DE19755499A1 - Circuit arrangement for optimizing power transmission between solar cell module or wind-power generator, and DC-fed loads, preferably pumps and fans - Google Patents

Circuit arrangement for optimizing power transmission between solar cell module or wind-power generator, and DC-fed loads, preferably pumps and fans

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DE19755499A1 DE1997155499 DE19755499A DE19755499A1 DE 19755499 A1 DE19755499 A1 DE 19755499A1 DE 1997155499 DE1997155499 DE 1997155499 DE 19755499 A DE19755499 A DE 19755499A DE 19755499 A1 DE19755499 A1 DE 19755499A1
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell

Abstract

A circuit arrangement has a generator (1) delivering its current steadily to an electrical intermediate store (2) which is an electrolytic condenser of very high capacity (in the farad range), preferably a double layer condenser (gold cap) or also a lead-acid accumulator. The working voltage of the system generator/intermediate store is controlled in a narrow voltage window near and approximately below the optimal generator maximum power point. Furthermore, with increasing voltage at upper threshold values, loads M (5.1-5.n) are connected in and with falling voltage at lower threshold values, they are disconnected again.

Description

Die Erfindung betrifft eine neuartige Methode, um insbesondere Pumpen und Ventilatoren im Bereich kleinerer Leistungen mög­ lichst wirkungsvoll durch Solarzellenmodule oder Windkraft­ generatoren zu betreiben.The invention relates to a novel method, in particular Pumps and fans in the area of lower outputs possible Most effective through solar cell modules or wind power to operate generators.

Da natürliche Energiequellen in ihrer Leistung stark schwan­ ken können, hat diese Aufgabe naturgemäß ihre Schwierigkeiten. Es gibt aber einen breiten Anwendungsbereich für Pumpen und Ventilatoren, die mit Solar- oder Windstrom versorgt werden. Im kommerziellen Bereich wären Pumpen für Wasserversorgungen oder Bewässerung oder für die Umwälzung in Sonnenkollektoran­ lagen zu nennen; im Freizeitbereich Pumpen für Gartenteiche, künstliche Bachläufe, Springbrunnen, Gewächshausentlüftung, Fischbeckenbelüftungspumpen etc.Because natural energy sources fluctuate strongly in their performance This task naturally has its difficulties. But there is a wide range of applications for pumps and Fans that are supplied with solar or wind power. In the commercial area, pumps would be for water supplies or irrigation or for circulation in solar panels to be called; in the leisure area pumps for garden ponds, artificial streams, fountains, greenhouse ventilation, Fish tank aeration pumps etc.

Obwohl sich das im Folgenden Dargelegte auf der Generatorseite sowohl auf Solarzellenmodule als auch auf Windgeneratoren be­ zieht, soll zur Vereinfachung in der Regel nur das Wort Solar­ modul benutzt werden. Auf der Verbraucherseite soll hauptsäch­ lich das Wort Pumpen verwendet werden, obwohl das Dargelegte prinzipiell auf alle gleichstromgespeisten Verbraucher anwend­ bar ist, z. B. auch auf Motoren, die über Stromrichter, z. B. Wechselrichter angetrieben werden.Although the following is on the generator side both on solar cell modules and on wind generators pulls, to simplify, usually only the word solar module can be used. On the consumer side, Lich the word pumps are used, although what is stated apply in principle to all DC-powered consumers is bar, e.g. B. also on motors using converters, e.g. B. Inverters are driven.

Bisher üblich für die genannten Anwendungen sind in erster Linie drei verschiedene Methoden:
So far, three different methods have been common for the applications mentioned:

  • 1) Direktantrieb, also Zusammenschaltung eines DC-Antriebes direkt mit dem Solarmodul.1) Direct drive, i.e. interconnection of a DC drive directly with the solar module.
  • 2) Zwischenschaltung eines Akkumulators, wobei also der Strom zuerst in einem Akku gespeichert und dann nach Bedarf auf einen Antrieb geschaltet wird.2) Interposition of an accumulator, i.e. the current first stored in a battery and then opened as needed a drive is switched.
  • 3) Zwischenschaltung eines Anpaßwandlers.3) Interposition of a matching converter.

Hierbei wird die Leistung des Solarmoduls bei einer bestimm­ ten Spannung in der Nähe des optimalen Arbeitspunktes ent­ nommen und auf den Verbraucher übertragen. Die Verbraucher- Betriebsspannung ändert sich dabei mit der momentanen Solar­ modulleistung.Here, the performance of the solar module is determined at a ent voltage near the optimal working point taken and transferred to the consumer. The consumers-  Operating voltage changes with the current solar module performance.

Diese drei genannten Methoden haben alle ihre speziellen Nach­ teile, im einzelnen
zu 1) Direktantrieb:
Hierbei wird in der Praxis das Solarmodul gewöhnlich überdimen­ sioniert, damit die Pumpe auch bei schwächerer Einstrahlung schon eine gewisse Leistung bringt. Mit dieser Methode kann die mögliche Solarmodulleistung aber nur in einem bestimmten Bereich der Solar-Strahlungsstärke optimal genutzt werden.These three methods all have their own special parts, in detail
to 1) direct drive:
In practice, the solar module is usually overdimensioned so that the pump can achieve a certain level of performance even with weaker radiation. With this method, however, the possible solar module output can only be optimally used in a certain range of solar radiation intensity.

Die Gründe dafür sind: Bei schwächerem Licht stellt sich, bedingt durch Strommangel an der Pumpe gegenüber der MPP-Spannung des So­ larmoduls (max. power point) eine zu kleine Spannung ein, das be­ deutet eine elektrische Fehlanpassung. Dadurch kann nur ein Teil der möglichen Solarmodulleistung übertragen werden.The reasons for this are: In weaker light, conditionally due to lack of current on the pump compared to the MPP voltage of the So alarm module (max. power point) too low a voltage, the be indicates an electrical mismatch. This allows only a part of the possible solar module power are transferred.

Außerdem benötigt die Pumpe eine Mindestanlaufleistung und es wird noch einmal eine erhöhte Leistung benötigt, wenn die Pumpe zur Erfüllung ihrer Aufgabe bestimmten Druck oder Fördermenge bringen muß.In addition, the pump requires a minimum starting power and it increased performance is required once again when the pump pressure or flow rate to fulfill their task must bring.

Solange diese Leistungsschwelle nicht erreicht wird, fließt der Strom nutzlos und ohne Wirkung durch die Pumpe. Darüberhinaus kann auch der durch Überdimensionierung des Solarmoduls bei gu­ tem Licht erzeugte Überschußstrom nicht genutzt werden, weil die Pumpe bei der sich einstellenden und durch das Solarmodul begrenzten Spannung eben nicht den ganzen Strom aufnehmen kann, den das Solarmodul liefern könnte (Fehlanpassung).As long as this power threshold is not reached, the flows Electricity useless and ineffective by the pump. Furthermore can also by oversizing the solar module in gu excess light generated tem not be used because the pump at the adjusting and through the solar module limited voltage cannot absorb all the current, that the solar module could deliver (mismatch).

Unterhalb einer bestimmten Solar-Strahlungsstärke kann der Strom vom Solarmodul also überhaupt nicht und bei voller Sonne auch nur ein Teil davon genutzt werden.The current can be below a certain solar radiation intensity not at all from the solar module and also in full sun only a part of it can be used.

Zu 2) Akkubetrieb:
Akkubetrieb ist immer dann nötig, wenn Strom längerfristig ge­ speichert werden muß, wenn also zwischen Aufladen und Verbrauch ein gewisser zeitlicher Abstand liegt.2) Battery operation:
Battery operation is always necessary if electricity has to be stored for a longer period of time, i.e. if there is a certain interval between charging and consumption.

Für viele Fälle ist jedoch erwünscht, daß die Pumpe dem Licht ziemlich unmittelbar folgt. Im Extremfall, z. B. für Umwälzpumpen oder Ventilatoren zum Transport von Wärmeenergie (Sonnenkollek­ toranlagen) sollte die Förderung sogar proportional der momentanen Strahlungsstärke erfolgen. Diese Forderung ist mit den bisher bekannten Methoden ohne speziellen zusätzlichen Steuerungsaufwand nicht zu erfüllen.In many cases, however, it is desirable for the pump to block the light follows fairly immediately. In extreme cases, e.g. B. for circulation pumps  or fans for transporting thermal energy (solar panel gate systems), the funding should even be proportional to the current Radiation intensity take place. This requirement is consistent with the previous known methods without special additional control effort not to be met.

Die bekannten Nachteile der Verwendung von Akkus sind natürlich auch noch gegeben, wie begrenzte Lebensdauer, Lebensdauerver­ kürzung durch zyklische Belastung, Umwandlungsverluste und Not­ wendigkeit der Laderegelung mit Überlade- und Tiefentladeschutz.The known disadvantages of using batteries are natural also given, such as limited lifespan, lifespan ver cut through cyclical load, conversion losses and hardship Maneuverability of the charge control with overcharge and deep discharge protection.

Zu 3) Zwischenschaltung eines Anpaßwandlers:
Hierbei ist der Vorteil gegeben, daß eine stärkere Fehlanpassung zwischen Generator und Verbraucher vermieden wird, womit beson­ ders bei schwächerem Licht gegenüber Direktantrieb eine viel bessere Nutzung des Solarmoduls erreicht wird. Weil aber mit einem Kleinerwerden der Strahlungsenergie im gleichem Maße die Pumpenleistung abfällt, wird auch hier mit schwächer werdender Lichtleistung eine Schwelle erreicht, unter der die Pumpe ihre Aufgabe nicht mehr erfüllen kann und der Strom, der dann noch fließt umsonst ist. Außerdem kann auch bei dieser Methode ohne weitere Maßnahmen Überschußstrom nicht genutzt werden.To 3) Interposition of a matching converter:
Here there is the advantage that a greater mismatch between generator and consumer is avoided, which means that much better use of the solar module is achieved with weaker light than direct drive. However, since the pump power drops to the same extent as the radiation energy decreases, a threshold below which the pump can no longer fulfill its task and the current that then flows are free. In addition, excess current cannot be used with this method without further measures.

Über diese genannten drei Betriebsarten hinaus sind aus Patent- und Offenlegungsschriften Schaltungen für spezielle Antriebsauf­ gaben bekannt, die auch schon Kondensatoren als elektrische Kurzzeit-Zwischenspeicher verwenden. Die dabei verwendeten Kon­ densatoren haben jedoch eine relativ kleine Kapazität und dem­ entsprechend erfolgt die Energieübertragung auch immer nur durch kurze Stromimpulse. Es handelt sich durchwegs um Antriebsschal­ tungen für ganz spezielle Pumpenausführungen, die deshalb nicht allgemein anwendbar sind bzw. sie beseitigen nicht den Nachteil, daß die Solarmodulleistung unterhalb einer bestimmten Solar-Strah­ lungsstärke nicht mehr nutzbar ist, weil die Mindestantriebs­ leistung nicht mehr erreicht wird. Außerdem sind auch Überschuß­ ströme nicht nutzbar. In addition to these three operating modes mentioned are from patent and Disclosure circuits for special drives announced that they already have capacitors as electrical Use temporary storage. The con however, capacitors have a relatively small capacitance and that accordingly, the energy transfer always takes place through short current pulses. It is all a drive scarf tations for very special pump designs, which are therefore not are generally applicable or do not eliminate the disadvantage, that the solar module power below a certain solar beam strength is no longer usable because the minimum drive performance is no longer achieved. In addition, there are also surpluses streams not usable.  

Bemerkungen zu einigen Patent- bzw. Offenlegungsschriften, die zu diesem Thema eine gewisse Bedeutung haben:
DE 35 16 876 C2:
Kein Zwischenspeicher, Motorsteuerung direkt durch die momen­ tane Solarmodulleistung, Mindeststrahlung erforderlich.Comments on some patent or published documents that have a certain meaning on this topic:
DE 35 16 876 C2:
No intermediate storage, motor control directly through the current solar module output, minimum radiation required.

DE 38 31 142 A1:
Die Brunnenpumpe wird mit ziemlich hohem elektronischen Auf­ wand direkt nach der vorhandenen Strahlung gesteuert. Ein Kon­ densator dient nur als Anlaufhilfe. Mindeststrahlung erforder­ lich.DE 38 31 142 A1:
The well pump is controlled with a fairly high level of electronic expenditure directly based on the radiation present. A condenser only serves as a starting aid. Minimum radiation required.

DE 40 17 670 A1:
Das ist im Grunde eine Anpaßwandlerschaltung mit den schon ge­ nannten Nachteilen, daß unterhalb einer Mindeststrahlung die Energie nicht mehr genutzt werden kann, desgleichen keine Über­ schußnutzung möglich ist.DE 40 17 670 A1:
This is basically a matching converter circuit with the disadvantages already mentioned that below a minimum radiation the energy can no longer be used, likewise no excess use is possible.

DE 41 26 569 A1:
Nur anwendbar für spezielle Pumpenbauart mit Magnetimpulsantrieb.DE 41 26 569 A1:
Only applicable for special pump types with magnetic pulse drive.

DE 33 24 404 A1:
Wie DE 41 26 569 A1: nur geeignet für eine spezielle Membranpumpe mit Magnetimpulsantrieb.DE 33 24 404 A1:
Like DE 41 26 569 A1: only suitable for a special diaphragm pump with magnetic pulse drive.

Die nun folgende Beschreibung der erfindungsgemäßen Schaltungs­ anordnung basiert auf der älteren Offenlegungsschrift DE 196 18 039 A1 vom gleichen Erfinder, betont jedoch stärker den Charakter der optimierten Energieübertragung und verbreitert die Skala der Nutzungsmöglichkeiten. The following description of the circuit according to the invention The arrangement is based on the older published application DE 196 18 039 A1 by the same inventor, but emphasizes the character more the optimized energy transfer and broadens the scale of the Possible uses.  

Beschreibungdescription

Die Optimierung der Leistungsübertragung zwischen dem Generator G 1 ein Solarmodul oder Windkraftgenerator und dem Verbraucher, vorzugsweise Pumpen und Ventilatoren, dargestellt durch Motor­ symbole M 5.1 bis 5.n, wird nun erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen dem Generator 1 und Verbrauchern 5.1-5.n parallel zum Generator ein elektrischer Zwischenspeicher 2 an­ geordnet wird, und zwar ein Elektrolytkondensator sehr hoher Kapazität, vorzugsweise ein Doppelschicht-Kondensator (DS-Konden­ sator, Goldcap), Kapazitätsbereich: Farad, oder auch ein Blei- Säure-Akku.The optimization of the power transmission between the generator G 1, a solar module or wind power generator and the consumer, preferably pumps and fans, represented by motor symbols M 5.1 to 5 .n, is now achieved according to the invention in that between the generator 1 and consumers 5.1-5. n parallel to the generator an electrical buffer 2 is arranged, namely an electrolytic capacitor of very high capacitance, preferably a double-layer capacitor (DS capacitor, gold cap), capacitance range: Farad, or also a lead-acid battery.

Damit wird erreicht, daß Verbraucher-Lastumschaltungen vorge­ nommen werden können, ohne daß dabei sprunghafte Spannungsän­ derungen auftreten, die eine stabile Regelung verhindern. Die Voraussetzung für eine optimale Leistungsübertragung wird nun dadurch erfüllt, daß die Spannung am elektrischen Zwischen­ speicher 2 und damit die Arbeitsspannung des Generators 1 in einem Bereich in der Nähe und etwas unterhalb des optimalen Generator-Arbeitspunktes (MPP, maximum power point) gehalten wird. Erreicht wird das, indem abhängig von der Spannung an Zwi­ schenspeicher 2 und Generator 1 Verbraucherlasten zu- oder abgeschaltet werden. Es erfolgt also eine Regelung der Arbeits­ spannung durch Anpassen der Verbraucherlast und zwar derart, daß bei ansteigender Spannung bei einem oberen Grenzwert Verbraucher­ last zugeschaltet und bei fallender Spannung bei einem unteren Grenzwert wieder abgeschaltet wird. Zur praktischen Realisierung ist als weiteres Schaltungselement eine Spannungsvergleichs-Elek­ tronik 3 nötig. Diese hat einen oder mehrere Spannungsmeß­ kreise mit jeweils einem oberen und einem unteren Grenzwert, dessen Ausgangssignale auf die Stellglieder 4.1-4.n hier dargestellt als MOSFETs wirken und zwar so, daß jeweils beim oberen Grenzwert auf Durchgang und beim unteren Grenzwert auf Sperrung geschaltet und damit eine Last zu- oder abgeschaltet wird. Die Verbraucherlast ist dargestellt durch die Motorsymbole 5.1-5.n This ensures that load switchover can be made easily without sudden voltage changes occurring, which prevent stable control. The prerequisite for optimal power transmission is now met in that the voltage at the electrical intermediate store 2 and thus the working voltage of the generator 1 is kept in a region close to and slightly below the optimal generator working point (MPP, maximum power point). This is achieved by switching consumer loads on or off depending on the voltage at intermediate storage 2 and generator 1 . So there is a regulation of the working voltage by adapting the consumer load in such a way that when the voltage rises at an upper limit consumer load is switched on and off when the voltage falls at a lower limit. For practical implementation, a voltage comparison electronics 3 is necessary as a further circuit element. This has one or more voltage measuring circuits, each with an upper and a lower limit value, the output signals of which to the actuators 4.1-4. n shown here act as MOSFETs in such a way that the upper limit is switched to continuity and the lower limit is blocked and thus a load is switched on or off. The consumer load is represented by the motor symbols 5.1-5. n

Zu beachten ist bei dieser Darstellung, daß sie nur das Arbeits­ prinzip zeigt. Eine konkrete Ausführung kann insofern davon ab­ weichen, daß
It should be noted with this representation that it only shows the working principle. A concrete implementation can differ from the fact that

  • 1) mehr als drei Stellglieder vorhanden sein können,1) there can be more than three actuators,
  • 2) auch andere Verbraucher als Motorantriebe M geschaltet wer­ den können und2) also other consumers than motor drives M who switched can and
  • 3) ein Stellglied nicht immer nur eine Last ganz zu- oder ab­ schaltet, sondern auch eine stufenweise Lastumschaltung ein und desselben Verbrauchers bewirken kann.3) an actuator does not always move a load all the way in or out switches, but also a gradual load switching and the same consumer.

In der Praxis kann sich das nun so gestalten, daß bei Anlagen mit nur einer Pumpe, diese entweder nur ein- oder ausgeschaltet wird. Solange die Modulleistung für Dauerbetrieb noch nicht aus­ reicht, läuft diese Pumpe im Intervall. Es ist jedoch auch mög­ lich, die Leistung eines einzelnen Verbrauchers in Stufen umzu­ schalten, z. B. durch Ändern der Spannung durch einen nachgeschal­ teten DC/DC-Wandler oder durch Ändern einer Pulsweitenmodulation (PWM) oder durch Ändern der Frequenz bei einem Stromrichteran­ trieb. Außer einer stufenweisen Lastumschaltung ist natürlich auch eine stetige Lastanpassung realisierbar. Zweckmäßig sind auch Anlagen mit mehreren Pumpen, die dann abhängig von der Span­ nung am Zwischenspeicher und damit von der momentanen Generator­ leistung nacheinander zu- oder abgeschaltet werden. Bei Anlagen mit 2 elektrisch parallelgeschalteten Solarmodulen kann bei Er­ reichen einer bestimmten Spannung eine automatische Umschaltung auf elektrische Reihenschaltung vorgenommen und damit die Pumpen­ leistung erhöht werden. Schließlich kann auch Überschußstrom noch zum Laden eines externen Akkus genutzt werden oder ein gleichstromgespeistes Ladegerät für Kleinakkus kann mit Strom einer definierten Spannung versorgt werden.In practice, this can now be such that in systems with only one pump, either only on or off becomes. As long as the module output for continuous operation is not enough is enough, this pump runs in intervals. However, it is also possible to convert the performance of a single consumer in stages switch, e.g. B. by changing the voltage by a nachschlal t DC / DC converter or by changing a pulse width modulation (PWM) or by changing the frequency on a converter drifted. Except for gradual load switching is natural continuous load adjustment is also possible. Are expedient also systems with several pumps, which then depend on the span voltage at the buffer and thus from the current generator power can be switched on or off in succession. For plants with 2 electrically connected solar modules can be used at Er automatic switching is sufficient for a certain voltage made on electrical series connection and thus the pumps performance can be increased. Finally, excess current can can still be used to charge an external battery or a DC-powered charger for small batteries can be powered a defined voltage can be supplied.

Was als Zwischenspeicher 1 verwendet wird, hängt von der Höhe der Strombelastung, also vom Lade- und Entladestrom ab. Im all­ gemeinen wird es ein DS-Kondensator sein. Bei Strombelastungen, die eine gewisse Höhe überschreiten, ist es jedoch notwendig, trotz der bekannten Nachteile von Akkus, einen Bleisäureakku zu verwenden. Für den Fall, daß gleichzeitig Energie längerfri­ stig gespeichert werden soll, ist das so wie so notwendig. Wenn eine längerfristige Energiespeicherung dagegen nicht vorgesehen ist, kann der Akku für diesen Zweck, da er hier nur zur Abstützung der Spannung bei Lastumschaltungen dient, ziemlich klein in der Kapazität und damit kostengünstig ausgeführt werden.What is used as buffer 1 depends on the level of the current load, that is to say on the charging and discharging current. Generally speaking, it will be a DS capacitor. For current loads that exceed a certain level, it is necessary to use a lead acid battery despite the known disadvantages of batteries. In the event that energy is to be stored permanently, this is as necessary. If, on the other hand, a long-term energy storage is not provided, the battery can be made quite small in capacity and therefore inexpensive for this purpose, since it only serves to support the voltage during load switching.

Der Akku wird dabei nun erfindungsgemäß im Normalfall immer nur im vollgeladenem Zustand betrieben und zwar kommt das erfindungs­ gemäß dadurch zustande, daß das Spannungsfenster, in dem der Akku betrieben wird und damit die Arbeitsspannung des stromliefernden Generators zwischen die Ruhespannung des vollgeladenen Akkus und seine max. Ladeendspannung, bei einem 12 V-System, also etwa zwischen 13 V und 14,5 V gelegt wird. Denn nur in diesem Bereich tritt eine relativ starke Reaktion der Akkuspannung im Abhängig­ keit von Lade- oder Entladeströmen auf.The battery is now only ever according to the invention in the normal case operated in a fully charged state and that comes the Invention according to the fact that the voltage window in which the battery is operated and thus the working voltage of the electricity supplier Generator between the open circuit voltage of the fully charged battery and its max. Final charge voltage, for a 12 V system, for example between 13 V and 14.5 V. Because only in this area there is a relatively strong reaction of the battery voltage depending of charging or discharging currents.

Diese Betriebsweise hat zudem den Vorteil, daß der Akku kaum einer zyklischen Belastung ausgesetzt ist und damit eine opti­ male Gebrauchsdauer erwartet werden kann.This mode of operation also has the advantage that the battery hardly is exposed to a cyclical load and thus an opti male service life can be expected.

Mit der hier nun beschriebenen neuen Schaltungsanordnung zum Betrieb von gleichstromgespeisten Verbrauchern an Solarmodulen oder Windgeneratoren, ist es mit relativ einfachen Mitteln mög­ lich, die aufgezeigten Nachteile der bisher allein angewandten Methoden zu vermeiden und einen guten Gesamt-Ausnutzungsgrad einer Anlage zu erreichen.With the new circuit arrangement now described here for Operation of DC-powered consumers on solar modules or wind generators, it is possible with relatively simple means Lich, the disadvantages of the previously used alone Avoiding methods and good overall utilization to reach a plant.

Die Vorteile, die sich dabei beim Antrieb von Pumpen und Ventila­ toren durch ein Solarmodul mit der beschriebenen Schaltungsan­ ordnung ergeben sich folgende:
The advantages of driving pumps and ventilators with a solar module with the circuit arrangement described are as follows:

  • 1) Es wird jeder Strom genutzt, jedenfalls bis herab auf einen Globalstrahlungswert von unter 50 W/m2.1) Every current is used, at least down to a global radiation value of less than 50 W / m 2 .
  • 2) Weil der Strom vom Solarmodul immer in der Nähe des MPP ab­ genommen wird, kann eine stärkere Fehlanpassung nicht auf­ treten, womit ein guter Ausnutzungsgrad des Solarmoduls ge­ währleistet ist.2) Because the current from the solar module always comes close to the MPP a stronger mismatch cannot be taken occur, with which a good degree of utilization of the solar module ge is guaranteed.
  • 3) Angetriebene Pumpen laufen immer in einem definierten, aus­ reichend hohen Spannungs- und damit Leistungsbereich, so daß sie ihre Aufgabe immer sicher erfüllen können. 3) Driven pumps always run out in a defined, sufficiently high voltage and thus power range, so that they can always do their job safely.  
  • 4) Durch automatische Zuschaltung von Verbraucherleistung, durch Umschalten auf eine höhere Leistungsstufe oder Zu­ schaltung mehrerer Pumpen kann ein Solarmodul optimal ausgenutzt werden.4) By automatically switching on consumer power, by switching to a higher power level or closed A solar module can optimally switch several pumps be exploited.
  • 5) Dadurch, daß man ein Solarmodul für eine bestimmte Pumpe nicht überdimensioniert, sondern nur so stark auslegt, daß es bei vollem Licht (ca 1000 W/m2) die Pumpe gerade voll im Dauerlauf betreiben kann, wird eine strahlungsproportio­ nale Förderung erreicht. Bei schwächerem Licht läuft die Pumpe dann entsprechend im Intervall (z. B. Sonnenkollektor­ umlauf u.ä.).5) By not oversizing a solar module for a specific pump, but only designing it so that it can operate the pump in full light (approx. 1000 W / m 2 ) in continuous operation, a radiation proportional promotion is achieved. If the light is weaker, the pump will then run accordingly (e.g. solar collector circulation, etc.).
  • 6) Es ist auch möglich, eine Pumpe (z. B. Brunnenpumpe) mit einem Solarmodul zu betreiben, das von der Stromlieferung her gesehen dafür eigentlich viel zu schwach ist. Das So­ larmodul kann dafür dann nur so dimensioniert werden, daß die damit dann im Intervall laufende Pumpe in einem bestimm­ ten Zeitraum gerade die benötigte Wassermenge fördern kann.6) It is also possible to use a pump (e.g. well pump) to operate a solar module from the electricity supply from a far too weak point of view. That way The larmodule can then only be dimensioned so that the pump then running in the interval in a certain can supply the required amount of water.
  • 7) Derartige Anlagen arbeiten natürlich genau so, wenn als Stromlieferant kein Solarmodul sondern ein Windkraftgenera­ tor oder beides zusammen verwendet wird.7) Of course, such systems work exactly as if Electricity supplier not a solar module but a wind power generator gate or both are used together.

Gerade auch für einen Windkraftantrieb, der in seiner Lei­ stung, besonders bei kleinen Anlagen noch viel ungleichmä­ ßiger sein kann als ein Solarantrieb, zeigen sich die großen Vorteile der beschriebenen neuartigen Schalterungsanordnung.Especially for a wind power drive that is in its lei stung, especially with small systems much uneven The big ones show that they can be more powerful than a solar drive Advantages of the novel circuit arrangement described.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur Optimierung der Leistungsübertra­ gung zwischen einem Generator G (1), der eine natürliche, ungleichmäßige Energiequelle nutzt, vorzugsweise ein Solar­ zellenmodul oder ein gleichstromliefernder Windkraftgenera­ tor und gleichstromgespeisten Verbrauchern M (5.1 bis 5.n), vorzugsweise Pumpen und Ventilatoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (1) seinen Strom ständig auf einen elektri­ schen Zwischenspeicher (2) liefert, das ist ein Elektrolyt-Kon­ densator sehr hoher Kapazität im Kapazitätsbereich Farad, vorzugsweise ein Doppelschicht-Kondensator (Goldcap) oder auch ein Bleisäureakku und die Arbeitsspannung des Systeme Generator/Zwischenspeicher (2, 3) in einem schmalen Spannungs­ fenster in der Nähe und etwas unterhalb des optimalen Genera­ tor-Arbeitspunktes (MPP, maximum power point) geregelt wird, und zwar dadurch, daß bei steigender Spannung bei oberen Grenzwerten jeweils Verbraucherlasten (5.1-5.n) zugeschal­ tet und beifallender Spannung bei unteren Grenzwerten wieder abgeschaltet werden.1. Circuit arrangement for optimizing the power transmission between a generator G ( 1 ) that uses a natural, non-uniform energy source, preferably a solar cell module or a wind power generator that supplies direct current and DC-powered consumers M ( 5.1 to 5. n), preferably pumps and fans, characterized in that the generator ( 1 ) continuously supplies its current to an electrical buffer ( 2 ), that is an electrolytic capacitor of very high capacitance in the Farad capacitance range, preferably a double-layer capacitor (gold cap) or also a lead acid battery and the Working voltage of the generator / buffer system ( 2 , 3 ) is regulated in a narrow voltage window nearby and somewhat below the optimal generator operating point (MPP, maximum power point), in that in each case with increasing voltage at upper limit values Consumer loads ( 5.1-5. N) switched on and applauding r Voltage is switched off again at lower limit values. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß der Zwischenspeicher (2) ein Bleisäure­ akku ist, das Spannungsfenster, in dem die Akkuspannung ge­ halten wird, zwischen der Ruhespannung des vollgeladenen Akkus und der max. Ladeendspannung, bei einem 12 V-System also zwischen ca 13 V und 14,5 V liegt.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that in the event that the intermediate storage ( 2 ) is a lead acid battery, the voltage window in which the battery voltage is maintained between the open circuit voltage of the fully charged battery and the max. Final charge voltage, in a 12 V system between 13 V and 14.5 V. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucherlast entweder nur ein einzelner Verbraucher ist, der dann nur jeweils ein- und ausgeschaltet wird (Inter­ vallbetrieb) oder ein und derselbe Verbraucher durch eine dem Verbraucher vorgeschaltete Elektronik auf verschiedene Leistungs­ stufen umgeschaltet werden kann oder in einer Anlage mehrere Verbraucher vorhanden sind, die zur Anpassung der Gesamt-Ver­ braucherlast nacheinander zu- oder abgeschaltet werden oder ein extern angeschlossener Akkumulator mit Überschußstrom geladen wird oder ein gleichstromgespeistes Ladegerät für Kleinakkus mit einer Spannung definierter Höhe versorgt wird.3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the consumer load is either just a single consumer which is then only switched on and off at a time (Inter vallbetrieb) or one and the same consumer through one Consumer upstream electronics on different performance levels can be switched or several in one system Consumers are available to adjust the overall ver consumer load can be switched on or off one after the other or an externally connected accumulator with excess current  charging or a DC-powered charger for Small batteries are supplied with a voltage of a defined height becomes. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum System Generator/Zwischenspeicher eine Spannungsvergleichselektronik (3) angeordnet ist und für jeden einzelnen Verbraucher bzw. Verbraucherleistungsstufe ein Spannungsmeßkreis, jeweils mit einem oberen und einem unteren Grenzwert und einem zugehörigen Stellglied (4.1 bis 4.n) vorhanden ist, wobei das Ausgangssignal am oberen Grenzwert jeweils das zugehörige Stellglied auf Durchgang schaltet (Last ein) und beim unteren Grenzwert wieder sperrt (Last aus).4. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a voltage comparison electronics ( 3 ) is arranged parallel to the generator / buffer system and a voltage measuring circuit for each individual consumer or consumer power stage, each with an upper and a lower limit value and an associated actuator ( 4.1 to 4 . n present), the output signal at the upper limit value in each case the associated actuator on passage on (a load) and at the lower limit value again locks (load off). 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltpunkt der Spannungsvergleichselektronik (3) dazu benutzt wird, in Anlagen mit elektrisch parallelge­ schalteten Solarzellenmodulen eine automatische Umschaltung auf Reihenschaltung vorzunehmen.5. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a switching point of the voltage comparison electronics ( 3 ) is used to make an automatic switch to series connection in systems with electrically parallel-connected solar cell modules. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt des Systems Generator/Zwischenspeicher (2, 3) nur ein Akkumulator angeordnet ist, der von einer beliebigen fremden Energiequelle geladen wird.6. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that instead of the system generator / buffer ( 2 , 3 ) only one accumulator is arranged, which is charged by any external energy source.
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