DE3149807A1

DE3149807A1 - Vorrichtung zur erkennung der leistung eines solargenerators

Info

Publication number: DE3149807A1
Application number: DE19813149807
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr. 6710 Frankenthal Picmaus
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Priority date: 1981-12-16
Filing date: 1981-12-16
Publication date: 1983-06-23
Also published as: DK500682A; GB2111691A; FR2518267A1; JPS58107030A

Description

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Vorrichtung zur Erkennung der Leistung eines Solargenerators

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung der von der jeweiligen Einstrahlung abhängigen Leistung eines Solargenerators.

Bei der Versorgung elektrischer Verbraucher, z.B. Geräten zur Ladung von Akkumulatoren, elektrischen Pumpsystemen usw., aus photovoltaischen Energieerzeugern, wie Solarzellen oder -generatoren, ist es oft zweckmäßig oder sogar notwendig, die Verbraucher nur dann einzuschalten, wenn die Leistung, die der Solargenerator zur Verfugung stellen kann, eine bestimmte Höhe hat.

Die Höhe dieser Minimalleistung hängt ab von der Art und der Funktionsweise des elektrischen Verbrauchers. Geräte zur Ladung von Akkumulatoren wird man erst dann einschalten, wenn die Leistung des Solargenerators größer ist als die Verlustleistung der Geräte. Es ist dadurch sichergestellt, daß bei geringerer Einstrahlung die Verlustleistung der Geräte nicht ganz oder teilweise von dem Akkumulator gedeckt werden muß.

Photovoltaisch gespeiste Unterwasserpumpen wird man zweckmäßigerweise erst dann einschalten, wenn die vom Solargenerator zur Verfugung gestellte elektrische Leistung ausreicht, Wasser zu fördern, d.h. wenn die Leistung der Pumpe ausreicht, die geodätische Förderhöhe zu überwinden. Die Leistung, die ein Solargenerator abgeben kann, hängt neben seiner Größe (Fläche) und seiner

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Aufstellungsrichtung primär von der jeweiligen Solareinstrahlung und der Temperatur des Solargenerators ab.

Eine Möglichkeit, die jeweilige Einstrahlung zu messen, ist durch eine getrennte Meßeinrichtung gegeben, die die gleiche Auf Stellungsrichtung wie der Solargenerator hat. Eine derartige Meßeinrichtung kann z.B. eine separate Solarzelle sein. Nachteilig an dieser Art der Einstrahlungsmessung ist, daß die Meßeinrichtung getrennt aufgebaut und ausgewertet werden muß. Aufgrund der Unabhängigkeit der Meßeinrichtung von dem Solargenerator wird nicht die jeweils zur Verfügung stehende Leistung erfaßt, sondern nur der eine mittelbare Aussage erlaubende Meßwert der separaten Meßeinrichtung Dabei werden Verschmutzung, Alterung, Abschattungen usw. des Solargenerators nicht berücksichtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu

die
schaffen, /die von einem Solargenerator zur Verfügung gestellte Leistung unmittelbar erkennt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung, die den Solargenerator während einer Messung derart belastet, daß der Solargenerator in einem Betriebspunkt arbeitet, dessen Spannung kleiner ist als die Spannung im Arbeitspunkt der maximalen Leistung, und eine Meßvorrichtung für den während der Belastung fließenden Strom.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zieht den Solargenerator selbst zur Erkennung der tatsächlich zur Verfügung stehenden Leistung heran. Hierbei wird der Umstand genutzt, daß der Strom, den ein Solargenerator bei einem Betrieb in der Nähe des Kurzschlusses erzeugt, nahezu direkt proportional der jeweiligen Einstrahlung ist.

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Die Leerlaufspannung eines Solargenerators würde dagegen keine aussagefähige Meßgröße für die jeweilige Einstrahlung bzw. die verfügbare Leistung erbringen, da einerseits die Leerlaufspannung sich bei unterschiedlichen Einstrahlungen nur wenig ändert, andererseits aber die Temperaturabhängigkeit der Leerlaufspannung sehr groß ist. Die Temperaturabhängigkeit eines in der Nähe des Kurzschlusses erzeugten Stromes eines Solargenerators ist hingegen gering.

Die Unteransprüche nennen verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
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Fig. 1 die Strom-Spannungs-Kennlinien eines Solargenerators

in Abhängigkeit von der Einstrahlung, in

Fig. 2 eine Einrichtung zur Belastung eines Solargenerators mit

einem den Solargenerator zur Messung kurzschließenden

Schalter, in

Fig. 3 drei weitere Möglichkeiten der Belastung des

Solargenerators, in
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Fig. 4 eine mit Hilfe des an den Solargenerator angeschlossenen

elektrischen Gerätes arbeitende Vorrichtung, in

Fig. 5 eine.mit Hilfe eines Kondensators wirkende Belastungs-

einrichtung, in

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Fig. 5 eine aus Teilen der angeschlossenen Verbraucher

schaltung bestehende Belastungseinrichtung und in

Fig. 7 eine Ausführung, bei der der Schalter eines

Leistungswandlers als Belastungseinrichtung eingesetzt

wird.

Das. in der Fig. 1 dargestellte Diagramm zeigt vier bei Einstrahlungen

kW

von -"Ό, 25 bis 1 —-ή— ermittelte Strom-Spannungs-Kennlinien eines m

Solargenerators. In die Kennlinien sind die Arbeitspunkte der maximalen Leistung (MPP) eingetragen. Das links der Linie R liegende schraffierte Feld bezeichnet den Bereich, in dem der Arbeitspunkt des Solargenerators während der Messung liegen muß.

Die Fig. 2 zeigt die einfachste Art der Belastung des Solargenerators. Es wird ein elektrischer oder mechanischer Schalter 1 verwendet, der den Solargenerator 2 während der zur Messung erforderlichen Zeit kurzschließt.

Wird in Reihe zu dem Schalter 1 ein Widerstand geschaltet, so kann der Spannungsabfall an diesem Widerstand direkt als Maß für

den fließenden Strom bzw. die mögliche Generatorleistung genutzt werden. Die Fig. 3 zeigt drei mögliche Arten der Belastung des Solargenerators 2, nämlich Halbleiter 4, Schalter 3 oder Halbleiter mit Widerstand 5.
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Vorteilhaft ist hierbei, daß die Messung auch mit einer sehr kurzen Meßzeit (unter 1 msec) durchgeführt werden kann, da der Solargenerator weitgehend induktivitätsfrei ist. Die Messung kann dadurch auch während des Betriebes eines angeschlossenen elektrischen Gerätes, z.B. zur Auswertung von Abschaltbedingungen bei zu geringer Einstrahlung,durchgeführt werden.

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Wie die Fig. 4 zeigt, ist zu diesem Zweck im Eingang eines solchen Gerätes ein Energiespeicher 6 anzuordnen, der gegenüber dem Solargenerator 2 z.B. mit einer Diode 7 entkoppelt ist und der während der Meßzeit die Energie fur das angeschlossene Gerät bereitstellt.

Eine weitere vorteilhafte Gestaltung ist in der Fig. 5 dargestellt. Hier wird der Solargenerator 2 über einen mechanischen oder elektrischen Schalter 8 und einen Widerstand R auf einen Kondensator C belastet. Beim Schließen des Schalters fließt in den zu diesem Zeitpunkt entladenen Kondensator C zunächst ein Strom, der nur durch den Widerstand R und die momentane Leistung des Solargenerators 2 bestimmt wird. Dieser Strom lädt den Kondensator C auf. Zur Messung kann nun entweder der zu Beginn des Vorgangs fließende Strom herangezogen werden oder aber es wird die Zeit gemessen, die vergeht, bis der Kondensator C auf eine bestimmte Spannung aufgeladen ist. Der Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß als Schalter auch ein Thyristor 8 eingesetzt werden kann, der dann von selbst sperrt, wenn der Kondensator voll aufgeladen ist.

Es kann auch zweckmäßig sein, keine getrennte Belastungseinrichtung einzusetzen, sondern Teile der angeschlossenen Verbraucherschaltung die Aufgabe der Belastungseinrichtung übernehmen zu lassen. Die Fig. 6 und 7 zeigen zwei Ausführungsformen:

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Bei elektrisch gespeisten Pumpen kann die Belastung des Solargenerätors über den Elektromotor 9, der z.B. über einen Wechselrichter gespeist wird, erfolgen (Fig. 6). In diesem Fall wird die Hilfsspannung vom Leistungsteil abgekoppelt.

Bei Geräten zur Ladung von Akkumulatoren u.a. wird im allgemeinen ein Leistungswändler, beispielsweise ein sogenannter Hochsetzwandler, eingesetzt. Der -Schalter dieses Wandlers wird im dargestellten Ausführungsbeispiel Fig. 7 als BelastungseVirichtung verwendet.

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Claims

Klein, Sch'an ζ Ii η & Becker Aktiengesellschaft

Patentansprüche

^! \'J Vor richtung zur Erkennung der von der jeweiligen Einstrahlung abhängigen Leistung eines Solargenerators, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (T), die den Solargenerator (2) während einer Messung derart belastet, daß der Solargenerator (2) in einem Betriebspunkt arbeitet, dessen Spannung kleiner ist als die Spannung im Arbeitspunkt der maximalen Leistung, und eine Meßvorrichtung für den während der Belastung fließenden Strom.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen den Solargenerätor (2) während der Messung kurzschließenden Schälter (3) und eine Meßvorrichtung für den Kurzschlußstrom.
3, Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen zu dem Schalter in Reihe geschalteten Widerstand (5), dessen Spannungsabfall als Maß für den fließenden Strom bzw. die mögliche Generatorleistung dient.

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4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang eines an den Solargenerator angeschlossenen Gerätes ein Energiespeicher (6) angeordnet ist, der gegenüber dem Solargenerator vorzugsweise mit einer Diode (7) entkoppelt ist und der während der Meßzeit die Energie für das angeschlossene Gerat bereitstellt.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Solargenerator (2) während der Messung über einen Schalter und einen Widerstand (R) auf einen Kondensator (C) belastet wird, wobei zur Messung der zu Beginn des Vorgangs fließende Strom herangezogen wird.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Solargenerator (2) während der Messung über einen

Schalter und einen Widerstand (R) auf einen Kondensator (C) belastet wird, wobei als Meßwert die Zeit herangezogen wird, die bis zur Aufladung des Kondensators (C) auf eine festgelegte Spannung vergeht.
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7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1,2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter ein nach der vollen Aufladung des Kondensators (C) selbstsperrender Thyristor (8) verwendet wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Belastung Teile der an den Solargenerator (2) angeschlossenen Verbraucherschaltung verwendet werden.

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9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Belastung des Solargenerators (2) eine durch den Solargenerator vorzugsweise über einen Wechselrichter gespeiste Maschine (9) in der Weise herangezogen wird, daß eine der Messung dienende HilfsSpannung vom Leistungsteil abgekoppelt wird.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter eines zur Ladung von Akkumulatoren u.a.

Einrichtungen dienenden Leistungswandlers (Fig. 7) als Einrichtung zur Belastung dient.