專利名稱：用于機電系統(tǒng)的光伏電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于機電系統(tǒng)的光伏電源。
背景技術(shù)：
供暖、通風(fēng)、空調(diào)和制冷(HVAC/R)系統(tǒng)，諸如在住宅和商業(yè)建筑中使用的那些，一般由從AC市電電源(諸如AC電網(wǎng)電源)接收的交流(AC)電力供電。在AC電網(wǎng)電源昂貴、 不可靠、或不可用的場所中，可由諸如光伏電源和現(xiàn)場機電發(fā)電機的替換電源提供電力。在某些情況中，一些建筑或房屋位于受限或無可用AC電網(wǎng)電源的偏僻地區(qū)。例如，遠程通信護罩一般由現(xiàn)場供電的HVAC/R系統(tǒng)冷卻，HVAC/R系統(tǒng)保持內(nèi)部溫度在可能弓I 起遠程通信系統(tǒng)停機、故障或危及可靠操作的溫度之下。然而，如果電網(wǎng)電力或者產(chǎn)生的電力不足或完全喪失，而沒有足夠、及時的電力備份，HVAC/R系統(tǒng)將不能正常工作。在偏僻， 商業(yè)和居住環(huán)境中，HVAC/R功能的喪失尤其會引起不適、易腐品的損耗，和損害敏感的計算機設(shè)備。盡管為很多應(yīng)用提供了電池備用系統(tǒng)，但是由于有限的電池電力輸出，這種系統(tǒng)一般不足以為HVAC/R系統(tǒng)提供電力。

發(fā)明內(nèi)容
—種外殼可以包括供暖、通風(fēng)、空調(diào)和制冷(HVAC/R)系統(tǒng),該系統(tǒng)具有光伏電源和直流(DC)電源，例如備用電池，并且該外殼被構(gòu)造成當(dāng)諸如交流(AC)電網(wǎng)電源的主電源產(chǎn)生不足的電力或不可用時為HVAC/R系統(tǒng)提供不間斷的電力。在一個實施例中，DC供電的機電系統(tǒng)包括一個或多個三相發(fā)動機，以及用于運轉(zhuǎn)該系統(tǒng)的DC電力供給，其包括光伏電源和與其連接的可再充電DC電力存儲組件，用來產(chǎn)生DC電力輸入信號；接收器，用于接收來自PV電源和可再充電DC電力存儲組件的DC電力；變頻驅(qū)動器(VFD)，其與接收器電連接并構(gòu)造成提供三相交流(AC)電力以運轉(zhuǎn)該一個或多個三相發(fā)動機；和DC電源升壓模塊，其連接到所述VFD并構(gòu)造成向其提供具有比所述 DC電力輸入信號高的電壓的DC輸出。在另一個實施例中，一種系統(tǒng)具有一個或多個三相發(fā)動機以及DC電力總線,所述系統(tǒng)包括光伏電源裝置，用于給DC電力總線提供直流(DC)電力，用于存儲DC電力的裝置，其中該用于存儲DC電力的裝置電連接到DC電力總線；用于電控制變頻驅(qū)動器的裝置， 其中該用于電控制變頻驅(qū)動器的裝置電連接到DC電力總線；和用于升高所述用于存儲DC 電力的裝置的電壓的裝置，其中所述用于升高電壓的裝置連接到DC電力總線。在另一個實施例中，一種用于控制HVAC/R電力供給系統(tǒng)的方法，該方法包括接收指示交流(AC)電源的容量的數(shù)據(jù)；接收指示直流(DC)電源的容量的數(shù)據(jù)；接收指示光伏電源的容量的數(shù)據(jù)；接收指示HVAC/R系統(tǒng)的電負(fù)載的數(shù)據(jù)；如果光伏容量大于或等于 HVAC/R系統(tǒng)的電負(fù)載，則命令變頻驅(qū)動器(VFD)控制器從光伏電源汲取電力；如果光伏容量小于該電負(fù)載，則命令VFD控制器從AC電源或DC電源之一汲取補充電力；以及如果 HVAC/R系統(tǒng)的負(fù)載大于光伏電源、AC電源和DC電源的組合容量，則命令VFD控制器減小HVAC/R系統(tǒng)的負(fù)載。


圖I是為了示出內(nèi)腔并總體上示出空調(diào)和處理系統(tǒng)而將頂部和一些側(cè)壁移除的遠程通信護罩的透視圖；圖2是示出具有可再充電DC電源備份的HVAC/R電力供給系統(tǒng)的實施例的示意性框圖；圖3是示出集成整流器的實施例的示意圖；圖4是示出電源升壓單元的實施例的示意圖；圖5是包括脈沖控制閥的HVAC/R系統(tǒng)的元件的示意圖；圖6是示出具有可再充電DC電源備份的HVAC/R電力供給系統(tǒng)的實施例的示意性框圖，所述HVAC/R電力供給系統(tǒng)利用光伏電源；和圖7是示出對于控制器(例如電源控制器)的示例性邏輯的流程圖。
具體實施例方式實施例涉及供暖、通風(fēng)、空調(diào)和制冷(HVAC/R)系統(tǒng)，所述HVAC/R系統(tǒng)包括光伏電源和例如備用電池的直流(DC)電源，以冷卻各種外殼類型。外殼，例如，可以是住宅方面的，如房屋和公寓；商業(yè)方面的，如辦公大樓和工廠，或遠程設(shè)施，如遠程通信護罩和遠程軍事設(shè)施。當(dāng)主電源，如交流(AC)電網(wǎng)電源，產(chǎn)生不足的電力或不可用時，實施例被構(gòu)造成為 HVAC/R系統(tǒng)提供不間斷的電力。本發(fā)明的實施例對于如在2011年I月24日提交的申請?zhí)枮?3/012,072的共同未決申請中描述的那些應(yīng)用將是有用的。一個實施例涉及用于冷卻容納敏感電子設(shè)備，例如遠程通信設(shè)備的外殼的系統(tǒng)。 HVAC/R系統(tǒng)控制該外殼內(nèi)的溫度，使得電子設(shè)備不會因暴露于高溫下而被損壞。在該實施例中，HVAC/R系統(tǒng)在正常狀況下由來自電力網(wǎng)的AC電力供電，而且還連接到光伏電源和備用電源。在該實施例中，為了最有效地為外殼提供冷卻，HVAC/R系統(tǒng)使用一個或多個三相發(fā)動機以及一個或多個單相發(fā)動機來運行。為保持效率，為三相發(fā)動機提供三相電力以及為單相發(fā)動機提供單相電力的變頻驅(qū)動器(VFD)被用在HVAC/R系統(tǒng)內(nèi)。在一個實施例中， AC電力首先轉(zhuǎn)換為DC電力以向VFD供電。三相發(fā)動機，例如HVAC/R系統(tǒng)中的壓縮機發(fā)動機，如果運行它們的電力特性可控，則可以被更有效得多地并以較少的磨損操作。例如，在一個實施例中，當(dāng)啟動三相電動機時，驅(qū)動電力的頻率可被調(diào)整以避免瞬態(tài)電流尖峰和對發(fā)動機的不必要的磨損。多個VFD 能夠接收DC電力并輸出調(diào)整的(例如，頻率受控的)AC電力到多個電動機。通過改變至電動機的電力的頻率，VFD可更有效地控制該電動機的速度。這里描述的系統(tǒng)可利用HVAC/R 系統(tǒng)中的VFD，以通過提供對HVAC/R系統(tǒng)部件的速度和輸出的控制來提高該系統(tǒng)的效率。 例如，如果受控溫度的環(huán)境需要稍微冷卻，則更有效的是，在降低的速度下運行HVAC/R系統(tǒng)部件(例如壓縮機發(fā)動機)來滿足實際需求，而不是在全速下運行它。能夠調(diào)整諸如上面提到的那些的HVAC/R部件的速度也防止了系統(tǒng)的不必要的循環(huán)并在整體上允許更精細(xì)地控制環(huán)境。由于不同HVAC/R系統(tǒng)部件及它們單獨的電力需求的多樣性，經(jīng)常在HVAC/R系統(tǒng)中提供多于一個的VFD更有利。進一步地，可提供VFD控制器來總體控制多個VFD以最大化HVAC/R系統(tǒng)性能和效率。傳統(tǒng)的AC電源，例如AC電網(wǎng)電源，可能根據(jù)電力供給需要的地點，天氣和其它變量而不可靠。因此，一個實施例是使用HVAC/R電力供給系統(tǒng)的護罩，不論AC電源的狀況如何，該HVAC/R電力供給系統(tǒng)可向HVAC/R系統(tǒng)部件提供不間斷的電力。實施例包括光伏電源和備用電源，例如DC電池，它存儲電力，并且當(dāng)從AC電源不能獲得AC電力時可用于控制 VFD。在另一個實施例中，光伏電源和備用電源可在例如AC電源來自有限輸出容量的發(fā)電機時，單獨地或組合地用于補充HVAC/R系統(tǒng)可用的電力。在這種系統(tǒng)中，光伏電源和備用電源可在增加電負(fù)載的周期期間被用以提供補充電力，或者在AC電力發(fā)電機不可用的周期期間被用以提供電力。光伏電源通過利用半導(dǎo)體將太陽輻射轉(zhuǎn)化為DC電力從而產(chǎn)生電力，半導(dǎo)體展示出光伏效應(yīng)，即在暴露于太陽輻射下的材料中產(chǎn)生電壓(或相應(yīng)的電流)。光伏電源通常構(gòu)造為包括多個含有光伏材料的單元的面板。目前用于光伏電源的材料的例子包括單晶硅，多晶硅，非晶硅，碲化鎘，銅銦硒化物/硫化物。光伏電源通常包括幾個部件，諸如含有許多獨立光伏電池的面板，將產(chǎn)生的DC電流轉(zhuǎn)化為AC電流的逆變器，連接到面板來存儲過多產(chǎn)生的電力的電池，控制電荷去往任何連接的電池的電荷控制器，和監(jiān)測光伏電源的輸出的傳感器。另一個實施例涉及使用允許HVAC/R系統(tǒng)選擇性地從多個單獨電源汲取電力的電源控制器的系統(tǒng)，所述多個單獨電源例如是AC電網(wǎng)電源，AC發(fā)電機電源，光伏電源，和DC電源，諸如DC電池?？梢允仟毩⒌幕虮谎b入VFD控制器中的電源控制器，在多個電源可用時， 可通過精確控制用于HVAC/R部件的電力源來提高整個系統(tǒng)效率。相應(yīng)地，一個實施例涉及向HVAC/R系統(tǒng)提供電力，該系統(tǒng)可包括具有不同電氣特性的AC和DC電源，并被構(gòu)造為在很多種環(huán)境下向HVAC/R系統(tǒng)部件提供不間斷的電力。在該實施例中，該系統(tǒng)能可靠地并有效地保持各種類型的外殼的內(nèi)部環(huán)境，這些外殼可容納敏感電子設(shè)備，因此保證電子設(shè)備的最佳操作。圖I是一種受益于此處描述的系統(tǒng)的外殼的透視圖。在圖I中，示出了頂部和一些側(cè)壁被移除的遠程通信護罩100以便示出內(nèi)腔并總體上示出空調(diào)和處理系統(tǒng)。在遠程通信護罩100內(nèi)是垂直的擱物架150，其具有擱板，所述擱板被配置用于支撐多種類型的電子設(shè)備，例如遠程通信設(shè)備。遠程通信護罩100的環(huán)境由供暖，通風(fēng)，空調(diào)和制冷(HVAC/R)系統(tǒng)來控制。HVAC/R系統(tǒng)可包括諸如冷凝器單元135，制冷管路120，空氣處理單元115，一次空氣通道110和二次空氣通道105的部件。附加的HVAC/R部件將參考圖3來更完整地討論。HVAC/R系統(tǒng)的部件用來控制護罩100內(nèi)的環(huán)境，包括例如溫度和濕度?？諝馓幚韺嵤├牧硗獾拿枋隹稍?007年11月16日提交的、申請?zhí)枮镹o. 11/941,839的美國專利申請中找到，通過引用將該申請整體并入此處。另外，護罩被設(shè)有到AC電源130的連接，例如到公共AC電網(wǎng)電源的連接，以及設(shè)有到光伏電源145的連接，例如光伏面板。為了向HVAC/R系統(tǒng)提供不間斷的電力，通過電力供給單元125向HVAC/R系統(tǒng)提供電力，電力供給單元125包括直流(DC)電源140。DC電源140可以是，例如一個或多個 DC電池。在其它實施例中，DC電源140容納于電力供給單元125外殼中。優(yōu)選地，DC電源 140可再充電。在圖I的實施例中，如果AC電源130變得不可用，則電力供給單元125可代替地從光伏電源145、DC電源140中存儲的容量、或其組合，向HVAC/R系統(tǒng)提供電力。因此，不論AC電源130是否立即可用，HVAC/R系統(tǒng)都能保持遠程通信護罩100內(nèi)的環(huán)境。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，相似的系統(tǒng)可以與多種外殼一起使用，例如家庭業(yè)務(wù)，廠外存儲容器等等。因此，本發(fā)明不局限于圖I中描述的具體類型的外殼。圖2是示出具有可再充電DC電源備份的HVAC/R電源系統(tǒng)200的實施例以及HVAC/ R系統(tǒng)的部件的示意性框圖。AC電源130由例如AC電網(wǎng)電源提供AC電力。AC電源130電連接到整流器215。整流器是將周期性改變方向的AC電力轉(zhuǎn)化為電流沿僅一個方向流動的DC電力的電氣設(shè)備。整流器可由固體二極管，真空二極管，汞弧閥以及其它本領(lǐng)域熟知的部件制造。在一些實施例中，整流器215包括能轉(zhuǎn)換來自例如AC電源130的AC輸入電壓的組合式變壓器。后面將結(jié)合圖3更詳細(xì)描述具有組合式變壓器的整流器實施例。在優(yōu)選的實施例中，濾波器275 (或平滑電路)電連接到整流器的輸出，以便從整流后的AC電源 130得到平穩(wěn)的DC電流。有很多現(xiàn)存的平滑DC電流的方法，包括，例如將存儲電容器或平滑電容器電連接到整流器215的DC輸出。濾波器275也和DC電力總線210電連接來向其它HVAC/R電力供給系統(tǒng)200部件提供濾波后的DC電力。DC電力總線210電連接到HVAC/R電源系統(tǒng)200的部件，以便為那些部件提供電力。DC電力總線210可包括一個或多個導(dǎo)體，例如導(dǎo)線或電纜，其能夠傳導(dǎo)和傳送電力。DC 電力總線210可以是具有物理連接體的多根導(dǎo)線交織，使得總線可連接到部件并擴大到滿足HVAC/R電力供給系統(tǒng)200的電力需求。DC電力總線的某些實施例可包括處于不同電壓的子總線，例如高壓DC子總線和低壓DC子總線。通過這種方式，單個DC電力總線可根據(jù)連接到DC電力總線210的部件的需要和連接到系統(tǒng)的各種電源的電壓來提供在不同電壓電平的DC電力。在該實施例中，DC電力總線210電連接到DC電源220以便其可以被再充電。DC電源220可以是，例如，一個電池或相互電連接的多個電池。如果使用多個電池，它們可以串聯(lián)或并聯(lián)連接產(chǎn)生與單個電池單元的電壓不同的合成電壓。為了限制流向DC電源220的充電電流的量，可在電力總線210和DC電源220間設(shè)置電流限制電路或電池充電控制器280。充電控制器280根據(jù)DC電源220的規(guī)范限制對DC電源220充電的電流，使得在充電時DC電源220不被損壞。另外，電池充電控制器280可調(diào)整DC電源220以便更長地持續(xù)工作。DC電源220可包括一個或多個電池，例如汽車電池。一般地，這種電池具有相對低的電壓，例如12伏或24伏。雖然可將電池串接來增高電壓，但優(yōu)選具有更少電池或更低電壓的DC電源220。相應(yīng)地，DC電源220可連接到電源升壓單元240。升壓電壓可利用DC 到AC逆變器，通過DC到DC轉(zhuǎn)換來獲得。DC到AC逆變器是將DC電力轉(zhuǎn)換為AC電力的電氣設(shè)備。如本領(lǐng)域中眾所周知的，通過使用合適的變壓器，開關(guān)和控制電路，轉(zhuǎn)換后的AC電流可處于任何電壓和頻率。逆變器通常用于從諸如太陽能電池板或電池那樣的DC源提供 AC電力。在圖2中，DC電源220是低壓電源，例如12伏的汽車電池。DC電源220電連接到包括DC到AC逆變器225的電源升壓單元240。逆變器225將從DC電源220的低壓電流轉(zhuǎn)換到更高電壓輸出的AC電流。電源升壓單元240還包括整流器235。逆變器225電連接到整流器235，其將高壓AC電流轉(zhuǎn)換回DC電流，但處于比初始的DC電源220電壓高的電壓。例如，利用電源升壓單元240將來自DC電源220的12伏電流轉(zhuǎn)換為300伏DC電流。 下面參考圖4進一步描述電源升壓單元的實施例。電源升壓單元240也連接到DC電力總線210來為HVAC/R系統(tǒng)部件提供高壓DC電力。同樣的過程也可用于為DC電源220的電壓降壓，其中，例如，DC電源是高電壓源并且需要低壓DC。降低電壓的過程是一樣的，除了將DC電流逆變?yōu)锳C的步驟將降低而不是升高被供給電流的電壓以外。AC電力也可利用變壓器被選擇性地升壓或降壓，變壓器是通過感應(yīng)耦合的導(dǎo)體將電能從一個電路傳輸?shù)搅硪粋€電路的裝置。第一或初級導(dǎo)體中變化的電流在變壓器的芯中產(chǎn)生變化的磁通量，并且因此產(chǎn)生通過次級導(dǎo)體的變化的磁場。該變化的磁場在次級導(dǎo)體中感應(yīng)出電壓。如果負(fù)載連接到次級導(dǎo)體，則電流將在次級導(dǎo)體中流動并且電能將從初級電路通過變壓器傳輸?shù)截?fù)載。通過適當(dāng)選擇每個導(dǎo)體的匝數(shù)比，變壓器可以選擇性地升高或降低AC電壓。DC電力總線210也電連接到變頻驅(qū)動器(VFD)控制器265。VFD控制器265電連接到多個VFD 230，并且VFD控制器包括向VFD 230提供電力和控制信號的電子器件，以便例如接通或關(guān)斷它們或在工作期間調(diào)整它們的驅(qū)動頻率。VFD控制器265可從傳感器(未示出)接收信號，例如溫度傳感器，安裝在遠程通信護罩100中，并可包括控制VFD 230的邏輯。在其它實施例中，VFD控制器265可包括安裝在遠程位置中的固定控制面板(未示出)，例如在遠程通信護罩100中，用于手動控制多個VFD。VFD控制器265還可監(jiān)視電力總線210上的電流負(fù)載，并改變VFD (230a和230b)的電流汲取來避免任何危險的過流狀況。 在替代實施例中，VFD控制器265可能需要AC電力，因此它可電連接到由電力總線210饋電的逆變器(未示出)，以便接收AC工作電力。在另一個實施例中，VFD可提供AC電力給需要AC工作電力的控制器。在進一步的實施例中，VFD控制器可直接從AC電源130接收 AC電力。VFD控制器265可包括微處理器或包含軟件和硬件的計算系統(tǒng)，其被構(gòu)造為完成前述操作。每個VFD控制AC電動機，例如壓縮機發(fā)動機250和鼓風(fēng)機270的轉(zhuǎn)速。如本領(lǐng)域中眾所周知的，VFD通過控制被供給到發(fā)動機的電力的頻率來控制發(fā)動機的速度。變頻驅(qū)動器有時可代替地稱為可調(diào)頻率驅(qū)動器(AFD)，變速驅(qū)動器(VSD)，AC驅(qū)動器，微驅(qū)動器或逆變驅(qū)動器。由于電壓隨頻率變化，這些有時被稱為VVVF(變壓變頻)驅(qū)動器。在圖2所示的實施例中，多個VFD (230a和230b)電連接到HVAC/R系統(tǒng)的分離的部件。由于HVAC/R系統(tǒng)的不同的元件，例如壓縮機發(fā)動機250和鼓風(fēng)機270可能具有不同的運行要求，例如最優(yōu)速度和電流汲取，基于系統(tǒng)需要來提供多個VFD是方便的；然而，多個VFD不是必需的。進一步地，多個VFD是優(yōu)選的，因為它們能根據(jù)HVAC/R系統(tǒng)需要來改變不同發(fā)動機元件的速度。 例如，當(dāng)HVAC/R系統(tǒng)在制冷模式時，其中制冷需求最小，多個VFD可以降低鼓風(fēng)機270的速度并減小壓縮機發(fā)動機250的速度來適應(yīng)降低了的制冷需求。這不僅有利地降低了整體電力消耗，還減少了對HVAC/R系統(tǒng)部件的不必要的磨損。VFD，例如VFD 230a，也可電連接到相位改變模塊255，該相位改變模塊電連接到另一個HVAC/R元件，例如冷凝器風(fēng)扇260。在該實施例中，冷凝器風(fēng)扇260具有單相發(fā)動機，它和VFD 230a的多相輸出不兼容，VFD 230a 的多相輸出是同一電路上的壓縮機發(fā)動機250所必需的。然而，由于壓縮機發(fā)動機250與冷凝器風(fēng)扇260 —般是同時工作的，通過VFD 230a給二者提供電流是方便的。相位改變模塊255將多相VFD輸出電流轉(zhuǎn)變成單相電流來有效地操作冷凝器風(fēng)扇260。在一些實施例中，相位改變模塊255可包括多個串聯(lián)電容器和與該多個串聯(lián)電容器并聯(lián)的至少一個電容器。在其它實施例中，多個VFD電連接到DC電力總線210并且分別被，例如本地控制面板控制，而不需要VFD控制器265。圖3是示出集成整流器300的實施例的示意圖。整流器300包括組合式變壓器 305，整流電路310和濾波器315。在該實施例中，整流器300能接收230伏AC信號和110伏 AC信號，并被構(gòu)造為產(chǎn)生30伏DC輸出信號。低電壓DC信號可用來對DC電源(未示出) 充電。相應(yīng)地，在一些實施例中，整流器例如整流器300可直接地電連接到DC電源，例如電池，使得低電壓DC輸出能對DC電源充電。變壓器305在輸入側(cè)包括3個抽頭320-322。為產(chǎn)生110伏AC信號，頂端的兩個抽頭，320和321，電連接到變壓器305。可替換地，為產(chǎn)生 230伏AC信號，最外端的兩個抽頭，320和322，電連接到變壓器305。變壓器305降低輸入電壓來產(chǎn)生更低的輸出電壓用于整流電路310。在該實施例中，整流電路310是四個二極管的橋式整流器。其它整流器結(jié)構(gòu)也可被使用。濾波器315然后平滑來自整流電路310的DC 輸出信號。如圖3所示，濾波器315是單個電容器。在其它實施例中，可以使用本領(lǐng)域公知的替換濾波器。圖4是示出電源升壓單元的實施例的示意圖，所述電源升壓單元例如是圖2中的電源升壓單元240。電源升壓單元400包括兩個12伏DC到120伏AC逆變器410和411， 整流器415和416，以及濾波器420。電源升壓單元400從DC電源405，例如電池或串聯(lián)的電池接收24伏DC電力信號，并輸出300伏DC電力。每個逆變器410和411均被構(gòu)造為接收12伏DC輸入并輸出120伏AC信號。整流器415和416均整流相應(yīng)的AC信號，產(chǎn)生約 150伏的DC輸出。整流器415和416串聯(lián)連接，并因此共同產(chǎn)生約300伏的組合DC信號。 在圖4所示的實施例中，整流器415和416均是和電容器并聯(lián)的四個二極管的橋式整流器。 其它整流器結(jié)構(gòu)也可被使用。另外，濾波器420跨接整流器輸出。濾波器420構(gòu)造為改善 DC輸出信號的質(zhì)量。如圖4所示，濾波器420是單個電容器。在其它實施例中，可以使用替換濾波器。圖5是包括脈沖控制閥510的HVAC/R系統(tǒng)500的元件的示意圖。致冷劑通過制冷管路120在系統(tǒng)中循環(huán)。壓縮機發(fā)動機250壓縮在制冷管路120中循環(huán)的致冷劑并且然后將其傳輸?shù)嚼淠?05，在此壓縮的致冷劑被冷卻和液化。冷凝器風(fēng)扇260通過強迫空氣在附著到冷凝器505的冷卻翼(未示出)上方來幫助冷卻壓縮的致冷劑。壓縮機發(fā)動機250 電連接到VFD 230，其為壓縮機發(fā)動機提供三相AC電力。VFD 230還電連接到相位改變模塊255，相位改變模塊將三相AC電力轉(zhuǎn)換成單相AC電力用于冷凝器風(fēng)扇260?？偲饋碚f， 壓縮機發(fā)動機250，冷凝器505，冷凝器風(fēng)扇260和相位改變模塊255構(gòu)成圖I中的冷凝器單元135。在致冷劑在冷凝器單元135中被冷卻和凝結(jié)之后，其被傳送到脈沖控制閥310。脈沖控制閥510控制致冷劑從冷凝器505流向蒸發(fā)器515。傳統(tǒng)的蒸發(fā)器被設(shè)計成在完全致冷劑流動下工作，并且在較低流量、和波動流量時效率低。然而，VFD供電的壓縮機發(fā)動機250根據(jù)系統(tǒng)冷卻需要調(diào)整驅(qū)動頻率時可能導(dǎo)致到冷凝器和蒸發(fā)器的可變致冷劑流量。為了獲得最佳系統(tǒng)性能，脈沖控制閥510不論VFD 230的動作如何都用于產(chǎn)生最佳的致冷劑流量。這種致冷劑控制在由可變的壓縮機速度產(chǎn)生的較低致冷劑流量下尤其重要。脈沖控制閥510可以是諸如美國專利No. 5，675，982和No. 6，843，064中描述的機械閥，或者是美國專利No. 5，718，125中描述的電氣操作閥，這里通過引用整體并入這些專利的描述。蒸發(fā)器515蒸發(fā)壓縮的致冷劑，由此從其周圍的空氣抽取熱量。蒸發(fā)器515可另外具有金屬翼(未示出)以增加其熱交換效率。圖6是示出具有可再充電DC電源備份的HVAC/R電力供給系統(tǒng)600的實施例的示意性框圖，其利用光伏電源605。圖6是圖2的系統(tǒng)增加了光伏電源605，另外的傳感器610 和615以及另外的控制器620的系統(tǒng)。光伏電源605是將太陽福射如環(huán)境光轉(zhuǎn)換為電能的電氣設(shè)備。典型地,光伏電力發(fā)電機是包括當(dāng)暴露在太陽輻射下時產(chǎn)生電壓的光伏電池的一個或多個面板。光伏電源可以是便攜式的(例如附著在拖車上)或可以永久安裝在地面上或永久固定在護罩或外殼上。光伏電源輸出DC電力；然而，在一些實施例中，光伏電源可連接到將DC輸出轉(zhuǎn)換為AC 的逆變器，或可以具有整體式逆變器。連接到逆變器的光伏電源可以在多種電壓和瓦特數(shù)下輸出單相或多相AC電力。光伏電源可具有基于系統(tǒng)尺寸(例如面板的個數(shù))和環(huán)境狀況(例如直接光對間接光)變化的電力輸出(通常以瓦數(shù)評定)。光伏電源的實施例在本領(lǐng)域中是眾所周知的。光伏電源605電連接到DC電力總線210。在替換實施例中，光伏電源605可包括整體式逆變器并代替地連接到整流器215。在其它實施例中，其中例如光伏電源605具有非常有限的容量，光伏電源605可直接連接到充電控制器280且僅用于為DC電源200提供充電。AC容量傳感器610電連接到AC電源130。AC容量傳感器既可以是主動感測類型的，其通過感測在連接點可用的瞬時功率來工作；也可以是被動類型的，由此對應(yīng)于電力輸出容量的信號被發(fā)送到AC容量傳感器。另外，如本領(lǐng)域中公知的其它感測方法也可被使用。美國專利No. 7，227，749中描述了有用的開關(guān)和傳感部件以及電路，通過引用將該專利并入此處。AC容量傳感器610還電連接到電源控制器620，其將在下面被更詳細(xì)地描述。DC容量傳感器615電連接到DC電源220和光伏電源605。DC容量傳感器既可以是主動感測類型的，其通過感測DC電源的瞬時容量以及光伏電源605的瞬時輸出來工作； 也可以是被動類型的，由此DC電源220和光伏電源605均將對應(yīng)于其電力輸出容量的信號發(fā)送到DC容量傳感器615。對于DC電源,例如電池，電源容量一般基于電源的瞬時電壓。 例如，當(dāng)電池端子兩端的測量電壓降低時，計算的DC電源容量也降低。然而，如本領(lǐng)域中公知的其它感測方法也可被使用。另外，DC容量傳感器615還電連接到電源控制器620，其將在下面被更詳細(xì)地描述。電源控制器620電連接到一個或多個電力容量傳感器，例如AC容量傳感器610和 DC容量傳感器615。在該實施例中，電源控制器620還電連接到VFD控制器265。電源控制器620從與其連接的傳感器接收電力輸出容量數(shù)據(jù)，以及從VFD控制器接收電力負(fù)載數(shù)據(jù)，并計算電源分配。在簡單的實施例中，電源控制器620可命令VFD控制器265選擇AC 電源130、光伏電源605或DC電源220作為電源來操作HVAC/R部件。在優(yōu)選的實施例中， 電源控制器620感測VFD控制器所需的負(fù)載，并命令VFD控制器以最佳的方式選擇性地從每一個電源汲取電力。例如，如果光伏電源605足以滿足HVAC/R部件的瞬時需求，則僅從該電源汲取電力將是最有效且經(jīng)濟的。然而，如果負(fù)載超出了光伏電源605的總輸出，則電源控制器620能夠利用AC電源130或DC電源220來補充電力，以便不使光伏電源605過載。例如，在HVAC/R部件的起動期間，電力需求將暫時超過光伏電源605的總電力輸出，或者超過光伏電源605的瞬時功率容量。在這種情況下，電源控制器620將指示VFD控制器 265利用在DC電源220中存儲的容量或從AC電源130可用的容量來避免光伏電源605的過載以及潛在的HVAC/R部件損壞。相似地，當(dāng)AC電源130不可用時，給定DC電源220和光伏電源605的組合容量，電源控制器620可命令VFD控制器265減少其電力汲取。在優(yōu)選實施例中，電源控制器620可使VFD控制器265從任何可用電源，例如光伏電源605，AC 電源130和DC電源220，以任何增值(例如，O %-100%)來汲取電力。應(yīng)注意，在其它實施例中，可存在附加的電源。在其它實施例中，電源控制器620可并入VFD控制器265中。在這種實施例中，VFD 控制器能夠從AC容量傳感器610和DC容量傳感器615接收數(shù)據(jù)，以便其根據(jù)HVAC/R系統(tǒng)和其它邏輯所需的負(fù)載來調(diào)節(jié)從每個電源汲取的電力。電源控制器620可包括微處理器或包括軟件和硬件的計算系統(tǒng)，其被構(gòu)造為完成前述操作。美國專利No. 7，630，856中描述了控制器特征和功能的例子，通過引用在此并入該專利的相關(guān)部分。圖7是示出用于控制器，例如圖6中的電源控制器620的示例性邏輯的流程圖。在圖7的實施例中，電源控制器是光伏電源偏置的；也就是，控制器將優(yōu)選總是從光伏電源例如圖6中的光伏電源605，而不是從其它電源進行汲取。這種策略并非是所要求的，但可以是優(yōu)選的，其中期望盡量多地將DC電源保持在最大容量并且最小化從傳統(tǒng)AC電源的汲取。 另外，可能期望的是，減少DC電源的循環(huán)(即充電-放電-充電)，以延長DC電源的使用壽命O在狀態(tài)705，電源控制器620從例如圖6中的傳感器610那樣的AC容量傳感器接收容量數(shù)據(jù)。然后，在狀態(tài)710，電源控制器620從例如圖6中的傳感器615那樣的DC容量傳感器接收容量數(shù)據(jù)。然后，在狀態(tài)715，電源控制器從例如圖6中的控制器265那樣的 VFD控制器接收負(fù)載數(shù)據(jù)。在決定狀態(tài)720，電源控制器620然后比較當(dāng)前負(fù)載和可用的光伏電源容量。如果負(fù)載小于或等于光伏容量，則在決定狀態(tài)740電源控制器620確定是否正從DC電源進行汲取。如果正在從DC電源進行汲取，則由于存在充足的光伏容量，電源控制器620在狀態(tài) 750命令VFD僅從光伏電源汲取電力。然后，電源控制器620返回在步驟705的數(shù)據(jù)收集中。如果沒有正從DC電源汲取電力，則電源控制器在決定狀態(tài)745確定是否正從AC電源進行汲取。如果正在從AC電源進行汲取，則電源控制器620在狀態(tài)750命令多個VFD僅從光伏電源汲取電力。如果沒有正從AC電源進行汲取，則電源控制器返回在狀態(tài)705的數(shù)據(jù)收集步驟。如果在決定狀態(tài)720，負(fù)載大于光伏電源單獨能提供的，則電源控制器在決定狀態(tài) 725確定負(fù)載是否大于光伏電源和AC電源的組合容量。如果在決定狀態(tài)725，光伏電源和AC電源的組合電力容量足夠覆蓋負(fù)載，則電源控制器620在狀態(tài)755命令VFD控制器從AC電源汲取補充電力。然后，電源控制器620返回在步驟705的數(shù)據(jù)收集中。另一方面，如果負(fù)載大于光伏電源和AC電源的組合電力容量， 則電源控制器620在決定狀態(tài)730確定負(fù)載是否大于光伏電源、AC電源和DC電源的組合電力容量。在決定狀態(tài)730，如果負(fù)載小于或等于光伏電源、AC電源和DC電源的組合電力容量，電源控制器620則在狀態(tài)760命令VFD控制器從DC電源汲取補充電力。然后，電源控制器返回在狀態(tài)705的數(shù)據(jù)收集步驟。另一方面，如果負(fù)載大于光伏電源、AC電源和DC電源的組合電力容量，電源控制器則在狀態(tài)735命令VFD控制器減少電力汲取。例如，在狀態(tài) 735，電源控制器可命令VFD電力控制器降低附著到多個VFD上的所有發(fā)動機的速度來減少總的電力汲取。然后，電源控制器返回在狀態(tài)705的數(shù)據(jù)收集步驟。圖7僅僅是可以與電源控制器620 —起使用的編程邏輯的一個示例性實施例。盡管上面的詳細(xì)描述已經(jīng)示出、描述并指出了應(yīng)用于多種實施例的新穎特征，但是應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對示出的設(shè)備和過程的形式和細(xì)節(jié)進行各種省略、替代和改變。如將認(rèn)識到的，本發(fā)明可在不提供這里所列的所有特征和益處的形式內(nèi)來具體實施，因為一些特征可以與其它特征分開地使用或?qū)嵤?br> 權(quán)利要求
1.一種直流(DC)供電的機電系統(tǒng),包括一個或多個三相發(fā)動機,和用于運轉(zhuǎn)該系統(tǒng)的 DC電力供給,該機電系統(tǒng)包括光伏(PV)電源和與其連接的可再充電DC電力存儲組件，用來產(chǎn)生DC電力輸入信號；接收器，用于接收來自PV電源和可再充電DC電力存儲組件的DC電力；變頻驅(qū)動器(VFD)，其與接收器電連接并構(gòu)造成提供三相交流(AC)電力以運轉(zhuǎn)該一個或多個三相發(fā)動機；和DC電源升壓模塊，其連接到所述VFD并構(gòu)造成向其提供具有比所述DC電力輸入信號高的電壓的DC輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的DC供電系統(tǒng)，進一步包括一個或多個單相發(fā)動機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的DC供電系統(tǒng)，其中VFD還提供單相電力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的DC供電系統(tǒng)，其中DC輸入信號電壓大約是24VDC。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的DC供電系統(tǒng)，其中DC輸入信號電壓大約是12VDC。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的DC供電系統(tǒng)，其中DC電力信號電壓大約是330VDC。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的DC供電系統(tǒng)，其中DC電源升壓模塊包括多個逆變器，每一個逆變器連接到整流器。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的DC供電系統(tǒng)，包括供暖，通風(fēng)，空調(diào)和制冷(HVAC/R)系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DC供電HVAC/R系統(tǒng)，進一步包括至少一個冷凝器、至少一個蒸發(fā)器、用于引導(dǎo)致冷劑從三相AC壓縮機到該至少一個冷凝器和從該至少一個冷凝器到該至少一個蒸發(fā)器的管道、以及連接到該管道的脈沖狀態(tài)工作的致冷劑流量控制閥，用于控制到該至少一個蒸發(fā)器的致冷劑流量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的DC供電HVAC/R系統(tǒng)，其中脈沖狀態(tài)工作的致冷劑流量控制閥是機械閥。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的DC供電HVAC/R系統(tǒng)，其中脈沖狀態(tài)工作的致冷劑流量控制閥是電子閥。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的DC供電系統(tǒng)，進一步包括AC電源和被構(gòu)造成引導(dǎo)DC電力到所述可再充電DC電力存儲組件的AC到DC轉(zhuǎn)換器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的DC供電系統(tǒng)，進一步包括傳感器，該傳感器被構(gòu)造成感測所述可再充電DC電力存儲組件的電池放電程度，和控制器，該控制器與所述傳感器和所述AC電源協(xié)同操作用于引導(dǎo)AC電力來對所述DC電力存儲組件再充電。
14.一種包括一個或多個三相發(fā)動機和DC電力總線的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括光伏電源裝置，用于提供直流(DC)電力到DC電力總線；用于存儲DC電力的裝置，其中該用于存儲DC電力的裝置電連接到DC電力總線；用于電控制變頻驅(qū)動器的裝置，其中該用于電控制變頻驅(qū)動器的裝置電連接到DC電力總線；和用于升高所述用于存儲DC電力的裝置的電壓的裝置，其中所述用于升高電壓的裝置連接到DC電力總線。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的機電系統(tǒng)，其中該光伏電源裝置是多個光伏面板。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的機電系統(tǒng)，其中該用于存儲DC電力的裝置是一個或多個電池。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的機電系統(tǒng)，其中該該用于電控制變頻驅(qū)動器的裝置是被構(gòu)造成接收直流輸入和輸出交流的電路，其中輸出的交流的頻率可變的。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的機電系統(tǒng)，其中該用于升高電壓的裝置是電源升壓電路， 其被構(gòu)造成接收輸入電壓和輸出比輸入電壓高的電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的機電系統(tǒng)，另外包括用于控制所述用于存儲DC電力的裝置的充電的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的機電系統(tǒng)，其中所述用于控制充電的裝置是被構(gòu)造成響應(yīng)于該用于存儲DC電力的裝置的電荷容量來改變充電電流的電路。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的機電系統(tǒng)，另外包括用于從多個電源中進行選擇的裝置， 其中所述用于從多個電源中進行選擇的裝置電連接到DC電力總線。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的機電系統(tǒng)，其中所述用于從多個電源中進行選擇的裝置是被構(gòu)造成從該多個電源中的一個或多個選擇性地汲取電力并引導(dǎo)該電力到變頻驅(qū)動器的電路。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的機電系統(tǒng)，另外包括用于感測DC電源的DC容量的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的機電系統(tǒng)，另外包括AC電源。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的機電系統(tǒng)，另外包括用于感測AC電源的交流(AC)容量。
26.—種用于控制HVAC/R電源系統(tǒng)的方法,該方法包括接收指示交流(AC)電源的容量的數(shù)據(jù)；接收指示直流(DC)電源的容量的數(shù)據(jù)；接收指示光伏電源的容量的數(shù)據(jù)；接收指示HVAC/R系統(tǒng)的電負(fù)載的數(shù)據(jù)；如果光伏容量大于或等于HVAC/R系統(tǒng)的電負(fù)載，則命令變頻驅(qū)動器(VFD)控制器從光伏電源汲取電力；如果光伏容量小于該電負(fù)載，則命令VFD控制器從AC電源或DC電源之一汲取補充電力；以及如果HVAC/R系統(tǒng)的負(fù)載大于光伏電源、AC電源和DC電源的組合容量，則命令VFD控制器減小HVAC/R系統(tǒng)的負(fù)載。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中光伏電源是光伏面板。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中DC電源是一個或多個電池。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中AC電源是便攜式發(fā)電機或AC電網(wǎng)電源中的一個。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于機電系統(tǒng)的光伏電源。一種具有HVAC/R系統(tǒng)的外殼或護罩，該外殼或護罩配置有光伏電源和可再充電DC電源，用于電源備份，以在主電源故障的情況下維持基本不間斷的電力。該系統(tǒng)包括由變頻驅(qū)動器(VFD)控制器控制的一個或多個變頻驅(qū)動器(VFD)，該一個或多個變頻驅(qū)動器被構(gòu)造成為一個或多個三相發(fā)動機提供三相電力以及為一個或多個單相發(fā)動機提供單相電力。該系統(tǒng)還包括電源控制器，其被構(gòu)造為基于一個或多個電源的可用性以及其它邏輯來選擇電源。
文檔編號H02J7/00GK102611094SQ20121005679
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者K·哈利利, P·薩爾基相, U·羅肯費勒, W·哈海 申請人:羅基研究公司