DE2043423C - Regler zur Optimierung der an einen Verbraucher abzugebenden Leistung eines Solarzellengenerators - Google Patents

Description

flj _ Jj^.u ^%_K2_ elektronischen Aufwand zu realisierenden und schnell

j_K ,. ν ansprechenden Regler der eingangs genannten Art

anzugeben.

definiert ist, wobei Jr₁ bzw. Jk,_u der Kurzschluß- 30 Diese Aufgabe ist, ausgehend von einem Regler der strom des Solarzellengenerators (1) bzw. der Test- eingangs genannten Art, erfindungsgemäß gelöst zelle (14) und V das Verhältnis des Stromes am durch einen den Schalter steuernden Zweipunkt-Arbeitspunkt (A) maximaler Leistung zum Kurz- Regler, dem als Sollwert eine aus dem Kurzschlußschlußstrom der Testzelle (14) bedeuten. strom des Solarzellengenerators abgeleitete Führungs-

35 größe und als Istwert der augenblickliche Strom des

Solarzellengenerators derart zugeführt ist, daß bei

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regler zur positivem Differenzstrom der Schalter geschlossen Optimierung der an einen Verbraucher abzugebenden gehalten ist.

Leistung eines Solarzellengenerators mit einem Schal- Zur Lösung der Aufgabe ist von der Erkenntnis auster, der einen ersten, an den Klemmen des Solarzellen- 40 gegangen, daß das Veihältnis zwischen dem Strom generators liegenden Energiespeicher in Abhängigkeit des Solarzellengenerators im Arbeitspunkt maximaler des Leistungsflusses von einem zweiten, dem Ver- Leistung und dem Kurzschlußstrom des Solarzellenbraucher zugeordneten Energiespeicher trennt oder generators sowohl bei Variation des Lichteinfallmit diesem verbindet. winkeis als auch bei Variation der Betriebstemperatur

Ein bekannter Regler dieser Art ist als Optimalwert- 45 bei nicht degradierten und degradierten Sonnenzellen regler ausgebildet und bewirkt eine Impedanzanpas- über einen großen Bereich annähernd konstant ist.
sung zwischen Solarzellengenerator und Verbraucher, Gemäß der Erfindung wird es demnach erreicht,

so daß die elektrische Leistung stets mit dem maxi- durch eine einfache schnell ansprechende Zweipunktmalen Wirkungsgrad übertragen wird (vgl. z. B. die regelung des Solarzellengeneratorstromes in Abdeutsche Offeniegungsschrift 1 513 195). 50 hängigkeit des Kurzschlußstromes die von dem Solar-Eine Impedanzanpassung ist notwendig, da die von zellengenerator abgegebene Leistung stets maximal dem SolarzeUengenerator abgegebene Leistung nicht zu halten.

konstant, sondern proportional der Energiezufuhr ist, Da ein Solarzellengenerator aus einzelnen Solar-

und diese in Abhängigkeit beispielsweise des Einfall- zellen besteht, die jede für sich die gleiche Systemwinkels der auf die Solarzellen auftreffenden Licht- 55 charakteristik wie der SolarzeUengenerator aufweisen, ^! strahlung, des Abstandes der Solarzellen von der enthält der Regler gemäß einer bevorzugten Aus- Sonne und der Temperatur schwankt. Dieser Nachteil führungsform der Erfindung einen über den Schalter kann auch nicht durch eine überdimensionierung des rückgekoppelten Differenzverstärker, an dessen einen SdareeUengeneratore vermindert werden, se daß Eingang eine niederohmig überbrückte, dem Solarstaadig eine weit höhere Leistung als tatsächlich ge- 60 zellengenerator zugehörige Testzelle und an dessen braucht zur Verfügung stände, da der zur Verfugung zweiten Eingang ein vom Strom des Solarzellenstehende Stauraum des den Solarzellengenerator generators durchfSossener Widerstand geschaltet ist, tragenden Raumfahrzeuges beschrankt ist und nicht dessen Widerstandswert gemäB beliebig groß ausgelegt werden kann.

Die bekannten Optimalwertregler gehen davon aus, e_{5 B1} /κ,_Μ·&2

daß der Arbeitspunkt des SoiarteUengenerators dareh /„ _%v

eine Schaltlogik nach einen vorbestimmten Gesetz geringfügig verändert wild «ad die Richtung der Ver- definiert ist, wobei Jk,, bzw. Jk_M der Kurzschluß-

. „λ Aas gesamte System befiri-

strom des Solarzellengenerators bzw. der TestzeUe Schalter 2 geschlossen, una ^_heaidaKJbsa Teil der

und V das Verhältnis des Stromes am Arbeitspunkt det sich auf dem in·*" »S-- _des solarzellengenera-

maximaler Leistung zum KurzstWußstrom der Test- Spannungs-Strom-Renn' _{fa haft des} optimalen

zelle bedeuten. tors 1 in ««"»"^5 X gesamte zur Verfügung

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher er- 5 ArbeitspunJues λ, u. ·. verbraucher abgegeben,

läutert. Im einzelnen zeigt ^f-^!S uS ω die Klemmen6 und 7 ge-

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Schaltung zur Re- Wird jetzt «gf^JJ^ _im Moment des Einschal-

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Schaltung zur Re j £! Moment des Einschal

gelung der Leistungsabgabe eines Solarzellengene- schaltet, die ^£* s"_iuenJeistung zieht, so würde

rators, ^{tens eme kurzzeiu}8f .Jj P_11nJa des mit II bezeich-

lih d ih das System am eine

tors, ^{tens eme kurzzei}8f .Jj P_11nJa des mit II bezeich-

F i g. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der io sich das System am eine _{so daß eine Aus}.

Wirkungsweise des Reglere gemäß der Erfindung, neten Teiles der ^""""f _{kt A}* _{erst nac}h einer

Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des regelung auf den moc y ^.^ _{dadurch verhin}.

Verhältnisses V zwischen dem Solarzellengenerator- langen Zeit mogUcb war^ -_{cher in dem Mome}nt,

strom Jmp am Arbeitspunkt maximaler Leistung und dert, daß die Deiaen ei & r Kennlinie liegenden

dem Kurzschlußstrom J_K in Abhängigkeit von dem 15 10 dem das fystemaen «u _fc ^ _{vQm Diffe}

Einfallswinkel des auf den Solarzeltengtaerator treffen- Arbeitspunkt Afbeanua ' _{k ischen} Schalter 2

den Lichtes. renzverstarker 12 ^»gter^e ^ _Verbrauchers

F i g. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des getrennt werden. £u ?™^s°* ^ _zweiten Energie-

Verhältmsses V in Abhängigkeit der Betriebsiempe- steht jetzt also ^lc^"™ _{ergie zur} Verfügung. So-

ratur des Solarzellengenerators für nicht degradierte « speicher·«, ^{5 vorna}"": _her getrennte Solarzellen-

und degradierte Solarzellen. bald der jetzt voir' ^^^ *_ten Speichers wieder

Wi di F i 1 d 2 i sind die Ausgänge generator bei der ^«"8 £f ^P _{bibt d}

und degradierte Solarzellen. b j ^^^ _ten Speichers wieder

Wie die F i g. 1 und 2 zeigen, sind die Ausgänge generator bei der ^«".8 £f ; _Str ^P _{om abgibt}, _der

eines Solarzeüengenerators 1. der aus einer Vielzahl ^ergie ansammelt und dabe. _{otienten y vor}.

von Solarzellen besteht, über zwei durch einen elek- gleich oder J^le ".^^^schlußstromes _{der Tcst}.

ironischen Schalter 2 getrennte Energiespeicher, einen »5 gegebenen Antei 1 aes ^ geschlossen, so

d 3 b i Kdt 4 und eine zelle 14 '^st *T° «Jj*^{* Slll

Kondensator 3 bzw. einen Kondensator 4 und eine zelle 14 '^st· *T° «Jj*_d^_{1 mit} dem Solarzellen-Drossel 5, mit einem an Ausgangsklemmen 6 und 7 daß der Verbraucher *«« _liegenden Kondenliegenden, hier nicht gezeigten Verbraucher verbunden. generator und dem parallel dazu g

Verbraucherseitig ist eine Diode 8 vorgesehen, die sator -\^v"^bun^^{n 1St} _{pz des} Schalters ist dabei unter in bekannter Weise als Freilaufdiode dient. 3° Die ^&*^alte^^u"/J^^S _ung der Zeitkonstante cK-

Eine an einem Widerstand RI abfallende Spannung anderem durch die E^^meS _e""^B _ksichtigung derjenige,, ist auf den einen Eingang eines Differenzverstärkers 12 Kondensators 3 unter ^^r"^cKSIC^4 ^B geschaltet, während* an dem anderen Eingang des ^es zweiten Speichers 4und 5te«m^ _kdt ^

Differenzverstärkers die Spannung einer durch einen Die in den Y ig. i ^unG ^ * _?^^ _maximalci.

Widerstand Rl niederohmig kurzgeschlossenen Tes.1- 35 Verhältnisses!/ vom "™^_{B des} Solarzellenzelle 14 liegt; der Übersichtlichkeit halber sind die zur Leistung zu f^{m K}™ _w' _{nkel der} Lichtstrahlung Regelung notwendigen Rückführungen des Differenz- Sewrators von dem Einfall^ ^ ^

Verstärkers in der F i g. 1 nicht gezeigt. ""V° PrSif vörtomSen Bereich nahezu kon-

Befindet sich der Solarzellengenerator im Arbeits- in dei ^Pr«!VÄ?SnFi8 4 gezeigten Kurven punkt der maximalen Leistung, dann sollen an be.den 40 stant ^JCh d« te^jnlM &^ ^^ _var. Eingängen des Differenzverstärkers 12 die gleichen fur ^dePf^rtf~^h£_{en 0} und 40⁰C und Spannungen Hegen. Aus der Kenntnis des Quot.en- ^^^f^^^n die Betriebstempeten V des Stromes am Arbeitspunkt maximaler bis 80 C. Da afcer _im^aiifac

Leistung und dem Kurzschlußstrom muß zu diesem ratur eines *^$?^££ ^U^_irven annlhernJ Zweck der Widerstand Al bemessen werden gemäß 45 '5_en ^d;^_SJ ^B _nd ^reiS_gt ^die _ein ^g _e ^eZe _e ¹infach_e und zuverlässige

Jk »· Rl _m Möglichkeit der optimalen Ausnutzung eines Solar-

Jk_a-Rl --"■■---■ M «nengeneraiors in einer Zwe.punktregelung de,

Solarzellengeneratorstromes.

wobei Λ, der Kurzsch.ußstrom des So.arzel.en- 50 Durch den Regleτ ge^J^t^Zi^l generators und J_Km der Kurzschlußstrom der Test- -reich .daß ^S Jh'auf dem Tell II der So.arzellen-^Zte^Ig⁴t^ba^en^ddrAusgangsk,em_men6 und 7 ein Ver- Ακ^-^-Τ -er Kurvell, konbraucher geringer Leistung, so ist der elektronische stanter Ausgangsleistung bewegt.

Hierzu 1 Blitt Zeichnungen

Claims (2)

P.tMrt.Mnrrni.» Schiebung in Abhängigkeit von der Strom-Spannungs- Patentanspruche. Kennlinie des SolarzeUengenerators zur Bestimmung

1. Regler zur Optimierung der an eines Ver- der maximalen Ausgangsleistung und der Schaltbraucher abzugebenden Leistung eines Solar- frequenz des Schalters herangezogen wird. Daher ist zeUengenerators mit einem Schalter, der einen 5 es notwendig, die jeweils dem SolarzeUengenerator ersten, an den Klemmen des SolarzeUengenerators entnommene Leistung zu messen und zu differenüegenden Energiespeicher in Abhängigkeit des zieren, um auf diese Weise den optimalen Arbeits-Leistungsflusses von einem zweiten, dem Ver- punkt zu erhalten. Bei einem nach einem ähnlichen braucher zugeordneten Energiespeicher trennt oder Verfahren arbeitenden Optimalwertregler (vgl. die mit diesem verbindet, gekennzeichnet durch einen io deutsche Offeniegungsschrift 1 804 130) werden sowohl den Schalter (2) steuernden Zweipunkt-Regler, Spannung und Strom des SolarzeUengenerators im dem als SoUwert eine aus dem Kurzschlußstrom Wechsel gemessen, wobei dann eine Logik über einen (/k.0 des SolarzeUengenerators (1) abgeleitete Fun- SteUgenerator den SolarzeUengenerator zu dem Punkt rungsgröße und als Istwert der augenblickliche maximaler Leistung bringt (vgl. dazu auch Stein-Strom des SolarzeUengenerators(1) derart zu- 15 buch, Taschenbuch der Nachrichtenverarbeitung, geführt ist, daß bei positivem Differenzstrom der Springer Verlag, 1962, S. 960,961).

Schalter (2) geschlossen gehalten ist. Ein Nachteil dieser Regler ist die verhältnismäßig

2. Regler nach Anspruch 1, gekennzeichnet träge Ansprechenjpfindlichkeit, die beim Zuschalten durch einen über den Schalter (2) rückgekoppelten einer Last von seiten eines Verbrauchers zu schwer Differenzverstärker (12), an dessen einen Eingang ao ausregelbaren Instabilitäten führen kann, da sich eine niederohmig überbrückte, dem Solarzellen- dann das System auf der Solarzellengeneratorkenngenerator (1) zugehörige Testzelle (14) und an linie in ein Gebiet geringer Leistung bewegt. Zudem dessen zweiten Eingang ein vom Strom des Solar- bedingen die bekannten Regler einen hohen Aufwand Zellengenerators(l)durchflossenerWiderstand(Rl) an komplizierten elektronischen Bauteilen,
geschaltet ist, dessen Widerstandswert gemäß 15 Aufgabe der Erfindung ist es, einen sich durch besondere Einfachheit auszeichnenden, mit geringem