DE69636317T2

DE69636317T2 - Photovoltaische Hochspannungsanlage mit individuellen Speichermitteln

Info

Publication number: DE69636317T2
Application number: DE69636317T
Authority: DE
Inventors: Claude Guyonneau; Marc Aubree
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2016-03-23
Also published as: FR2732170B1; US5684385A; EP0734111A2; EP0734111B1; FR2732170A1; DE69636317D1; EP0734111A3

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine photovoltaische Energiestation hoher Spannung mit anwendungsspezifischer Speicherung.
Bisheriger Stand der Technik
Das von der Erfindung betroffene technische Gebiet ist dasjenige der Lieferung von elektrischer Energie an einem isolierten Standort mit Hilfe einer Station vom photovoltaischen Typ.
Derzeit basieren die bekannten und bei Einrichtungen vom Typ Telekommunikation oder Datenverarbeitung in einem Leistungsbereich von dauerhaft einigen Watt bis zu mehreren Kilowatt in Betrieb befindlichen Solarstationen auf einer Speicherung vom Typ Niederspannung-Gleichstrom (24 oder 48 Volt).
Wie in 1 gezeigt, vereinigen bestimmte Solarstationen photovoltaische Solarmodule 10 mit einer Einheitsspannung von 12 Volt in Serien-Parallel-Schaltungen, zum Beispiel n Spalten B1 ... Bn von vier Modulen, um eine an die Bedürfnisse angepasste Leistung zu erhalten, und eine entsprechende Batterie 11 (24 oder 48 Volt) mit einer an die gesuchte Autonomie angepassten Kapazität zur direkten Versorgung einer Last (Nutzung) mit Gleichstrom.
Die Ladung der Batterie 11 wird von einem Spannungsregler 12 überprüft, der zwischen den Modulen 10 und der Akkumulatoren-Batterie 11 angeordnet ist. Die Nutzung (24 oder 48 Volt Gleichstrom) ist an die Akkumulatoren-Batterie über einen Nutzungs-Regler 14 angeschlossen, wie in 1 gezeigt. In dieser Figur ist ebenfalls die Sonneneinstrahlung 13 dargestellt.
Wie in 2 gezeigt, sind bestimmte Stationen unterschiedlich gestaltet. Sie bestehen aus einer Speicherung vom Typ Doppelbatterie: die eine 20 ist an die Nutzung angeschlossen, während die andere 21 sich an den Solarplatten 10 wieder auflädt. Die Permutation erfolgt am Ende der Entladung der an die Nutzung angeschlossenen Batterie. Die Spannungen der Akkumulatoren-Batterien sind gleich denjenigen der vorher definierten Stationen, die Nutzung wird ebenfalls mit Niederspannung und Gleichstrom vom Typ 24/48 Volt gespeist.
Wie in 3 gezeigt, weisen andere Stationen, die insbesondere zum Speisen einer Last mit Wechselstrom bestimmt sind, eine Batterie 25 vom Hochspannungstyp (110 oder 220 Volt DC), die von einer Vereinigung von photovoltaischen Solarmodulen 10 in Serien-Parallel-Schaltung geladen wird, und einen Wechselrichter (DC/AC) 26 auf, der hinter dieser Speicherbatterie gespeist wird und den Gleichstrom in Wechselstrom für die Nutzung (110/220 AC) umwandelt. Ein Regler 27 gewährleistet die Überwachung der Ladung der Batterie. Dieser Stationstyp wird aber nicht oder sehr selten für die von der Erfindung betroffenen Leistungen verwendet.
Auf dem spezifischeren Gebiet der Telekommunikationen wurde die 48-Volt-Gleichstromspannung (DC) traditionell direkt von den Systemen (hauptsächlich elektromechanisch und halb-elektronisch) verwendet. Daher blieben die Speicherung und die bevorzugte Speisung der 48-Volt-Gleichstrom.
Mit den heute verzeichneten technologischen Fortschritten muss man feststellen, dass der 48-Volt-Gleichstrom nur noch einen winzigen Teil der von den aktuellen Systemen verbrauchten Energie darstellt. Die modernen Telefonzentralen sowie die Fernsprechstationen setzen integrierte Bauteile ein, deren Betriebsspannungen typischerweise die folgenden sind: 2, 3, 5, 12, 15, 24 oder 28 Volt Gleichstrom, wobei der 48-Volt-Gleichstrom marginal ist (Teilnehmerleitung, im Verschwinden begriffen aufgrund der Mobilfunktelefone).
Bei den heutigen Stationen muss die 48-Volt-Gleichstromquelle, die geliefert und zur Nutzung transportiert wird, mit Hilfe von Wandlern in alle diese verschiedenen Spannungen umgewandelt werden, wobei diese Wandler in die Systeme selbst integriert sind. Daraus folgt eine starke Wärmeentwicklung genau in Höhe der empfindlichen Einrichtungen. Außerdem profitieren die verschiedenen am Ausgang gelieferten Spannungen nicht von einer anwendungsspezifischen Speicherung, die an die Bedürfnisse jeder Spannung angepasst ist (im Allgemeinen wird nicht für jede in einem gegebenen System verwendete Spannung die gleiche Stromstärke gefordert).
In den Stationen mit einer Speicherung von 24- oder 48-Volt-Gleichstrom, mit einer geforderten Batterie-Autonomie von fünf bis sieben Tagen ist die Batteriekapazität groß, und die Kreislaufströme sind also auch hoch. Außerdem sind keine Modularität und keine progressive oder prioritäre Aufladung (zeitlich verschoben) möglich. Um die Spannungsabfälle zu begrenzen, müssen die Verbindungskabel bemessen sein, um diesen großen Strömen auszuhalten, sowohl in Höhe der Solarmodule als auch in Höhe der Batterie und der Nutzung. Wenn eines der Elemente der Akkumulatoren-Batterie abgeschaltet wird, wird außerdem die Nutzung abgeschaltet, was dazu zwingt, die Batterie zu duplizieren, um die Betriebssicherheit der Station zu gewährleisten.
Ein anderer Nachteil der heutigen photovoltaischen Energiestationen ist mit dem Vandalismus verbunden. Viele photovoltaische Solarmodule (zum Beispiel 12 Volt/4 Wc) verschwinden nämlich aus den Stationen. Sie sind von geringer Größe, leicht transportierbar und können sofort genutzt werden (Autobatterie-Ladegerät, Navigation, Beleuchtung, usw.). Außerdem muss man bei einer Station vom Typ 48 Volt DC kaum, wenn nicht sogar überhaupt nicht, die Gefahr eines tödlichen Stromschlags befürchten.
Wenn zum Beispiel aus mit der Sonneneinstrahlung verbundenen Gründen die Solarplatten vom Rest der Station entfernt sind, ist außerdem der Transport auf niedriger Spannung die Ursache starker Spannungsabfälle, was dazu zwingt, Verbindungskabel mit großem Querschnitt zu verwenden, um die Verluste aufgrund des Widerstands des Verbindungskabels und der Entfernung zu begrenzen.
Was die Stationen vom Typ Wechselstromversorgung betrifft, so erfolgt die Speicherung in nur einem Vorgang in Höhe des Wechselrichters. Ein Spannungsregler zum Laden der Batterie ist notwendig. Der Wirkungsgrad des Wechselrichters ist nicht perfekt. Dieser wird im Allgemeinen aufgrund seines hohen Preises nicht dupliziert, was die Station wenig zuverlässig und redundanzlos macht und Energieverluste in den Kreislauf einführt. Die Verbindung zur Nutzung erfolgt mit hoher Wechselspannung. Die Spannungsabfälle sind begrenzt, und der Querschnitt der Verbindungskabel ist kleiner. Aber für eine Nutzung mit vielen Gleichspannungen, die bei den heutigen modernen Einrichtungen unabdingbar sind, muss man im Allgemeinen eine Stromversorgung von 220 Volt Wechselstrom (AC) einführen, die den 220 Volt AC in Mehrfachquellen DC umwandelt. Eine solche Stromversorgung ist im Allgemeinen in die zu versorgenden Einrichtungen integriert. Auch hier ist es nicht möglich, die verschiedenen Spannungen anwendungsspezifisch zu gestalten. Außerdem ist die Wärmeentwicklung dieser Versorgungen nicht ohne ungünstigen Einfluss auf den zuverlässigen Betrieb dieser Einheiten.
Die Druckschriften des Stands der Technik [1],[2] und [3], die am Ende der Beschreibung aufgeführt sind, beschreiben bekannte photovoltaische Energiestationen, einen Ladungsregler einer Akkumulatoren-Batterie für einen photovoltaischen Generator, bzw. eine Umschaltvorrichtung zum Laden einer Batterie, die an ein photovoltaisches System hoher Leistung angeschlossen ist.
Das Dokument des Stands der Technik [4] beschreibt ein Gerät zur Überwachung der Nutzung der elektrischen Energie, die von einer unregelmäßigen Energiequelle geliefert wird, zum Beispiel einer Einheit von fotoelektrischen Zellen, die Energie an eine Last und an eine Speicherbatterie liefert.
Es ist Gegenstand der Erfindung, die verschiedenen oben erwähnten Nachteile zu beseitigen, nämlich:

– eine Speicherung auf einer Spannung, die bei den modernen Systemen nicht mehr oder nur sehr selten verwendet wird;
– mit der Niederspannungsspeicherung verbundene große Spannungsabfälle;
– große und somit teure Kabeldurchmesser;
– mit dem Wirkungsgrad des Wechselrichters und der Stromversorgung verbundene Verluste (Fall einer Wechselstromversorgung);
– große Wärmeverluste aufgrund des Vorhandenseins von Wandlern (DC/DC oder AC/DC) in Höhe der zu versorgenden Einrichtungen, was die Gerätehersteller dazu zwingt, in Höhe der Einrichtungen spezielle Vorrichtungen, wie zum Beispiel Ventilatoren, oder andere platzraubende Aufbauten vorzusehen;
– eine einfache Speicherung, die die Besonderheiten jeder Spannung nicht berücksichtigt;
– eine notwendige Redundanz der Akkumulatoren-Batterien auf niederer Spannung, um die Zuverlässigkeit der Energieversorgung zu gewährleisten;
– das Anlocken von Vandalen für die Solarmodule, die leicht gehandhabt (Diebstahl) und direkt für übliche Haushaltsanwendungen verwendet werden können.

Erläuterung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft also eine photovoltaische Energiestation hoher Spannung mit doppelter Speicherung, die mehrere photovoltaische Solarmodule aufweist, die Module mit Einheitsspannung in Serien-Parallel-Schaltung sind, und die aufweist:

– eine Hauptspeichervorrichtung für Hochspannung, die von einer Akkumulatoren-Batterie gebildet wird;
– einen Ladungsregler für die Hauptspeichervorrichtung; dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter aufweist:
– eine anwendungsspezifische Speichervorrichtung, die mindestens eine anwendungsspezifische Speicherbatterie aufweist, die es ermöglicht, die für eine oder mehrere Nutzspannungen notwendige Leistung zuzuteilen;
– eine Umwandlungsvorrichtung zwischen der Hauptspeichervorrichtung und der anwendungsspezifischen Speichervorrichtung;
– eine Hochspannungsverbindung zwischen der Hauptspeichervorrichtung und der Umwandlungsvorrichtung;
– eine Regelvorrichtung für jede Nutzspannung.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die photovoltaischen Solarmodule Module mit Einheitsspannung von zum Beispiel 55 Volt. Die Hauptspeicherung besteht aus 110 Elementen von 2 Volt Nennstrom und einer Kapazität in Abhängigkeit von der Ladung und der gewünschten Autonomie beim Betrieb ohne Sonneneinstrahlung. Die verschiedenen Batterien der Hauptspeichervorrichtung und der anwendungsspezifischen Speichervorrichtung sind entweder vom stationären Blei-Typ mit großer Elektrolytreserve und ggf. mit einem System zum Umwälzen des Elektrolyten, oder vom dichten Typ oder vom Typ Cadmium-Nickel.
Vorteilhafterweise ist mindestens eine Durchgangsdiode auf jedem Element der Akkumulatoren-Batterie angeordnet, um im Fall des Bruchs eines Elements eine Betriebskontinuität zu gewährleisten.
Vorteilhafterweise enthält die Umwandlungsvorrichtung Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler, die parallel oder in Serie geschaltet sind, ausgehend vom 220 Volt Gleichstrom, um die für die Nutzung notwendigen Spannungen zu liefern.
Vorteilhafterweise sind die die Batterien der anwendungsspezifischen Speichervorrichtung Solarbatterien vom stationären Blei-Typ mit großer Elektrolytreserve, oder vom dichten Typ mit Gasrekombination, oder Batterien vom Typ Cadmium/Nickel. Das Aufladen und die Aufrechterhaltung der Spannung dieser Batterien werden mit Hilfe von Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlern der Umwandlungsvorrichtung erhalten, deren Ausgangsspannung von 20 % bis 60 % einstellbar ist.
In einer vorteilhaften Konfiguration weist die Umwandlungsvorrichtung einen ursprünglich mit einem automatischen System des Übergangs zwischen Ladung und Aufrechterhaltung versehenen Wandler auf, was einem Wechsel der an die Elemente von Akkumulatoren-Batterien angelegten Spannung entspricht. Eine Filterungs/Regelungsschaltung, die dazu bestimmt ist, die Regelung der Spannung an der Nutzung zu gewährleisten, ist am Ausgang der Umwandlungsvorrichtung und der anwendungsspezifischen Speichervorrichtung angeordnet. Ein Differentialverstärker verstärkt die Differenz zwischen der in einer Zener-Diode erhaltenen Bezugsspannung und der am Ausgang der Einheit aus Umwandlungsvorrichtung und anwendungsspezifischer Speichervorrichtung gemessenen Spannung, wobei die Bezugsspannung von einem Mikroprozessor oder von einem Detektor für das Vorhandensein von Spannung auf Null gebracht wird, wodurch die Einwirkung des Reglers verhindert wird. Bei einem Entladen auf Batterien ist es dieser letztere Kreis, der die Spannung bei der Entladung regelt, während der Mikroprozessor ihre Dauer begrenzt. Die Wandlervorrichtung weist DC/DC-Wandler auf, die alle parallelgeschaltet sind, wobei die Kapazität der Einheit den für die Nutzung spezifischen Dauerstrom sowie den aufladestrom der Akkumulatoren-Batterien berücksichtigt.
In einer weiteren vorteilhaften Konfiguration weist die Umwandlungsvorrichtung Wandler auf, die nur zum Laden der Batterien der anwendungsspezifischen Speichervorrichtung eingesetzt werden. Die Ausgangsspannung der Wandler wird unabhängig von der Ausgangsspannung der Wandler direkt an der Nutzung geregelt, wobei die Redundanz der Wandler nur für den Bedarf der Nutzung berechnet wird, wobei die Schaltung zum Laden der Batterien als eine Hilfsschaltung angesehen wird. Vorteilhafterweise sind in der erfindungsgemäßen Station die Telekommunikationsgeräte vollständig von den Energieeinrichtungen getrennt, wobei dann ein vollständig geschlossener und wärmeisolierter Raum vorgesehen ist.
Die Originalität der erfindungsgemäßen Station ist es, mit hoher Spannung zu arbeiten und ein Energiespeichersystem zu liefern, das für jede Art von Nutzung anwendungsspezifisch ist. Der gute Wirkungsgrad der Einheit, zusammen mit der nicht vorhandenen großen Wärmeentwicklung, sowie der "natürliche" Schutz vor Diebstahl der Solarplatten (aufgrund des Betriebs mit einer Spannung, die für die üblichen Haushaltsbedürfnisse nicht genutzt werden kann) machen aus ihr eine Station, die ganz besonders geeignet ist für isolierte Standorte in heißem und sehr sonnigem Klima.
Eine solche Station ermöglicht es, die Dimensionierung sowohl der Spitzenleistung (photovoltaische Solarmodule) als auch der Batteriekapazität zu optimieren. Die "anwendungsspezifische" Speicherung ermöglicht es nämlich, jeder Nutzspannung die notwendige Leistung zuzuteilen (Wandler und zugeordnete Batterien).
Eine zusätzliche Sicherheit liegt in dem System der doppelten Speicherung, das in dieser Station verwendet wird: Eine Hauptspeicherbatterie ist allen Nutzspannungen gemeinsam, und es gibt eine Batterie zur anwendungsspezifischen oder verteilten Speicherung für jede Nutzspannung. Eine kumulierbare und konfigurierbare Autonomie (man kann auch von modular sprechen) ist jeder dieser Speicherungen zugewiesen, wodurch dem Benutzer viele Anpassungsmöglichkeiten an die Veränderungen und Ausweitungen von Lasten geboten werden.
Ebenfalls vorteilhafterweise kann eine prioritäre oder progressive aufladung in Höhe einer oder mehrerer Akkumulatoren-Batterien durchgeführt werden (Anpassung der Dimensionierung in Abhängigkeit von der "prioritären" Ladung).
Die Anwendungen, auf die diese Station abzielt, sind vielfältig, da sie alle Einrichtungen vom elektronischen und elektrotechnischen Typ betreffen, deren Betriebsspannungen diejenigen sind, die typischerweise und hauptsächlich von den Herstellern von Telekommunikations- oder Datenverarbeitungssystemen verwendet werden.
Die Gestaltung einer solchen Station ist revolutionär für die Entwickler von Telekommunikations- und Datenverarbeitungseinrichtungen für isolierte Standorte, da sie die Gesamtheit der Verwaltung der Energie übernimmt und sogar günstig einwirkt, indem sie das Konzept des aufgrund der klimatischen Betriebsbedingungen immer delikaten Systems vereinfacht.
Diese Stationen sind also ganz besonders für Entwickler geeignet, die darauf achten:

– die für ihr System notwendige Energie so gut wie möglich zu verwalten und gleichzeitig eine hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten;
– bezüglich der Abmessung ihrer Einrichtungen Platz zu gewinnen;
– mit dem ganzen Versorgungsbereich ihres Systems sparsam umzugehen, also wettbewerbsfähiger zu werden;
– die Lebensdauer ihrer Einrichtungen mit Hilfe der günstigen klimatischen Bedingungen zu erhöhen;
– den Betrieb und die Wartung der Energiestation so weit wie möglich zu vereinfachen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine erste photovoltaische Station vom Typ 48 Volt aus dem Stand der Technik;
2 zeigt eine zweite photovoltaische Station vom Typ Wechselspannungsnutzung aus dem Stand der Technik;
3 zeigt eine dritte photovoltaische Station vom Typ Wechselspannungsnutzung aus dem Stand der Technik;
4 zeigt eine photovoltaische Station hoher Spannung gemäß der Erfindung;
die 5A und 5B zeigen eine Hauptspeicherungs-Akkumulatoren-Batterie der erfindungsgemäßen Station aus 4;
6 zeigt die allgemeine Organisation der erfindungsgemäßen Station;
7 zeigt die anwendungsspezifische Speicherung der erfindungsgemäßen Station;
8 zeigt eine Variante der anwendungsspezifischen Speicherung aus 7;
9 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen anwendungsspezifischen Speicherung (eine einzige Batterie für die anwendungsspezifische Speicherung);
10 zeigt die praktische Organisation einer erfindungsgemäßen Station.
Ausführliche Erläuterung von Ausführungsformen
4 zeigt das allgemeine Prinzip der photovoltaischen Energiestation hoher Spannung mit anwendungsspezifischer Speicherung gemäß der Erfindung.
Sie enthält:

– photovoltaische Solarmodule 10, die Einheitsspannungs-Module sind, zum Beispiel vom Typ mit 55 Volt, in Serien-Parallel-Schaltung. Man hat hier Anordnungen Bi von zum Beispiel vier gleichen Modulen 10, die einen Zweig von 4 × 55 = 220 Volt Gleichstrom (DC) bilden. Je nach den Bedürfnissen der Nutzung (verbrauchte Dauergesamtleistung) werden diese Anordnungen Bi von vier Modulen parallelgeschaltet. Der Vorteil dieser Module liegt in ihrer Einheitsspannung, die nicht den "üblichen Nutzspannungen" entspricht, so dass ihr Diebstahl für den einfachen möglichen Benutzer uninteressant ist. Außerdem ist die globale Spannung eines Zweigs (220 Volt Gleichstrom) ebenfalls abschreckend für einen Diebstahl bei Tageslicht. Außerdem, und immer noch mit dem gleichen Ziel, macht die Größe eines Moduls vom Typ 55 Volt die Handhabung dieses Moduls und sein "Tarnung" sehr viel schwieriger. Vorteilhafterweise ist die Verdrahtung des Solarfelds sehr vereinfacht, da die Anzahl von Modulen durch vier geteilt ist (Ersparnis an Kabeln und an Zeit während der Montage);
– ein Ladungsregler 31 der Batterie, der, wie bei einer Regelung auf 48 Volt, die Aufgabe hat, die Spannungen am Ende der Ladung und am Ende der Entladung einer Hauptspeicherbatterie 32 zu überwachen und allgemein die volle Ladung dieser Batterie und ihren Schutz zu gewährleisten. Er gibt auch im Fall einer Betriebsanomalie der Einheit einen Alarm aus. Sein Aufbau ist einfacher als der eines 48-Volt-Reglers, da die Regelfunktion an der Nutzung bei diesem Typ von Station nicht notwendig ist;
– die "Hauptspeicher"-Akkumulatoren-Batterie 32, die vom stationären Typ mit großer Elektrolytreserve (Solarbatterie) oder vom dichten Typ (ohne Aufrechterhaltung) oder vom Cadmium-Nickel-Typ sein kann. Ihre Betriebsspannung in Verbindung mit den photovoltaischen Modulen liegt auf 220 Volt Nennstrom. Sie besteht also aus Elementen von 2 Volt oder 1,2 Volt, je nach dem Typ der verwendeten Batterie, und ihre Kapazität hängt von der Ladung und der im Betrieb ohne Sonneneinstrahlung gewünschten Autonomie ab (unter Berücksichtigung der nachfolgend definierten anwendungsspezifischen Speicherung). Bei gleicher Autonomie stellt man fest, dass eine Station mit 220 Volt eine Batterie hat, deren Kapazität viermal geringer ist als diejenige einer Batterie mit 48 Volt. Dies ermöglicht es, die Sicherheit der Energielieferung im Fall einer Panne eines Batterieelements zu gewährleisten, indem jedem Element eine Durchgangsdiode 41 zugeordnet wird, wie in den 5A und 5B gezeigt ist (was aufgrund der verglichenen Kapazitäten bei 48 Volt nur schwierig vorsehbar ist). Es wird also unnötig, die Akkumulatoren-Batterie zu duplizieren, wobei 5B dem Bruch eines Elements von 2 Volt entspricht (Pfeil 42);
– eine anwendungsspezifisch Speicherung: Eine der Besonderheiten dieser Station liegt in dieser Vorrichtung mit anwendungsspezifischer oder verteilter Speicherung 33;
– eine Verbindung zwischen der Hauptspeichervorrichtung und der anwendungsspezifischen Speichervorrichtung erfolgt unter hoher Spannung. Der Spannungsabfall ist wesentlich geringer als bei 48 Volt, was zur Folge hat, dass man einerseits Kabel mit geringerem Durchmesser verwenden und vor allem die Entfernung zwischen photovoltaischen Solarmodulen, Regler und Hauptbatterie und dem Rest der Station erhöhen kann. Es ist anzumerken, dass nichts außerdem verbietet, die Hauptspeicherung und die anwendungsspezifische Speicherung an einem Standort zusammenzufassen und photovoltaische Module zu verbinden, die in Entfernung alleine wären, da die Verbindung ebenfalls mit hoher Spannung erfolgt, wie in 6 gezeigt. In dieser Figur ist so die Gesamtheit der photovoltaischen Solarmodule oder Solarfeld 45 dargestellt, wobei ein Unterstand oder Shelter 46 anwendungsspezifische Batterien Bp1 ... Bpn, eine Hauptbatterie Bp, DC/DC-Wandler C1 ... Cn, einen Ladungsregler RC und die Nutzung, und eine Verbindung 47 enthält;
– eine Bezugs-Nutzungsregelung 35.

Für den Einsatz der anwendungsspezifischen Speicherung ausgehend von der 220-Volt-DC-Zufuhr wird die Endnutzung mit vielen Spannungen gespeist, deren Energiebilanz (notwendige Spannungen, notwendige Ströme und gewünschte Autonomie, und dies Quelle für Quelle) vorher erstellt wurde. Man berechnet dann die notwendige Anzahl von Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlern 34 Quelle für Quelle, man schaltet sie parallel und teilt ihnen eine Batterie mit ausreichender Kapazität zu, um die gesuchte Autonomie zu gewährleisten, wie in 7 dargestellt. In dieser Figur sind dargestellt:

• DC/DC-Wandler 220/2 Volt (50),
• DC/DC-Wandler 220/5 Volt (51),
• DC/DC-Wandler 220/12 Volt (52),
• DC/DC-Wandler 220/28 Volt (53),

• 2-Volt-Batterien (54),
• 5-Volt-Batterien (55),
• 12-Volt-Batterien (56),
• eine 28-Volt-Batterie (57).

Diese modularen Wandler befinden sich in der Nähe der Nutzung. In gleicher Weise sind die Akkumulatoren-Batterien in einem getrennten Gestell angeordnet oder nicht, das sich ebenfalls nahe den zu versorgenden Einrichtungen befindet.
So ist es möglich, Quellen ohne (verteilte) Speicherung vorzusehen, da ein Abschalten dieser Quellen keine bemerkenswerte Störung im Betrieb der Einheit hervorruft. Man sieht hier deutlicher den Vorteil dieser anwendungsspezifischen Gestaltung der Quellen und der energetischen Optimierung, die man davon erwarten kann.
Bei der Erwähnung der Batterie hoher Spannung wurde von einer Hauptspeicherung gesprochen, aber nichts verbietet, das Maximum an Energiespeicherung auf das Niveau der verschiedenen Quellen zu verschieben und in Höhe der Hautbatterie nur eine reduzierte Autonomie aufrechtzuerhalten (zum Beispiel einen Tag). Diese Maßnahme ermöglicht es, die gespeicherten Amperestunden besser zu verwalten und die Wirkungsgrade und die Kosten der verschiedenen Bauteile zu optimieren (Wandler und Batterie).
Die charakteristischen Einrichtungen der Erfindung sind folgende:

– photovoltaische Solarmodule mit einer Nennspannung nahe beispielsweise 55 Volt (nichts, wenn nicht die Größe der Solarplatte, verbietet die Entwicklung von Einheitsmodulen von 110 Volt), mit dem Ziel, von einem Diebstahl der Module sowohl durch die Spannungen als auch durch die Größe der Platte abzuschrecken. Bei den Vorrichtungen des Stands der Technik beträgt die Bezugsspannung der Module 12 Volt oder 24 Volt;
– einen bezüglich des klassischen 48-Volt-Reglers stark vereinfachten Ladungsregler;
– verschiedene Batterien entweder vom stationären Blei-Typ mit großer Elektrolytreserve und ggf. mit einem Umwälzsystem für den Elektrolyten (um die Schichtung zu vermeiden), oder dicht (ohne Aufrechterhaltung), oder vom Cadmium-Nickel-Typ. Die Besonderheit des Systems besteht darin, Durchgangsdioden auf jedem Akkumulatorbatterieelement anzubringen, um im Fall des Bruchs eines Elements eine Betriebskontinuität zu gewährleisten;
– verschiedene Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (DC/DC), die ausgehend von 220 Volt DC die für die Last (Nutzung) notwendige Spannung liefern. Dieser Wandlertyp kann sehr einfach eingesetzt werden: Zum Beispiel für eine Eingangsspannung, die zwischen 180 und 370 Volt variiert, gibt es Einheitsmodule, die am Ausgang die erforderlichen Spannungen bis auf ± 2 % mit einem Wirkungsgrad in der Größenordnung von 85 % liefern, und dies für verschiedene Einheitsleistungen vom Typ 50W, 75W, 100W, 150W, 200W, 300W .... Diese Wandler können parallel oder in Serie geschaltet sein; sie arbeiten in einem Temperaturbereich zwischen –20°C und +85°C (Sockeltemperatur der Wandler). Dieser Temperaturbereich ermöglicht es, diese Einrichtungen in der natürlichen Umgebung arbeiten zu lassen, selbst in sehr rauem Klima am Äquator oder in den Tropen. Die Trennung der Wandler von der Nutzung, wie in 8 gezeigt, ist Teil der Vorteile der Erfindung, da alle Kalorien, die hauptsächlich von den Wandler-Versorgungen (AC/DC oder DC/DC) erzeugt und in dem den Versorgungen und den Einrichtungen gemeinsamen Raum freigesetzt wurden, dank dieser Vorrichtung auf natürliche Weise aus den Innenräumen abgeführt werden. Daraus ergibt sich eine sehr viel niedrigere Betriebstemperatur der versorgten Einrichtungen und somit eine günstige klimatische Umgebung und eine stark verlängerte Lebensdauer der Einrichtungen;
– anwendungsspezifische Speicherbatterien, entweder Solarbatterien vom stationären Blei-Typ mit großer Elektrolytreserve, oder vom dichten Typ mit Gasrekombination, oder Batterien vom Typ Cadmium/Nickel. Die Ladung und die Aufrechterhaltung dieser Batterien werden mit Hilfe der DC/DC-Wandler erhalten, deren Ausgangsspannung von 20 % bis 60 % geregelt werden kann.

Der Betrieb der Einheit ist sehr einfach:
Während der Sonneneinstrahlungsperioden versorgen die photovoltaischen Solarmodule 10 einerseits die verschiedenen DC/DC-Wandler, und andererseits laden sie die Hauptbatterie (220 Volt DC) über den Ladungsregler hoher Spannung. Wenn nötig, können auch die DC/DC-Wandler die Nutzung versorgen und die verschiedenen zugehörigen Batterien aufladen. In Perioden mit Normalbetrieb werden diese für jede Quelle anwendungsspezifischen Batterien einfach in ihrem Zustand der vollen Ladung gehalten.
In einer Periode ohne Sonneneinstrahlung (nachts oder Periode geringer oder fehlender Sonneneinstrahlung) liefert die Hauptbatterie die für die Versorgung der DC/DC-Wandler notwendigen Amperestunden. Wenn die Periode ohne Sonneneinstrahlung länger ist als die Autonomieperiode der Batterie, die durch die Berechnung der ursprünglichen Dimensionierung fixiert wurde, schaltet sich die Hauptbatterie ab (Aufgabe des Ladungsreglers hoher Spannung), und es sind die anwendungsspezifischen Batterien, die ihre Aufgabe übernehmen, indem sie die Lieferung der Amperestunden an die Nutzung gewährleisten. Wenn diese zweite Betriebsdauer mit Batterie länger ist als die durch die ursprüngliche Dimensionierung fixierte Dauer, schaltet eine Sicherung diese Batterien ab, um sie vor einer Tiefentladung zu schützen.
Wenn die Sonneneinstrahlung zurückkommt, wird die Hauptbatterie automatisch wieder eingeschaltet und lädt sich auf; parallel dazu werden auch die Wandler versorgt; sie gehen automatisch in die Ladestellung über und laden die zugehörigen Batterien wieder auf, während sie gleichzeitig die Nutzung versorgen. Auf diesem Niveau könnte eine in 8 dargestellt Variante darin bestehen, bestimmte Wandler 58 anwendungsspezifisch zu machen, um ihnen eine spezifischere Aufgabe als Ladegerät zuzuteilen (Ladespannung höher als bei der Nutzung). Dies ist eine Funktion, die insbesondere bei den Gleichrichter/Ladern mit 48 Volt gut bekannt ist.
Sobald die Ladungsendspannung in den verschiedenen Batterien erreicht ist, nehmen der Regler hoher Spannung sowie die verschiedenen Wandler wieder ihre normalen Betriebs-/Erhaltspannungen an.
Nachfolgend wird das Detail eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen photovoltaischen Energiestation betrachtet, die dazu bestimmt ist, eine Dauerlast von 1000 Watt (Übertragungsstation an isoliertem Standort im Kongo) zu versorgen.

Die Berechnung des photovoltaischen Systems ist wie folgt: Geographische Situation und Sonneneinstrahlung des zu versorgenden Standorts:

Standort	KONGO (Nordachse des Kongo: OWENDO)
Breitengrad	1°Nord
Längengrad	–10° West
Sonneneinstrahlung:	monatliche Mittel der täglichen
	Sonneneinstrahlungen, die von einer
	horizontalen Fläche am Standort
	empfangen werden (kWh/m^2*Tag)

Der Energiebedarf:

Täglicher Bedarf	25882.4 Wh/Tag
Spannung Nutzung	220 Volt
Strombedarf 123.5	Ah/Tag

Der Solargenerator:

Gesamtspitzenleistung: 6600 Wc bei 25°C, 1kW/m²,	Spektrum AM 1.5
Typische Module:	a) mit Modulen 12V × 48,5 Wc:
	8 Serien/Parallel mit
	17 Modulen pro Serie
	(136 Module)
	b) mit den Modulen 55V × 207
	Wc: 8 Serien/Parallel
	mit 4 Modulen pro Serie
	(32 Module)

Verfügbarer Strom (Ah/Tag) bei der optimalen Neigung von 5 Grad:
Die "Hauptspeicherung":
1 Tag ohne Sonne:

130 Ah (Nennkapazität für eine Entladung in 10 Stunden)
220 Volt Nennspannung (Entladung bis 214.5 Volt)
45 % mittlerer Entladungsgrad
80 % maximaler Entladungsgrad.

2 Tage ohne Sonne:

260 Ah (Nennkapazität für eine Entladung in 10 Stunden)
220 Volt Nennspannung (Entladung bis 214.5 Volt)
23 % mittlerer Entladungsgrad
80 % maximaler Entladungsgrad.

7 Tage ohne Sonne:

744 Ah (Nennkapazität für eine Entladung in 10 Stunden)
220 Volt Nennspannung (Entladung bis 214.5 Volt)
8 % mittlerer Entladungsgrad
80 % maximaler Entladungsgrad.

Im Fall einer Autonomie von einem Tag wird die Batterie stark beansprucht (45 % tägliche Entladung). Es ist also notwendig, eine Batterie zu wählen, die eine sehr gute Festigkeit bei der Zyklierung aufweist, was bei einer Autonomie von sieben Tagen mit einer täglichen Entladung von 8 % nicht der Fall ist.
Die anwendungsspezifischen DC/DC-Wandler:
Es ist notwendig, den individuellen Bedarf jeder Quelle zu kennen, d.h. im betrachteten Beispiel:
-Leistungsbilanz der anwendungsspezifischen Quellen: (spezifischer Bedarf der Nutzung)-

2 Volt/75 A (150 Watt)

5 Volt/120 A (600 Watt)

12 Volt/10 A (120 Watt)

28 Volt/4 A (112 Watt)

Total: 982 Watt (dauerhaft)
Im betrachteten Beispiel sind vier verschiedene Quellen notwendig. Für andere Nutzungen steht nichts dem Vorsehen weiterer Quellen entgegen.
In diesem Stadium muss man auch die an diesen Quellen geforderte Autonomie kennen (Betrieb nur auf Batterie (Fall einer Entladung der Hauptbatterie oder fehlerhafte DC/DC-Wandler)).
Wenn man zum Beispiel den Fall nimmt, in dem die Autonomie mit Hauptbatterie zwei Tage beträgt, und wenn man aus Gründen eines Eingriffs am Standort die Gesamt-Betriebsautonomie der Station auf sieben Tage verlängern möchte, muss man die anwendungsspezifischen Batterien auf 7 – 2 = 5 Tage Autonomie dimensionieren.

Auf die verschiedenen Quellen bezogen ergibt dies die folgenden Kapazitäten:

Quelle 2 V/75 A:	Kapazität für 5 Tage (C/120)
	von 9000 Ah, d.h. in C/10:
	6 430 Ah

Quelle 5 V/120 A:	Kapazität für 5 Tage (C/120)
	von 14 4000 Ah, d.h. in C/10:
	10 286 Ah

Quelle 12 V/10 A:	Kapazität für 5 Tage (C/120)
	von 1 200 Ah, d.h. in C/10: 860 Ah

Quelle 28 V/4 A:	Kapazität für 5 Tage (C/120)
	von 480 Ah, d.h. in C/10:
	345 Ah

-Organisation der DC/DC-Wandler-
Die Organisation der DC/DC-Wandler kann gemäß verschiedenen Konfigurationen in Betracht gezogen werden, nachfolgend seien zwei besondere angeführt:
7 entspricht einer ersten Konfiguration, bei der der Wandler ursprünglich mit einem automatischen System des Übergangs Ladung/Aufrechterhaltung ausgestattet ist, was einem Wechsel der an die Elemente von Akkumulatoren-Batterien angelegten Spannung entspricht. Am Ausgang der Einheit aus Wandler und anwendungsspezifischer Batterie findet man eine Filterungs-/Regelungsschaltung, die dazu bestimmt ist, die Regelung der Spannung an der Nutzung zu gewährleisten. Im Betrieb mit anwendungsspezifischer Batterie variiert die Spannung dieser Batterie nämlich während ihres ganzen Ladungs-/Entladungszyklus, während man (zum Beispiel) eine konstante Versorgung von 5,15 Volt an der Quelle (5 Volt/120A) gewährleisten muss; daher die Notwendigkeit, eine Regelungsschaltung vorzusehen. Diese Regelung wird vom Fachmann gut beherrscht. Man kann zum Beispiel die Ausführung erwähnen, die aus mehreren MOS-Transistoren besteht, deren Transduktanzcharakteristik berücksichtigt wird, um die Spannung Drain-Source variieren zu lassen. In diesem Fall kann ein Differentialverstärker die Differenz zwischen der Bezugsspannung, die ausgehend von einer Zener-Diode erhalten wird, und der am Ausgang der Batterie/Wandler gemessenen Spannung verstärken. Die Bezugsspannung kann von einem Mikroprozessor oder von einem Detektor für das Vorhandensein von Spannung auf Null gebracht werden, wodurch die Einwirkung des Reglers verhindert wird. Bei einer Entladung auf Batterien ist es diese letztere Schaltung, die die Entladungsspannung regelt, während der Mikroprozessor ihre Dauer begrenzt.
In dieser ersten Konfiguration sind die DC/DC-Wandler alle parallelgeschaltet. Die Kapazität der Einheit muss den für die Nutzung spezifischen Dauerstrom und zusätzlich den Aufladestrom der Akkumulatoren-Batterien berücksichtigen. Die Aufladezeit ist ein Rechenelement für die Dimensionierung der Wandler. Im betrachteten Beispiel wird eine Aufladezeit von zehn Tagen angenommen.
Mit dem gleichen Ziel, die hohe Zuverlässigkeit der Einheit zu gewährleisten, wird ein Minimum (n + 1) an Wandlern vorgesehen.
Ausgehend von diesen verschiedenen Erwägungen und bei einer solchen Konfiguration ist die Dimensionierung der Wandler an jeder Quelle folgendermaßen:

• Quelle 2 Volt/75 Ampere
– die Nutzung benötigt 150 Watt;
– die Batterie benötigt (6430/(10·24)) = 27·2 = 54 Watt;
– Total ~ 200 Watt sind notwendig;
– wenn man einen Wandlertyp von 100 Watt wählt, hat man unter Berücksichtigung der oben definierten Redundanz 2 + 1 = 3 100-Watt-Wandler an dieser Quelle 2 Volt/75 Ampere.
• Quelle 5 Volt/120 Ampere
– die Nutzung benötigt 600 Watt;
– die Batterie benötigt (10286/(10·24))= 42.8·5 = 215 Watt;
– Total ~ 800 Watt sind notwendig;
– wenn man einen Einheitswandlertyp von 200 Watt wählt, hat man unter Berücksichtigung der oben definierten Redundanz 4 + 1 = 5 200-Watt-Wandler an dieser Quelle 5 Volt/120 Ampere.
• Quelle 12 Volt/10 Ampere:
– die Nutzung benötigt 120 Watt;
– die Batterie benötigt (860(10·24)) = 3.6·12 = 43.2 Watt;
– Total ~ 150 Watt sind notwendig;
– wenn man einen Wandlertyp von 75 Watt wählt, hat man unter Berücksichtigung der oben definierten Redundanz 2 + 1 = 3 75-Watt-Wandler auf dieser Quelle 12 Volt/10 Ampere.
• Quelle 28 Volt/4 Ampere:
– die Nutzung benötigt 112 Watt;
– die Batterie benötigt (345/(10·24)) = 1.44·28 = 41 Watt;
– Total ~ 150 Watt sind notwendig;
– wenn man einen Wandlertyp von 75 Watt wählt, hat man unter Berücksichtigung der oben definierten Redundanz 2 + 1 = 3 75-Watt-Wandler an dieser Quelle 28 Volt/4 Ampere.

Die Einheitsleistung jedes Wandlers kann in Abhängigkeit von einer gegebenen Abmessung oder einer gewünschten Standardisierung bestimmt werden.
Zusammenfassend findet man für diese erste Konfiguration:
Quelle 2 V: 3 Wandler 220/2 V von 100 Watt
Quelle 5 V: 5 Wandler 220/5 V von 200 Watt
Quelle 12 V: 3 Wandler 220/12 V von 75 Watt
Quelle 2 V: 3 Wandler 220/28 V von 75 Watt
Eine zweite Konfiguration besteht darin, nur der Ladung der anwendungsspezifischen Batterien Wandler zuzuordnen. Diese Lösung ist in 8 gezeigt. In dieser 8 werden die gleichen Bezugszeichen wie in
7 verwendet. Außerdem sind Wandler/Lader 58 dargestellt.
In dieser zweiten Konfiguration kann die Ausgangsspannung der Wandler unabhängig von der Ausgangsspannung der Wandler direkt an der Nutzung geregelt werden. In diesem Fall wird die Redundanz der Wandler nur gemäß dem Bedarf der Nutzung berechnet, während die Ladeschaltung der Batterien bereits als eine Hilfsschaltung betrachtet wird. Dies ergibt eine Ersparnis an Einrichtungen. Außerdem kann man ein Abschalten des Lade-Wandlers in Betracht ziehen, wenn die zugeordnete Batterie geladen ist, wodurch eine Ersparnis beim globalen Verbrauch der Station erhalten wird.
In dieser zweiten Konfiguration ist die Dimensionierung folgendermaßen:

• Quelle 2 Volt/75 Ampere
– die Nutzung benötigt 150 Watt;
– die Batterie benötigt (6430/(10·24)) = 27·2 = 54 Watt;
– man nimmt einen Wandler vom Typ 50 Watt;
– wenn man einen 75-Watt-Wandler nimmt, hat man 2 + 1 = 3 75-Watt-Wandler.
• Quelle 5 Volt/120 Ampere
– die Nutzung benötigt 600 Watt;
– die Batterie benötigt (10286/(10·24)) = 42.8·5 = 215 Watt;
– man nimmt einen 200-Watt-Wandler;
– wenn man 200-Watt-Wandler nimmt, muss man 3 + 1 = 4 200-Watt-Wandler installieren.
• Quelle 12 Volt/10 Ampere
– die Nutzung benötigt 120 Watt;
– die Batterie benötigt (860/(10·24))= 3.6·12 = 43.2 Watt;
– man nimmt einen 50-Watt-Wandler;
– wenn man 50-Watt-Wandler nimmt, muss man 3 + 1 = 4 50-Watt-Wandler installieren.
• Quelle 28 Volt/4 Ampere
– die Nutzung benötigt 112 Watt;
– die Batterie benötigt (345/(10·24))= 1.44·28 = 41 Watt;
– man nimmt einen 50-Watt-Wandler;
– wenn man 50-Watt-Wandler nimmt, hat man 2 + 1 = 3 50-Watt-Wandler.

Beim Vergleich der beiden Konfigurationen sieht man, dass der Unterschied der in Höhe der Wandler installierten Leistung beträgt:
Konfiguration 1: (3·100) + (5·200) + (3·75) + (3·75) = 1750 Watt
Konfiguration 2: (3·75) + 50 + (4·200) + 200 + (4·50) + 50 + (3·50) + 50 = 1725 Wattd.h. ein Unterschied der installierten Leistung von –25 Watt, und in der Situation der geladenen Batterie wird der Unterschied zu (1750 – 1375) = 375 Watt, was sehr interessant wird.
-Die "anwendungsspezifische" Speicherung-
Bei klassischen Batterien vom stationären Blei-Typ verwendet man Elemente mit 2 Volt Einheitsspannung. Bei Cadmium-Nickel-Elementen verwendet man Elemente mit 1,2 Volt Einheitsspannung. Ein Mischen der verschiedenen Batterietypen ist möglich, wobei die Ladung für jeden Batterietyp anwendungsspezifisch sein muss.
Die Anzahl von Elementen je Quelle hängt ab von:

– der zu liefernden Spannung;
– der gewählten Redundanz.

Um zum oben betrachteten Beispiel zurückzukommen:

• an der 2V-Quelle: 2 Elemente vom stationären Blei-Typ mit 3215 Ah parallelgeschaltet
• an der 5V-Quelle: 2 × 3 Elemente vom stationären Blei-Typ mit 3600 Ah parallelgeschaltet
• an der 12V-Quelle: 6 Elemente vom stationären Blei-Typ mit 860 Ah (+ Diode)
• an der 28V-Quelle: 14 Elemente vom stationären Blei-Typ mit 345 Ah (+ Diode)

Bei einer solchen Konfiguration wurden alle Batterien gesichert (mit Hilfe einer Redundanz vom Typ C/2 oder mit Hilfe der Durchgangsdioden bei den Elementen geringer Kapazität). Diese Konfiguration entspricht einer Station hoher Zuverlässigkeit vom Typ Telekommunikationen. Dieser Sicherheit ist in den meisten Fällen nicht notwendig.
Diese Batterien werden normalerweise nicht beansprucht, da die Hauptbatterie täglich die Lieferung der nächtlichen Amperestunden übernimmt. Im betrachteten Beispiel würde eine Entladung erst nach zwei Tagen ohne Sonneneinstrahlung stattfinden, was je nach den Standorten und auf das Jahr bezogen nur eine sehr geringe Beanspruchung in der Zyklierung darstellt. Das gute Verhalten bei den Zyklierungen ist für diese Batterien also kein Auswahlkriterium.
Bei den sehr geringen Stromstärken, wie diejenige der 28 Volt/4 Ampere-Quelle des betrachteten Beispiels, können Batterieblöcke vom Typ 6 oder 12 Volt Einheitsspannung verwendet werden (zusätzlicher Platzgewinn). Außerdem ist die Autonomie dieser Quellen nicht unbedingt die gleiche wie bei den anderen Quellen. Wenn zum Beispiel diese Spannungen zum Aussenden eines Alarms aus der Entfernung dienen, ist es, sobald das Endsystem über den Alarm informiert wurde, nicht mehr notwendig, ihre Versorgung lokal aufrechtzuerhalten. So können eine Ersparnis und ein Platzgewinn bei der anwendungsspezifischen Speicherung dieser Quelle in Betracht gezogen werden (die im Beispiel nicht berücksichtigt sind). Dies, um die Vorteile zu erklären, die diese Art Energiestation verschafft.
Eine andere Variante der Erfindung besteht darin, die Energie nur in einer oder zwei anwendungsspezifischen Batterien zu speichern und die Versorgung der Quellen durch Wandler zu gewährleisten, die an die Speicherquellen angepasst sind, wie in 9 gezeigt, wobei die verwendeten Bezugszeichen diejenigen der 8 sind.
So befindet sich die Telekommunikations-Relaisstation, die als Beispiel betrachtet wird, an einem isolierten Standort (d.h. isoliert von jedem kommerziellen Stromverteilungsnetz) und am Äquator. 6 gibt eine Vorstellung einer Implantierung der verschiedenen Bauteile der Station gemäß der Konfiguration der 4, die die vollständigste (aber auch am meisten mit Geräten belastete) ist. Man sieht das Solarfeld 45 entfernt vom Shelter 46 bestehend aus

– dem Telekommunikationsgeräteraum 47;
– dem Energieraum 48.

Die Erfindung ist hier dadurch gekennzeichnet, dass die Telekommunikationsgeräte vollständig von den Energieeinrichtungen getrennt sind. Die spezifische Wärmeentwicklung der Telekommunikationsgeräte ist minimal, es ist keine Belüftung notwendig, ein vollkommen geschlossener und wärmeisolierter Raum ist vorgesehen. Diese Maßnahme vermeidet die bekannten Probleme des Äquatorialklimas: Feuchtigkeit, Hitze, Eindringen von Staub und Insekten, Nagetieren, usw.
Der Plan des Energieraums 64, der in 10 dargestellt ist, wird unter Berücksichtigung der tatsächlichen Dimensionen der Batterien und der Wandler angegeben, also:

– die 220-Volt-Batterien (65) und (66);
– die 2-Volt-Batterien (67);
– die 5-Volt-Batterien (68);
– die 12- und 28-Volt-Batterien (69);
– das Gestell der Wandler (70).

Mit 71 ist der Telekommunikationsgeräteraum bezeichnet.
Es ist auf die sehr geringe Größe der DC/DC-Wandler hinzuweisen. Zum Beispiel hat ein Wandler von 220 Volt/5 Volt mit 200 Watt die folgenden Abmessungen: L = 8,3 cm; H = 1,27 cm; B = 8,6 cm.
BIBLIOGRAPHIE

[1] "Les stations d'énergie photovoltaïques" (Ausgabe des CIEN – Mai 1992) von C. GUYONNEAU.
[2] europäische Patentanmeldung "Régulateur de charge de batterie d'accumulateurs pour générateur photovoltaïque" von PHOTOWATT INTERNATIONAL EP-0 342 578, angemeldet am 16. Mai 1989.
[3] deutsche Patentanmeldung von TELEFUNKEN SYSTEMTECHNIK DE-4026526 A1, angemeldet am 22. August 1990
[4] GB-A-2 033 680

Claims

Photovoltaische Energiestation hoher Spannung mit doppelter Speicherung, die aufweist: – mehrere photovoltaische Solarmodule (10), die Module mit Einheitsspannung in einer Serien/Parallelschaltung sind, – eine Hauptspeichervorrichtung für Hochspannung (32), die von einer Akkumulatoren-Batterie gebildet wird; – einen Ladungsregler (31) für die Hauptspeichervorrichtung (32); dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter aufweist: – eine anwendungsspezifische Speichervorrichtung (33), die mindestens eine anwendungsspezifische Speicherbatterie aufweist, die es ermöglicht, die für eine oder mehrere Nutzspannungen notwendige Leistung zuzuteilen; – eine Umwandlungsvorrichtung (34) zwischen der Hauptspeichervorrichtung und der anwendungsspezifischen Speichervorrichtung; – eine Hochspannungsverbindung zwischen der Hauptspeichervorrichtung (32) und der Umwandlungsvorrichtung (34); – eine Regelvorrichtung (35) für jede Nutzspannung.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die photovoltaischen Solarmodule Module mit einer Mindesteinheitsspannung von 55 Volt sind.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptspeichervorrichtung (32) aus einer Batterie von in Serie geschalteten Akkumulatoren besteht, deren Gesamtspannung mindestens 220 Volt beträgt und deren Kapazität von der Ladung und der gewünschten Autonomie im Betrieb ohne Sonneneinstrahlung abhängt.
Station nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterien der Hauptspeichervorrichtung (32) und der anwendungsspezifischen Speichervorrichtung (33) vom stationären Blei-Typ mit großer Elektrolytreserve oder vom dichten Typ oder vom Typ Cadmium-Nickel sind.
Station nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Durchgangsdioden (41) auf jedem Element (40) der Batterie von Akkumulatoren angeordnet sind, um eine Betriebskontinuität im Fall des Bruchs eines Elements zu gewährleisten.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsvorrichtung (34) Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler enthält, die parallel oder in Serie geschaltet sind, ausgehend vom 220 Volt Gleichstrom, um die Nutzspannungen zu liefern.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anwendungsspezifische Speichervorrichtung (33) Batterien aufweist, die entweder vom Typ stationäre Blei-Solarbatterien mit großer Elektrolytreserve oder vom dichten Typ mit Gasrekombination oder Batterien vom Typ Cadmium/Nickel sind, wobei das Aufladen und die Aufrechterhaltung der Spannung dieser Batterien mit Hilfe der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler erhalten werden, deren Ausgangsspannung von 20 % bis 60 % einstellbar ist.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsvorrichtung einen mit einem automatischen System des Übergangs zwischen Ladung und Aufrechterhaltung versehenen Wandler aufweist, was einem Wechsel der an die Elemente der Akkumulatoren-Batterien angelegten Spannung entspricht.
Station nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Filterungs-/Regelungsschaltung aufweist, die dazu bestimmt ist, die Regelung der Nutzspannung zu gewährleisten, und die am Ausgang der Umwandlungsvorrichtung (34) und der anwendungsspezifischen Speichervorrichtung (33) angeordnet ist.
Station nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Differentialverstärker aufweist, der die Differenz zwischen der in einer Zener-Diode erhaltenen Bezugsspannung und der am Ausgang der Einheit aus Umwandlungsvorrichtung (34) und anwendungsspezifischer Speichervorrichtung (33) gemessenen Spannung verstärkt, wobei die Bezugsspannung von einem Mikroprozessor oder von einem Detektor für das Vorhandensein von Spannung auf Null gebracht wird, wodurch die Einwirkung des Reglers verhindert wird.
Station nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsvorrichtung DC/DC-Wandler in Serien-Parallelschaltung aufweist, wobei die Kapazität der Einheit den der Nutzung eigenen Dauerstrom sowie den Aufladestrom für die Akkumulatoren-Batterien berücksichtigt.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsvorrichtung Wandler aufweist, die nur zum Laden der Batterien der anwendungsspezifischen Speichervorrichtung (33) eingesetzt werden.
Station nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung der Wandler unabhängig von der Ausgangsspannung der Wandler direkt an der Nutzung geregelt wird, wobei die Redundanz der Wandler nur für den Bedarf der Nutzung berechnet wird, wobei die Schaltung zum Laden der Batterien als eine Hilfsschaltung angesehen wird.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsvorrichtung Wandler (34) aufweist, und dass die Regelungsvorrichtung anwendungsspezifische Regler (35) aufweist, wobei die Wandler (34), die anwendungsspezifischen Speicherbatterien (33) und die anwendungsspezifischen Regler (35) Elektronik- oder Informatikeinrichtungen versorgen.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Telekommunikationsgeräte aufweist, die vollständig von den Energieeinrichtungen getrennt sind, wobei ein vollständig geschlossener und wärmeisolierter Raum vorgesehen ist.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Typen von anwendungsspezifischen Energiespeicherbatterien aufweist.