Beschreibung (zu Zeichnung auf Seite 2):Description (for drawing on page 2):
Der Rechner(17) steuert über einen entsprechenden Treiberbaustein(18) den Analog-Digital-Wandler^
4), den Multiplexed 11) und einen Digital-Analog-Wandler(15) an. Hierzu werden die
Steuerungsbefehle vom Rechner(17) in einem seriellen Format an das Steuerregister^ 18)
übergeben und im Steuerregister 18) auf das für die anzusteuernden Bauteile erforderliche
Datenformat gebracht. Das User Interface(19) ermöglicht dem Anwender ein komfortables
Zugreifen und Kontrollieren der Meßwerte, die als analoge Spannungsgrößen über den
Multiplexer(ll) zu einem Kondensator(13) gelangen, der hochfrequente Störsignale
herausfiltert, vom Analog-Digital-Wandler(14) in einen Binärcode umgewandelt werden und
schließlich, nach erfolgter Umrechnung im Rechner(17), im Rechner(17) gespeichert werden.
Die Optimierung der Solarzelle^) erfolgt durch eine im Rechner(17) integrierte oder an den
Rechner(17) angeschlossene Optimierungseinrichtung(16). Diese Optimierungseinrichtung(16)
greift nach Beendigung einer (einen Tag andauernden) Meßreihe bzw. Tagesdurchschnittsmessung auf die Meßwerte der Leistung bzw. auf Meßwerte, denen man eine
bestimmte Solarzellenleistung zuordnen kann, zu und ermittelt für jeden dieser Meßwerte den
zeitlichen Abstand zum nächstgelegenen Meßwert, der den gleichen Betrag besitzt bzw. diesem
Meßwert vom Betrag her am ehesten entspricht. Das Produkt des zeitlichen Abstands zwischen
den Meßwerten und dem Betrag des Meßwerts selbst bildet im Tagesverlauf ein Maximum. Der
Betrag des Meßwertes, der diesem Maximum zugrunde liegt, gibt die Leistung an, die ein auf die
Solarzelle(2) optimal abgestimmtes Verbraucheraggregat entnehmen müßte, damit die Solarzelle
optimal ausgelastet ist bzw. wirtschaftlich optimal arbeitet. Die den beiden Meßwerten
zugeordneten Tageszeiten geben die (durchschnitt-) tagesbezogene Ein- und Ausschaltzeit des
angeschlossenen Verbraucheraggregats an.The computer (17) controls the analog-digital converter (4), the multiplexer (11) and a digital-analog converter (15) via a corresponding driver module (18). For this purpose, the control commands from the computer (17) are transferred in a serial format to the control register (18) and converted in the control register (18) to the data format required for the components to be controlled. The user interface (19) enables the user to conveniently access and control the measured values, which are sent as analog voltage quantities via the multiplexer (11) to a capacitor (13), which filters out high-frequency interference signals, are converted into a binary code by the analog-digital converter (14) and, finally, after conversion in the computer (17), are stored in the computer (17). The optimization of the solar cell^) is carried out by an optimization device (16) integrated in the computer (17) or connected to the computer (17). This optimization device (16) accesses the measured values of the power or measured values to which a certain solar cell power can be assigned after completion of a series of measurements (lasting one day) or daily average measurement and determines for each of these measured values the time difference to the nearest measured value that has the same value or that most closely corresponds to this measured value in terms of value. The product of the time difference between the measured values and the value of the measured value itself forms a maximum over the course of the day. The value of the measured value on which this maximum is based indicates the power that a consumer unit optimally matched to the solar cell (2) would have to draw so that the solar cell is optimally utilized or operates economically optimally. The times of day assigned to the two measured values indicate the (average) daily on and off times of the connected consumer unit.
Zur Messung der einzelnen Meßgrößen, die eine Solarzelle(2) charakterisieren und die
Optimierung ermöglichen, sind außer Analog-Digital-Wandler(14) und Multiplexer(l 1) weitere
Schaltungen erforderlich.In order to measure the individual quantities that characterize a solar cell (2) and enable optimization, additional circuits are required in addition to the analog-digital converter (14) and multiplexer (11).
Zur Messung des Leistungsmaximums der Solarzelle(2) wird die bestrahlte Solarzelle^) mit
verschiedenen Widerständen belastet, während Solarzellenstrom und Spannung gemessen
werden. Das geschieht, indem die Solarzelle(2) an Tr(8) und R(9) angeschlossen wird. Vom
Rechner(17) aus wird das Steuerregister 18) angesteuert, womit es möglich ist, über den Digital-Analog-Wandler(l
5) verschiedene analoge Spannungswerte zu erzeugen, deren Strom über einen
Impedanzwandler 12) verstärkt wird. Die betragliche Änderung des Stromflusses wird über ein
Potentiometer 10) beeinflußt. Über Tr(8) wird dieser Strom in einen Widerstandswert
umgewandelt, so daß die Solarzelle(2) je nach Ausgangsspannung am Digital-Analog-Wandler
15) mit unterschiedlichen Widerständen belastet wird. Über den Multiplexer 11) und
den Analog-Digital-Wandler 14) läßt sich die momentane Spannung der Solarzelle(2)
bestimmen. Außerdem wird der Spannungsabfall am Transistor (Tr(8)) gemessen, so daß sich
der Strom nach der Formel: Solarzellenstrom = (momentane Spannung der Solarzelle Spannungsabfall
am Transistor) * Widerstandswert von R(9) errechnen läßt. Solarzellenspannung * Solarzellenstrom ergeben die Solarzellenleistung. Mit
einer kontinuierlichen Belastung des Solarmoduls(2) über Tr(8) läßt sich das Leistungsmaximum
ausfindig machen.To measure the maximum power of the solar cell (2), the irradiated solar cell^) is loaded with various resistances, while the solar cell current and voltage are measured. This is done by connecting the solar cell (2) to Tr(8) and R(9). The control register 18) is controlled from the computer (17), which makes it possible to generate various analog voltage values via the digital-analog converter (15), the current of which is amplified via an impedance converter 12). The change in the amount of the current flow is influenced by a potentiometer 10). This current is converted into a resistance value via Tr(8), so that the solar cell (2) is loaded with different resistances depending on the output voltage at the digital-analog converter 15). The instantaneous voltage of the solar cell (2) can be determined via the multiplexer 11) and the analog-digital converter 14). In addition, the voltage drop across the transistor (Tr(8)) is measured, so that the current can be calculated using the formula: solar cell current = (instantaneous voltage of the solar cell voltage drop across the transistor) * resistance value of R(9). Solar cell voltage * solar cell current give the solar cell power. The maximum power can be found by continuously loading the solar module (2) via Tr(8).
Weiterhin wird die Bestrahlungsstärke gemessen. Das geschieht in diesem Fall, indem eine mit
einer Referenzspannung versorgte, in Sperrichtung geschaltete Photodiode(3) mit einem
Meßwiderstand(7) in Reihe geschaltet wird. Der Strom der Photodiode, über den im
Rechner( 17) die Bestrahlungsstärke errechnet wird, läßt sich aus dem gemessenen
Spannungsabfall am Meßwiderstand(7) errechnen. Die gleiche Schaltung wurde zum Messen der
Temperatur eingesetzt, wobei hier die Photodiode durch einen ohmschen Temperatursensor^)
ersetzt wurde.The irradiance is also measured. In this case, this is done by connecting a photodiode (3) supplied with a reference voltage and switched in reverse direction in series with a measuring resistor (7). The current of the photodiode, which is used in the calculator (17) to calculate the irradiance, can be calculated from the measured voltage drop across the measuring resistor (7). The same circuit was used to measure the temperature, whereby the photodiode was replaced by an ohmic temperature sensor^).
: is«te3i- ·: is«te3i- ·
Es stellen dar (zu Zeichnung auf Seite 2); They represent (see drawing on page 2) ;
Bezugsnummer:Reference number:
Beschreibung:Description:
11
Strahlungsquelle z.B. die Sonne oder aber normierte StrahlungsquelleRadiation source e.g. the sun or standardized radiation source
22
zur Prüfimg eingesetzte Solarzelle bzw. SolarmodulSolar cell or solar module used for testing
33
Meßeinrichtung zur Bestimmung der Bestrahlungsstärke (hier als Photodiode
ausgeführt). Möglich wäre auch ein schwarzer Körper.
Aus dem Spannungsabfall an R(7) lassen sich Rückschlüsse auf den
Kurzschlußstrom der Photodiode ziehen, der sich proportional zur
Bestrahlungsstärke verhält.Measuring device for determining the irradiance (here as a photodiode
A black body would also be possible.
From the voltage drop at R(7) conclusions can be drawn about the
Short circuit current of the photodiode, which is proportional to the
irradiance behaves.
44
Präzise KonstantspannungsquellePrecise constant voltage source
55
Ohmscher Temperatursensor, der die Temperatur des Solarmoduls mißt. Aus
dem Spannungsabfall an R(6) lassen sich Rückschlüsse auf den Widerstand des
Sensors ziehen. Aus dem Widerstand des Sensors kann die Temperatur errechnet
werden.Ohmic temperature sensor that measures the temperature of the solar module.
The voltage drop across R(6) allows conclusions to be drawn about the resistance of the
The temperature can be calculated from the resistance of the sensor.
become.
66
Präziser MeßwiderstandPrecise measuring resistor
77
Präziser MeßwiderstandPrecise measuring resistor
88th
Leistungstransistor (hier in bipolarer Ausführung // Ausführung als MOSFET
ebenfalls möglich), der in Kombination mit R(9) als regelbarer Lastwiderstand
den Stromfluß der Solarzelle steuert.Power transistor (here in bipolar version // MOSFET version
also possible), which in combination with R(9) serves as an adjustable load resistor
controls the current flow of the solar cell.
99
Lastwiderstand. Durch Messen der Spannung der Solarzelle und des
Spannungsabfalls am Transistor Tt(S) läßt sich aus der Differenz von
Solarzellenspannung und Spannungsabfall am Transistor (8) dividiert durch den
Wert des Lastwiderstandes R(9) auf den Solarzellenstrom schließen.Load resistance. By measuring the voltage of the solar cell and the
Voltage drop across the transistor Tt(S) can be calculated from the difference between
Solar cell voltage and voltage drop across the transistor (8) divided by the
Value of the load resistance R(9) can be used to determine the solar cell current.
1010
Potentiometer, mit dem der Betrag der Änderung des Widerstands der
Kombination Tr(8) und R(9) pro Ausgangsspannungswert am Digital-Analog-
Wandler (15) eingestellt werden kann.Potentiometer that controls the amount of change in the resistance of the
Combination Tr(8) and R(9) per output voltage value on the digital-analog
Converter (15) can be adjusted.
1111
Multiplexer, durch den es möglich ist, die in analoge Spannungswerte
umgewandelten Meßgrößen durch wechselndes Verschalten der einzelnen
Eingangskanäle mit einem Ausgangskanal mit einem einzigen Analog-Digital-
Wandler (14) zu messen.
Möglich wäre auch eine Kombination aus einem Multiplexer mit zwei oder
mehreren Ausgängen mit zwei oder mehreren Analog-Digital-Wandlern (14).Multiplexer, through which it is possible to convert the analog voltage values
converted measured variables by alternating connection of the individual
Input channels with one output channel with a single analog-digital
converter (14) to measure.
A combination of a multiplexer with two or
multiple outputs with two or more analog-digital converters (14).
1212
Impedanzwandler in Ausführung als Operationsverstärker, dessen invertierender
Eingang mit dem Ausgang rückgekoppelt wurde.Impedance converter in operational amplifier design, whose inverting
Input was fed back to the output.
1313
Filterkondensator zum Herausfiltern von hochfrequenten Störsignalen (somit
wird ein problemloses Messen auch bei Leitungslängen der analogen Leitungen
von bis zu 20 m möglich)Filter capacitor for filtering out high-frequency interference signals (thus
A problem-free measurement is possible even with cable lengths of analogue lines
of up to 20 m possible)
1414
Analog-Digital-Wandler. Wandelt analoge Spannungswerte in den digitalen
Binärcode um.Analog-digital converter. Converts analog voltage values into digital
binary code.
1515
Digital-Analog-Wandler. Wandelt den digitalen Binärcode in analoge
Spannungswerte um. Steuert, verstärkt durch den Impedanzwandler, den
Widerstand der Kombination Tr(8) - R(9), mit dem die Solarzelle belastet wird.Digital-to-analog converter. Converts the digital binary code into analog
voltage values. Amplified by the impedance converter, controls the
Resistance of the combination Tr(8) - R(9) with which the solar cell is loaded.
1616
Optimierungseinrichtung. Führt mittels der im Rechner (17) gespeicherten Meß-
und Zeitwerte eine zeitabhängige, auf einen bestimmten angeschlossenen
Verbraucher ausgerichtete Optimierung der Solarzelle durch. Detaillierte
Beschreibung folgt.Optimization device. Performs the measurement data stored in the computer (17)
and time values a time-dependent, connected to a specific
Consumer-oriented optimization of the solar cell. Detailed
Description follows.
1717
Rechner. Mikroprozessoreinrichtung mit Datenspeicher und Zeitmodul. Steuert
über das Steuerregister die Messungen und speichert die vom Analog-Digital-
Wandler bzw. von der Optimierungseinrichtung kommenden Daten.Computer. Microprocessor device with data memory and time module. Controls
via the control register and stores the analog-digital
converter or data coming from the optimization device.
1818
Steuerregister. Schieberegister bzw. Treiberbaustein, um die jeweiligen
Baugruppen über den Rechner (17) anzusteuern.Control register. Shift register or driver module to control the respective
To control modules via the computer (17).
1919
User Interface. Ermöglicht es dem Anwender, Meßdaten zu verwenden,
einzusehen und in das Meßgeschehen einzugreifen.User Interface. Allows the user to use measurement data,
to view and intervene in the measurement process.