DE29618918U1 - Photovoltaic teaching system - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Lehrsystem, mit dessen Hilfe die Ausbildung und das Verständnis für insbesondere photovoltaische Energiegewinnung an Berufsschulen, Gymnasien und anderen Bildungseinrichtungen verbessert werden soll.The invention relates to a photovoltaic teaching system designed to improve training and understanding of photovoltaic energy generation in particular at vocational schools, high schools and other educational institutions.
Es ist seit längerer Zeit bekannt, Photovoltaik-Systeme sowohl netzgekoppelt als auch Inselsysteme zur Versorgung von Haushalten, öffentlichen Gebäuden und Industriebetrieben, Solartankstellen, Streckenstationen an Autobahnen, Pumpensystemen, Versorgung von Feuerwachtürmen und dergleichen entlegenen Objekten einzusetzen. Photovoltaische Anlagen sind auch Bestandteil von Hybridanlagen in Verbindung mit Windkraftwerken zur Energieversorgung von entlegenen Siedlungen,It has been known for a long time that photovoltaic systems can be used both as grid-connected and as stand-alone systems to supply households, public buildings and industrial plants, solar filling stations, motorway stations, pumping systems, fire watchtowers and similar remote objects. Photovoltaic systems are also part of hybrid systems in conjunction with wind power plants to supply energy to remote settlements.
die vom herkömmlichen Energienetz nicht erreicht werden bzw. die an ein solches Netz nicht angeschlossen sind.which are not reached by the conventional energy network or which are not connected to such a network.
Um insbesondere Auszubildende mit photovoltaischen Wirkungsweisen, der Anwendung solcher Systeme und der Wirksamkeit derselben vertraut zu machen, war es bisher notwendig, diskrete Experimentierplätze aufzubauen, die in der Regel jedoch nicht mit praktischen Photovoltaik-Anlagen vergleichbar waren. Dies deshalb, da sowohl von der Zellenanzahl eines bisher bekannten Experimentierplatzes als auch von der Anordnung der photovoltaischen Zellen keine Energiebilanzen zu erzielen waren, die auch nur annähernd einen praxisvergleichbaren Betrieb mit sinnvollen Verbrauchern gestatteten.In order to familiarize trainees in particular with the way photovoltaics work, the application of such systems and their effectiveness, it was previously necessary to set up discrete experimental stations, which were generally not comparable to practical photovoltaic systems. This is because neither the number of cells in a previously known experimental station nor the arrangement of the photovoltaic cells could produce energy balances that even remotely permitted practical operation with useful consumers.
Darüber hinaus mußten bei bekannten Demonstrationsmodellen entweder diskrete Elektronikbaugruppen zum Erfassen von Meßwerten und/oder zum Betreiben einer Ladestation für einen Akkumulator erstellt werden, was zum einen zu einem erhöhten Aufwand führt und zum anderen die Lern- und Lehrmöglichkeiten wesentlich einschränkt.In addition, known demonstration models either had to create discrete electronic components for recording measured values and/or for operating a charging station for a battery, which on the one hand leads to increased effort and on the other hand significantly limits the learning and teaching opportunities.
Aufgrund der in den letzten Jahren gestiegenen Akzeptanz betreffend die Installation von Photovoltaik-Anlagen auch im privaten Bereich stieg der Bedarf an fachgerechter Installation in gleichem Maße. Derzeit existieren jedoch weder Normen für eine Installation noch entsprechende Ausbildungskriterien oder Equipment zur Ausbildung selbst. Einzellösungen in Form von Meßplätzen sind für die effiziente, praxisnahe Ausbildung, wie dargelegt, nicht oder nur in geringem Maße verwendbar.Due to the increased acceptance of the installation of photovoltaic systems in the private sector in recent years, the need for professional installation has increased to the same extent. However, there are currently no standards for installation, nor corresponding training criteria or equipment for training itself. Individual solutions in the form of measuring stations are, as explained, not or only to a limited extent suitable for efficient, practical training.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein photovoltaisches Lehrsystem anzugeben, das serienmäßig vorgefertigt und überwiegend fest installierbar ist, ohne daß die individuelle Möglichkeit zum Experimentieren und Gestalten, d. h. der Lerneffekt, eingeschränkt ist. Das Lehrsystem soll dabei eine zweckmäßige Kombination aus Arbeitsplatz, respektive Aktionsbereich und vorfertigbaren Anlagenkomponenten sein.It is therefore the object of the invention to provide a photovoltaic teaching system that is prefabricated in series and can be installed permanently for the most part, without limiting the individual opportunity for experimentation and design, i.e. the learning effect. The teaching system should be a practical combination of a workplace or activity area and prefabricated system components.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem photovoltaischen Lehrsystem gemäß den Merkmalen des Schutzanspruches 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen. 5The object of the invention is achieved with a photovoltaic teaching system according to the features of claim 1, wherein the subclaims comprise at least expedient embodiments and further developments. 5
Der Grundgedanke der Erfindung besteht demnach darin, mindestens ein, vorzugsweise mehrere fest und/oder nachführbar, vorzugsweise an oder auf einem Gebäude oder dergleichen installierte, angeordnete Solarmodule oder auch weitere energieerzeugende Module vorzusehen, welche mit einer Anschlußeinheit elektrisch fest verdrahtet sind. Über die Anschlußeinheit ist eine weitere, ebenfalls feste Verbindung zu einem Energiespeicher, &zgr;. B. ein Akkumulator,.ausgebildet.The basic idea of the invention is therefore to provide at least one, preferably several fixed and/or trackable solar modules or other energy-generating modules, preferably installed on or in a building or the like, which are electrically hard-wired to a connection unit. A further, also fixed connection to an energy storage device, e.g. an accumulator, is formed via the connection unit.
Ein erfindungsgemäßes erweiterbares Experimentiergestell ist mit der Anschlußeinheit elektrisch verbindbar, wobei das Experimentiergestell für jedes Solarmodul bzw. weiteren energieerzeugenden Modul mindestens ein Lehrmodul aufweist. Ergänzend besitzt das Experimentiergestell einen Laderegler für den Energiespeicher sowie eine entsprechende Meßwerterfassungs-Baugruppe. An expandable experimental frame according to the invention can be electrically connected to the connection unit, whereby the experimental frame has at least one teaching module for each solar module or other energy-generating module. In addition, the experimental frame has a charge controller for the energy storage device and a corresponding measurement value acquisition module.
Die Lehrmodule besitzen erfindungsgemäß Mittel zum Anzeigen der relevanten physikalischen und/oder elektrischen Größen, Mittel zum Abnehmen von Strom und Spannung und/oder zum Anschluß an eine programmierbare Steuerung.According to the invention, the teaching modules have means for displaying the relevant physical and/or electrical quantities, means for measuring current and voltage and/or for connecting to a programmable controller.
Die Komponenten sowohl solarmodulseitig als auch hinsichtlich des Experimentiergestells stützen sich auf typische in der 0 Praxis vorkommenden Baugruppen und Elemente, so daß Kompatibilität zu praktischen Anwendungen gegeben ist. Ergänzend besteht die Möglichkeit, ausgehend vom Experimentiergestell, eine Steuergröße zur Azimut-simultanen Nachführung eines oder mehrerer beweglicher Solarmodule auszugeben.The components, both on the solar module side and in terms of the experimental frame, are based on typical assemblies and elements found in practice, so that compatibility with practical applications is ensured. In addition, it is possible, starting from the experimental frame, to output a control variable for the azimuth-simultaneous tracking of one or more movable solar modules.
Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung ist das Experimentiergestell als erweiterungsfähiges Tischgestell ausgebildet, das der Aufnahme einer Vielzahl von Lehrmodulen dient.According to a further basic idea of the invention, the experimental frame is designed as an expandable table frame that serves to accommodate a large number of teaching modules.
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Das Experimentiergestell enthält zunächst eine Grundkonfiguration, die durch weitere Module ergänzt werden kann, so daß eine Anpassung an technische Weiterentwicklungen mit Aktualisieren des Lehrinhaltes möglich wird. 5The experimental frame initially contains a basic configuration, which can be supplemented by additional modules, so that adaptation to technical developments and updating of the teaching content is possible. 5
In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist das Experimentiergestell als Tischgestell ausgebildet und verfügt über die erwähnten Aufnahmen und Einschübe für die Lehrmodule.In a special embodiment of the invention, the experimental frame is designed as a table frame and has the aforementioned holders and slots for the teaching modules.
Die elektrischen Verbindungen zwischen den Lehrmodulen und/oder dem erwähnten Laderegler bzw. der Meßwertbaugruppen für den Energiespeicher können wahlweise durch lose Steckverkabelungen oder dergleichen gebildet sein, so daß genügend Spielraum zur individuellen Aktion verbleibt und der Auszubildende in der Lage ist, Schaltungen aufzubauen sowie deren Wirkungsweise festzustellen, um z. B. ein Optimierungs- oder Anpassungsprozeß bestimmter Solarmodule mit Blick auf die Eigenschaften vorgegebener Verbraucher vornehmen zu können.The electrical connections between the teaching modules and/or the aforementioned charge controller or the measurement modules for the energy storage device can optionally be formed by loose plug-in cabling or the like, so that there is enough scope for individual action and the trainee is able to set up circuits and determine how they work, for example to be able to carry out an optimization or adaptation process for certain solar modules with regard to the properties of specified consumers.
0 Das photovoltaisches Lehrsystem ist als Baukasten ausgebildet, so daß vom Nutzer einerseits nur die Elemente eingesetzt werden können, die für den jeweiligen Lehr- oder Ausbildungsfall relevant sind. Zum anderen besteht die erwähnte Möglichkeit der Erweiterung bzw. der Austausch von Teilen oder Einzelkomponenten, so daß einem technischen und/oder moralischen Verschleiß entgegengewirkt werden kann.0 The photovoltaic teaching system is designed as a modular system, so that the user can only use the elements that are relevant for the specific teaching or training case. On the other hand, there is the aforementioned possibility of expanding or exchanging parts or individual components, so that technical and/or moral wear and tear can be counteracted.
Als Solarmodule können beispielsweise monokristalline, polykristalline, amorphe und/oder photoelektrochemische Zellen in 0 Betracht kommen. Ergänzend kann die Anschlußeinheit neben Klemmstellen für die Solarmodule entsprechende Plätze für einen durch Windkraft angetriebenen Generator aufweisen, so daß im Lehr- und Experimentierbetrieb die Vor- und Nachteile verschiedener regenerativer Energien darstellbar sind. Ebenso besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, am Experimentiergestell wahlweise verschiedene Lasten oder Verbraucher anzuschließen. Monocrystalline, polycrystalline, amorphous and/or photoelectrochemical cells can be considered as solar modules. In addition, the connection unit can have terminal points for the solar modules and corresponding places for a generator driven by wind power, so that the advantages and disadvantages of various renewable energies can be demonstrated in teaching and experimentation. The invention also makes it possible to connect various loads or consumers to the experiment frame.
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Mittels des erfindungsgemäßen Lehrsystems kann also in optimaler Weise eine Vermittlung der Komponentenstruktur von Solar- und/oder Windkraftanlagen erfolgen, wobei ein Entwurf und eine selbständige Verdrahtung bzw. Verschaltung verschiedener AnIagenvarianten durch den Auszubildenden vorgenommen werden kann. Das System ermöglicht die meßtechnische Erfassung aller relevanten physikalischen und/oder elektrischen Größen und es werden durch Niederspannungsausführung und weitere Maßnahmen die erforderlichen Sicherheitsbestimmungen für Schülerarbeitsplätze eingehalten. Durch entsprechende Schutzschaltungen wie Freilaufdioden, Kurzschlußelemente oder dergleichen besteht eine Beständigkeit der Komponenten im Experimentiergestell gegen fehlerhafte Verdrahtung.The teaching system according to the invention can therefore be used to optimally convey the component structure of solar and/or wind power plants, whereby the trainee can design and independently wire or connect various system variants. The system enables the measurement of all relevant physical and/or electrical quantities and the low-voltage design and other measures ensure that the necessary safety regulations for student workstations are complied with. Appropriate protective circuits such as freewheeling diodes, short-circuit elements or the like ensure that the components in the experiment frame are resistant to faulty wiring.
Demnach kann unter Nutzung des photovoltaischen Lehrsystems eine Vermittlung von Kenntnissen über Systemkomponenten und Installationstechniken von Solar- und Windkraftanlagen erfolgen, einschließlich der Vermittlung über Vorstellungen energetischer Größen und deren Abhängigkeit in selbst verdrah-0 teten Anlagen. Darüber hinaus werden mittels des Systems Fähigkeiten bei der Gestaltung und Montage von Insel-Anlagen herausgebildet und Erfahrungen und Kenntnisse bei der Meßwerterfassung und -verwertung sowie dem Einsatz moderner Steuerungen gewonnen. Letztendlich läßt sich praxisnah erkennen, welche Vor- und Nachteile die Energiequellen Sonne und Wind aufweisen.The photovoltaic training system can therefore be used to impart knowledge about system components and installation techniques for solar and wind power plants, including the imparting of ideas about energy quantities and their dependence in self-wired systems. In addition, the system develops skills in the design and assembly of stand-alone systems and provides experience and knowledge in the recording and evaluation of measured values as well as the use of modern control systems. Ultimately, it is possible to see in a practical way what the advantages and disadvantages of solar and wind energy sources are.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert 0 werden.The invention will be explained in more detail below using an embodiment and with the aid of figures.
Hierbei zeigen:Here we show:
Fig. 1 ein prinzipielles Blockschaltbild der Anlagenkomponenten des photovoltaischen Lehrsystems; undFig. 1 a basic block diagram of the system components of the photovoltaic training system; and
Fig. 2 eine Gestaltung der Frontplatte eines Lehrmoduls undFig. 2 a design of the front panel of a teaching module and
— D ~— D ~
Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung eines Experimentiergestells enthaltend mehrere Lehrmodule sowie einen
Laderegler mit Meßwerterfassungs-Baugruppen für einen Energiespeicher.
5Fig. 3 shows a schematic representation of an experimental frame containing several teaching modules as well as a charge controller with measured value acquisition modules for an energy storage device.
5
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaues des photovoltaischen Lehrsystems, wobei beim gezeigten Beispiel von drei Solarmodulen 1 bis 3 ausgegangen wird. Die Solarmodule 1 bis sind vorzugsweise auf dem Dach eines Gebäudes angeordnet. Der Solarmodul 1, im gezeigten Beispiel mit monokristallinen Zellen versehen, besitzt eine Nachführ- und/oder Winkelverstelleinrichtung zur Azimut-simultanen Nachführung.Fig. 1 shows a block diagram of the structure of the photovoltaic training system, whereby the example shown assumes three solar modules 1 to 3. The solar modules 1 to 3 are preferably arranged on the roof of a building. The solar module 1, in the example shown equipped with monocrystalline cells, has a tracking and/or angle adjustment device for azimuth-simultaneous tracking.
Solarmodul 2 ist mit polykristallinen Zellen und Solarmodul 3 mit amorphen Zellen versehen. Die Module 2 und 3 sind in einer an sich bekannten starren Aluminium-, Niro- oder Edelstahlkonstruktion auf dem erwähnten Dach bzw. an der Hauswand, vorzugsweise unter einem definierten Winkel zur optimalen Sonneneinstrahlung befestigt. Ergänzend besteht die Möglichkeit, die Azimut-simultane Nachführung mit einer Winkelverstellung zum Ermitteln optimaler Einfallswinkel zu kombinieren.Solar module 2 is equipped with polycrystalline cells and solar module 3 with amorphous cells. Modules 2 and 3 are mounted in a known rigid aluminum, stainless steel or stainless steel construction on the roof or on the house wall, preferably at a defined angle for optimal solar radiation. In addition, there is the option of combining the azimuth-simultaneous tracking with an angle adjustment to determine the optimal angle of incidence.
Die Solarmodule 1 bis 3 sind mit einer Anschlußeinheit 4 elektrisch fest verbunden, wobei die Anschlußeinheit 4 über eine entsprechende Kabelverbindung 5 zu einem Batterieschrank 6 führt, welcher einen Energiespeicher in Form eines Solarakkumulators aufnimmt.The solar modules 1 to 3 are electrically connected to a connection unit 4, whereby the connection unit 4 leads via a corresponding cable connection 5 to a battery cabinet 6, which accommodates an energy storage device in the form of a solar accumulator.
Die Anschlußeinheit 4 bildet eine Anschlußstelle der Experimentiereinheiten bzw. des Experimentiergestelles 7 am fest installierten Anlagenteil.The connection unit 4 forms a connection point for the experimental units or the experimental frame 7 on the permanently installed system part.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß bei einem weiteren Ausführungsbeispiel die Anschlußeinheit Anschlüsse für photoelektrochemische Zellen und/oder einen mit Windkraft betriebenen Generator besitzt.It should be noted at this point that in a further embodiment, the connection unit has connections for photoelectrochemical cells and/or a wind-powered generator.
— &Pgr; ——&Pgr;—
Das Experimentiergestell 7 dient der Aufnahme von Lehrmodulen 8, 9 und 10 sowie eines Ladereglers 11 und einer Meßwerterfassungs-Baugruppe
12 für den im Batterieschrank 6 untergebrachten Energiespeicher.
5The experimental frame 7 serves to accommodate teaching modules 8, 9 and 10 as well as a charge controller 11 and a measured value acquisition module 12 for the energy storage unit housed in the battery cabinet 6.
5
Die Lehrmodule verfügen über Anzeigeeinheiten zum Darstellen aller relevanten physikalischen und/oder elektrischen Größen, die zum Abnehmen von Strom und Spannung und/oder zum Anschluß an eine programmierbare Steuerung, wie dies mit der Darstellung nach Fig. 2 gezeigt ist.The teaching modules have display units for showing all relevant physical and/or electrical quantities, for measuring current and voltage and/or for connecting to a programmable controller, as shown in Fig. 2.
Der in Fig. 2 beispielsweise gezeigte Lehrmodul 16 ist auf den Solarmodul 3 mit amorphen Zellen abgestellt. Eine Frontplatte 11 nimmt Anzeigeinstrumente 12 und 13 zur Darstellung von Modulspannung und Modulstrom auf. Ausgangsbuchsen des Solarmodules 14 sind ebenso vorgesehen wir Anschlußbuchsen 15 für eine speicherprogrammierbare Steuerung.The teaching module 16 shown in Fig. 2, for example, is placed on the solar module 3 with amorphous cells. A front panel 11 accommodates display instruments 12 and 13 for displaying module voltage and module current. Output sockets of the solar module 14 are also provided, as are connection sockets 15 for a programmable logic controller.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Experimentiergestelles in Form eines Tischgestelles 20, das Einschübe und Befestigungselemente 21 aufweist, die dem Fixieren der Solarmodule 1 bis 3 bzw. dem Laderegler 11 und der Meßwerterfassungs-Baugruppe 12 für den Energiespeicher dienen. Das Tischgestell 2 0 kann erweitert werden dergestalt, daß zusätzlich Lehrmodule eingeschoben oder ein Austausch von Lehrmodulen erfolgt. Fig. 3 shows a perspective view of an experimental frame in the form of a table frame 20, which has inserts and fastening elements 21, which serve to fix the solar modules 1 to 3 or the charge controller 11 and the measurement value acquisition assembly 12 for the energy storage device. The table frame 20 can be extended in such a way that additional teaching modules can be inserted or teaching modules can be exchanged.
Die elektrischen Verbindungen zwischen den Lehrmodulen und/oder dem Laderegler sowie der Meßwertbaugruppe für den En-0 ergiespeicher können durch die in den Frontplatten jeweils vorgesehenen Buchsen durch lose Steckverkabelungen gebildet werden, so daß ein Aufbau entsprechender Schaltungen und/oder die Verbindung zu unterschiedlichen Lasten und Verbrauchern möglich wird, womit das angestrebte Ausbildungsziel erreichbar ist.The electrical connections between the teaching modules and/or the charge controller and the measurement module for the energy storage can be made using loose plug-in cabling in the sockets provided in the front panels, so that the construction of corresponding circuits and/or the connection to different loads and consumers is possible, thus making it possible to achieve the desired training objective.
Claims (8)
gekennzeichnet durch mehrere, jedoch mindestens ein fest und/oder nachführbar, vorzugsweise an oder auf einem Gebäude oder dergleichen angeordnete(s) Solarmodul(e) (1 - 3), welche(s) mit einer Anschlußeinheit (4) elektrisch fest verbunden sind (ist), wobei über die Anschlußeinheit (4) eine weitere Verbindung zu einem Energiespeicher besteht,1. Photovoltaic teaching system
characterized by several, but at least one, solar module(s) (1 - 3) arranged fixedly and/or trackably, preferably on or on a building or the like, which are electrically firmly connected to a connection unit (4), wherein a further connection to an energy storage device exists via the connection unit (4),
dadurch gekennzeichnet, daß die Solarmodule (1-3) jeweils monokristalline, polykristalline, amorphe und/oder photoelektrochemische Zellen umfassen. 2. Photovoltaic teaching system,
characterized in that the solar modules (1-3) each comprise monocrystalline, polycrystalline, amorphous and/or photoelectrochemical cells.
20that the connection unit (4) is designed as a wall connection installation box which has a fixed wiring to the solar modules (1 - 3) and connection means for the experimental frame (7).
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Priority Applications (1)
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| DE (1) | DE29618918U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7633616B2 (en) | 2003-06-02 | 2009-12-15 | Sensovation Ag | Apparatus and method for photo-electric measurement |
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1996
- 1996-10-30 DE DE29618918U patent/DE29618918U1/en not_active Expired - Lifetime
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