Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Mehrzahl unabhängiger, gleicher Oszillatoren, die synchronisiert schwingen entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1. Sie betrifft weiter die Verwendung dieser Anordnung.

Oszillatoren sind in vielerlei Bauarten bekannt. Insbesondere sind Oszillatoren bekannt, die Kipp- bzw. Rechteckschwingungen erzeugen, z.B. Multivibratoren. Der Takt der jeweiligen Kippschwingung hängt dabei vorwiegend von der Kapazität eines Kondensators ab, während die sonstige Schaltung für ein hysteretisches Verhalten des Oszillators sorgt, d.h. für ein möglichst stabiles Verharren im jeweiligen Kippzustand bis zum nächsten Kippzeitpunkt.

Es ist weiter bekannt, frei schwingende Oszillatoren zu synchronisieren. Hierzu wird beispielsweise auf Uhrenanlagen verwiesen, die durch eine zentrale Uhr und Radiosignale über sehr grosse Distanzen synchronisiert werden. Hierbei arbeiten Teileinheiten unterschiedlicher Art zusammen bzw. eine zentrale Teileinheit (master) steuert mehrere abhängige Untereinheiten (slave). Bei solchen Anlagen zum Synchronisieren frei schwingender Oszillatoren handelt es sich um hierarchische Systeme, die aufgrund ihrer Struktur grundsätzlich störanfällig sind, da der Ausfall der zentralen Teileinheit den Ausfall der gesamten Anordnung bewirken kann.

Es sind weiter Solarzellenanlagen grösserer Leistung, z.B. 10 kW bekannt. Bei diesen ist es unerwünscht, den produzierten Strom durch einen einzigen Wandler in die zugehörige Pufferbatterie bzw. in den jeweiligen Verbraucher einzuspeisen. Günstiger ist es vielmehr hierfür mehrere

kleinere Wandler von z.B. je 2 kW Leistung zu verwenden, die parallel und gleichberechtigt diese Arbeit verrichten. Zur Begründung dieser Aussage seien die bessere Flexibilität bei der Anpassung* an die jeweiligen Gegebenheiten einer Anlage, fertigungstechnische und preisliche Gesichtspunkte genannt.

Es ist schliesslich auch noch bekannt, dass Solarzellen dauernd ihre abgegebene Leistung in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern ändern, insbesondere in Abhängigkeit von der Einstrahlung und der Temperatur. Es besteht daher ein allgemeines Bestreben, durch laufende Anpassung der Einstellung der genannten Wandler dem wandernden Leistungsmaximum so zu folgen, dass insgesamt ein möglichst grosser Gesamtwirkungsgrad resultiert.

Aus diesem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Diese besteht darin, eine Synchrσlιisie__-ng eigenständig schwingungsfähiger Oszillatoren ohne hierarchischen Aufbau zu erreichen. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Einstellung der genannten mehreren, parallel arbeitenden Wandler einer Solarze,llenanlage periodisch und jeweils gleichzeitig erfolgen muss, wenn für die Maximum-Nachführung ein ebenfalls bekanntes Verfahren angewendet werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil der unabhängigen Ansprüche definiert. Die abhängigen Ansprüche geben Ausgestaltungen der Erfindung an.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von drei Figuren beispielsweise näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 - Abhängigkeit der von einem Solarzellenpaneel abgegebenen Leistung von der Spannung Fig. 2 Schaltbild mehrerer zusammengeschalteter

Oszillatoren Fig. 3 - Schaltbild einer Solarzellenanlage.

Ein Solarzellenpaneel besitzt eine bekannte Strom/Spannung- Charakteristik, von der sich Fig. 1 ableitet. Diese Figur 1 zeigt die vom Paneel abgegebene elektrische Leistung P in Abhängigkeit von der Paneel-Spannung U. Diese Leistung/Spannung-Kurve besitzt ein Maximum 30, das sich in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, insbesondere der Einstrahlungsstärke und der Temperatur dauernd und wesentlich verschieben kann.

Es ist nun weiter bekannt, periodisch und abwechsend den jeweiligen Arbeitspunkt P _m durch Verschiebung der momentanen Arbeitsspannung O _m um___ιU nach oben und nach unten zu verändern. Aus der Reihenfolge und Grosse der zugeordneten Leistungen P _x und P ₂ (die gemessen werden müssen) lässt sich dann einfach ermitteln, ob das jeweilige Maximum 30 bei der jeweiligen Spannung U„,, bei einer höheren Spannung oder bei einer niedrigeren Spannung liegt. Auf Grund der so ermittelten Information kann dann jeweils der optimale Arbeitsbereich des dem Solarzellenpaneel nachgeschalteten Wandlers eingestellt bzw. schrittweise nachgeregelt werden. Hierdurch arbeitet der bzw. arbeiten die Wandler dann stets zumindest in der Nähe des jeweiligen Leistungsmaximums der Gesamtanlage.

Zur Durchführung der geschilderten Methode der schrittweisen Nachregelung wird ein Taktgeber benötigt, der periodisch, z.B. alle 2 s, die PaneelSpannung U umschaltet, und zwar abwechselnd zu einem höheren und zu einem tieferen Wert. Werden mehrere Wandler zusammen mit einem einzigen Solarzellenpaneel betrieben, dann ist es natürlich erforderlich, dass jeder dieser Wandler koordiniert mit den jeweils anderen Wandlern arbeitet. Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, die diese Aufgabe erfüllt.

Die Schaltungsanordnung umfasst mehrere (z.B. drei) Oszillatoren 31.1, 31.2, 31.3. Jedem Oszillator ist eine Synchronisier-Einheit 32.1, 32.2, 32.3 und eine Pulsabgabe-

Einheit 33.1, 33.2, 33.3 zugeordnet. Die Synchronisier- Einheiten 32 sind durch eine Leitung 38 galvanisch miteinander verbunden.

Die Oszillatoren 31.1 bis 31.3 sind gleich. Jeder dieser Oszillatoren besitzt einen Komparator 51, dessen Ausgang 60 einen ersten Ausgang des Oszillators 31 bildet und über die Widerstände 52 und 53 mit den beiden Komparator-Eingängen rückgekoppelt ist. Der Ausgang 60 ist weiter über einen Widerstand 54 mit der Speiseleitung 50 verbunden. Der Plus- Eingang der Komparatoren 51 ist über einen Spannungsteiler aus den Widerständen 55 und 57 mit der Speiseleitung 50 und der Masse 49 verbunden. Der Minus-Eingang der Komparatoren 51 ist über einen Kondensator 56 mit der Masse 49 verbunden und bildet gleichzeitig einen zweiten Ausgang 35 des Oszillators 31.

Die Oszillatoren 31.1 bis 31.3 sind als solche grundsätzlich bekannt und gehören zur Sorte der Kippschwingung-Oszillatoren. Sie geben an ihren einen Ausgängen 60 jeweils eine Rechteckspannung und an ihren zweiten Ausgängen 35 eine Dreieckspannung ab. Die Flankensteilheit der Dreieckspannungen hängt im wesentlichen von der Kapazität des jeweiligen Kondensators 56 ab. Desgleichen hängen von diesen Kapazitäten die Taktfreguenzen der Oszillatoren 31 ab.

Die Ausgänge 60 der Komparatoren 51 sind durch die Art ihren Beschaltung sogenannte Offener-Kollektor-Punkte (open collector point). Dies bedeutet, das sich im Sperrzustand des jeweiligen Komparators 51 das Potential seines Ausgangs 60 über den Widerstand 54 auf das Potential der Speiseleitung 50 einstellt. Im leitenden Zustand des Komparators 51 stellt sich dagegen an seinem Ausgang 60 ein durch ihn selbst bestimmtes niedrigeres Potential ein, d.h. der Oszillator 31 zieht das Potential an seinem einen Ausgang 60 nach unten.

Die Synchronisier-Einheiten 32.1 bis 32.3 sind untereinander ebenfalls gleich. Jede dieser Einheiten weist zwei Dioden 91, 92 auf, die gemeinsam und gegenpolig über einen jeweiligen Ausgangspol 83.1 bis 83.3 an die Leitung 38 angeschlossen sind. Jede Synchronisier-Einheit besitzt weiter einen Transistor 93, der zusammen mit einem Widerstand 94 einen Verstärker in Art eines Emitterfolgers bildet, der der (jeweiligen) Diode 92 nachgeschaltet ist, und der zusammen mit der Diode 91 an den einen Ausgang 60 des jeweils zugeordneten Oszillators 31.1 bis 31.3 angeschlossen ist. Dieser jeweilige Verstärker erhöht die Wirkung der zugeordneten Diode 92 bzw. verstärkt den durch diese Diode 92 fliessenden Strom. Er erhöht damit das Fan- Out der Diode 92.

Die beiden Dioden 91, 92 jedes Synchronisier-Einheit 32.1 bis 32.3 verbinden somit deren Ausgangspole 83.1 bis 83.3 für beide Stromrichtungen mit dem jeweils zugeordneten Offener-Kollektor-Punkt 60. Für jeweils eine einzige Stromrichtung verbinden die in der jeweils gleichen Richtung gepolten, über die Leitung 38 in Serie geschalteten Dioden der verschiedenen Synchronisier-Einheiten 32.1. bis 32.3 die verschiedenen Offener-Kollektor-Punkte 60 untereinander.

Ist eine Synchronisier-Einheit 32 mit ihrem Pol 83 nicht an die Leitung 38 angeschlossen, z.B. weil nur ein einziger Oszillator 31 verwendet wird, dann hängt die jeweilige Synchronisier-Einheit 32 bedeutungslos "in der Luft". Der Oszillator 31 schwingt in diesem Fall mit der durch seinen Aufbau gegebenen Grundfrequenz und gibt an seinen Ausgängen 60 und 35 die genannten Schwingungsformen "rechteckig" bzw. "dreieckig" ab.

Werden zwei oder mehr Oszillatoren 31.1, 31.2, 31.3 nebeneinander betrieben, so schwingt jeder dieser Oszillatoren grundsätzlich für sich, wobei wegen des gleichen Aufbaus und der gleichen Nominalwerte der Kondensatoren 56 und der Widerstände stets etwa die gleichen

Frequenzen auftreten. Die Phasen der Schwingungen sind dagegen völlig frei. Werden nun die Ausgangspole 83.1, 83.2, 83.3 der jeweiligen Synchronisier-Einheiten 32.1, 32.2, 32.3 durch die Leitung 38 miteinander verbunden, so entsteht eine neue Situation. In diesem Fall arbeiten die Synchronisier- Einheiten 32 ähnlich wie logische UND-Tore mit den zugehörigen Oszillatoren 31 zusammen. Jeder Oszillator 31.1, 31.2, 31.3 zieht - wie beschrieben - aufgrund seiner Schwingung das Potential an seinem jeweiligen einen Ausgang 60 periodisch nach unten. Da diese Ausgänge 60 - wie beschrieben - Offener-Kollektor-Punkte sind, wird hierbei das tiefere Potential jeweils über alle UND-Tore auf die Ausgänge 60 aller verbundenen Oszillatoren 31 übertragen. Dies bedeutet, dass alle Ausgänge 60 jeweils gleichzeitig das tiefere Potential annehmen und zwar solange, wie wenigstens einer der Oszillatoren seinen Ausgang 60 nach unten zieht. Das höhere Potential wird somit nur dann erreicht, wenn bei allen Oszillatoren 31 gemeinsam die Komparatoren 51 in ihrem Sperrzustand sind. Auf diese Weise entsteht somit spontan und ohne weiteres Zutun ein Schwingen aller beteiligten Oszillatoren 31 mit der gleichen Taktfrequenz und der gleichen Phase, d.h. eine vollständige Synchronisierung der Oszillatoren.

Die Pulsabgabe-Einheiten 33.1, 33.2, 33.3 ordnen den aufsteigenden und den absteigenden Flanken der Dreickspannμngen an den zweiten Oszillator-Ausgängen 35 zwei verschiedene Pulssorten zu, die an den jeweiligen Ausgängen 80 und 81 abgreifbar sind. Hierzu besitzen sie beispielsweise zwei Triggerschaltungen 70, 71 mit gemeinsamem Eingang, von denen die eine in der Nähe des oberen und von denen die andere in der Nähe des unteren Wendepunktes der jeweiligen Dreieckspannung anspricht. Hierbei geben diese Triggerschaltungen 70, 71 jeweils einen Impuls A_ bzw. A ₂ ab, welche Impulse somit zwei verschiedenen Phasen der Dreieckspannung fest zugeordnet sind.

Fig. 3 zeigt als Beispiel zur Verwendung von parallel geschalteten Oszillatoren 31 eine Solarzellenanlage grösserer Leistung, beispielsweise von 12 kW. Diese u fasst z.B. zwei Solarzellen-Paneele 11, 12 unterschiedlicher Grosse und Bauart, eine einzige Batterie 17 sowie fünf Wandler 21.1 bis 21.5, die zu zwei Gruppen zusammengefasst sind. Die Wandler 21.1, 21.2, 21.3 der erste Gruppe übernehmen vom Ausgang 13 des ersten, grösseren Paneels 11 den erzeugten Strom i _x , wandeln ihn mittels einer bekannten Technik und pumpen ihn auf einem anderen Spannungsniveau über die Zuleitung 15 in die Batterie 17, wozu natürlich auch noch eine Rückleitung 16 zwischen der Batterie 17 und den Paneelen 11, 12 notwendig ist. Entsprechend übernehmen die Wandler 21.4, 21.5 der zweiten Gruppe den Strom i ₂ vom Ausgang 14 des zweiten Paneels 12 und pumpen ihn ebenfalls über die Zuleitung 15 zur Batterie 17.

Sind die beiden Paneele 11, 12 von gleicher Technik, dann lassen sich auch ihre Ausgänge 13, 14 kurzschliessen, was durch die gestrichelte Leitung 18 angedeutet ist. In diesem Fall arbeiten alle Wandler 21 vollständig parallel und übernehmen stets den ihnen zukommenden Anteil der anfallenden Gesamtleistung beider Paneele 11, 12.

Jedem Wandler 21 zugeordnet ist eine Steuerung 41.1 bis 41.5 und eine Oszillator-Einheit 131.1 bis 131.5. Die Steuerungen 41 dienen zum Einstellen der jeweils zugeordneten Wandler 21 auf einen Arbeitspunkt P _ro , wie er anhand von Fig. 1 beschrieben wurde. Die Oszillator-Einheiten 131 umfassen jeweils eine Kombination aus Oszillator 31, Synchronisier- Einheit 32 und Pulsabgabe-Einheit 33 entsprechend Fig. 2. Sie dienen zur Erzeugung eines gemeinsamen Taktes und zur Abgabe der beschriebenen Impulse h , A ₂ (Fig. 2), mit deren Hilfe jede Steuerung 41 unabhängig von den jeweils anderen Steuerungen 41 die besagte Einstellung des jeweils zugeordneten Wandlers 21 dem jeweiligen Maximum 30 der Leistung/Spannung-Kurve von Fig. 1 nachführen kann. Die Leitungen 38.1, 38.2 verbinden hierbei die beiden Gruppen

8 der Oszillatoren 31.1 bis 31.3 bzw. 31.4 und 31.5 der Oszillator-Einheiten 131 in der beschriebenen Weise zum Zwecke der jeweiligen Synchronisierung. Wenn die Paneele 11, 12 über die Leitung 18 verbunden sind, müssen auch die Leitungen 38.1 und 38.2 zu einer einzigen Leitung 38 verbunden sein, was gestrichelt angedeutet ist.

Die beschriebene Anordnung mit einer Mehrzahl unabhängiger, gleicher Oszillator-Einheiten 131, die zum Zwecke der Synchronisierung gleichberechtigt gekoppelt sind, ist einfach und arbeitet unabhängig von der jeweiligen Anzahl von Einheiten 131. Die Anordnung benötigt keine sonstigen Einrichtungen, insbesondere keine zentrale Einrichtung. Sie ist daher für den geschilderten Einsatz bei Solarzellenanlagen unterschiedlicher Leistung und unterschiedlichen Aufbaus bestens geeignet.

Die Oszillatoren 31, die Synchronisier-Einheiten 32 und die 33 sind im Aufbau so einfach, dass sie zusammen als Oszillator-Einheit 131 in Form eines einzigen Elektronik-Bausteins z.B. in Dickfilm- oder Dünnfilmtechnik herstellbar „sind.

Die beschriebene, bevorzugte Anordnung erlaubt diverse Variationen. Von diesen seien die folgenden erwähnt: f-

- Statt des anhand von Fig. 2 beschriebenen Oszillators 31 kann jeder andere Kippschwingung-Oszillator verwendet werden, der einen Ausgang 60 besitzt, der einen Offener- Kollektor-Punkt darstellt.

- Die Pulsabgabe-Einheiten 33 können statt zwei Ausgänge 80, 81 nur einen einzigen Ausgang aufweisen, an dem abwechselnd zwei verschiedene Impulse A_, A ₂ auftreten, z.B. abwechselnd ein positiver. <nd ein negativer Impuls.

- Die Funktion der Synchronisier-Einheiten 32, die wie beschrieben etwa der Funktion eines logischen UND-Tores

entspricht, kann mit anderen Elektronik-Mitteln realisiert sein. Beispielsweise kann der verstärkende Transistor 93 weggelassen oder durch einen aufwendigeren Verstärker ersetzt sein.

- Zum jeweiligen Aufsuchen des Maximums 30 der Leistung/Spannung-Kurve kann ein Takt mit jeweils etwa gleichen Taktabständen zwischen den verschiedenen Pulsen Äi, A ₂ gewählt sein. Es können diese Pulse jedoch auch paarweise in jeweils relativ kurzem Abstand aufeinanderfolgen, getrennt durch jeweils eine vergleichsweise längere Ruhepause. Eine weitere Variante hierzu besteht z.B. in der Verwendung von jeweils drei oder mehr zusammengehörigen Pulsen zu Ermittlung der Richtung, in der das jeweilige Maximum 30 liegt.

- Die Verwendung ist nicht auf Solarzellenanlagen beschränkt. In ähnlicher Weise lässt sich die Anordnung auch auf jede Art von Energiewandleranlage anwenden, bei denen dauernd wechselnde Betriebsleistungen auftreten, z.B. bei Wind- oder Mühlrad-betriebenen Kleinkraftwerken.