WO2021259942A1 - Photovoltaikvorrichtung für ein laufrad eines fahrrads und fahrrad - Google Patents

Photovoltaikvorrichtung für ein laufrad eines fahrrads und fahrrad Download PDF

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WO2021259942A1
WO2021259942A1 PCT/EP2021/067025 EP2021067025W WO2021259942A1 WO 2021259942 A1 WO2021259942 A1 WO 2021259942A1 EP 2021067025 W EP2021067025 W EP 2021067025W WO 2021259942 A1 WO2021259942 A1 WO 2021259942A1
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photovoltaic
photovoltaic cells
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bicycle
cells
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PCT/EP2021/067025
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Wilhelm Stein
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Stein Engineering & Consulting GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/80—Accessories, e.g. power sources; Arrangements thereof
    • B62M6/85—Solar cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/80—Accessories, e.g. power sources; Arrangements thereof
    • B62M6/90—Batteries

Definitions

  • the invention relates to a photovoltaic device for a wheel of a bicycle, in particular a so-called electric bicycle.
  • the invention also relates to a bicycle with at least one such photovoltaic device.
  • Bicycles with an electric auxiliary motor are referred to, for example, as e-bikes, electric bikes or pedelecs.
  • the electric motor is used, for example, to support the drive force while pedaling.
  • a photovoltaic device for a wheel of a bicycle has a string with a plurality of photovoltaic cells.
  • the photovoltaic cells are electrically connected in series with one another.
  • the strand can be mechanically coupled to the impeller.
  • Photovoltaic cells of the string have a first external shape.
  • a second photovoltaic cell of the photovoltaic cells has a second external shape.
  • the first outer shape and the second outer shape are different from each other.
  • a first photoactive area of the first photovoltaic cell is the same size as a second photoactive area of the second photovoltaic cell.
  • the photovoltaic device is used, for example, to charge an energy store for storing electrical energy.
  • the energy storage device can be automatically charged while driving or when parking the bike. This increases the range.
  • the photovoltaic cells are each designed to convert radiant energy into electrical energy.
  • the photovoltaic cells are, for example, organic or inorganic photovoltaic cells. They can be designed as thin-film photovoltaic cells or as crystalline photovoltaic cells.
  • the photovoltaic cells are each formed on the basis of a semiconductor, for example silicon or another suitable semiconductor. Suitable materials are, for example, CIGS, CdTe, perovskite, GaAs and / or organic materials. Other materials can also be used.
  • the mutually different shape of the photovoltaic cells enables good space utilization and comparatively little shading of individual photovoltaic cells.
  • the same size of the photoactive surfaces of the photovoltaic cells enables the photovoltaic cells to generate the same current in each case. This avoids a power loss in the series connection.
  • a photovoltaic device for a wheel of a bicycle has a string with a plurality of photovoltaic cells.
  • the photovoltaic cells are electrically connected in series with one another.
  • the strand is mechanical with the impeller connectable.
  • the photovoltaic device has a charge regulator.
  • the charge regulator is electrically coupled to the line on the input side.
  • the charge regulator can be electrically coupled to an energy storage device, for example a rechargeable battery.
  • the charge regulator is set up to transform a first electrical voltage from the photovoltaic cells into a second electrical voltage, the second voltage being used to charge the energy storage device.
  • the second voltage has a higher value than the first voltage.
  • the second voltage has a lower value than the first voltage, for example.
  • the charge controller is set up to set the MPP point of the photovoltaic cells. It is also possible for the charge controller to set the MPP point of the photovoltaic cells without transforming the voltages.
  • the operating point of the photovoltaic cells at which the greatest possible power can be drawn from the photovoltaic cell is referred to as the MPP point (MPP: Maximum Power Point; maximum power point).
  • MPP point Maximum Power Point
  • the electrical load on a photovoltaic cell and / or the string and / or the star is adapted.
  • the charge regulator is set up to transform the first electrical voltage, in particular a direct voltage, into the larger second electrical voltage, in particular a direct voltage. It is thus possible to provide the second voltage for charging the energy storage device with a sufficiently high value.
  • the total power of the photovoltaic device for charging the energy storage device is sufficiently large and the energy storage device can be charged sufficiently quickly.
  • the first value of the first electrical voltage is 6 V.
  • the second value of the second voltage is, for example, over 40 V, for example 41 to 42 V, in order to charge an energy storage device with 36 V. So it is possible to have one on a sunny day
  • Such a photovoltaic device has both photovoltaic cells with mutually different external shapes, but the same size photoactive surface, as well as the charge controller, which transforms the first voltage from the photovoltaic cells into the second voltage.
  • the photoactive surface of the photovoltaic cell is in particular the surface on which radiation arrives during operation and is subsequently converted into electrical energy.
  • a photovoltaic cell can have, for example, a frame, brackets or electrical feed and discharge lines.
  • the same size means a deviation in size within specified tolerances.
  • the tolerances can be specified, for example, in such a way that the photovoltaic cells supply essentially the same current in order to keep the current loss in the series connection as low as possible.
  • the tolerance is specified so that the photovoltaic surfaces of the individual photovoltaic cells differ from one another by a maximum of 30%.
  • the tolerance is specified in such a way that the areas differ from one another by a maximum of 25%, a maximum of 20%, a maximum of 15% or between 0 and 15%.
  • the first photovoltaic cell and the second photovoltaic cell have the same nominal power.
  • the nominal power of the first photovoltaic cell has at most a predetermined deviation from the nominal power of the second photovoltaic cell.
  • the nominal power has the values mentioned above for the tolerance of the surfaces.
  • the nominal power of the first photovoltaic cell deviates between 0% and 30% from the nominal power of the second photovoltaic cell.
  • the photovoltaic cells of the string are arranged radially along a sector of a circle.
  • the cord and the external shape of the cord are well matched to use on the bicycle wheel.
  • the string is arranged in the circular sector in two rows, each with a plurality of photovoltaic cells.
  • the two rows are electrically connected in series with each other. The voltage of the strand can thus be increased, in particular doubled.
  • a respective width of the photovoltaic cells increases with respect to a respective adjacent photovoltaic cell radially outward along the string.
  • the outer shape of the photovoltaic cells is specified depending on an arrangement during operation on the bicycle wheel. Inside towards the outside, the width increases in order to utilize the surface of the impeller as well as possible. The height of the respective photovoltaic cells decreases accordingly in order to ensure the same size photoactive surface.
  • the photovoltaic device has a plurality of strings of the same type, each with a plurality of photovoltaic cells.
  • the strings are connected electrically in parallel with one another.
  • the strings are each electrically coupled to the charge controller.
  • eight or nine strings of the same type are connected in parallel with one another.
  • a different number of identical strands is also possible, in particular more than two identical strands up to 15 identical strands or more. This enables a sufficiently large power for charging the energy storage device.
  • the photovoltaic device has the energy storage device for storing electrical energy.
  • the output side of the charge regulator is electrically coupled to the energy storage device in order to charge the energy storage device by means of electrical energy from the photovoltaic cells. It is thus possible to charge the energy storage device of the photovoltaic device by means of radiant energy, for example from the sun, and with the aid of the photovoltaic cells and the charge controller.
  • a bicycle has a running wheel.
  • the bicycle has a photovoltaic device according to at least one embodiment described here or one embodiment described here.
  • the The photovoltaic device is mechanically fastened to the impeller, for example by means of clips, screws, hooks or other fastening means.
  • two photovoltaic devices are arranged on the impeller, one on each axial side. The two photovoltaic devices are in turn electrically coupled to one another in parallel.
  • the bicycle has, for example, a second wheel.
  • the second impeller also has, for example, a photovoltaic device or two photovoltaic devices. It is thus possible to provide either a single, two, three or four photovoltaic devices on the bicycle, each of which is connected in parallel to one another. In the case of bicycles such as cargo bikes, more than two running wheels can be provided and, accordingly, more than four photovoltaic devices can also be provided.
  • each of the photovoltaic devices it is possible for each of the photovoltaic devices to have its own charge controller. It is also possible to provide a common charge controller for each wheel or just a single charge controller for the bicycle, which is electrically coupled to all the photovoltaic cells on the input side.
  • the photovoltaic cells of the plurality of photovoltaic devices are used, for example, to charge an energy storage device of the bicycle.
  • Figure 1 is a schematic representation of a bicycle with a photovoltaic device according to an embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of a
  • Figure 3 is a schematic representation of a photovoltaic device according to an embodiment.
  • FIG. 1 schematically shows a bicycle 1.
  • the bicycle 1 is a so-called electric bicycle.
  • the bicycle 1 has a frame and a front wheel 2 and a rear wheel 3.
  • the rear wheel 3 can be driven, for example, by pedaling.
  • the bicycle 1 also has at least one electric motor in order to transmit drive energy to the front wheel 2 and / or the rear wheel 3 and thus to support pedaling.
  • the electric motor is supplied with electrical energy from an energy storage device 4.
  • Photovoltaic cells 8 are arranged on the front wheel 2 and the rear wheel 3.
  • the photovoltaic cells 8 are arranged radially on the wheels 2, 3 along a plurality of strings 6.
  • a plurality of strands are provided for each wheel 2, 3, each of which forms a so-called star 5.
  • a star 5 is provided on the front wheel 2 and a star 5 is also provided on the rear wheel 3.
  • two stars 5 can be provided on the front wheel, each on the axial outside.
  • two stars 5 are provided on the rear wheel 3, likewise each on the axial outside.
  • Wheel 1 can have either a single star 5, two stars 5, three stars 5, or four stars 5.
  • the photovoltaic cells 8 are electrically connected to a charge controller 7.
  • the charge regulator 7 is also electrically connected to the energy storage device 4.
  • the charge regulator 7 is used to transform a first voltage of the photovoltaic cells 8 into a second voltage for charging the energy storage device 4.
  • the value of the second voltage is in particular greater than the value of the first voltage. Efficient charging of the energy storage device 4 is thus made possible.
  • FIG. 2 schematically shows a detailed view of part of a photovoltaic device 100.
  • the star 5 is in particular part of the photovoltaic device 100.
  • the photovoltaic cells 8 are arranged starting radially at the wheel hub 10 outward along a circular sector 105 in the string 6.
  • Slip rings 9 are provided on the wheel hub 10 or in the vicinity of the wheel hub 10.
  • the strand 6 is electrically connected to the slip rings 9 by means of electrical contacts, for example a positive pole with a first slip ring 9 and a negative pole with a second slip ring 9.
  • the slip rings 9 are in turn electrically coupled to the charge controller 7.
  • the photovoltaic cells 8 of the string 6 are electrically connected to one another in series.
  • the individual strands 6 of the star 5 are in turn electrically connected to the slip rings 9 parallel to one another.
  • the photovoltaic cells 8 of the string 6 have mutually different external shapes.
  • each photovoltaic cell 8 of the string 6 has its own external shape, which is different from the outer shapes of the other photovoltaic cells 8 of the string 6.
  • the photovoltaic cell 8a has a different external shape than the further photovoltaic cell 8b which is directly adjacent radially outward.
  • both a width 106 of the first photovoltaic cell 8a and a height 108 of the first photovoltaic cell 8a differ from a width 107 and a height 109 of the second photovoltaic cell 8b.
  • the height 109 is in particular less than the height 108 and the width 107 greater than the width 106.
  • a first shape 101 of the first photovoltaic cell 8a and a second shape 102 of the second photovoltaic cell 8b are adapted to the radial position in the string. The farther radially outward on the strand 6 the photovoltaic cell 8 is arranged, the wider it is. The respective height 108, 109 decreases accordingly.
  • a first photoactive area 103 of the first photovoltaic cell 8a essentially corresponds to a photoactive area 104 of the second photovoltaic cell 8b.
  • the photovoltaic cells 8 can have any geometric shapes. According to exemplary embodiments, the photovoltaic cells 8 are rectangular, right-angled and / or polygonal. According to exemplary embodiments, the photovoltaic cells 8 have other shapes, for example a trapezoid shape. This is useful, for example, for good use of space.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a detail of the photovoltaic device 100 according to a further exemplary embodiment.
  • the photovoltaic device 100 corresponds to that explained so far.
  • the differences between the exemplary embodiments in FIGS. 2 and 3 are primarily discussed below.
  • two rows 6 a, 6 b with respective photovoltaic cells 8 are provided for each string 6.
  • the photovoltaic cells 8 of the respective rows 6a, 6b are connected to one another in electrical series.
  • the rows 6a and 6b are in turn connected electrically in series.
  • the number of photovoltaic cells 8 within the string 6 can thus be doubled in comparison to the exemplary embodiment in FIG. 2, for example. It is thus possible, for example, to double the voltage of the strand 6.
  • the individual photovoltaic cells 8 are connected in series with one another by means of conduction strips 12 and then electrically coupled to the slip rings 9.
  • the photovoltaic cells 8 of a star 5 are laminated, for example, on a common base plate. This base plate is then attached to the spokes of the impeller 2, 3, for example. It is also possible that the base plate replaces the spokes and the base plate simultaneously serves to carry the photovoltaic cells 8 and also to serve as the spokes of the impeller 2, 3. It is possible for photovoltaic cells 8 to be applied only to one axial side of the base plate, so that the star 5 is photosensitive only from one axial direction.
  • photovoltaic cells 8 are attached to both axial sides of the base plate, so that both axial directions of the star 5 are photosensitive. It is thus possible to attach a star only on one axial side of the impeller 2, 3, and still provide photosensitivity and the possibility of converting radiant energy into electrical energy from both axial directions.
  • the photovoltaic device 100 enables the energy storage device 4 to be charged even while the bicycle 1 is in operation. Thus, a disadvantage of the limited capacity of the energy storage device 4 can be compensated for or reduced. This avoids the
  • the photovoltaic device 100 also enables the use of a permanently integrated energy storage device 4, which cannot be removed from the frame of the bicycle 1.
  • the photovoltaic device 100 also enables the use of a removable energy storage device 4. Charging the Energy storage device by means of a cable at a socket can be avoided by means of the photovoltaic device 100 or the frequency of such a charge is greatly reduced. A large part of the electrical energy for charging the energy storage device 4 is provided by means of the photovoltaic cells 8.
  • Energy storage device 4 can thus be automatically charged while driving or when parking bicycle 1.
  • the range of the electric drive of the bicycle 1 is increased overall.
  • the individual photovoltaic cells 8 of each string 6 of the stars 5 are electrically matched to one another, in particular with regard to the use of space and also electrical characteristics.
  • the number of photovoltaic cells 8 in the strings 6 can be reduced by using sufficiently large photovoltaic cells 8. This also reduces the wiring effort.
  • the charge controller 7 enables the photovoltaic device to be operated at the so-called MPP point (English: Maximum Power Point).
  • MPP point International: Maximum Power Point.
  • the power of the photovoltaic cells 8 can be used as efficiently as possible and the voltage of the photovoltaic cells 8 can be stepped up in order to be able to efficiently feed the energy storage device 4.
  • photovoltaic cells 8 are provided for each string 6.
  • the 24 photovoltaic cells generate, for example, an electrical voltage of 12 V.
  • This voltage is applied to the charge regulator 7 on the input side.
  • the charge controller transforms this to an output voltage of around 40 to 45 V for charging a 36 V.
  • the electrical currents are approximately 2 to 2.5 A per star 5 (with full solar radiation), so for example 10 A in the case of a bicycle 1 if four stars 5 are provided.
  • a total output of the photovoltaic device 100 on the bicycle 1 of 120 to 130 W can thus be achieved.
  • the strands 6 are electrically connected to the slip rings 9, for example via clamps and / or soldered connections. The electrical energy is then taken from the rotating slip rings 9, for example by means of carbon brushes, and to the charge controller 7 and
  • the MPP point for charging is set by means of the charge controller 7, which is electrically connected both to the photovoltaic cells 8 and to the energy storage device 4.
  • the charge controller 7 thus operates the photovoltaic cells 8 at the MPP point in order to achieve the maximum efficiency from the photovoltaic cells 8.
  • the charge controller 7 is, in particular, a so-called DC / DC charge controller with an input voltage of 4.0 to 24.0 V and, for example, good efficiency at around 10 V.
  • the input current is, for example, a maximum of 6 A or a maximum of 10 A.
  • the output voltage is, for example 12 to 56 V and the output power, for example 80 W.
  • the efficiency of the charge controller 7 is 97%, for example.
  • Photovoltaic cells 8 shaded.
  • the real current of these photovoltaic cells 8 is lower than the maximum possible current. This enables the use of the adapted charge controller 7 with a smaller input current than the maximum possible current.
  • Such a charge regulator is in particular more cost-effective than a charge regulator with a higher input flow.
  • a single charge regulator 7 is therefore sufficient in accordance with exemplary embodiments.
  • a bypass diode (not explicitly shown) is connected for each strand 6. This reduces the risk of reverse currents flowing into shaded strands 6. In particular, reverse currents can thus be excluded. It is also possible for each photovoltaic cell 8 to be bridged with its own bypass diode. This enables a high tolerance towards individual, shaded photovoltaic cells 8. This enables an increase in efficiency.
  • the photovoltaic device 100 can be implemented cost-effectively. If, for example, a separate charge controller 7 is provided for the front wheel 2 and a second separate charge controller 7 is provided for the rear wheel 3, the photovoltaic cells 8 of the front wheel
  • the photoactive surface 103, 104 of the photovoltaic cells 8 is, for example, in a range from 5 cm ⁇ to 15 cm ⁇ , in particular in a range from 6 cm ⁇ to 8 cm ⁇ , in particular in a range from 6.2 cm ⁇ to 6.7 cm ⁇ .
  • the individual photovoltaic cells 8 of a string 6 are, for example, spaced from one another.
  • the individual photovoltaic cells 8 of the strings 6 are each spaced apart from one another, for example.
  • the strands 6 are separated from one another by open gaps in the star 5, for example.
  • An efficient use of the area of the axial surfaces of the running wheels 2, 3 is thus possible and, for example, susceptibility to wind can be reduced.
  • the distances are, for example, in the range of a few millimeters between the cells and a few centimeters in the outer circumference of the wheel. The distances enable efficient electrical interconnection, for example.
  • the widths 106, 107 of the photovoltaic cells 8 are, for example, in a range between 10 mm and 80 mm, for example between 15 mm and 35 mm.
  • the heights 108, 109 of the photovoltaic cells 8 are, for example, in a range from 8 mm to 35 mm.
  • the photovoltaic device 100 can be used both in bicycles 1 as described and in other vehicles with wheels.
  • the photovoltaic device 100 enables the range of electric bicycles to be increased in daily use and on bike tours, and enables one reliable operation and reliable loading of the
  • Energy storage device 4 by means of radiant energy.

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Abstract

Eine Photovolta ikvorrichtung für ein Laufrad eines Fahrrads weist auf: • - einen Strang mit einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen (8), die miteinander elektrisch in Reihe geschalten sind, wobei der Strang mit dem Laufrad mechanisch koppelbar ist, wobei • - eine erste Photovoltaikzelle (8a) der Photovoltaikzellen (8) des Strangs eine erste äußere Form (101) aufweist und eine zweite Photovoltaikzelle (8b) der Photovoltaikzellen (8) eine zweite äußere Form (102) aufweist, wobei die erste äußere Form (101) und die zweite äußere Form (102) zueinander unterschiedlich sind und wobei eine erste photoaktive Fläche (103) der ersten Photovoltaikzelle (8a) gleich groß ist wie eine zweite photoaktive Fläche (104) der zweiten Photovoltaikzelle (8b), und/oder - ein Laderegler (7) ist eingangsseitig mit dem Strang elektrisch gekoppelt, wobei der Laderegler (7) eingerichtet ist eine erste elektrische Spannung von den Photovoltaikzellen (8) in eine zweite elektrische Spannung zu transformieren, wobei die zweite Spannung zum Laden einer Energiespeichervorrichtung dient und/ oder wobei der Laderegler (7) eingerichtet ist zum Betreiben der Photovoltaikzellen (8) im MPP-Punkt.

Description

Beschreibung
Photovoltaikvorrichtung für ein Laufrad eines Fahrrads und Fahrrad
Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikvorrichtung für ein Laufrad eines Fahrrads, insbesondere eines sogenannten Elektrofahrrads . Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrrad mit mindestens einer solchen Photovoltaikvorrichtung.
Fahrräder mit elektrischem Hilfsmotor werden beispielsweise als E-Bike, Elektrofahrrad oder auch Pedelec bezeichnet. Der Elektromotor dient beispielsweise zur Unterstützung der Antriebskraft während des Tretens.
Es ist wünschenswert, eine Photovoltaikvorrichtung für ein Laufrad eines Fahrrads anzugeben, die einen verlässlichen Betrieb ermöglicht. Es ist zudem wünschenswert, ein Fahrrad mit einer Photovoltaikvorrichtung anzugeben, das verlässlich betreibbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Photovoltaikvorrichtung für ein Laufrad eines Fahrrads einen Strang mit einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen auf. Die Photovoltaikzellen sind miteinander elektrisch in Reihe geschaltet. Der Strang ist mit dem Laufrad mechanisch koppelbar. Eine erste Photovoltaikzelle der
Photovoltaikzellen des Strangs weist eine erste äußere Form auf. Eine zweite Photovoltaikzelle der Photovoltaikzellen weist eine zweite äußere Form auf. Die erste äußere Form und die zweite äußere Form sind zueinander unterschiedlich. Eine erste photoaktive Fläche der ersten Photovoltaikzelle ist gleich groß wie eine zweite photoaktive Fläche der zweiten Photovoltaikzelle .
Im Betrieb dient die Photovoltaikvorrichtung beispielsweise dazu, einen Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie zu laden. Mittels der Photovoltaikzellen kann der Energiespeicher während der Fahrt oder beim Parken des Fahrrads automatisch aufgeladen werden. Somit wird die Reichweite erhöht. Die Photovoltaikzellen sind jeweils dazu ausgebildet, Strahlungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Die Photovoltaikzellen sind beispielsweise organische oder anorganische Photovoltaikzellen. Sie können als Dünnschicht-Photovoltaikzellen oder als kristalline Photovoltaikzellen ausgebildet sein. Beispielsweise sind die Photovoltaikzellen jeweils auf Basis eines Halbleiters ausgebildet, beispielsweise Silizium oder ein anderer geeigneter Halbleiter. Geeignete Materialien sind zum Beispiel CIGS, CdTe, Perowskit, GaAs und/oder organische Materialen. Auch andere Materialen können verwendet werden.
Die zueinander unterschiedliche Form der Photovoltaikzellen ermöglicht eine gute Flächenausnutzung sowie eine vergleichsweise geringe Verschattung einzelner Photovoltaikzellen. Die gleiche Größe der photoaktiven Flächen der Photovoltaikzellen ermöglicht, dass die Photovoltaikzellen jeweils den gleichen Strom generieren. Somit wird ein Stromverlust in der Reihenschaltung vermieden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Photovoltaikvorrichtung für ein Laufrad eines Fahrrads einen Strang mit einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen auf. Die Photovoltaikzellen sind miteinander elektrisch in Reihe geschaltet. Der Strang ist mit dem Laufrad mechanisch koppelbar. Die Photovoltaikvorrichtung weist einen Laderegler auf. Der Laderegler ist eingangsseitig mit dem Strang elektrisch gekoppelt. Der Laderegler ist ausgangsseitig mit einer Energiespeichervorrichtung, beispielsweise einem Akku, elektrisch koppelbar. Der Laderegler ist eingerichtet, eine erste elektrische Spannung von den Photovoltaikzellen in eine zweite elektrische Spannung zu transformieren, wobei die zweite Spannung zum Laden der Energiespeichervorrichtung dient. Beispielsweise hat die zweite Spannung einen höheren Wert als die erste Spannung. Alternativ oder zusätzlich hat die zweite Spannung beispielsweise einen niedrigeren Wert als die erste Spannung. Dies ist beispielsweise bei Dünnschichtphotovoltaikzellen nutzbringend. Der Laderegler ist alternativ oder zusätzlich eingerichtet, den MPP-Punkt der Photovoltaikzellen einzustellen. Es ist auch möglich, dass der Laderegler ohne die Spannungen zu transformieren den MPP-Punkt der Photovoltaikzellen einstellt. Als MPP-Punkt (MPP: Maximum Power Point; Maximal-Leistungspunkt) wird der Betriebspunkt der Photovoltaikzellen bezeichnet, an dem der Photovoltaikzelle die größte mögliche Leistung entnommen werden kann. Dazu wird beispielsweise die elektrische Belastung einer Photovoltaikzellen und/oder des Strangs und/oder des Sterns angepasst.
Der Laderegler ist dazu eingerichtet, die erste elektrische Spannung, insbesondere eine Gleichspannung, in die größere zweite elektrische Spannung, insbesondere eine Gleichspannung, zu transformieren. Somit ist es möglich, die zweite Spannung zum Laden der Energiespeichervorrichtung mit einem ausreichend hohen Wert bereitzustellen. Somit ist die Gesamtleistung der Photovoltaikvorrichtung zum Laden der Energiespeichervorrichtung ausreichend groß und die Energiespeichervorrichtung ausreichend schnell aufladbar. Beispielsweise beträgt der erste Wert der ersten elektrischen Spannung 6 V. Der zweite Wert der zweiten Spannung beträgt beispielsweise über 40 V, beispielsweise 41 bis 42 V, um eine Energiespeichervorrichtung mit 36 V zu laden. Somit ist es möglich, an einem sonnigen Tag eine
Energiespeichervorrichtung zu 100 % wieder aufzuladen. Auch andere Werte für die erste elektrische Spannung und/oder andere Werte für die zweite elektrische Spannung sind möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Kombination der beiden zuvor genannten Ausführungsformen offenbart. Eine derartige Photovoltaikvorrichtung gemäß einer Ausführungsform weist sowohl Photovoltaikzellen mit zueinander unterschiedlicher äußerer Form, aber gleich großer photoaktiver Fläche auf, als auch den Laderegler, der die erste Spannung von den Photovoltaikzellen in die zweite Spannung transformiert.
Die photoaktive Fläche der Photovoltaikzelle ist insbesondere die Fläche, auf die im Betrieb Strahlung eintrifft und nachfolgend in elektrische Energie umgewandelt wird. Zusätzlich kann eine Photovoltaikzelle beispielsweise einen Rahmen, Halterungen oder elektrische Zu- und Ableitungen aufweisen. Gleich groß bedeutet im Zusammenhang dieser Offenbarung eine Abweichung der Größe innerhalb vorgegebener Toleranzen. Die Toleranzen können beispielsweise so vorgegeben sein, dass die Photovoltaikzellen im Wesentlichen den gleichen Strom liefern, um den Stromverlust in der Reihenschaltung möglichst gering zu halten. Beispielsweise ist die Toleranz so vorgegeben, dass die Photovoltaikflächen der einzelnen Photovoltaikzellen zueinander um höchstens 30 % abweichen. Gemäß weiterer Ausführungsformen ist die Toleranz so vorgegeben, dass die Flächen zueinander höchstens 25 %, höchstens 20 %, höchstens 15 % oder zwischen 0 und 15 % voneinander abweichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die erste Photovoltaikzelle und die zweite Photovoltaikzelle die gleiche Nennleistung auf. Die Nennleistung der ersten Photovoltaikzelle weist höchstens eine vorgegebene Abweichung von der Nennleistung der zweiten Photovoltaikzelle auf. Beispielsweise weist die Nennleistung die oben für die Toleranz der Flächen genannten Werte auf. Beispielsweise weicht die Nennleistung der ersten Photovoltaikzelle zwischen 0 % und 30 % von der Nennleistung der zweiten Photovoltaikzelle ab.
Gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel sind die Photovoltaikzellen des Strangs radial entlang eines Kreissektors angeordnet. Somit sind der Strang und die äußere Form des Strangs gut auf den Einsatz an dem Laufrad des Fahrrads abgestimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Strang in dem Kreissektor in zwei Reihen mit jeweils einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen angeordnet. Die zwei Reihen sind miteinander elektrisch in Reihe geschalten. Somit lässt sich die Spannung des Strangs erhöhen, insbesondere verdoppeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform nimmt eine jeweilige Breite der Photovoltaikzellen bezüglich einer jeweils benachbarten Photovoltaikzelle radial nach außen entlang dem Strang jeweils zu. Somit wird die äußere Form der Photovoltaikzellen jeweils abhängig von einer Anordnung im Betrieb an dem Laufrad des Fahrrads vorgegeben. Von innen nach außen nimmt die Breite zu, um die Fläche des Laufrads möglichst gut auszunutzen. Eine Höhe der jeweiligen Photovoltaikzellen nimmt entsprechend ab, um die gleich große photoaktive Fläche zu gewährleisten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Photovoltaikvorrichtung eine Mehrzahl von gleichartigen Strängen mit jeweils einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen auf. Die Stränge sind miteinander elektrisch parallel geschaltet. Die Stränge sind jeweils mit dem Laderegler elektrisch gekoppelt. Beispielsweise sind acht oder neun gleichartiger Stränge miteinander parallel geschaltet. Auch eine andere Anzahl von gleichartigen Strängen ist möglich, insbesondere mehr als zwei gleichartiger Stränge bis zu 15 gleichartiger Stränge oder mehr. Dies ermöglicht eine ausreichend große Leistung zum Laden der EnergieSpeichervorrichtung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Photovoltaikvorrichtung die Energiespeichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie auf. Der Laderegler ist ausgangsseitig mit der Energiespeichervorrichtung elektrisch gekoppelt, um mittels elektrischer Energie aus den Photovoltaikzellen die Energiespeichervorrichtung zu laden. Somit ist es möglich, mittels Strahlungsenergie beispielsweise der Sonne und mit Hilfe der Photovoltaikzellen und des Ladereglers die Energiespeichervorrichtung der Photovoltaikvorrichtung zu laden.
Ein Fahrrad weist gemäß einer Ausführungsform ein Laufrad auf. Das Fahrrad weist eine Photovoltaikvorrichtung gemäß zumindest einer hier beschriebenen Ausführungsform oder eines hier beschriebenen Ausführungsbeispiels auf. Die Photovoltaikvorrichtung ist an dem Laufrad mechanisch befestigt, beispielsweise mittels Clips, Schrauben, Haken oder anderer Befestigungsmittel. Beispielsweise sind an dem Laufrad zwei Photovoltaikvorrichtungen angeordnet, eine pro axialer Seite. Die beiden Photovoltaikvorrichtungen sind wiederum miteinander parallel elektrisch gekoppelt.
Das Fahrrad weist beispielsweise ein zweites Laufrad auf.
Auch das zweite Laufrad weist beispielsweise eine Photovoltaikvorrichtung oder zwei Photovoltaikvorrichtungen auf. Somit ist es möglich, an dem Fahrrad entweder eine einzige, zwei, drei oder vier Photovoltaikvorrichtungen vorzusehen, die jeweils parallel zueinander geschaltet sind. Bei Fahrrädern wie Lastenrädern können mehr als zwei Laufräder vorgesehen sein und entsprechend auch mehr als vier Photovoltaikvorrichtungen vorgesehen sein.
Es ist möglich, dass jede der Photovoltaikvorrichtungen einen eigenen Laderegler aufweist. Es ist auch möglich, pro Laufrad einen gemeinsamen Laderegler vorzusehen oder lediglich einen einzigen Laderegler für das Fahrrad, der eingangsseitig mit allen Photovoltaikzellen elektrisch gekoppelt ist. Die Photovoltaikzellen der Mehrzahl von Photovoltaikvorrichtungen dienen beispielsweise dazu, eine Energiespeichervorrichtung des Fahrrads zu laden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, in Verbindung mit den Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen.
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente können figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Fahrrads mit einer Photovoltaikvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer
Photovoltaikvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Photovoltaikvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Figur 1 zeigt schematisch ein Fahrrad 1. Das Fahrrad 1 ist ein sogenanntes Elektrofahrrad. Das Fahrrad 1 weist einen Rahmen sowie ein Vorderrad 2 und ein Hinterrad 3 auf. Das Hinterrad 3 ist beispielsweise mittels Treten antreibbar. Das Fahrrad 1 weist zudem mindestens einen Elektromotor auf, um Antriebsenergie auf das Vorderrad 2 und/oder das Hinterrad 3 zu übertragen und so das Treten zu unterstützen. Der Elektromotor wird mit elektrischer Energie aus einer Energiespeichervorrichtung 4 versorgt.
An dem Vorderrad 2 und dem Hinterrad 3 sind jeweils Photovoltaikzellen 8 angeordnet. Die Photovoltaikzellen 8 sind entlang mehrerer Stränge 6 radial an den Rädern 2, 3 angeordnet. Pro Rad 2, 3 sind eine Mehrzahl von Strängen vorgesehen, die jeweils einen sogenannten Stern 5 bilden. Beispielsweise ist an dem Vorderrad 2 ein Stern 5 vorgesehen und an dem Hinterrad 3 ebenfalls ein Stern 5. Es ist auch möglich, dass am Vorderrad zwei Sterne 5 vorgesehen sind, jeweils an der axialen Außenseite. Es ist auch möglich, dass an dem Hinterrad 3 zwei Sterne 5 vorgesehen sind, ebenfalls jeweils an der axialen Außenseite. Das Rad 1 kann entweder einen einzigen Stern 5, zwei Sterne 5, drei Sterne 5 oder vier Sterne 5 aufweisen.
Die Photovoltaikzellen 8 sind elektrisch mit einem Laderegler 7 verbunden. Der Laderegler 7 ist zudem mit der Energiespeichervorrichtung 4 elektrisch verbunden. Der Laderegler 7 dient dazu, eine erste Spannung der Photovoltaikzellen 8 in eine zweite Spannung zum Laden der Energiespeichervorrichtung 4 zu transformieren. Der Wert der zweiten Spannung ist insbesondere größer als der Wert der ersten Spannung. Somit wird ein effizientes Laden der Energiespeichervorrichtung 4 ermöglicht.
Figur 2 zeigt schematisch eine Detailansicht eines Teils einer Photovoltaikvorrichtung 100.
Der Stern 5 ist insbesondere Teil der Photovoltaikvorrichtung 100. Die Photovoltaikzellen 8 sind radial beginnend an der Radnabe 10 nach außen entlang eines Kreissektors 105 in dem Strang 6 angeordnet. An der Radnabe 10 oder in der Nähe der Radnabe 10 sind Schleifringe 9 vorgesehen. Mittels elektrischer Kontakte ist der Strang 6 elektrisch mit den Schleifringen 9 verbunden, beispielsweise ein Pluspol mit einem ersten Schleifring 9 und ein Minuspol mit einem zweiten Schleifring 9. Die Schleifringe 9 sind wiederum elektrisch mit dem Laderegler 7 gekoppelt. Die Photovoltaikzellen 8 des Strangs 6 sind elektrisch miteinander in Reihe verbunden. Die einzelnen Stränge 6 des Sterns 5 sind wiederum parallel zueinander mit den Schleifringen 9 elektrisch verbunden.
Die Photovoltaikzellen 8 des Strangs 6 weisen zueinander unterschiedliche äußere Formen auf. Beispielsweise sind zumindest zwei der Photovoltaikzellen 8 mit zueinander unterschiedlichen äußeren Formen ausgebildet. Es ist auch möglich, dass jede Photovoltaikzelle 8 des Strangs 6 eine eigene äußere Form hat, die zu den äußeren Formen der übrigen Photovoltaikzellen 8 des Strangs 6 unterschiedlich ist. Beispielsweise weist die Photovoltaikzelle 8a eine andere äußere Form auf, als die radial nach außen unmittelbar benachbarte weitere Photovoltaikzelle 8b. Insbesondere unterscheiden sich sowohl eine Breite 106 der ersten Photovoltaikzelle 8a als auch eine Höhe 108 der ersten Photovoltaikzelle 8a von einer Breite 107 und einer Höhe 109 der zweiten Photovoltaikzelle 8b. Die Höhe 109 ist insbesondere geringer als die Höhe 108 und die Breite 107 größer als die Breite 106. Somit ist eine erste Form 101 der ersten Photovoltaikzelle 8a und eine zweite Form 102 der zweiten Photovoltaikzelle 8b an die radiale Lage in den Strang angepasst. Je weiter radial außen am Strang 6 die Photovoltaikzelle 8 angeordnet ist, desto breiter ist sie. Entsprechend nimmt die jeweilige Höhe 108, 109 ab.
Aufgrund der zueinander unterschiedlichen Formen 101, 102 der
Photovoltaikzellen 8 des Strangs 6 ist es möglich, die jeweilige photoaktive Fläche der Photovoltaikzellen 8 innerhalb vorgegebener Grenzen gleich groß vorzusehen. Beispielsweise entspricht eine erste photoaktive Fläche 103 der ersten Photovoltaikzelle 8a im Wesentlichen einer photoaktiven Fläche 104 der zweiten Photovoltaikzelle 8b.
Dies ermöglicht, dass die einzelnen Photovoltaikzellen zwar zueinander unterschiedliche Formen aufweisen und so gut an ihre jeweilige Lage innerhalb des Strangs 6 angepasst sind und dabei dennoch ein gleich großer elektrischer Strom von den einzelnen Photovoltaikzellen 8 generiert wird. Somit wird vermieden, dass eine einzelne Zelle, die lediglich einen kleinen Strom generiert, den Gesamtstrom des Strangs 6 reduziert. Die unterschiedlichen Formen 101, 102 und die gleich großen photoaktiven Flächen 103, 104 ermöglichen sowohl eine gute Flächenausnutzung der axialen Fläche des Laufrads 2, 3 als auch eine effiziente Umwandlung der zur Verfügung stehenden Strahlungsenergie in elektrische Energie.
Die Photovoltaikzellen 8 können beliebige geometrische Formen aufweisen. Die Photovoltaikzellen 8 sind gemäß Ausführungsbeispielen rechteckig, rechtwinklig und/oder mehreckig. Die Photovoltaikzellen 8 weisen gemäß Ausführungsbeispielen andere Formen auf, beispielsweise eine Trapez-Form. Dies ist beispielsweise für eine gute Flächenausnutzung nutzbringend.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Details der Photovoltaikvorrichtung 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Im Wesentlichen entspricht die Photovoltaikvorrichtung 100 dem bisher erläuterten. Nachfolgend wird vorrangig auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 eingegangen. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind je Strang 6 zwei Reihen 6a, 6b mit jeweiligen Photovoltaikzellen 8 vorgesehen. Die Photovoltaikzellen 8 der jeweiligen Reihen 6a, 6b sind miteinander in elektrische Reihe geschaltet. Die Reihen 6a und 6b sind wiederum elektrisch in Reihe geschaltet. Somit kann die Anzahl der Photovoltaikzellen 8 innerhalb des Strangs 6 im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der Figur 2 beispielsweise verdoppelt werden. Somit ist es beispielsweise möglich, die Spannung des Strangs 6 zu verdoppeln. Mittels Leitungsbändchen 12 sind die einzelnen Photovoltaikzellen 8 miteinander in Reihe geschaltet und dann mit den Schleifringen 9 elektrisch gekoppelt. Die Photovoltaikzellen 8 eines Sterns 5 sind beispielsweise auf eine gemeinsame Grundplatte laminiert. Diese Grundplatte wird dann beispielsweise an Speichen des Laufrads 2, 3 befestigt. Es ist auch möglich, dass die Grundplatte die Speichen ersetzt und die Grundplatte gleichzeitig zum Tragen der Photovoltaikzellen 8 als auch als Speichen des Laufrads 2, 3 dient. Es ist möglich, dass lediglich auf eine axiale Seite der Grundplatte Photovoltaikzellen 8 aufgebracht sind, sodass der Stern 5 lediglich von einer axialen Richtung photoempfindlich ist. Es ist auch möglich, dass an beiden axialen Seiten der Grundplatte Photovoltaikzellen 8 angebracht sind, sodass beide axiale Richtungen des Sterns 5 photoempfindlich sind. Somit ist es möglich, lediglich auf einer axialen Seite des Laufrads 2, 3 einen Stern zu befestigen, und dennoch von beiden axialen Richtungen eine Photoempfindlichkeit und die Möglichkeit zum Umwandeln von Strahlungsenergie in elektrische Energie bereitzustellen.
Die Photovoltaikvorrichtung 100 ermöglicht ein Aufladen der Energiespeichervorrichtung 4 auch während des Betriebs des Fahrrads 1. Somit kann ein Nachteil der begrenzten Kapazität der Energiespeichervorrichtung 4 ausgeglichen oder verringert werden. Somit wird vermieden, dass die
Energiespeichervorrichtung 4 bei herkömmlichen Fahrrädern 1 ohne Photovoltaikvorrichtung 100 während des Betriebs entleert ist und mit reiner Muskelkraft das Fahrrad 1 weiter betrieben werden muss. Die Photovoltaikvorrichtung 100 ermöglicht auch den Einsatz einer fest integrierten Energiespeichervorrichtung 4, die sich nicht von dem Rahmen des Fahrrad 1 entfernen lässt. Die Photovoltaikvorrichtung 100 ermöglicht auch den Einsatz einer abnehmbaren Energiespeichervorrichtung 4. Ein Laden der Energiespeichervorrichtung mittels Kabel an einer Steckdose ist mittels der Photovoltaikvorrichtung 100 vermeidbar beziehungsweise wird die Häufigkeit einer solchen Ladung stark reduziert. Ein Großteil der elektrischen Energie zum Laden der Energiespeichervorrichtung 4 wird mittels der Photovoltaikzellen 8 bereitgestellt. Die
Energiespeichervorrichtung 4 ist somit während der Fahrt oder beim Parken des Fahrrads 1 automatisch aufladbar. Somit wird insgesamt die Reichweite des elektrischen Antriebs des Fahrrads 1 erhöht.
Die einzelnen Photovoltaikzellen 8 jedes Strangs 6 der Sterne 5 sind elektrisch aufeinander angepasst, insbesondere im Hinblick auf Flächenausnutzung als auch elektrische Charakteristik. Zudem lässt sich die Anzahl der Photovoltaikzellen 8 in den Strängen 6 reduzieren, indem ausreichend große Photovoltaikzellen 8 verwendet werden. Dies verringert auch den Verschaltungsaufwand.
Der Laderegler 7 ermöglicht ein Betreiben der Photovoltaikvorrichtung am sogenannten MPP-Punkt (englisch: Maximum Power Point). Somit ist die Leistung der Photovoltaikzellen 8 möglichst effizient ausnutzbar und dabei die Spannung der Photovoltaikzellen 8 hochtransformierbar, um die Energiespeichervorrichtung 4 effizient eingespeist werden zu können.
Beispielsweise sind im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 324 Photovoltaikzellen 8 je Strang 6 vorgesehen. Die 24 Photovoltaikzellen erzeugen beispielsweise eine elektrische Spannung von 12 V. Diese Spannung liegt eingangsseitig am Laderegler 7 an. Der Laderegler transformiert dies zu einer Ausgangsspannung von etwa 40 bis 45 V zum Laden einer 36 V Energiespeichervorrichtung 4. Die elektrischen Ströme liegen dabei in etwa bei 2 bis 2,5 A je Stern 5 (bei voller solarer Einstrahlung), also beispielsweise bei 10 A beim Fahrrad 1, wenn vier Sterne 5 vorgesehen sind. Somit lässt sich eine Gesamtleistung der Photovoltaikvorrichtung 100 am Fahrrad 1 von 120 bis 130 W realisieren.
Je Stern 5 sind beispielsweise neun Stränge 6 vorgesehen.
Auch eine andere Anzahl ist möglich, insbesondere weniger als neun Stränge 6 oder mehr als neun Stränge 6 je Stern 5. Die Stränge 6 sind beispielsweise über Klemmen und/oder Lötverbindungen mit den Schleifringen 9 elektrisch verbunden. Die elektrische Energie wird dann beispielsweise mittels Kohlebürsten von den sich drehenden Schleifringen 9 abgenommen und zum Laderegler 7 und
Energiespeichervorrichtung 4 geleitet. Die Einstellung des MPP-Punkts zum Laden erfolgt mittels des Ladereglers 7, der sowohl mit den Photovoltaikzellen 8 als auch mit der Energiespeichervorrichtung 4 elektrisch verbunden ist.
Der Laderegler 7 betreibt die Photovoltaikzellen 8 somit an dem MPP-Punkt, um die maximale Effizienz aus den Photovoltaikzellen 8 zu erreichen. Der Laderegler 7 ist insbesondere ein sogenannter DC/DC-Laderegler mit einer Eingangsspannung von 4,0 bis 24,0 V und beispielsweise einem guten Wirkungsgrad bei zirka 10 V. Der Eingangsstrom beträgt beispielsweise maximal 6 A oder maximal 10 A. Die Ausgangsspannung beträgt beispielsweise 12 bis 56 V und die Ausgangsleistung beispielsweise 80 W. Der Wirkungsgrad des Ladereglers 7 beträgt beispielsweise 97 %.
Durch die axiale Anordnung ist im praktischen Betrieb stets eine axiale Seite und die dieser Seite zugeordneten Photovoltaikzellen 8 verschattet. Der reale Strom dieser Photovoltaikzellen 8 ist niedriger als der maximal mögliche Strom. Dies ermöglicht den Einsatz des angepassten Ladereglers 7 mit kleinerem Eingangsstrom als der maximal mögliche Strom. Ein derartiger Laderegler ist insbesondere kostengünstiger als ein Laderegler mit einem höheren Eingangsström.
Eine Verschattung durch beispielsweise Bauteile des Fahrrads
1 kann zu einer Absenkung des elektrischen Stroms des verschatteten Strangs 6 führen. Der MPP-Punkt ändert sich durch das Verschatten insbesondere nicht. Daher ist ein einziger Laderegler 7 gemäß Ausführungsbeispielen ausreichend .
Je Strang 6 ist gemäß Ausführungsbeispielen eine Bypass-Diode (nicht explizit dargestellt) verschaltet. Dies reduziert das Risiko, dass Rückwärtsströme in verschattete Stränge 6 fließen. Insbesondere können so Rückwärtsströme ausgeschlossen werden. Es ist auch möglich, dass jede Photovoltaikzelle 8 mit einer eigenen Bypass-Diode überbrückt ist. Somit wird eine hohe Toleranz gegenüber einzelnen verschatteten Photovoltaikzellen 8 ermöglich. Dies ermöglicht eine Steigerung der Effizienz.
Wenn ein einziger Laderegler für alle Sterne 5 des Fahrrads 1 verwendet wird, ist die Photovoltaikvorrichtung 100 kosteneffizient realisierbar. Wenn beispielsweise für das Vorderrad 2 ein eigener Laderegler 7 vorgesehen ist und für das Hinterrad 3 ein zweiter eigener Laderegler 7 vorgesehen ist, lassen sich für die Photovoltaikzellen 8 des Vorderrads
2 und für die Photovoltaikzellen 8 des Hinterrads 3 unterschiedliche MPP-Punkte von den jeweiligen Ladereglern 7 einstellen, was eine höhere elektrische Effizienz ermöglicht.
Die photoaktive Fläche 103, 104 der Photovoltaikzellen 8 ist beispielsweise in einem Bereich von 5 cm^ bis 15 cm^, insbesondere in einem Bereich von 6 cm2 bis 8 cm2, insbesondere in einem Bereich von 6,2 cm^ bis 6,7 cm^.
Die einzelnen Photovoltaikzellen 8 eines Strangs 6 sind beispielsweise voneinander beabstandet. Die einzelnen Photovoltaikzellen 8 der Stränge 6 sind jeweils beispielsweise zueinander beabstandet. Die Stränge 6 sind beispielsweise voneinander durch offene Lücken im Stern 5 getrennt. Somit ist eine effiziente Flächenausnutzung der axialen Flächen der Laufräder 2, 3 möglich und dabei beispielsweise eine Windanfälligkeit reduzierbar. Die Abstände liegen beispielsweise im Bereich von wenigen Millimetern zwischen den Zellen und wenigen Zentimetern im äußeren Umfang des Rades. Die Abstände ermöglichen beispielsweise eine effiziente elektrische Verschaltung.
Die Breiten 106, 107 der Photovoltaikzellen 8 liegen beispielsweise in einem Bereich zwischen 10 mm und 80 mm, beispielsweise zwischen 15 mm und 35 mm. Die Höhen 108, 109 der Photovoltaikzellen 8 liegen beispielsweise in einem Bereich von 8 mm bis 35 mm.
Die Photovoltaikvorrichtung 100 kann sowohl bei Fahrrädern 1 wie beschrieben als auch bei anderen Fahrzeugen mit Rädern eingesetzt werden. Die Photovoltaikvorrichtung 100 ermöglicht die Erhöhung der Reichweite von Elektrofahrrädern im täglichen Gebrauch und auf Radtouren und ermöglicht einen verlässlichen Betrieb und ein verlässliches Laden der
Energiespeichervorrichtung 4 mittels Strahlungsenergie.
BezugsZeichen
1 Fahrrad
2 Vorderrad 3 Hinterrad
4 Energiespeichervorrichtung
5 Stern
6 Strang
6a, 6b Reihe 7 Laderegler
8 Photovoltiakzelle
9 Schleifring
10 Radnabe
11 Kontakt 12 Leitungsbändchen
100 Photovoltaikvorrichtung
101 erste Form
102 zweite Form 103, 104 photoaktive Fläche
105 Kreissektor 106, 107 Breite 108, 109 Höhe

Claims

Patentansprüche
1. Photovoltaikvorrichtung für ein Laufrad (2, 3) eines Fahrrads (1), aufweisend:
- einen Strang (6) mit einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen (8), die miteinander elektrisch in Reihe geschalten sind, wobei der Strang mit dem Laufrad (2, 3) mechanisch koppelbar ist, wobei
- eine erste Photovoltaikzelle (8a) der Photovoltaikzellen (8) des Strangs eine erste äußere Form (101) aufweist und eine zweite Photovoltaikzelle (8b) der Photovoltaikzellen (8) eine zweite äußere Form (102) aufweist, wobei die erste äußere Form (101) und die zweite äußere Form (102) zueinander unterschiedlich sind und wobei eine erste photoaktive Fläche (103) der ersten Photovoltaikzelle (8a) gleich groß ist wie eine zweite photoaktive Fläche (104) der zweiten Photovoltaikzelle (8b).
2. Photovoltaikvorrichtung für ein Laufrad (2, 3) eines Fahrrads (1), aufweisend:
- einen Strang (6) mit einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen (8), die miteinander elektrisch in Reihe geschalten sind, wobei der Strang mit dem Laufrad (2, 3) mechanisch koppelbar ist, und
- einen Laderegler (7), wobei der Laderegler (7) eingangsseitig mit dem Strang (6) elektrisch gekoppelt ist und ausgangsseitig mit einer Energiespeichervorrichtung (4) elektrisch koppelbar ist und wobei der Laderegler (7) eingerichtet ist, eine erste elektrische Spannung von den Photovoltaikzellen (8) in eine zweite elektrische Spannung zu transformieren, wobei die zweite Spannung zum Laden der Energiespeichervorrichtung (4) dient und/oder wobei der Laderegler (7) eingerichtet ist zum Betreiben der Photovoltaikzellen (8) im MPP-Punkt.
3. Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 2, bei der eine erste Photovoltaikzelle (8a) der Photovoltaikzellen (8) des Strangs eine erste äußere Form (101) aufweist und eine zweite Photovoltaikzelle (8b) der Photovoltaikzellen (8) eine zweite äußere Form (102) aufweist, wobei die erste äußere Form (101) und die zweite äußere Form (102) zueinander unterschiedlich sind und wobei eine erste photoaktive Fläche (103) der ersten Photovoltaikzelle (8a) gleich groß ist wie eine zweite photoaktive Fläche (104) der zweiten Photovoltaikfläche (8b).
4. Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, bei der die erste Photovoltaikzelle (8a) und die zweite Photovoltaikzelle (8b) die gleiche Nennleistung aufweisen.
5. Photovoltaikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Photovoltaikzellen (8) des Strangs (6) radial entlang eines Kreissektors (105) angeordnet sind.
6. Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 5, wobei in dem
Kreissektor (105) der Strang (6) in zwei Reihen (6a, 6b) mit jeweils einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen (8) angeordnet ist, wobei die zwei Reihen (6a, 6b) miteinander elektrisch in
Reihe geschalten sind.
7. Photovoltaikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der eine jeweilige Breite (106, 107) der
Photovoltaikzellen (8) bezüglich einer jeweils benachbarten Photovoltaikzelle (8) radial nach außen entlang dem Strang (6) jeweils zunimmt.
8. Photovoltaikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend eine Mehrzahl von gleichartigen Strängen (6) mit jeweils einer Mehrzahl von Photovoltaikzellen (8), wobei die Stränge (6) miteinander elektrisch parallel geschaltet sind und jeweils mit dem Laderegler (7) elektrisch gekoppelt sind.
9. Photovoltaikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend die Energiespeichervorrichtung (4) zum Speichern von elektrischer Energie, wobei der Laderegler (7) ausgangsseitig mit der Energiespeichervorrichtung (4) elektrisch gekoppelt ist, um mittels elektrischer Energie aus den Photovoltaikzellen (8) die Energiespeichervorrichtung (4) zu laden.
10. Fahrrad (1), aufweisend:
- ein Laufrad (2, 3),
- eine Photovoltaikvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die an dem Laufrad (2, 3) mechanisch befestigt ist.
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