DE19527740C1 - Schaltungsanordnung von Solarzellen - Google Patents
Schaltungsanordnung von SolarzellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 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.
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.
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.
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.
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.
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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Zur Minimierung der Verlustleistungen ist es vorteilhaft, wenn die Rückstrom-
Sperrdiode(n) von einer Schottky-Diode gebildet wird/werden.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert und
den Nachteilen beim Stand der Technik gegenüber gestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Deckel des Fahrzeugdachs,
Fig. 3 einen Schnitt durch den Randbereich des Deckels,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung,
Fig. 5 ein Strom/Spannungsdiagramm einer bekannten Parallelschaltung von
Strings gleicher Leerlaufspannung,
Fig. 6 eine Leistungskurve einer bekannten Parallelschaltung von Strings
gleicher Leerlaufspannung,
Fig. 7 eine Leistungskurve einer bekannten mit einem DC/DC-Wandler
ausgestatteten Schaltungsanordnung,
Fig. 8 die Leistungskennlinien einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
im Vergleich zu einer mit einem DC/DC-Wandler ausgestatteten
Schaltungsanordnung,
Fig. 9a und b die Strom/Spannungs-Kennlinie dreier Strings mit unterschiedlicher
Leerlaufspannung,
Fig. 10 die Strom/Spannungs-Kennlinie der drei parallel geschalteten Strings,
Fig. 11 die Strom/Spannungs-Kennlinie einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung im Vergleich mit der Kennlinie eines Lüftermotors
und
Fig. 12 eine Schaltungsanordnung mit einem Umschalter für eine
Reihenschaltung aller 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Bezugszeichenliste
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
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
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.
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.
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).
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.
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.
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.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rückstrom-Sperrdiode (16) von einer Schottky-Diode
gebildet wird.
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Country Status (1)
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---|---|
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19715989C1 (de) * | 1997-04-17 | 1998-07-02 | Webasto Thermosysteme Gmbh | Thermogenerator zur Stromgewinnung in Verbindung mit einem Heizgerät vom Verbrennungstyp |
EP0878851A2 (de) * | 1997-05-14 | 1998-11-18 | Nissan Motor Company, Limited | Thermoelektrische Leistungserzeugung |
DE19737286A1 (de) * | 1997-08-27 | 1999-03-04 | Webasto Karosseriesysteme | Solarmodul |
DE19907332C1 (de) * | 1999-02-20 | 2000-04-20 | Webasto Karosseriesysteme | Fahrzeugdach mit mehreren Solarzelleneinheiten |
DE19839711C1 (de) * | 1998-09-01 | 2000-04-27 | Webasto Karosseriesysteme | Solarsystem für ein Kraftfahrzeug |
DE10019889C1 (de) * | 2000-04-20 | 2001-09-27 | Webasto Vehicle Sys Int Gmbh | Solareinrichtung für ein Fahrzeug |
DE10118728B4 (de) * | 2001-04-06 | 2005-03-10 | Solarc Innovative Solarprodukt | Solar-Nachladesystem für ein Kraftfahrzeug |
EP1755170A3 (de) * | 2005-08-16 | 2009-11-18 | Webasto AG | Solarzellenverbund und Solareinheit aufweisend den Solarzellenverbund |
DE102012101245A1 (de) * | 2012-02-16 | 2013-08-22 | Webasto Ag | Fahrzeugdach mit Solarzellenanordnung |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4422031A (en) * | 1980-12-17 | 1983-12-20 | Sab Nife Ab | Method and device for charging an electrical accumulator battery by means of solar-cells |
DE3540353C2 (de) * | 1985-11-14 | 1987-12-10 | Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8012 Ottobrunn, De | |
DE3610767C2 (de) * | 1986-03-29 | 1988-06-23 | Audi Ag, 8070 Ingolstadt, De | |
DE4017670A1 (de) * | 1990-06-01 | 1991-12-05 | Telefunken Systemtechnik | Verfahren zur direkten leistungsoptimalen anpassung zwischen einem solargenerator und dem motor eines serienfahrzeugluefters |
DE4026526A1 (de) * | 1990-08-22 | 1992-02-27 | Telefunken Systemtechnik | Schaltungsanordnung zum aufladen einer einem photovoltaiksystem grosser leistung nachgeschalteten batterie |
DE4105389C1 (de) * | 1991-02-21 | 1992-06-11 | Webasto-Schade Gmbh, 8031 Oberpfaffenhofen, De |
-
1995
- 1995-07-28 DE DE19527740A patent/DE19527740C1/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4422031A (en) * | 1980-12-17 | 1983-12-20 | Sab Nife Ab | Method and device for charging an electrical accumulator battery by means of solar-cells |
DE3540353C2 (de) * | 1985-11-14 | 1987-12-10 | Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8012 Ottobrunn, De | |
DE3610767C2 (de) * | 1986-03-29 | 1988-06-23 | Audi Ag, 8070 Ingolstadt, De | |
DE4017670A1 (de) * | 1990-06-01 | 1991-12-05 | Telefunken Systemtechnik | Verfahren zur direkten leistungsoptimalen anpassung zwischen einem solargenerator und dem motor eines serienfahrzeugluefters |
DE4026526A1 (de) * | 1990-08-22 | 1992-02-27 | Telefunken Systemtechnik | Schaltungsanordnung zum aufladen einer einem photovoltaiksystem grosser leistung nachgeschalteten batterie |
DE4105389C1 (de) * | 1991-02-21 | 1992-06-11 | Webasto-Schade Gmbh, 8031 Oberpfaffenhofen, De |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19715989C1 (de) * | 1997-04-17 | 1998-07-02 | Webasto Thermosysteme Gmbh | Thermogenerator zur Stromgewinnung in Verbindung mit einem Heizgerät vom Verbrennungstyp |
EP0878851A3 (de) * | 1997-05-14 | 2000-09-13 | Nissan Motor Company, Limited | Thermoelektrische Leistungserzeugung |
EP0878851A2 (de) * | 1997-05-14 | 1998-11-18 | Nissan Motor Company, Limited | Thermoelektrische Leistungserzeugung |
DE19737286A1 (de) * | 1997-08-27 | 1999-03-04 | Webasto Karosseriesysteme | Solarmodul |
DE19737286C2 (de) * | 1997-08-27 | 2000-05-31 | Webasto Karosseriesysteme | Solarmodul |
DE19839711C1 (de) * | 1998-09-01 | 2000-04-27 | Webasto Karosseriesysteme | Solarsystem für ein Kraftfahrzeug |
DE19907332C1 (de) * | 1999-02-20 | 2000-04-20 | Webasto Karosseriesysteme | Fahrzeugdach mit mehreren Solarzelleneinheiten |
DE10019889C1 (de) * | 2000-04-20 | 2001-09-27 | Webasto Vehicle Sys Int Gmbh | Solareinrichtung für ein Fahrzeug |
EP1147944A2 (de) | 2000-04-20 | 2001-10-24 | Webasto Vehicle Systems International GmbH | Solareinrichtung für ein Fahrzeug |
DE10118728B4 (de) * | 2001-04-06 | 2005-03-10 | Solarc Innovative Solarprodukt | Solar-Nachladesystem für ein Kraftfahrzeug |
EP1755170A3 (de) * | 2005-08-16 | 2009-11-18 | Webasto AG | Solarzellenverbund und Solareinheit aufweisend den Solarzellenverbund |
DE102012101245A1 (de) * | 2012-02-16 | 2013-08-22 | Webasto Ag | Fahrzeugdach mit Solarzellenanordnung |
DE102012101245B4 (de) * | 2012-02-16 | 2015-05-28 | Webasto Ag | Fahrzeugdach mit Solarzellenanordnung |
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