DE19527740C1 - Circuit arrangement of solar cells - Google Patents

Circuit arrangement of solar cells

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of claim 1.

Bei einer aus der DE 40 17 670 A1 bekannten Anordnung wird die von einem Solargenerator bereitgestellte Leistung mittels eines DC/DC-Abwärtswandlers an die Kennlinie des Motors eines Fahrzeuglüfters angepaßt. Eine derartige Schaltung ist zum einen relativ teuer und verbraucht darüberhinaus selbst einen Teil der von den Solarzellen erzeugten elektrischen Energie.In an arrangement known from DE 40 17 670 A1, one of Power supplied to the solar generator by means of a DC / DC step-down converter Characteristic of the engine of a vehicle fan adapted. Such a circuit is for a relatively expensive one and also consumes some of that Solar cells generated electrical energy.

Eine weitere Schaltungsanordnung für die Erzeugung von Solarstrom in einem Schiebedachdeckel für den Betrieb eines fahrzeugeigenen Gebläses ist aus der DE-C1 41 05 389 bekannt. Dabei besteht die erste der Reihenschaltungen aus Solarzellen mit kristallinem Halbleiterwerkstoff und die zweite Reihenschaltung aus Solarzellen mit amorphem Halbleiterwerkstoff. Beide Gruppen sind dort so ausgelegt, daß die in ihnen erzeugte Spannung jeweils zumindestens näherungsweise die gleiche ist. Die Leerlaufspannungen der Solarzellen liegen im Bereich von 0,4-0,6 Volt. Innerhalb beider Reihenschaltungen werden jeweils so viele Solarzellen hintereinander geschaltet, daß eine möglichst gleiche Spannung anliegt. Zur Erzeugung höherer Ströme sind die beiden Reihenschaltungen dann durch eine Parallelschaltung verbunden. Nachteilig bei den bekannten Schaltungsanordnungen ist, daß sie an ohmsche oder induktive Lasten nicht optimal anzupassen sind. Insbesondere beim Betrieb von Gleichstrommotoren besteht das Problem, daß entweder die insgesamt von den Solarzellen erzeugbare elektrische Leistung so hoch ausgelegt sein muß, daß sie auch bei niedrigerer Sonneneinstrahlung bereits den erhöhten Anlaufstrom eines solchen Elektromotors aufbringen oder aber andernfalls in Kauf zu nehmen, daß der Motor erst nahe der maximalen auf die Solarzellen einwirkenden Sonneneinstrahlung überhaupt anläuft. Man hat versucht, diesem Problem in der Vergangenheit durch den Einsatz sogenannter DC/DC-Wandler abzuhelfen, bei denen durch aufwendige elektronische Schaltungen der maximale Leistungspunkt zu einer niedrigeren Spannung hin verschoben wird. Derartige elektronische Schaltungen sind jedoch zum einen relativ teuer und verbrauchen darüber hinaus selbst einen Teil der von den Solarzellen erzeugten elektrischen Energie.Another circuit arrangement for the generation of Solar power in a sunroof cover for the operation of an in-vehicle blower is from DE-C1 41 05 389 known. The first of the series connections consists of solar cells with crystalline Semiconductor material and the second series connection of solar cells with amorphous Semiconductor material. Both groups are designed there so that the ones generated in them Voltage is at least approximately the same in each case. The open circuit voltages of the Solar cells are in the range of 0.4-0.6 volts. Within both series connections so many solar cells are connected in series that the same as possible Voltage is present. The two series connections are then used to generate higher currents connected by a parallel connection. A disadvantage of the known Circuit arrangements is that they are not optimal at ohmic or inductive loads are to be adjusted. Especially when operating DC motors there is the problem that either the total electrical power that can be generated by the solar cells is so high must be designed so that they are already elevated even at lower solar radiation Apply starting current of such an electric motor or else in purchase take that the motor only close to the maximum acting on the solar cells  Solar radiation starts up at all. One has tried to solve this problem in the To remedy the past by using so-called DC / DC converters, through which elaborate electronic circuits the maximum power point at a lower Tension is shifted towards. Such electronic circuits are, on the one hand relatively expensive and also consume part of that of the solar cells generated electrical energy.

Aus der DE 40 26 526 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Aufladen einer einem Photovoltaiksystem großer Leistung nachgeschalteten Batterie bekannt. Bei dieser sind einzelne Solargeneratoren über einen Laderegler bzw. Schaltelemente derart an die Batterie angeschlossen, daß der erzeugbare Ladestrom ein ganzzahliges Vielfaches eines einstellbaren Ladestromes beträgt.DE 40 26 526 A1 describes a circuit arrangement for charging a device Photovoltaic system known high power downstream battery. With this are individual solar generators via a charge controller or switching elements to the Battery connected that the charging current that can be generated is an integer multiple of an adjustable charging current.

Aus der US 4,422,031 ist ebenfalls eine Einrichtung zum Laden von Akkumulatoren unterschiedlicher Spannungen bekannt, bei welcher mehrere Arrays, die unterschiedliche Ladespannungen erzeugen, in einer einzigen Ladeschaltung miteinander verknüpft sind.From US 4,422,031 is also a device for charging batteries different voltages known, in which several arrays, the generate different charging voltages in a single charging circuit are linked together.

Aus der DE 36 10 767 C2 ist eine Schaltung bekannt, mittels der wechselweise ein Lüftergebläse betrieben oder ein Akkumulator eines Kraftfahrzeuges geladen wird. Hierbei wird durch eine Umschaltung zwischen einer Serien- und einer Parallelschaltung von Solarzellen eine Anpassung an den jeweiligen Betriebszustand erreicht. Eine ähnliche Anordnung ist ferner aus der DE 35 40 353 C2 bekannt.From DE 36 10 767 C2 a circuit is known by means of which an alternating Fan blower operated or an accumulator of a motor vehicle is charged. Here is by switching between a series and a Parallel connection of solar cells to adapt to the respective operating state reached. A similar arrangement is also known from DE 35 40 353 C2.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine optimale Anpassung der von Solarzellen erzeugten elektrischen Leistung an die von einem ohmschen oder induktiven Verbraucher benötigte Leistung gestattet.The invention has for its object to provide a circuit arrangement with simple means an optimal adaptation of the electrical generated by solar cells Power to the power required by an ohmic or inductive consumer allowed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by the in the characterizing part of Claim specified means solved. Advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims.

Dadurch, daß die in den einzelnen Reihenschaltungen erzeugbare Leerlaufspannung bewußt unterschiedlich ausgelegt ist, wobei die auch als Strings bezeichneten Reihenschaltungen von Solarzellen mit einer niedrigeren Leerlaufspannung vorzugsweise durch Rückstrom- Sperrdioden geschützt werden, entsteht durch die Parallelschaltung dieser Strings mit unterschiedlicher Leerlaufspannung eine Leistungskennlinie der gesamten Schaltungsanordnung, die der Leistungskennlinie ohmscher oder induktiver Verbraucher sehr gut angenähert werden kann. Der Leistungsabfall an den optional vorhandenen Sperrdioden ist dabei deutlich niedriger als der durch Einsatz eines DC/DC-Wandlers verursachte Leistungsverlust. Durch den Verzicht auf einen derartigen DC/DC-Wandler können die Kosten für eine Schaltungsanordnung, die beispielsweise zur Erzeugung von Solarstrom im Deckel eines Schiebehebedaches angeordnet ist, deutlich gesenkt werden.Because the open circuit voltage that can be generated in the individual series connections is deliberate is designed differently, the series circuits also referred to as strings solar cells with a lower open circuit voltage, preferably by reverse current Blocking diodes are protected by connecting these strings in parallel different open circuit voltage a performance curve of the entire Circuit arrangement that the performance characteristic of ohmic or inductive consumers can be approximated very well. The drop in performance of the optionally available Blocking diodes are significantly lower than those using a DC / DC converter caused loss of performance. By dispensing with such a DC / DC converter can the cost of a circuit arrangement, for example, to produce Solar power is arranged in the lid of a sunroof, can be significantly reduced.

Für eine derartige Schaltungsanordnung bieten sich verschiedene Alternativen der Realisierung an. So kann gemäß einer Ausführungsform jede der Reihenschaltungen aus gleichen Anzahlen von Solarzellen zusammengesetzt sein, wobei die Solarzellen der ersten Reihenschaltung jeweils eine niedrigere Leerlaufspannung aufweisen als die der zweiten Reihenschaltung.Various alternatives are available for such a circuit arrangement Realization. Thus, according to one embodiment, each of the series connections can consist of be composed of the same number of solar cells, the solar cells being the first  Series connection each have a lower open circuit voltage than that of the second Series connection.

Gemäß einer anderen alternativen Ausgestaltungsform können sich die Reihenschaltungen aus unterschiedlichen Anzahlen von Solarzellen mit gleicher Leerlaufspannung zusammensetzen. Schließlich sind ebensogut Mischformen denkbar, wobei im Ergebnis immer die gesamte in einer Reihenschaltung entstehende Leerlaufspannung sich von der der anderen Reihenschaltungen nennenswert unterscheidet.According to another alternative embodiment, the series connections can from different numbers of solar cells with the same open circuit voltage put together. Finally, mixed forms are equally conceivable, with the result the total open circuit voltage arising in a series connection always differs from that of the other series connections.

Unabhängig von der Zusammensetzung der einzelnen Reihenschaltungen ist es vorteilhaft für eine gleichzeitige Nutzung der Schaltungsanordnung zum Betrieb einer ohmschen oder induktiven Last oder zum Aufladen einer Batterie, wenn diese einen Umschalter aufweist, mittels dem alle Reihenschaltungen ihrerseits in Reihe schaltbar sind. Eine derartige Reihenschaltung aller einzelnen Strings von Solarzellen trägt dem Umstand Rechnung, daß eine Batterie in einem weiten Leistungsbereich von etwa 10% bis 100% Ladung bei einer annähernd gleichen Spannung arbeitet, so daß hierbei keine Anpassung der Kennlinie erforderlich ist.Regardless of the composition of the individual series connections, it is advantageous for simultaneous use of the circuit arrangement for operating an ohmic or inductive load or for charging a battery if it has a switch, by means of which all series connections can in turn be connected in series. Such Series connection of all individual strings of solar cells takes into account the fact that a battery in a wide power range from about 10% to 100% charge with one approximately the same voltage works, so that here no adjustment of the characteristic is required.

Gemäß einer vorteilhaften Verwendung ist vorgesehen, daß die Schaltungsanordnung mit ihren Solarzellen im Bereich eines Deckels eines öffnungsfähigen Fahrzeugdachs angeordnet ist und daß die Last von einem Motor eines im Fahrzeug angeordneten Gebläses gebildet wird.According to an advantageous use it is provided that the circuit arrangement with their solar cells in the area of a lid of an openable vehicle roof and that the load is formed by a motor of a fan arranged in the vehicle becomes.

Bei einer solchen Verwendung einer Schaltungsanordnung kann vorteilhaft die aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannte Aufteilung eines solchen Deckels in amorphe Solarzellen, die im zentralen Bereich des Deckels angeordnet sind und in kristalline Solarzellen, die in einem undurchsichtigen, die Deckelmechanik abdeckenden Randbereich angeordnet sind mit ihren unterschiedlichen Leerlaufspannungen sinnvoll kombiniert werden. With such a use of a circuit arrangement can advantageously from the known prior art division of such a cover in amorphous solar cells, which are arranged in the central area of the lid and in crystalline Solar cells in an opaque edge area covering the lid mechanism arranged are sensibly combined with their different open circuit voltages will.  

Zur Minimierung der Verlustleistungen ist es vorteilhaft, wenn die Rückstrom- Sperrdiode(n) von einer Schottky-Diode gebildet wird/werden.To minimize the power losses, it is advantageous if the reverse flow Blocking diode (s) is / are formed by a Schottky diode.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert und den Nachteilen beim Stand der Technik gegenüber gestellt. Es zeigt:An exemplary embodiment of the invention is explained below using the drawing and compared with the disadvantages of the prior art. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, Fig. 1 is a schematic representation of a vehicle,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Deckel des Fahrzeugdachs, Fig. 2 is a plan view of the cover of the vehicle roof,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Randbereich des Deckels, Fig. 3 is a section through the edge region of the lid,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 4 is a schematic illustration of a circuit arrangement according to the invention,

Fig. 5 ein Strom/Spannungsdiagramm einer bekannten Parallelschaltung von Strings gleicher Leerlaufspannung, Fig. 5 is a current / voltage diagram of a conventional parallel connection of the same strings open circuit voltage,

Fig. 6 eine Leistungskurve einer bekannten Parallelschaltung von Strings gleicher Leerlaufspannung, Fig. 6 shows a power curve of a prior art parallel connection of strings of the same open circuit voltage,

Fig. 7 eine Leistungskurve einer bekannten mit einem DC/DC-Wandler ausgestatteten Schaltungsanordnung, Fig. 7 shows a power curve of a prior art provided with a DC / DC converter circuit arrangement,

Fig. 8 die Leistungskennlinien einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung im Vergleich zu einer mit einem DC/DC-Wandler ausgestatteten Schaltungsanordnung, Fig. 8 shows the performance characteristics of a circuit arrangement according to the invention in comparison with a equipped with a DC / DC converter circuit arrangement,

Fig. 9a und b die Strom/Spannungs-Kennlinie dreier Strings mit unterschiedlicher Leerlaufspannung, FIGS. 9a and b, the current / voltage characteristic of three strings with different open circuit voltage,

Fig. 10 die Strom/Spannungs-Kennlinie der drei parallel geschalteten Strings, Fig. 10, the current / voltage characteristic of the three strings in parallel,

Fig. 11 die Strom/Spannungs-Kennlinie einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung im Vergleich mit der Kennlinie eines Lüftermotors und Fig. 11, the current / voltage characteristic of a circuit arrangement according to the invention in comparison with the characteristic of a fan motor and

Fig. 12 eine Schaltungsanordnung mit einem Umschalter für eine Reihenschaltung aller Strings. Fig. 12 shows a circuit arrangement with a switch for a series connection of all strings.

In Fig. 1 ist ein Fahrzeugdach 1 mit einem Deckel 2 versehen, der eine nicht näher bezeichnete Dachöffnung wahlweise verschließt oder zumindestens teilweise freilegt. Das Fahrzeug ist ferner in üblicher Weise mit einem Gebläse 3 zur Zufuhr von Frischluft und/oder Umluft zum Fahrzeuginnenraum sowie mit einer Batterie 4 ausgestattet.In Fig. 1, a vehicle roof 1 is provided with a cover 2 , which either closes a roof opening, not specified, or at least partially exposes it. The vehicle is also conventionally equipped with a blower 3 for supplying fresh air and / or recirculated air to the vehicle interior and with a battery 4 .

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Deckel 2 als Solarglasdeckel ausgebildet, und umfaßt einen umlaufenden Randbereich 5 sowie einen von diesem umschlossenen zentralen Bereich 6. Unter dem Randbereich 5 sind die üblicherweise zur Anlenkung der Bewegungsmechanik des Deckels 2 erforderlichen Blechteile wie Deckelinnenblech und eventuell Kulissen angeordnet, so daß der Randbereich 5 vorzugsweise von oben her undurchsichtig gehalten ist. Aus diesem Grund sind die im Randbereich 5 angeordneten Solarzellen als kristalline Solarzellen 7 ausgebildet. Dagegen ist im zentralen Bereich 6 des Deckels 2 eine Transparenz des Deckels 2 erwünscht, weshalb hier amorphe Solarzellen 8 zum Einsatz gelangen.As can be seen from FIG. 2, the cover 2 is designed as a solar glass cover and comprises a peripheral edge area 5 and a central area 6 enclosed by it. Below the edge area 5 , the sheet metal parts, such as the inner cover sheet and possibly scenes, which are usually required for articulating the movement mechanism of the cover 2 are arranged, so that the edge area 5 is preferably kept opaque from above. For this reason, the solar cells arranged in the edge region 5 are designed as crystalline solar cells 7 . In contrast, in the central region 6 of the lid 2, a transparency of the lid 2 is desired, which is why amorphous solar cells 8 are used here.

Wie der Teilschnitt gemäß Fig. 3 verdeutlicht, setzt sich der Deckel 2 aus einer oberen Scheibe 10 und einer unteren Scheibe 11 zusammen, zwischen denen die kristallinen Solarzellen 7 im Randbereich 5 bzw. die amorphen Solarzellen 8 im zentralen Bereich 6 mittels Klebefolien 9 eingebettet sind. Das der Verstärkung des Deckels 2 im Randbereich dienende Deckelinnenblech 12 ist ebenso wie ein den Deckel 2 am Umfang umgebender Kunststoffrahmen 14 mittels einer Kunststoff-Vergußmasse 13 am Deckel 2 befestigt. Eine außen am Kunststoffrahmen 14 umlaufende Nut dient zur Aufnahme einer Dichtung 15. As the partial section according to FIG. 3 illustrates, the cover 2 is composed of an upper pane 10 and a lower pane 11 , between which the crystalline solar cells 7 in the edge area 5 and the amorphous solar cells 8 in the central area 6 are embedded by means of adhesive films 9 . The gain of the lid 2 in the edge region serving inner cover sheet 12 is as well as a lid 2 surrounding the periphery plastic frame 14 is secured by means of a plastic sealing compound 13 on the lid. 2 A circumferential groove on the outside of the plastic frame 14 serves to receive a seal 15 .

In Fig. 4 sind zwei verschiedene Arrays oder Strings als Reihenschaltung A bzw. B von Solarzellen unterschiedlicher Leerlaufspannung U₀ in einer Parallelschaltung an eine ohmsche und/oder induktive Last L angeschlossen. Jeder String A bzw. B ist dabei wiederum für sich gesehen als Reihenschaltung einer Anzahl von Solarzellen 8 bzw. 7 ausgebildet. Im Beispiel gemäß Fig. 4 wird der String bzw. die erste Reihenschaltung A von den amorphen Solarzellen 8 des Deckels 2 gebildet. Der andere String, bzw. die zweite Reihenschaltung B wird von den kristallinen Solarzellen 7 im Randbereich 5 des Deckels 2 gebildet. Es wird von einer in etwa gleich großen Anzahl von Solarzellen 8 bzw. 7 ausgegangen, so daß der String bzw. die erste Reihenschaltung A aufgrund der niedrigeren Leerlaufspannung U₀ der amorphen Solarzellen 8 auch insgesamt eine niedrigere Leerlaufspannung U₀ bereitstellt, als der aus den leistungsfähigeren kristallinen Solarzellen 7 zusammengesetzte String B. Die erste Reihenschaltung A ist in Stromrichtung zum Verknüpfungspunkt der Parallelschaltung hin durch eine Rückstrom-Sperrdiode 16 geschützt, die vorzugsweise als Schottky-Diode ausgebildet ist. Auf den Einsatz von Rückstrom-Sperrdioden 16 kann unter Umständen verzichtet werden, falls aufgrund der Kennlinien der einzelnen Reihenschaltungen keine oder nur minimale Rückstrome im Bereich des Arbeitspunktes der ohmschen oder induktiven Last L auftreten. Die Last L wird vom Motor des Gebläses 3 gebildet.In FIG. 4, two different arrays or strings as series A and B of solar cells of different open-circuit voltage U₀ are connected in a parallel circuit to a resistive and / or inductive load L. Each string A or B is in turn designed as a series connection of a number of solar cells 8 and 7 . In the example according to FIG. 4, the string or the first series connection A is formed by the amorphous solar cells 8 of the cover 2 . The other string, or the second series connection B, is formed by the crystalline solar cells 7 in the edge region 5 of the cover 2 . It is assumed that the number of solar cells 8 and 7 is approximately the same, so that the string or the first series connection A, because of the lower open circuit voltage U₀ of the amorphous solar cells 8, also provides a lower open circuit voltage U₀ than that of the more powerful crystalline ones Solar cells 7 composed string B. The first series circuit A is protected in the current direction to the junction of the parallel circuit by a reverse current blocking diode 16 , which is preferably designed as a Schottky diode. The use of reverse current blocking diodes 16 can be dispensed with under certain circumstances if no or only minimal reverse currents occur in the region of the operating point of the ohmic or inductive load L due to the characteristics of the individual series connections. The load L is formed by the motor of the blower 3 .

Im Strom/Spannungs-Diagramm gemäß Fig. 5 ist zum einen die Kennlinie eines solchen für ein Gebläse 3 verwendeten Motors und zum anderen die Kennlinie einer herkömmlichen Parallelschaltung von Strings gleicher Leerlaufspannung gegenüber gestellt. Hieraus zeigt sich, daß aufgrund des erforderlichen relativ hohen Anlaufstromes des Motors bei einer niedrigeren Sonnenenergie-Einstrahlung E₃ bzw. auch der nächst höheren Einstrahlung E₂ kein Anlaufen des Motors erfolgen würde. Erst bei der maximalen Einstrahlung E₁ wird von einer solchen Parallelschaltung von Strings der erforderliche Anlaufstrom aufgebracht. Dies hat den Nachteil, daß die von den Solarzellen eines Schiebedachdeckels erzeugte Leistung im Falle einer gewünschten Standentlüftung eines Fahrzeuges beispielsweise bei ausgestelltem Deckel 2 erst bei einer maximalen Sonneneinstrahlung zu einem Entlüftungseffekt für den Fahrzeuginnenraum führt. Um dem zu begegnen, wurde bei einer anderen Auslegung, die in Fig. 6 dargestellt ist, ein derartiges Verhältnis der Leistungen der verwendeten Solarzellen und der Kennlinie eines Lüftermotors gewählt, daß der Anlaufstrom des Lüftermotors bereits bei einer relativ niedrigen Einstrahlungsdichte E₃ überwunden wird. Dies wiederum hat jedoch den Nachteil, daß bei einer maximalen Einstrahlung E₁ ein großer Teil der Leistung verschenkt wird oder der Lüftermotor im Falle des Fehlens von Schutzmaßnahmen überlastet wäre und beschädigt werden könnte.In the current / voltage diagram according to FIG. 5, the characteristic curve of such a motor used for a blower 3 and the characteristic curve of a conventional parallel connection of strings of the same open circuit voltage are compared. This shows that due to the required relatively high starting current of the motor at a lower solar radiation E₃ or the next higher radiation E₂ would not start the motor. Only at the maximum irradiation E 1 is the required starting current applied by such a parallel connection of strings. This has the disadvantage that the power generated by the solar cells of a sunroof cover only leads to a ventilation effect for the vehicle interior in the case of a desired parking ventilation of a vehicle, for example when the cover 2 is open, when the solar radiation is at its maximum. To counter this, in another design, which is shown in Fig. 6, such a ratio of the powers of the solar cells used and the characteristic of a fan motor was chosen that the starting current of the fan motor is already overcome at a relatively low radiation density E₃. However, this in turn has the disadvantage that a large portion of the power is given away at a maximum irradiation E 1 or the fan motor would be overloaded in the absence of protective measures and could be damaged.

Man hat bei einer anderen bekannten Anordnung gemäß Fig. 7 versucht, durch Einsatz eines DC/DC-Wandlers den Leistungshöhepunkt einer Solarzellenschaltung vom Punkt P₁ mit der dort zugeordneten größeren Spannung U₁ auf einen Punkt P₂ mit einer entsprechend niedrigeren Spannung U₂ zu verschieben. Mittels einer solchen Verschiebung läßt sich der Anlaufstrom eines Lüftermotors bereits bei einer niedrigeren Einstrahlungsdichte überwinden und die maximale Leistung P₂ der Solarzellen kann dennoch zum Betrieb des Lüfters eingesetzt werden. Derartige DC/DC-Wandler haben jedoch den Nachteil, daß sie mit einem Stückpreis von etwa DM 50,- pro Schiebedachdeckel relativ teuer sind und daß sie zum anderen einen Teil der erzeugten Solarleistung selbst benötigen.An attempt has been made in another known arrangement according to FIG. 7 to use a DC / DC converter to shift the peak power of a solar cell circuit from point P 1 with the larger voltage U 1 assigned there to a point P 2 with a correspondingly lower voltage U 2. By means of such a shift, the starting current of a fan motor can be overcome even at a lower radiation density and the maximum power P₂ of the solar cells can still be used to operate the fan. However, such DC / DC converters have the disadvantage that they are relatively expensive at a unit price of about DM 50 per sunroof cover and that they also require part of the solar power generated themselves.

In Fig. 8 ist im Leistungs/Spannungs-Diagramm die erfindungsgemäß unsymmetrische Verschaltung einer herkömmlichen, mit einem DC/DC-Wandler ausgestatteten Schaltung gegenübergestellt. Hieraus wird ersichtlich, daß bei einer niedrigeren Sonneneinstrahlungsintensität E₂ aufgrund des Eigenverbrauchs des DC/DC-Wandlers die Leistungskurve DC₂ nicht ausreicht, um den Anlaufstrom des Lüftermotors aufzubringen. Dem gegenüber weist die oberhalb dieser Kurve liegende Kurve, die der Leistung einer unsymmetrischen Parallelschaltung von Solarzellen gemäß der Erfindung entspricht, eine um den Betrag Pdiff₂ höhere Leistung auf, welche für das Anlaufen des Lüftermotors ausreichend ist. Bei einer maximalen Einstrahlungsdichte E₁ im oberen Teil der Fig. 8 wird ebenfalls deutlich, daß die ganz oben liegende Kurve, die der Leistung der erfindungsgemäßen unsymmetrischen Parallelschaltung von Solarzellen entspricht, eine höhere Lüfterleistung ermöglicht, als die aufgrund des Eigenverbrauchs des DC/DC- Wandlers darunter liegende Kurve DC₁. Der Differenzbetrag der Leistung zugunsten der erfindungsgemäßen Schaltung ist mit Pdiff₁ bezeichnet. In FIG. 8 the power / voltage diagram compares the asymmetrical connection according to the invention of a conventional circuit equipped with a DC / DC converter. From this it can be seen that at a lower solar radiation intensity E₂ due to the self-consumption of the DC / DC converter, the power curve DC₂ is not sufficient to apply the starting current of the fan motor. In contrast, the curve above this curve, which corresponds to the power of an asymmetrical parallel connection of solar cells according to the invention, has a higher power by the amount Pdiff₂, which is sufficient for starting the fan motor. At a maximum radiation density E₁ in the upper part of Fig. 8 it is also clear that the very top curve, which corresponds to the performance of the asymmetrical parallel connection of solar cells according to the invention, allows a higher fan power than that due to the self-consumption of the DC / DC converter underlying curve DC₁. The difference in power in favor of the circuit according to the invention is designated Pdiff₁.

Wie bereits eingangs angedeutet, kann die Erfindung auf mehrfache Weise realisiert werden. So kann die erste Reihenschaltung A mit niedrigerer Leerlaufspannung U₀ bei gleicher Leerlaufspannung der einzelnen Zellen durch eine niedrigere Anzahl von in Reihe geschalteten Zellen erzeugt werden oder aber bei unterschiedlicher Zellenspannung auch durch eine gleiche Anzahl von Zellen, wie sie in der zweiten Reihenschaltung B verwendet wird. Dazwischen sind auch Mischformen denkbar, wobei immer eine von mindestens zwei Reihenschaltungen oder Strings eine signifikant niedrigere Leerlaufspannung U₀ aufweist. In den Fig. 9A und 9B ist ein Ausführungsbeispiel in Strom/Spannungs-Diagrammen dargestellt, bei dem Solarzellen gleicher Leerlaufspannung in einem String A gemäß Fig. 9A zu einer ersten Reihenschaltung von fünf Zellen zusammengeschaltet sind. Gemäß Fig. 9B wird die zweite Reihenschaltung B von einer Reihenschaltung aus zwei je acht in Reihe geschaltete Zellen gleicher Leerlaufspannungen gebildet. Werden diese beiden Strings A und B aus den Fig. 9A bzw. 9B in einer Parallelschaltung zusammengeschaltet, so ergibt sich eine Strom/Spannungs-Kennlinie gemäß Fig. 10. Wie in Fig. 11 dargestellt, ist eine solche unsymmetrische Parallelschaltung von Strings unterschiedlicher Leerlaufspannung bestens geeignet, die von den Solarzellen bei unterschiedlicher Einstrahlungsintensität bereit gestellte Leistung in nahezu idealer Weise an eine Lüfterkennlinie anzupassen. Hierzu können beliebige Anzahlen von Reihenschaltungen zu einer Parallelschaltung zusammengefaßt werden. Die Erfindung ist somit nicht auf die bislang dargestellte Parallelschaltung aus nur zwei Reihenschaltungen A bzw. B beschränkt.As already indicated at the beginning, the invention can be implemented in several ways. Thus, the first series circuit A with a lower open circuit voltage U₀ can be generated with the same open circuit voltage of the individual cells by a lower number of cells connected in series, or with a different cell voltage also by an equal number of cells as used in the second series circuit B. In between, mixed forms are also conceivable, one of at least two series circuits or strings always having a significantly lower open-circuit voltage U₀. In FIGS. 9A and 9B, an embodiment in current / voltage diagrams is shown, in the solar cell of the same open circuit voltage in a string A in Fig. 9A are connected together to form a first series circuit of five cells. According to FIG. 9B, the second series connection B is formed by a series connection of two cells of the same open circuit voltages each connected in series. If these two strings A and B from FIGS. 9A and 9B are connected together in a parallel circuit, a current / voltage characteristic curve as shown in FIG. 10 results . As shown in FIG. 11, such an asymmetrical parallel connection of strings of different open circuit voltage is It is ideally suited to adapt the power provided by the solar cells to a fan characteristic in an almost ideal way with different irradiation intensities. For this purpose, any number of series connections can be combined to form a parallel connection. The invention is thus not limited to the parallel connection of only two series connections A and B shown so far.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 ist ein aus neun Solarzellen in Reihe bestehender String 17 als erste Reihenschaltung A und eine aus drei solchen Strings 18 mit jeweils neun in Reihe geschalteten Solarzellen bestehende zweite Reihenschaltung B vorhanden, die durch Schalter S₁, S₂ und S₃ wahlweise zum Betrieb einer ohmschen und/oder induktiven Last L, wie beispielsweise des Motors des Gebläses 3, oder zum Laden der Fahrzeugbatterie 4 verwendbar sind. Zum Betrieb des Gebläses 3, d. h. der Last L ist der Schalter S₁ geöffnet und der Schalter S₂ geschlossen. Der als Umschalter ausgebildete Schalter S₃ liegt am Anschlußpol der Last L an. Hierdurch sind die Reihenschaltungen A und B in Form einer Parallelschaltung zusammengeschaltet, die in der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Weise zur Anpassung an die Kennlinie der Last L für deren optimalen Betrieb verwendbar ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 12, a string 17 consisting of nine solar cells in series is used as the first series circuit A and one consisting of three such strings 18 , each with nine series-connected solar cells, has a second series circuit B, which can be switched by switches S 1, S 2 and S 3 Operation of an ohmic and / or inductive load L, such as the motor of the blower 3 , or for charging the vehicle battery 4 can be used. To operate the blower 3 , ie the load L, the switch S 1 is open and the switch S 2 is closed. The switch designed as a switch S₃ is applied to the terminal pole of the load L. As a result, the series connections A and B are connected together in the form of a parallel connection, which can be used in the above-described advantageous manner to adapt to the characteristic of the load L for its optimal operation.

Soll hingegen die Fahrzeugbatterie 4 aufgeladen werden, so wird der Schalter S₁ geschlossen und der Schalter S₂ geöffnet sowie der Umschalter S₃ an den Anschlußpol der Batterie 4 angelegt. Hierdurch sind beide Reihenschaltungen A bzw. B mit allen vier aus je neun Solarzellen bestehenden Strings 17 bzw. 18 in Form einer Reihenschaltung zusammengefaßt und erzeugen eine konstant hohe für das Laden der Batterie 4 erforderliche Spannung.If, on the other hand, the vehicle battery 4 is to be charged, the switch S 1 is closed and the switch S 2 is opened and the changeover switch S 3 is applied to the connecting pole of the battery 4 . As a result, both series circuits A and B are combined with all four strings 17 and 18, each consisting of nine solar cells, in the form of a series connection and generate a constantly high voltage required for charging the battery 4 .

Selbstverständlich können die Schalter S₁, S₂ und S₃ in Form eines einzigen Schaltelements oder auch eines in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie 4 betätigbaren Relais ausgeführt sein.Of course, the switches S₁, S₂ and S₃ can be designed in the form of a single switching element or a relay that can be actuated depending on the state of charge of the battery 4 .

BezugszeichenlisteReference list

1 Fahrzeugdach
2 Deckel
3 Gebläse
4 Batterie
5 Randbereich (von 2)
6 zentraler Bereich (von 2)
7 kristalline Solarzellen
8 amorphe Solarzellen
9 Klebefolien
10 obere Scheibe
11 untere Scheibe
12 Deckelinnenblech
13 Vergußmasse
14 Kunststoffrahmen
15 Dichtung
16 Rückstrom-Sperrdiode
17 Solarzellen - Strings
18 Solarzellen - Strings
A erste Reihenschaltung
B zweite Reihenschaltung
S₁ Schalter
S₂ Schalter
S₃ Schalter
L Last
U₀ Leerlaufspannung 1 vehicle roof
2 lids
3 blowers
4 battery
5 marginal area (of 2 )
6 central area (of 2 )
7 crystalline solar cells
8 amorphous solar cells
9 adhesive films
10 upper disc
11 lower disc
12 inner cover plate
13 potting compound
14 plastic frame
15 seal
16 reverse current blocking diode
17 solar cell strings
18 solar cell strings
A first series connection
B second series connection
S₁ switch
S₂ switch
S₃ switch
L load
U₀ open circuit voltage

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung mit einer Vielzahl von Solarzellen zum Betrieb einer Last und mit Mitteln zur Anpassung an die Strom/Spannungs-Charakteristik der Last, gekennzeichnet durch eine erste Reihenschaltung (A) von Solarzellen und wenigstens eine dazu parallel geschaltete zweite Reihenschaltung (B) von Solarzellen, wobei die Reihenschaltungen (A, B) auf eine unterschiedliche erzeugbare Leerlaufspannung (U₀) ausgelegt sind.1. Circuit arrangement with a plurality of solar cells for operating a load and with means for adapting to the current / voltage characteristic of the load, characterized by a first series circuit (A) of solar cells and at least one second series circuit (B) of solar cells connected in parallel thereto , The series circuits (A, B) are designed for a different open-circuit voltage (U₀) that can be generated. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der oder den Reihenschaltung(en) (A) mit einer niedrigeren Leerlaufspannung (U₀) Rückstrom- Sperrdiode(n) (16) angeordnet ist/sind.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that in the series circuit (s) (A) with a lower open circuit voltage (U₀) reverse current blocking diode (s) ( 16 ) is / are arranged. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltungen (A, B) aus gleichen Anzahlen von Solarzellen zusammen gesetzt sind, wobei die Solarzellen der ersten Reihenschaltung (A) jeweils eine niedrigere Leerlaufspannung (U₀) aufweisen als die der zweiten Reihenschaltung (B).3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the Series connections (A, B) composed of the same number of solar cells are, the solar cells of the first series circuit (A) each having a lower Open circuit voltage (U₀) than that of the second series circuit (B). 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltungen (A, B) aus unterschiedlichen Anzahlen von Solarzellen (S₂) zusammengesetzt sind, wobei jede Solarzelle die gleiche Leerlaufspannung (U₀) aufweist.4. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the Series connections (A, B) from different numbers of solar cells (S₂) are composed, each solar cell having the same open circuit voltage (U₀) having. 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen im Bereich eines Deckels (2) eines öffnungsfähigen Fahrzeugdachs (1) angeordnet sind und daß die Last (L) von einem Motor eines im Fahrzeug angeordneten Gebläses (3) gebildet wird. 5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the solar cells are arranged in the region of a cover ( 2 ) of an openable vehicle roof ( 1 ) and that the load (L) is formed by a motor of a fan ( 3 ) arranged in the vehicle . 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen der ersten Reihenschaltung (A) von amorphen Solarzellen (8) gebildet werden, die im zentralen Bereich (6) des Deckels (2) angeordnet sind und daß die Solarzellen der zweiten Reihenschaltung (B)von kristallinen Solarzellen (7) gebildet werden, die im Randbereich (5) des Deckels (2) angeordnet sind.6. Circuit arrangement according to claim 3 and claim 5, characterized in that the solar cells of the first series circuit (A) are formed by amorphous solar cells ( 8 ) which are arranged in the central region ( 6 ) of the cover ( 2 ) and that the solar cells second series connection (B) are formed by crystalline solar cells ( 7 ) which are arranged in the edge region ( 5 ) of the cover ( 2 ). 7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstrom-Sperrdiode (16) von einer Schottky-Diode gebildet wird.7. Circuit arrangement according to one of the preceding claims 2 to 6, characterized in that the reverse current blocking diode ( 16 ) is formed by a Schottky diode.
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