DE3041078A1

DE3041078A1 - Verfahren zur spannungsbegrenzung fuer photovoltaische generatoren

Info

Publication number: DE3041078A1
Application number: DE19803041078
Authority: DE
Inventors: Günter 1000 Berlin Junge
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-10-29
Filing date: 1980-10-29
Publication date: 1982-06-03

Description

Verfahren zur Spannungsbegrenzung für
Dhotovoltaische Generatoren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruches 1.
Die Spannung von photovoltaischen Generatoren (Solargeneratoren) ist in starkem Maße von der Belastung und der Temperatur des Generators abhängig.
Bei maximaler Leistungsabgabe und hoher Temperatur kann die Generatorspannung in bezug auf den Leerlauffall mit großer Einstrahlungsintensität und niedriger Temperatur bis zu 40 % absinken.
Um den Generator mit hoher Effizienz nutzen zu können, sollte er bei hoher Leistungsabgabe die angeschlossenen Verbraucher noch mit Nennspannung versorgen können. Dies bedeutet, daß der entlastete Generator die Verbraucher mit einer entsprechend hohen Uberspannung beanspruchen würde.
Für einige Verbraucher ist eine derartig hohe Überspannung unzulässig, bzw. es müßten diese unter erhöhtem Aufwand solchen Bedingungen angepaßt werden.
Zu den spannungsempfindlichen Geräten kann man auch Transistorwechselrichter zählen. Sie werden in photovoltaischen Anlagen eingesetzt, um die vom Solargenerator abgegebene Gleichspannung in eine Wechsel- oder Drehspannung umzuformen.
Die Transistorschalter solcher Wechselrichter schalten zur-Erzielung sinusförmiger Stromverläufe mit hoher Frequenz.
Dadurch entstehen nennenswerte Schaltverlustleistungen in den Transistoren und den zumeist notwendigen Entlastungsnetzwerken (Beschaltungen).
Da diese auch von der Höhe der zu schaltenden Spannung abhängen, bei den Entlastungsnetzwerken wachsen die Verluste beispielsweise mit dem Quadrat der Spannung, ist schonhierdurch eine Grenze der zulässigen Spannungsbeanspruchung gegeben.
Weiterhin ist zu beachten, daß bei höheren Spannungen die Transistoren im Wechselrichter der Gefahr des sogenannten 2. Durchbruches stärker ausgesetzt sind. Um dies zu vermeiden, muß entweder auf teuerere hochsperrende Transistoren zurückgegriffen werden oder es muß das Entlastungsnetzwerk vergrößert werden, was die Verluste abermals ansteigen ließe und nur bei Transistoren mit hohen U,,-Werten zulässig ist.
Bekannt ist die Verwendung von Pulswiderständen (Buch von Heumann/Stumpe "Thyristoren" 1970, Verlag Teubner, Stuttgart, Seite 172 ff); bei der Anwendung bei photovoltaischen Generatoren bestehen Jedoch folgende Nachteile: Es ist ein Widerstand erforderlich mit einer Leistungsaufnahme, die etwa der Generatorspitzenleistung entsprechen muß.
Der Halbleiterschalter zum Zu- und Abschalten (Pulsen) des Widerstandes muß den vollen Strom und die g e s a m t e Spannung des Generators schalten können.
Es ist ferner das stufenweise Abschalten von Teilgeneratoren mit gemeinsamer Sammelschiene bekannt, wobei Schwankungen zwischen den diskreten Leitungsstufen durch Parallelregler ausgeglichen werden, um die Spannung an der Sammelschiene konstant zu halten (Druckschrift der Firma MBE "Phase I Report AERONAUTI CAL SA?EILITE SYSTEM, DEFINITION AND PREDEVELOPMENT OF THE SATELLITE PAXLOAD", 19. Mai 1972, Seiten 2-91 bis 2-9?; Dieses Konzept ist Jedoch nur anzuwenden, wenn die Leistung und die Spannung nicht sehr hoch sind.
Es ist schließlich durch die DT-AS eine Anordnung zur Spannungsregelung eines Solargenerators bekanntgeworden. Diese Regelung besitzt den Nachteil, daß der Langsregler prinzipbedingt Verluste verursacht, da er die überschüssige Spannung aufnehmen muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Begrenzung einer Solargeneratorspannung auf einen für die angeschlossenen Verbraucher zulässigen Wert anzugeben, das mit geringem gerätetechnischen Aufwand ohne Beeinträchtigung der Nutzbarkeit des Generators durch Zusatzverluste arbeitet.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches aufgeführten Verfahrens schritte gelöst.
Ein Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Schaltregler nur Schaltverluste erzeugt; außerdem ist der Schaltregler nur so lange im Betrieb, wie nicht die volle Leistung dem Generator entnommen wird. Daher führt der Betrieb des Schaltreglers nicht zur Mindernutzung des Solargenerators aufgrund seiner Eigenverluste.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird an Hand der Zeichnung im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel näher dargestellt.
Es zeigt die Fig. 1 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, die Fig. 2 einen in dieser Einrichtung benutzten Halbleiterschalter und die Fig. 3 den Spannungsverlauf vor und hinter diesem Schalter.
In der Figur 1 sind mit SGI und SG2 zwei in Serie geschaltete Solargeneratorteile eines Solargenerators SG dargestellt.
Die an ihnen erzeugten Spannungen sind mit USG? und UsG2 bezeichnet. Zwischen den Generatorteilen befindet sich ein Abgriff x. Zwischen diesem Abgriff x und dem anderen Pol des Solargeneratorteils SG2 wird ein Schalter S gelegt; die Zuleitung dieses Pols ist mit 1, die des Abgriffs x mit 2 bezeichnet. Der Abgriff x wird zweckmäßig so gewählt, daß d-e nicht vom Schalter S überbrückte Teilspannung USG1 immer kleiner oder gleich der höchstzulässigen bzw. der Nennspannung der angeschlossenen Geräte ist. Der Verbraucher bzw. ein Wechselrichter wird zwischen P+ und N angeschlossen; die Ausgangsspannung ist mit Ua bezeichnet. Vor dem Ausgang liegt ein Tiefpaß bzw. Glättungskreis, bestehend aus der Induktivität L und der Kapazität C. Die Induktivität L kann auch durch eine Sperrdiode ersetzt werden. Die Spannung vor diesem Kreis ist mit U bezeichnet. Als Tiefpaß bzw. Glättungseinrichtung kann bei Wechselrichtern prinzipiell der ohnehin vorhandene Spannungszwischenkreis verwendet werden.
Der Schalter S ist in der Figur 2 näher dargestellt; er besteht aus einem Schalttransistor T mit parallelgeschalteter Diode D. Der Schalter wird von einer Schaltersteuerung St gesteuert, vgl. auch Fig. 1. Die Steuerung erfolgt so, daß der Schalter S den ihm parallel geschalteten Generatorteil (SG2) periodisch kurzschließt, um so den Mittelwert der Gesamtausgangsspannung U zu beeinflussen. Das Verhältnis der Einschaltdauer tp zur Busschaltdauer (bei einer Periode U) des Schalters S wird von der Schaltersteuerung St in Abhängigkeit von zwei Steuergrößen bestimmt, nämlich erstens von der Ausgangsspannung Ua und zweitens von einer Steuergröße, dem Sollwert Us, durch die der angestrebte Mittelwert der am Ausgang der Schaltung zur Verfügung stehende Spannungswert vorgegeben wird-In der Figur 3 sind die Spannungsverläufe vor und hinter dem Schalter S dargestellt.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Begrenzung oder Regelung einer Solargeneratorspannung auf einen für die angeschlossenen Verbraucher zulässigen Wert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Solargeneratorspannung (usw2) einem Schalter (S) zugeführt wird, der so gesteuert wird, daß der ihm parallel geschaltete Solargeneratorteil (SG2) periodisch zeitweise kurzgeschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht vom Schalter (S) überbrückte Solargeneratorspannung (UsG1) immer kleiner oder gleich der höchstzulässigen bzw. der Nennspannung der angeschlossenen Geräte ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Einschaltdauer zur Ausschaltdauer des Schalters (S) in Abhängigkeit von der Ausgangs spannung Ca) und einer Steuergröße (Us), mit der der angestrebte Mittelwert der am Ausgang zur Verfügung stehenden Spannung vorgegeben wird, bestimmt wird.