertragen wird; vgl.
  • DOS 1 515 195 und DOS 1 804 i3o Diese bekannten Regler gehen davon aus, daß der Arbeitspunkt des Solarzellengenerators durch eine Schaltlogik nach einem vorbestimmten Gesetz geringfugig verändert wird und die Richtung der Verschiebung in Abhangigkeit von der Stromspannungs-Kennlinie des Solarzellengenerators zur Bestimmung der maximalen Ausgangsleistung herangezogen wird; vgl. auch STEINBUCH, Taschenbuch der Naehricbtenverarbeitung, Springer Verlag, 1962, Seiten 960, 961.
  • Bei den bekannten Optimalreglern ist es notwendig, entweder die Jeweils dem Solarzellengenerator entnommene Leistung zu messen und zu differenzieren, um auf diese Weise den optimalen Arbeitsptmkt zu erhalten, oder es mUssen sowohl Spannung und Strom des Solarzellengenerators im Wechsel gemessen werden, wobei dann eine Logik Uber einen Stellgenerator den Solarzellengenerator zu dem Punkt maximaler Leistung bringt, Ein Nachteil dieser Regler ist die verhältnismäßig träge Ansprechempfindlichkeit, die beim Zuschalten einer Last von seiten eines Verbrauchers zu schwer ausregelbaren Instabilltäten uhren kann.
  • Unter Berücksichtigung des oben erwähnten Solarzellengenerators mit einer Anordnung zur Optimierung der über zwei Speicher an einen Verbraucher abgegebenen Leistung ist es Aufgabe der Erfindung, einen sich durch besondere Einfachheit auszeichnenden, mit geringem elektronischen Aufwand zu realisierenden und schnell ansprechenden Optimalregler anzugeben, der die erwähnten Nachteile der bekannten Optimalregler nicht aufweist.
  • Ausgehend von der Erkenntnis, daß das Verhältnis zwischen dem Strom des Solarzellengenerators im Arbeitspunkt maximaler Leistung und dem Kurzschlußstrom des Solarzellengenerators sowohl bei Variation des Lichteinfallwinkels als auch bei Variation der Betriebstemperatur bei nicht degradierten und degradierten Sonnenzellen Uber einen großen Bereich annähernd konstant ist, ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Regler ein Festwertregler ist, der in Abhängigkeit des mit einem aus dem Solarzellengenerator gewonnenen Kurzschlußstrom verglichenen Stromes des Solarzellengenerators die Speicher entweder elektrisch trennt oder verbindet.
  • Gemäß der Erfindung wird es demnach erreicht, durch eine einfache schnellansprechende Zweipunktregelung des Solarzellengeneratorstromes in Abhängigkeit des Kurzschlußstromes die von dem Solarzellengenerator abgegebene Leistung stets maximal zu halten.
  • Da ein Solarzellengenerator aus einzelnen Solarzellen besteht, die jede für sich die gleiche Systemcharakteristik wie der Solarzellengenerator aufweisen, trennt oder schließt der Regler gemäß einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung die elektrische Verbindung der beiden Speicher in Abhängigkeit des Kurzschlußstromes einer dem Solarzellengenerator zugehörigen niederohmig Uberbrückten Testzelle.
  • Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Figur 1 eine erfindungsgemäße Schaltung zur Regelung der Leistungsabgabe eines Solarzellengenerators, Figur 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Reglers gemäß der Erfindung, Figur 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verhältnisses V zwischen dem Solarzellengeneratorstrom am Arbeitspunkt maximaler Leistung und dem Kurzschlußstrom In Abhängigkeit von dem Einfallwinkel des auf den Solarzellengenerator treffenden Lichtes, Figur 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verhältnisses V in Abhängigkeit der Betriebstemperatur des Solarzellengenerators für nicht degradierte und degradierte Solarzellen, Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, sind die Ausgänge eines Solarzellengenerators 1, der aus einer Vielzahl von Solarzellen besteht, über zwei durch einen elektronischen Schalter 2 getrennte Speicher, einen Kondensator 3 bzw. einen Kondensator 4 und Drossel 5, mit einer an Ausgangsklemmen 6 und 7 liegenden, hier nicht gezeigte Pufferbatterie verbunden, die ihrerseits mit einem ebenfalls nicht gezeigten Verbraucher in Serie geschaltet ist, Um einen Ladungsausgleich zwischen den zwei Speichern 3 bzw. 4, 5 zu verhindern, ist p arallel zu diesen in Sperrichtung ein elektrisches Ventll, z.B. eine Diode 8 geschaltet.
  • Eine an dem Widerstand R1 abfallende Spannung wird auf den einen Eingang eines Komparators, beispielsweise eines Differenzverstärkers 12 geschaltet, während an dem anderen Eingang des Differenzverstärkers 12 die Spannung einer durch einen Widerstand R2 niederohmig kurzgeschlossenen Testzelle 14 liegt; der Ubersichtlichkeit halber sind die zur Regelung notwendigen Rückführungen des Differenzverstärkers in der Figur 1 nicht gezeigt.
  • Befindet sich der Solarzellengenerator im Arbeitspunkt der maximalen Leistung, dann sollen an beiden Eingängen des Differenzverstärkers 11 die gleichen Spannungen liegen. Aus der Kenntnis des Quotienten V des Stromes am Arbeitspunkt maximaler Leistung und dem Kurzschlußstrom muß zu diesem Zweck der Widerstand R1 bemessen werden gemäß wobei JK der Kurzschlußstrom des Solarzellengenerators und JK 14 der KurzschluEstrom der Testzelle 14 bedeuten.
  • Liegt an den Ausgangsklemmen 6 und 7 ein Verbraucher geringer Leistung, so ist der Schalter 2 geschlossen und das gesamte System befindet sich auf dem in Fig. 2 mit I bezeichneten Teil der Spannungs-Strom-Kennlinie.des Solarzellengenerators l in unmittelbarer Nachbarschaft des optimalen Arbeitspunktes A, d.h. die gesamte zur Verfügung stehende Leistung wird an den Verbraucher bzw. die ihm vorgeschaltete pufferbatterie abgegeben.
  • Wird Jetzt eine Last an die Klemmen 6 und 7 geschaltet, die beispielsweise im Moment des Einschaltens eine kurzzeitige Spitzenleistung zieht, so wUrde sich das System auf einen Punkt des mit II bezeichneten Teiles der Kennlinie bewegen, so dal3 eine Ausregelung auf den Arbeitspunkt A erst nach einer langen Zeit möglich wäre. Dies wird dadurch verhindert, daß die beiden Speicher 3 bzw. 4, 5 in dem Moment, in dem das System den auf der Kennlinie liegenden Arbeitspunkt A überschreitet, durch den vom Reglerverstärker 12 betätigten Schalter 2 getrennt werden. Zur Versorgung des Verbrauchers steht jetzt also lediglich die im zweiten Speicher 4, 5 vorhandene, der maximalen Leistung des SoLarzellengenerators 1 entsprechellde Energie zur Verfügung, so daß sich das System auf eir.
  • durch den Arbeitspunkt A gehenden hyperbolischen Kennlinie konstanter Leistung bewegt.
  • Die in den Figuren 3 und 4 gezeigte Abhängigkeit des Verhältnisses V vom Strom im Punkt maximaler Leistung zu dem Kurzschlußstrom des Solarzellengenerators von dem Einfallwinkel der Lichtstrahlung und von der Betriebstemperatur ist über den gesamten in der Praxis vorkommenden Bereich nahezu konstant. Lediglich die beiden in Fig. 4 gezeigten Kurven für degradierte und nicht degradierte SoLarzellen variieren in den Bereichen zwischen 0 und 400 und 60 bis 800 C. Da aber im allgemeinen die Betriebstemperatur eines Solarzellengenerators um 500 C liegt und in diesem Bereich die gezeigten Kurven annähernd identisch sind, liegt eine einfache und zuveriässige Möglichkeit der oprimalen Ausnutzung eines Solarzellengenerators in einer Zweipunktreg -lung des Solarzellengeneratorstromes.
  • Durch den Optimalregler gemäß der Erfindung wird also vermieden, daß sich das System auf den Teil II der Kennlinie bewegt, so daß durch den in Abhängigkeit des KurzschluBstr>-mes der Testzelle 14 gesteuerten Zweipunktregler eine opt';-malregelung mit sehr kurzer Ansprechzeit gegeben ist.
  • Patentansprüche:

Claims (2)

  1. Paten tans prüche Regler zur Optimierung der von einem Solarzellengenerator an einen über zwei Speicher mit dem Solarzellengenerator verbundenen Verbraucher abzugebenden Leistung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Regler ein Festwertregler ist, der in Abhängigkeit des mit einem aus dem Solarzellengenerator gewonnenen Kurzschlußstrom vergliche -nen Stromes des Solarzellengenerators (1) die Speicher (3 bzw. 4,5) entweder elektrisch trennt oder verbindet.
  2. 2. Regler nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Regler ein auf einen elektronischen Schalter (2) ruckgekoppelter Differenzverstärker (12) ist, an dessen einen Eingang eine niederohmig (R2) überbrückte, dem Solarzellengenerator (1) zugehörige Testzelle (14) und an dessen zweiten Eingang ein vom Strom des Solarzellengenerators (1) durchflossener Widerstand (R1) geschaltet ist, dessen Widerstandswert gemäß definiert ist, wobei JK bzw. J, 14 der Kurzschlußstrom des Solarzellengenerators (1) bzw. der Testzelle (14) und V das Verhältnis des Stromes am Arbeitspunkt (A) maximaler Leistung zum Kurzschlußstrom der Testzelle (14) bedeuten.
DE19702043423 1970-09-02 Regler zur Optimierung der an einen Verbraucher abzugebenden Leistung eines Solarzellengenerators Expired DE2043423C (de)

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Publication Number Publication Date
DE2043423A1 true DE2043423A1 (de) 1972-03-09
DE2043423B2 DE2043423B2 (de) 1972-10-26
DE2043423C DE2043423C (de) 1973-05-10

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0206253A1 (de) * 1985-06-20 1986-12-30 Siemens Aktiengesellschaft Schaltungsanordnung zur Speisung einer elektrischen Last aus einem Solargenerator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0206253A1 (de) * 1985-06-20 1986-12-30 Siemens Aktiengesellschaft Schaltungsanordnung zur Speisung einer elektrischen Last aus einem Solargenerator
US4695785A (en) * 1985-06-20 1987-09-22 Siemens Aktiengesellschaft Circuit arrangement for feeding an electrical load from a solar generator

Also Published As

Publication number Publication date
DE2043423B2 (de) 1972-10-26

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