DE3641059C2 - Solarzellenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzellenanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Anlagen dieser Art sind u. a. im Bulletin SEV/VSE 73 (1982) 11, 5. Juni, Seiten 505-516, beschrieben. Die US-PS 4 390 940 offenbart in diesem Zusammenhang auch Schalter zum wahlweisen Ankoppeln des Solarzellengenerators an eine Last und/oder an ein Wechselstromnetz. Die Steuerung der optimalen Kombination des Unterstützungsnetzes mit dem Solarzellengenerator erfolgt dabei mit Hilfe eines Mikroprozessors.

Durch die DE-OS 33 26 474 ist es bei Schaltungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung an sich schon bekannt, den Strom einer Gleichstromquelle zwischen einem Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzer und einem Gleichstrom- Wechselstrom-Umsetzer einzuspeisen und einer Wechselstromlast zuzuführen. Der der Einspeisungsstelle vorgeschaltete Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzer dient hierbei aber lediglich zur Ladung der im Falle von Stromunterbrechungen einen Zusatzstrom liefernden Batterie.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage der eingangs genannten Art in der Weise weiter zu entwickeln, daß die Kombination der Solarzellenanlage mit dem Unterstützungsnetzwerk in einfacher und effektiver Weise erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der im Kennzeichen von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Beschreibung, in der im folgenden anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist. Die einzige Figur zeigt das Schaltschema einer erfindungsgemäßen Solarzellenanlage.

In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine kommerzielle Wechselstromquelle mit beispielsweise einer einzigen Phase, 100 Volt Spannung und einer Frequenz von 60 Hz. Diese Wechselstromquelle ist mit einem Wechselstrom- Gleichstrom-Umsetzer 3 einer Wechselrichtereinheit 2 verbunden. Der Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzer 3 ist mit einem nachgeschalteten Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzer 4 in der Wechselrichtereinheit 2 verbunden. Das Bezugszeichen 5 der Zeichnung stellt beispielsweise eine Solarzelle mit 280 Volt Leerlaufspannung und 500 W elektrischer Ausgangsleistung dar. Die Solarzelle 5 ist mit einer Anschlußklemme 7 der Wechselrichtereinheit 2 über eine den Rückstrom sperrende Diode 6 verbunden. Die Anschlußklemme 7 ist mit einem Anschlußpunkt zwischen dem Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzer 3 und dem Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzer 4 verbunden.

Ein erster Schalter 8 und ein zweiter Schalter 9 sind auf der Ausgangsseite der Wechselrichtereinheit 2 als erste bzw. zweite Schaltvorrichtungen verbunden. Der erste Schalter 8 steht in Verbindung mit einer nachgeschalteten ersten Last 10, beispielsweise einer Klimaanlage, während der zweite Schalter 9 mit dem Eingang der Wechselrichtereinheit 2 verbunden ist. An die Wechselstromquelle 1 ist eine zweite Last 11 angeschlossen, beispielsweise ein Kühlschrank, ein elektrisches Licht usw., und zwar mit einer einzelnen Phase und 100 V Spannung. Als Beispiel für die erste Last 10 in einer Klimaanlage kann ein Kompressormotor genannt werden, der mit einer einzelnen Phase, 100 V Spannung und einer Frequenz von 60 Hz betrieben wird, wobei der elektrische Leistungsverbrauch sich natürlich ändern kann.

Das Öffnen und Schließen des ersten Schalters 8 und des zweiten Schalters 9 werden durch eine Schalterbetätigungseinheit 13 bewirkt, die in einer Steuervorrichtung 12 enthalten ist. Die Schalterbetätigungseinheit 13 ist mit einer Vergleichsvorrichtung 14 verbunden, der ein Ausgangssignal der Solarzelle 5 und der elektrische Leistungsverbrauch der ersten Last 10 zum Vergleich zugeführt werden kann.

Im folgenden wird die Betriebsweise des so aufgebauten Wechselrichtersystems beschrieben. Zur Vereinfachung der Erläuterung werden interne Verluste des Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzers 3 und des Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzers 4 in der Wechselrichtereinheit 2 außer acht gelassen.

Als erstes Beispiel für den Betrieb wird ein Fall betrachtet, bei dem der elektrische Leistungsverbrauch der ersten Last 10 beispielsweise 700 W beträgt, also mehr als der Ausgang (500 W) der Solarzelle 5.

In diesem Fall kann keine ausreichende elektrische Leistung durch den Ausgang der Solarzelle 5 an die erste Last 10 abgegeben werden. Nachdem die Vergleichsvorrichtung 14 die Beträge des Ausgangs der Solarzelle 5 und des elektrischen Leistungsverbrauchs der ersten Last 10 festgestellt hat, bewirkt die Schalterbetätigungseinheit 13 gemäß der festgestellten Differenz das Schließen des ersten Schalters 8 und das Öffnen des zweiten Schalters 9. Während also der Solarzellenausgang von 500 W in die erste Last 10 fließt, wird gleichzeitig die fehlende Leistung von 200 W durch die kommerzielle Wechselstromquelle 1 geliefert. In diesem Fall wird die zweite Last 11 von der elektrischen Stromversorgung durch die kommerzielle Wechselstromquelle 1 betrieben.

Als zweites Beispiel für die Betriebsweise wird ein Fall betrachtet, in dem der Betrieb der ersten Last 10 unterbrochen wird, beispielsweise wenn die Klimaanlage für längere Zeit außer Betrieb gesetzt wird, wie es im Frühling oder im Herbst vorkommt, oder wenn der Betrieb nur zeitweise unterbrochen ist, was auch während des Sommers oder des Winters vorkommen kann. Der Ausgang der Vergleichsvorrichtung 14 beaufschlagt die Schalterbetätigungseinheit 13, um den ersten Schalter 8 zu öffnen und den zweiten Schalter 9 zu schließen. Dadurch wird also der Ausgang der Solarzelle 5 an die Eingangsseite der Wechselrichtereinheit 2 zurückgeführt und die zweite Last 11 versorgt.

Als drittes Beispiel für die Betriebsweise wird ein Fall betrachtet, in dem der elektrische Leistungsverbrauch der ersten Last 10 beispielsweise 400 W beträgt, also weniger als der Ausgang (500 W) der Solarzelle 5.

Unter diesen Umständen reicht der Ausgang der Solarzelle 5 zur Versorgung mit der ersten Last 10 aus. Entsprechend dem Ausgang der Vergleichsvorrichtung 14 schließt die Schalterbetätigungseinheit 13 den ersten Schalter 8 und ebenso den zweiten Schalter 9. Das heißt, die 400 W des Ausgangs der Solarzelle 5 werden an die erste Last 10 angelegt und die überschüssige elektrische Leistung in Höhe von 100 W auf die Seite der Wechselstromquelle zurückgeführt, um damit die zweite Last 11 zu versorgen.

In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde angenommen, daß die erste Last 10 und die zweite Last 11 beide die gleiche Art von Wechselstromversorgung erfordern. Die vorliegende Erfindung kann aber auch in einem Fall eingesetzt werden, wenn die erste Last 10 eine andere Wechselstromversorgung erfordert, beispielsweise drei Phasen, 200 V Spannung und eine Frequenz von 50 Hz. In diesem Fall wird der Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzer 4 so aufgebaut, daß er die erforderliche Anzahl von Phasen, die richtige Spannung und die richtige Frequenz liefert.

Wenn die Betriebszustände, sowohl der Last 10 als auch der Last 11, leicht festgestellt werden können, so besteht auch die Möglichkeit, die Steuervorrichtungen 12 des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels als manuell betätigte Einrichtungen vorzusehen, statt sie elektrisch betätigt zu realisieren.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung ein Wechselrichter vorgeschlagen wird, dem Wechselstrom und Gleichstrom zugeführt werden kann, der zwei Schaltvorrichtungen enthält, um die elektrischen Schaltungen zu öffnen oder zu schließen, und zwar in Abhängigkeit vom quantitativen Verhältnis des Ausgangs der Gleichstromquelle und des elektrischen Verbrauchs der Last. Wenn also insbesondere kommerzielle Wechselstromquellen und Solarzellen in Kombination als elektrische Energiequellen verwendet werden sollen, kann ein Überschuß oder ein Fehlbetrag in der Ausgangsleistung der Solarzelle bezüglich der Last schnell und in geeigneter Weise ausgeglichen werden. Es ist daher kein exklusiver Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzer erforderlich, wie bei herkömmlichen Verfahren, so daß die Kosten herabgesetzt und die elektrischen Energiequellen vorteilhaft genutzt werden können.

Claims (3)

1. Solarzellenanlage, mit einem Solarzellengenerator zur Versorgung mindestens einer Wechselstromlast (10, 11), einem über eine Diode (6) an den Solarzellengenerator angeschlossenen Gleichstrom- Wechselstrom-Umsetzer (4) zur Umsetzung des vom Solarzellengenerator gelieferten Gleichstromes in den von der Last (10, 11) benötigten Wechselstrom, und mit einer Koppeleinrichtung zum bedarfsweisen Anschluß eines Unterstützungsnetzwerkes (1) an die Last (10, 11), gekennzeichnet durch folgende Kombination:

• a) es ist ein Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzer (3) vorgesehen dessen Eingang an das Unterstützungsnetzwerk (1) und dessen Ausgang an den Eingang des die Last (10) mit Wechselstrom versorgenden Gleichstrom-Wechselstrom- Umsetzers (4) angeschlossen ist,
• b) der Solarzellengenerator (5) ist an ein zwischen den Ausgang des Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzers (3) und den Eingang des Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzers (4) liegendes Anschlußstück (7) angeschlossen,
• c) es ist eine steuerbare Schaltvorrichtung (8, 9) zum wahlweisen Anschluß des Ausgangs des Gleichstrom- Wechselstrom-Umsetzers (4) an die Last (10) und/oder an den Eingang des Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzers (3) vorgesehen, und
• d) es ist eine Steuervorrichtung (12) für die Schaltvorrichtung (8, 9) vorgesehen, welche eine Vergleichsvorrichtung (14) zum Vergleich der am Solargenerator (5) verfügbaren Leistung mit dem Leistungsverbrauch der Last (10) enthält.

2. Solarzellenanlage nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch folgende Kombinationsmerkmale:

• e) neben einer ersten, mittels einer ersten Schaltvorrichtung (8) mit dem Ausgang des Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzers (4) verbindbaren Last (10) ist ein zweite, mit dem Eingang des Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzers (3) verbundene Last (11) vorgesehen, wobei die erste Last (10) von unregelmäßig betreibbaren Stromverbrauchern, wie einer Klimaanlage, und die zweite Last (11) von regelmäßig zu betreibenden Stromverbrauchern, wie Kühlschränken oder Beleuchtungseinrichtungen, gebildet wird, und
• f) die Steuervorrichtung (12) ist so ausgelegt, daß sie
  • - den Schalter der ersten Schaltvorrichtung (8) schließt und den Schalter einer zweiten, den Ausgang des Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzers (9) mit dem Eingang des Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzers (3) verbindenden Schaltvorrichtung (9) öffnet, wenn der Stromverbrauch der ersten Last (10) größer als die Ausgangsleistung des Solargenerators (5) ist.
  • - den Schalter der ersten Schaltvorrichtung (8) öffnet und den Schalter der zweiten Schaltvorrichtung (9) schließt, wenn der Betrieb der ersten Last (10) unterbrochen wird, und
  • - die Schalter beider Schaltvorrichtungen (8, 9) schließt, wenn der Leistungsverbrauch der ersten Last (10) kleiner ist, als die am Solargenerator (5) verfügbare Leistung.

3. Solarzellenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterstützungsnetzwerk von einer kommerziellen Wechselstromquelle (1) gebildet wird.