Die Erfindung betrifft eine Solargeneratoranordnung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a solar generator arrangement according to the
Preamble of claim 1.
Die Solargeneratoranordnung optimiert, unter Berücksichtigung
der Modultemperatur oder der geringen Globalstrahlung, die
Zahl der zu einer Reihe geschalteten Solarzellen oder Module
um einen vorgegebenen Spannungsbereich zu halten. Alle so ge
bildeten Reihen werden zur Stromstärkeerzeugung parallel ge
schaltet. Das Stromstärkeangebot wird durch Zu- oder Abschal
ten der Reihen dem Verbrauch angepaßt.The solar generator arrangement optimized, taking into account
the module temperature or the low global radiation, the
Number of solar cells or modules connected in a row
to maintain a given voltage range. All so ge
Formed rows are ge parallel to generate current
switches. The current strength is provided by switching on or off
ten of the series adapted to consumption.
Eine solche Solargeneratoranordnung ist durch US-PS 41 75 249
bekannt. Dort wird zu einem Generator, der aus einem Block
fest verschalteter Module besteht, ein zweiter Block gleicher
Module, deren Zellen jedoch parallel oder in Reihe schaltbar
sind, ergänzt durch einen dritten Block aus einzelnen Solar
zellen, die zur gleichzahligen Aufteilung der Zellen je Modul
des 2. Blocks benötigt werden, in Reihe zugeschaltet. Durch
Kombination von Parallel- und Reihenschaltungen der Zellen und
der daraus gebildeten Module des 2. und 3. Blocks sind Span
nungserhöhungen zur Temperaturkompensation möglich.Such a solar generator arrangement is by US-PS 41 75 249
known. There it becomes a generator that consists of a block
permanently connected modules, a second block of the same
Modules whose cells can be connected in parallel or in series
are supplemented by a third block of individual solar
cells that are used to divide the cells into equal numbers per module
of the 2nd block are needed, connected in series. By
Combination of parallel and series connections of the cells and
the modules of the 2nd and 3rd blocks are span
Increases in temperature compensation are possible.
Zur Realisierung dieser Schaltung ist eine Solaranlage mit
mindestens 625 Solarzellen notwendig. Zur Spannungserhöhung
wird an die einzelne Solarzellenreihe stufenweise eine weitere
Solarzelle zugeschaltet, wodurch sich gleichzeitig die Strom
stärkeerzeugung verringert.
Diese Umwandlungen von Parallel- in Reihenschaltungen gehen
außer bei der Grundschaltung nicht ohne Rest inaktiver Solar
zellen auf.
To implement this circuit, a solar system with at least 625 solar cells is necessary. To increase the voltage, a further solar cell is gradually connected to the individual row of solar cells, which at the same time reduces the generation of current.
These conversions from parallel to series connections do not work without the rest of the inactive solar cells, except for the basic circuit.
Es können auch nur bis zu sechs Solarzellen je Solarzellen
grundreihe stufenweise in Reihe zu- oder abgeschaltet werden,
beziehungsweise sechs Solarzellenreihen parallel ab- oder zu
geschaltet werden.
Es wird eine große Anzahl von Schaltern benötigt, denn pro
Umwandlungssolarzelle sind, einzeln geschaltet vier Schalter
und im Modulverband geschaltet zwei Schalter in jeder Schalt
variation über eine umfangreiche Steuerung zu schalten.
Diese große Anzahl von Schaltübergängen sind mit einem großen
Leistungsverlust und hohen Wartungskosten verbunden.
Ferner berücksichtigt die oben beschriebene Anlage keine Span
nungsschwankungen durch geringe Globalstrahlung, denn oft wird
bei geringer Globalstrahlung die Ladespannung nicht erreicht
obwohl die Gesamtzahl der Module groß ist.
Weiterhin ist keine stufenweise Abschaltung einzelner Solar
zellenreihen zur Stromstärkeregelung bei diesen Kompensations
schaltungen möglich. Es kann die vom Solargenerator erzeugte
Leistung nur zu- oder abgeschaltet werden.Only up to six solar cells per solar cell in the basic row can be switched on or off in stages, or six rows of solar cells can be switched on or off in parallel.
A large number of switches are required, because four switches per switching solar cell, individually switched, and four switches connected in a module group can be switched in each switching variation via an extensive control. This large number of switching transitions is associated with a large loss of performance and high maintenance costs. Furthermore, the system described above does not take into account voltage fluctuations due to low global radiation, because the charge voltage is often not reached with low global radiation even though the total number of modules is large.
Furthermore, it is not possible to gradually switch off individual rows of solar cells for current regulation with these compensation circuits. The power generated by the solar generator can only be switched on or off.
Außerdem ist bekannt, daß durch Anpassungswandler ein bestimm
ter Spannungsbereich gehalten werden kann, jedoch sind sie nur
bei großen Anlagen sinnvoll einzusetzen, bedingt durch ihren
Preis und ihren Wirkungsgrad.
Über Shunt- oder Serienregler erfolgt in den meisten Anlagen
eine verbrauchsabhängige Stromstärkeanpassung, die durch Um
wandlung der nicht benötigten Strommenge in Wärme erfolgt.In addition, it is known that a specific voltage range can be maintained by adaptation converters, but they can only be used sensibly in large systems, due to their price and their efficiency.
In most systems, shunt or series controllers are used to adjust the amperage based on consumption, which is achieved by converting the amount of electricity that is not required into heat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Solargene
ratoranordnung der eingangs genannten Art durch eine einfache
Schaltung mit modulartigem Aufbau, abhängig von der jeweiligen
Zelltemperatur und Intensität der Globalstrahlung, durch Opti
mierung der Zellenzahl einen vorbestimmten Spannungsbereich
zu halten und die erzeugte Stromstärke verbrauchsabhängig an
zupassen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im
Anspruch 1 gelöst.The invention is based on the object, in a solar generator assembly of the type mentioned by a simple circuit with a modular structure, depending on the respective cell temperature and intensity of global radiation, by opti mization of the number of cells to maintain a predetermined voltage range and to adapt the generated current to consumption .
This object is achieved by the characterizing features in claim 1.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß die Solargeneratoranordnung gleichzeitig Tempratur
schwankungen, schwache Globalstrahlung und den Stromstärkever
brauch berücksichtigt.
Die kleinste Einheit der Solargeneratoranordnung besteht aus
vier Modulen mit drei Zellen je Modul oder ein vielfaches von
drei Zellen je Modul.
Die Gesamtzellenzahl geht in jeder Schaltungsvariation ohne
Rest inaktiver Solarzellen auf.
Die Schaltung läßt sich einfach steuern, da nur drei Schalter
vorhanden und alle Module (1) und Teilmodule (2) symmetrisch
geschaltet sind.
Es werden je Modul bis zu drei Schaltübergänge, insgesamt aber
nur bis zu sieben Schaltübergänge je Solargeneratoranordnung
mit beliebiger Leistungsgröße benötigt.
Durch die Stufenschaltung wird immer eine Solarzellengruppe
entsprechend einem vorgegebenen Spannungsbereich zu- oder ab
geschaltet, daher geringer Leistungsverlust.
Die Spannung läßt sich auf das 4fache verstärken, bezogen auf
die Grundschaltung der Solargeneratoranordnung.
Die Stromstärke läßt sich, bezogen auf die Grundschaltung der
Solargeneratoranordnung, in vier Stufen gleichmäßig auf Null
verringern. Diese stufenweise Abschaltung der parallel geschal
teten Solarzellenreihen ist auch in jeder anderen Schaltvari
ation möglich.
Die Solargeneratoranordnung läßt sich für jede Anlagengröße
verwenden.
The advantages achieved by the invention are, in particular, that the solar generator arrangement takes into account temperature fluctuations, weak global radiation and the current intensity consumption at the same time.
The smallest unit of the solar generator arrangement consists of four modules with three cells per module or a multiple of three cells per module.
The total number of cells accumulates in every circuit variation without any residual inactive solar cells.
The circuit can be easily controlled since there are only three switches and all modules ( 1 ) and sub-modules ( 2 ) are switched symmetrically.
Up to three switching transitions are required per module, but in total only up to seven switching transitions per solar generator arrangement with any power size.
The step switch always switches a solar cell group on or off in accordance with a predetermined voltage range, therefore low power loss.
The voltage can be increased fourfold, based on the basic circuit of the solar generator arrangement.
The current strength, based on the basic circuit of the solar generator arrangement, can be reduced to zero in four stages. This step-by-step switch-off of the solar cell rows connected in parallel is also possible in any other switching variant.
The solar generator arrangement can be used for any system size.
Durch den modulartigen Aufbau der Solargeneratoranordnung ist
eine nachträgliche Erweiterung der Anlage zur Erhöhung der
Stromstärke mit vier weiteren Modulen oder ein Vielfaches
durch Parallelschaltung oder eine Erhöhung der Spannung durch
Reihenschaltung der Module ohne Schwierigkeiten möglich. Die
Zellen oder Module zur Erweiterung müssen natürlich der Lei
stung der vorhandenen Zellen oder Module entsprechen.Due to the modular structure of the solar generator arrangement
a subsequent expansion of the plant to increase the
Current strength with four further modules or a multiple
by connecting in parallel or increasing the voltage by
The modules can be connected in series without difficulty. The
Cells or modules for expansion must of course be the Lei
the existing cells or modules.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Zur Überwachung des vorbestimmten Spannungs- bzw. Stromstärke
bereichs kann ein Fensterdiskriminator mit Thermostat und Meß
zelle verwendet werden.
Die Umsetzung der Schaltbefehle in der Solargeneratoranord
nung kann durch Halterelais oder Programmschalter erfolgen,
da sie nur für den Schaltvorgang Strom benötigen.
Es werden Modultemperatur und Globalstrahlungswert den ein
zelnen Spannungsstufen zugeordnet und die Grenzen der Arbeits
spannungsbereiche zur Steuerung der Stromstärkestufen fest
gelegt.
Die Solargeneratoranordnung wird an einer 12-Volt-Anlage er
klärt. Neben den üblichen Komponenten wie Laderegler, Entlade
schutz usw., die natürlich von der Größe der Anlage abhängen,
werden beispielsweise 3 Solarmodule (1) mit je 30 Zellen und
3 Solarmodule (2) mit je 10 Zellen zur Schaltung einer sinn
vollen Einheit benötigt.
Bei durchschnittlicher Temperatur oder Globalstrahlung liegt
die Grundschaltung vor. Das ist eine Parallelschaltung der
Modul (1) und der in Reihe geschalteten Module (2). Jedes
dieser vier parallel geschalteten Module hat nun 30 Zellen.
Bei hoher Modultemperatur oder geringer Globalstrahlung fällt
die Spannung ab und es werden jeweils die Module (1) und (2)
durch die Schalter (A) in Reihe und die so gebildeten drei
Module mit je 40 Zellen parallel geschaltet.
Fällt die Spannung weiter ab, so wird durch die Schalter (A)
ein Modul (1) mit den Modulen (2) und die beiden Module (1) in
Reihe und die so gebildeten zwei Module mit je 60 Zellen
parallel geschaltet.
Bei sehr geringer Globalstrahlung fällt die Spannung noch
weiter ab. Durch die Schalter (A) werden nun alle Module mit
insgesamt 120 Zellen in Reihe geschaltet.
Ist die erzeugte Stromstärke zu groß, weil die Batterie fast
geladen ist oder nicht alle Verbraucher zugeschaltet sind, so
können die Modulreihen, gleichgültig durch welche Schaltvari
ation gebildet, durch die Schalter (A) abgeschaltet werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Temperaturkompensation sind
Bimetall- oder Pneumatikschalter, die bei entsprechender
Modultemperatur die Reihenschaltung der Solarzellen vergrößern
oder verkleinern.
Die wenigen Schaltübergänge können zur Verringerung der Span
nungsverluste durch Quecksilberschalter ersetzt werden.An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below. A window discriminator with a thermostat and measuring cell can be used to monitor the predetermined voltage or current range.
The switching commands in the solar generator arrangement can be implemented by holding relays or program switches, since they only require electricity for the switching process.
The module temperature and global radiation value are assigned to the individual voltage levels and the limits of the working voltage ranges for controlling the current level are defined.
The solar generator arrangement is explained on a 12 volt system. In addition to the usual components such as charge controllers, discharge protection, etc., which of course depend on the size of the system, 3 solar modules ( 1 ) with 30 cells each and 3 solar modules ( 2 ) with 10 cells each are required to switch a meaningful unit.
With an average temperature or global radiation, the basic circuit is available. This is a parallel connection of the module ( 1 ) and the modules ( 2 ) connected in series. Each of these four modules connected in parallel now has 30 cells. At high module temperature or low global radiation, the voltage drops and modules ( 1 ) and ( 2 ) are connected in series by switches (A) and the three modules thus formed, each with 40 cells, are connected in parallel.
If the voltage drops further, the switches (A) switch a module ( 1 ) with the modules ( 2 ) and the two modules ( 1 ) in series and the two modules thus formed, each with 60 cells, in parallel.
With very low global radiation, the voltage drops even further. With the switch (A) all modules with a total of 120 cells are now connected in series.
If the generated current is too high because the battery is almost charged or not all consumers are switched on, the module series, regardless of which switching variant is formed, can be switched off by the switch (A). Another possibility for temperature compensation are bimetallic or pneumatic switches, which increase or decrease the series connection of the solar cells if the module temperature is appropriate.
The few switching transitions can be replaced by mercury switches to reduce voltage losses.