Solarantriebe in der Praxis: Geräte, Maschinen und Fahrzeuge erfolgreich mit Sonnenenergie betreiben ; mit 64 Tabellen
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München
Franzis
1994
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| Beschreibung: | 512 S. Ill., graph. Darst. |
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| adam_text | Solarantriebe
in der Praxis
Geräte, Maschinen und Fahrzeuge
erfolgreich mit Sonnenenergie betreiben
Mit 295 Abbildungen und 64 Tabellen
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Franzis’
Inhalt
1 Einleitung 15
2 Die Solarstromquelle 19
2 1 Die Entstellung der Solarenergie 19
2 2 Das Spektrum der Sonnenstrahlung 20
2 3 Direkte und diffuse Strahlung 24
2 4 Die strahlungsenergetischen Symbole 24
2 5 Die meßtechnische Erfassung der Sonnenstrahlung 26
251 Grundlagen 26
252 Bau von einfachen Solarzellen-Pyranometem 29
2 6 Die Sonnenstrahlung im Jahresverlauf 37
261 Der Tagesgang der Sonne 37
262 Auskünfte von Wetterstationen über die Sonnenstrahlung
im Jahresverlauf 38
263 Einflüsse von Bewölkung und Ausrichtung
des Solargenerators 40
264 Die Bilanz der Solarstromemte im Jahresverlauf -
ein Beispiel für die Auswertung von Strahlungsmeßdaten 44
3 Die Erzeugung des Solarstroms mit Hilfe von Solarzellen 48
3 1 Solarzellen als Energiewandler 48
3 2 Der Aufbau von Solarzellen 48
321 Gebräuchliche Bauarten 48
322 Kristalline Silizium-Solarzellen 49
323 Amorphe Silizium-Solarzellen 53
3 3 Die Arbeitweise von kristallinen Silizium-Solarzellen 54
331 Die Entstehung der Diffusionsspannung 54
332 Von der Diode zur Solarzelle 58
333 Solarzellencharakteristiken und Ersatzschaltbilder 59
3 4 Kennlinien von Solarzellen und Modulen 62
341 Die Dunkelkennlinie 62
342 Die Hellkennlinie 62
Inhalt
343 Bestrahlte und belastete Solarzelle 63
344 Kennlinien von Solarzellenmodulen 64
345 Automatische Einstellung von Arbeitspunkten 66
3 5 Solargeneratoren 73
351 Solarzellenmodule 73
352 Selbstbau von Solarzellenmodulen 77
4 Gesicherte Solarstromversorgung
für elektromotorische Antriebe 85
4 1 Ungepufferte Systeme 85
4 2 Systeme mit Wechselbatterie 87
421 Anwendungen 87
422 Batterieladen ohne Spannungs- und Strombegrenzung 87
423 Begrenzung des Ladevorgangs mit Vorwiderständen 88
424 Begrenzung des Ladevorgangs mit stetigen Serienreglem __ 90
425 Begrenzung des Ladevorgangs mit stetigen Parallelreglern 94
426 Begrenzung des Ladevorgangs mit Schaltbegrenzem 96
4 3 Batteriegestützte Systeme mit integriertem Verbraucher 102
431 Aufbau 102
432 Arbeitspunkte bei Parallelbetrieb der B atterie
ohne Spannungsbegrenzung 103
433 Arbeitspunkte bei Parallelbetrieb der Batterie
mit Spannungsbegrenzung durch Parallelregler
und eingeschaltetem Verbraucher 106
4 4 Systemauslegung 108
441 Tagesspeicher 108
442 Wochenspeicher oder Monatsspeicher 110
443 Jahresspeicher 110
444 Systeme mit abrufbarer Hilfsenergiequelle 122
5 Elektronikkomponenten für die Solarstromversorgung 125
5 1 Grundlegende Beziehungen 125
511 Gleichstromkreise 125
512 Wechselstromkreise 126
5 2 Gleichstromwandler (DC/DC-Wandler) 136
521 Drosselwandler 136
522 Transformatorwandler 140
5 3 Wechselrichter (Inverter) 146
531 Übersicht 146
532 Rechteck-Wechselrichter 148
Inhalt
533 Trapez-Wechselrichter 149
534 Sinus-Wechselrichter 151
5 4 Geräte zur Verbesserung des Ausnutzungsgrades
von Solargeneratoren 153
541 Aufgabe 153
542 Geräte mit Drosselwandlern und Gleichspannungsausgang 154
543 Geräte mit Durchfluß Wandlern und Wechselspannungs
ausgang 157
5 5 Laderegler für batteriegestützte Stromversorgungen 157
6 Puffer-, Parallel- und Wechselbatterien 160
6 1 Möglichkeiten zur Speicherung elektrischer Energie 160
6 2 Elektrochemische Speicher 161
621 Verfügbarkeit 161
622 Aufbau von Batterien 161
6 3 Anwendungstechnische Merkmale von Batterien 162
631 Betriebsarten von Batterien 162
632 Unterscheidung von Batterien nach dem Anwendungszweck 165
6 4 Einsatz von Primärzellen und Primärbatterien 165
6 5 Einsatz von Akkumulatoren 170
651 Anwendungstechnische Erläuterungen und Begriffe 170
652 Übersicht über kommerziell verfügbare Akkumulatoren
und Hersteller 180
6 6 Bleiakkumulatoren 183
661 Haupt-und Nebenreaktionen der Elektroden 183
662 Anwendungsbezogene Ausführungsmöglichkeiten 187
663 Das Angebot an verschlossenen Bleiakkumulatoren 193
664 Wartungsfreie, geschlossene Starterbatterien 202
665 Geschlossene „Solarbatterien“ im Starterbatterie-
Blockkasten 202
666 Geschlossene Bleiakkumulatoren („Industriebatterien“) 203
6 7 Nickel/Cadmium-Akkumulatoren (NC-Akkumulatoren) 203
671 Hauptreaktionen der Elektroden 203
672 Nebenreaktionen bei geschlossenen und gasdichten Zellen 204
673 Gasdichte NC-Akkumulatoren 208
674 Geschlossene NC-Akkumulatoren 215
6 8 Gasdichte Nickel/Metallhydrid-Akkumulatoren
(NH-Akkumulatoren) 222
6 9 Natrium/Schwefel-Akkumulatoren (Na/S-Akkumulatoren) 225
6 10 Zink/Brom-Akkumulatoren (Zn/Br-Batterien) 228
7 Elektromotorisch angetriebene Geräte
als Solarstrom Verbraucher 232
7 1 Systemaufbau 232
711 Ungeregeltes Antriebssystem 232
712 Geregeltes Antriebssystem 234
7 2 Einsetzbare Elektromotoren 236
7 3 Ermittlung der Leistungsaufnahme der Arbeitsmaschine 238
731 Das Drehmoment 238
732 Abgegebene Leistung der Arbeitsmaschine 240
733 Mechanisch aufgenommene Leistung der Arbeitsmaschine 241
7 4 Ermittlung der Leistungsaufnahme des Antriebsmotors 242
7 5 Anpassung des Motors an die Arbeitsmaschine 243
7 6 Anpassung des Motors an das Stromversorgungssystem 244
8 Übersicht über Aufbau, Arbeitsweise und Gebrauch
von Elektromotoren 248
8 1 Der Motor als Magnetfeldsystem 248
8 2 Die magnetischen Felder 249
821 Natürlicher Magnetismus 249
822 Elektromagnete 250
8 3 Berechnung magnetischer Kreise 251
8 4 Industrielle Permanentmagnete für Elektromotoren 255
841 Einsatzgebiete 255
842 Hysteresekurve, Remanenz und Koerzitivkraft 256
843 Magnetische Polarisation und Magnetisierung 257
844 Die Arbeitspunkte von Permanentmagneten 259
845 Industrielle Magnetwerkstoffe 262
8 5 Induktion von Spannungen in Motorwicklungen 264
851 Induktionsgesetz 264
852 Bewegter Leiter im magnetischen Feld 265
853 Ruhende Spule im veränderlichen Magnetfeld 267
8 6 Kraftwirkungen auf den Rotor elektrischer Maschinen 268
861 Generatorbetrieb 268
862 Motorbetrieb 268
8 7 Betriebsdiagramme elektrischer Maschinen 270
8 8 Drehfelder 272
8 9 Leistungselektronik für den Antriebsmotor 276
891 Geregelte Antriebe 276
892 Das Drehzahl-Drehmoment-Diagramm 278
Inhalt
Inhalt
9 Wechsel- und Drehstrommotoren 280
9 1 Synchronmotoren 280
911 Anwendung 280
912 Das Arbeitsprinzip 280
913 Dreiphasen-Synchronmotoren 281
914 Einphasen-Synchronmotoren 282
9 2 Asynchronmotoren 290
921 Anwendung 290
922 Das Arbeitsprinzip 291
923 Dreiphasen-Asynchron-Kurzschlußläufer-Motoren 296
924 Einphasen-Asynchronmotoren 307
10 Die Gleichstrommaschine im Motorbetrieb 316
10 1 Das Arbeitsprinzip von Gleichstrommaschinen 316
10 2 Die Gleichstrommaschine im Motorbetrieb 321
10 2 1 Übersicht über die Bauarten 321
10 2 2 Fremderregte Motoren und Nebenschlußmotoren 322
10 2 3 Reihenschlußmotoren 333
10 2 4 Doppelschlußmotoren 340
10 2 5 Universalmotoren 340
11 Gleichstrom-Klein- und -Kleinstmotoren
mit permanentem Erregerfeld 342
11 1 Einsatzgebiete 342
11 2 Magnetwerkstoffe 343
11 3 Motoren mit mechanischer Kommutierung 344
11 3 1 Aufbau 344
11 3 2 Produkte 347
11 3 3 Betrieb 347
11 3 4 Drehzahleinstellung und Drehzahlregelung 353
11 4 Motoren mit elektronischer Kommutierung 355
11 4 1 Aufbau 355
11 4 2 KommutierungoiricfWicklungsaufbau 356
11 4 3 Ermittlung der Rotorstellung 360
11 4 4 Betrieb 361
11 4 5 Temperatureinflüsse 361
11 4 6 Drehzahlregelung 362
11 4 7 Produkte 363
Inhalt
Auslegung und Betrieb von Solarstromantrieben
mit Gleichstrommotoren
12 1 Ungepufferte und batteriegestützte Systeme im Vergleich — 366
12 2 Ungepufferte Systeme 367
12 2 1 Besonderheiten 367
12 2 2 Methode zur Abstimmung der Komponenten 368
12 3 Speichergestützte Solarstromantriebe 383
12 3 1 Mögliche Varianten 383
12 3 2 Arbeitsdiagramm 385
13 Anwendung von Antrieben mit Gleichstrom-Klein-
und -Kleinstmotoren 389
13 1 Ungepufferte Stromversorgung 389
13 1 1 Solarstrom-Demonstrationsmodelle und -Spielzeuge 389
13 1 2 Flugmodellbau mit ungepuffertem Solargenerator 398
13 1 3 Ungepufferte Solarstromantriebe in Haus und Garten 401
13 2 Speichergestützte Solarstromversorgung 407
13 2 1 Übersicht über eingeführte und mögliche Anwendungen 407
13 2 2 Ausführung des Solarstrom-Versorgungssystems 409
13 2 3 Der Antriebsmotor 410
13 2 4 Gepufferte S olarstromversorgung im Flugmodellbau 416
13 2 5 Batteriegestützte Solarstromversorgung für Elektronik
gerät, Meßtechnik und Datenverarbeitung 418
13 2 6 Elektrowerkzeuge 424
13 2 7 Solarstromantriebe in Gebäuden 426
13 2 8 Solarstromantriebe für den Haushalt 433
13 2 9 Solarstromantriebe im Straßenverkehr 437
13 2 10 Solarstromantriebe für die Prozeßtechnik 437
14 Wasserpumpen mit Kleinmotoren 440
14 1 Bedarf 440
14 1 1 Trinkwasserförderung 440
14 1 2 Tränkwasserförderung 446
14 1 3 Bewässerung 447
14 2 Pumparbeit und Pumpleistung 450
14 3 Kennfelder von Wasserpumpen 452
14 3 1 Übersicht 452
14 3 2 Kreiselpumpen 452
14 3 3 Verdrängerpumpen 455
Inhalt
14 4 Förderstromregelung bei Pumpanlagen 456
14 4 1 Kreiselpumpenanlagen 456
14 4 2 Verdrängerpumpenanlagen 458
14 5 Das mechanische Antriebsmoment bei Wasserpumpen 458
14 5 1 Berechnung des Antriebsmoments 458
14 5 2 Antriebsmoment bei Kreiselpumpen 459
14 5 3 Antriebsmoment bei Verdrängerpumpen 462
14 6 Auswahl der Pumpenbauart 466
14 6 1 Vorauswahl 466
14 6 2 Leistungsgrenzen bei Wasserpumpen mit Solarstrom
versorgung in Entwicklungsländern 468
14 6 3 Beispiele für Solarstrompumpen im Bereich kleiner
Leistungen beim Einsatz in Entwicklungsländern 469
14 6 4 Weitere für den Solarstromantrieb geeignete Pumpen
bauarten 470
15 Elektrostraßenfahrzeuge (ESF) mit Solarstromantrieb 472
15 1 Das Antriebssystem 472
15 2 Die Mechanik des Antriebs 473
15 2 1 Die Antriebskraft 473
15 2 2 Das Drehmoment 476
15 2 3 Die Motorleistung 477
15 2 4 Die Drehmoment-/Drehzahlkennlinien des Motors 477
15 2 5 Die Leistungs-/Drehzahlkennlinien des Motors 479
15 2 6 Auslegung des Motors 479
15 3 Die Motoren für Elektrofahrzeuge 481
15 3 1 Zusammenfassung der Anforderungen 481
15 3 2 Motorleistung, Motorabmessungen und Motorgewicht 481
15 3 3 Motorauswahl 484
15 4 Die Speicherbatterien 490
16 Solarboote und solarelektrische Antriebe
bei Wasserfahrzeugen 493
16 1 Das Antriebssystem 493
16 2 Hydromechanische Gesichtspunkte 494
16 3 Beispiele für die Auslegung von Elektroantrieben 496
16 3 1 Manövrierhilfe für Segelboote 496
16 3 2 Flautenschieber 497
16 4 Motorisierungsvorschläge 498
17 Sachverzeichnis 500
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