用于光伏系統(tǒng)的太陽能同步的負(fù)載的制作方法
【專利摘要】電力供應(yīng)裝置包括將太陽光變換成DC電力的太陽能電力設(shè)備。DC負(fù)載以DC電流電力運行。DC負(fù)載可被控制或調(diào)節(jié)以消耗太陽能電力設(shè)備的最大量的電輸出。DC/AC變換器將DC電力變換成AC電力。如果DC負(fù)載不能消耗所有DC電流電力，則控制器使DC/AC變換器能夠從太陽能電力設(shè)備接收DC電流電力的一部分。
【專利說明】用于光伏系統(tǒng)的太陽能同步的負(fù)載
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能，且更具體地涉及通過太陽能電力的使用來運行DC負(fù)載。
【背景技術(shù)】
[0002]用于住宅建筑物和商業(yè)建筑物的當(dāng)前太陽能光伏(PV)系統(tǒng)一般產(chǎn)生直流(DC)，使用在建筑物內(nèi)或上的AC斷路器箱中的并連接到該AC斷路器箱的逆變器來將該直流(DC)變換成交流(AC)。這樣的系統(tǒng)遭受當(dāng)電網(wǎng)必須補充PV輸出中的任何短期減少時引起的電力間歇現(xiàn)象。當(dāng)前的HVAC系統(tǒng)(例如熱泵)常常利用AC到DC到AC、AC電機控制或AC到DC的電力供應(yīng)，特別是當(dāng)風(fēng)扇或壓縮機具有變速電機時尤為如此。存在可利用DC輸入的各種變速電機。例子是也被稱為電子整流電機(ECM)的無刷DC電機(BLDC電機)以及用于AC電機的變頻驅(qū)動器(VFD)，其也可配置成使用DC作為到VFD的輸入。例如，Bosch牌地?zé)釤岜檬褂肁C/DC供電裝置來給變速ECM風(fēng)扇電機供電。為了本發(fā)明的描述的目的，短語“DC電機”指任何電機系統(tǒng)，其中DC是到電機或電機控制裝置的PV輸入，甚至在控制變速AC電機或類似裝置的DC輸入VFD的情況下也是如此。
[0003]已知將所有DC從PV變換到AC以由AC建筑物負(fù)載使用或用于輸出到公用電網(wǎng)。在常規(guī)技術(shù)中不是已 知的是調(diào)節(jié)DC負(fù)載使得DC負(fù)載消耗太陽能電池板的最大量的DC電輸出，并且只有當(dāng)所有DC電力未被DC負(fù)載消耗時才將來自太陽能電池板的DC電力變換成AC。而且，不是已知的是為了減少或避免電網(wǎng)上的電力間歇現(xiàn)象的目的，以可變的方式與PV電力的可變性一致地在儀表的需求側(cè)上有目的地管理負(fù)載。此外，在常規(guī)技術(shù)中不是已知的是DC負(fù)載是以HVAC系統(tǒng)的形式，例如具有到AC-DC-AC電機控制裝置的DC相的DC輸入的熱泵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明涉及一種HVAC電力供應(yīng)裝置，其中來自太陽能電池陣列的DC輸出直接地或通過DC/DC變換器連接到HVAC設(shè)備的DC電路。變速DC電機可被控制或調(diào)節(jié)以消耗太陽能電池板的最大量的電輸出，當(dāng)輸出較高時增大消耗，當(dāng)輸出較低時降低消耗。如果輸出能量未全部被變速DC電機消耗，則HVAC設(shè)備內(nèi)(例如電機控制電路)的或與HVAC設(shè)備分離的逆變器可在雙向模式中操作來將來自太陽能電池陣列的DC輸出變換成AC用于家用電路。這種技術(shù)還使DC電力總線能夠集成在家庭或商業(yè)建筑物內(nèi)用于直接耦合到DC應(yīng)用和其它DC設(shè)備。
[0005]在一個實施例中，本發(fā)明包括一種電力供應(yīng)裝置，該裝置包括將太陽光變換成DC電力的太陽能電力設(shè)備。可調(diào)節(jié)DC負(fù)載以DC電流電力運行。電輸出感測設(shè)備感測太陽能電力設(shè)備的電輸出的水平?？刂破黢詈系娇烧{(diào)節(jié)DC負(fù)載和電輸出感測設(shè)備中的每個。控制器從電輸出感測設(shè)備接收信號，并調(diào)節(jié)DC負(fù)載，使得DC負(fù)載實質(zhì)上消耗太陽能電力設(shè)備的所有電輸出。根據(jù)所接收的信號并根據(jù)哪些其它負(fù)載需要接收電力來執(zhí)行對DC負(fù)載的調(diào)節(jié)。例如，可確定可獲得的太陽能產(chǎn)生的電力中的多少應(yīng)被發(fā)送到HVAC系統(tǒng)以及多少應(yīng)被發(fā)送到其它負(fù)載，其它負(fù)載例如是電動車輛(EV)的充電站。
[0006]在另一實施例中，本發(fā)明包括一種電力供應(yīng)裝置，該裝置包括將太陽光變換成DC電力的太陽能電力設(shè)備。DC負(fù)載以DC電流電力運行。DC/AC變換器將DC電力變換成AC電力。只有當(dāng)所有DC電流電力不能被DC負(fù)載消耗時控制器使DC/AC變換器能夠接收來自太陽能電力設(shè)備的DC電流電力的一部分。
[0007]在又一實施例中，本發(fā)明包括一種電力供應(yīng)方法，該方法包括通過太陽能電力設(shè)備的使用將太陽光變換成DC電力。DC電流電力被提供到多個可調(diào)節(jié)DC負(fù)載。感測太陽能電力設(shè)備的電輸出的水平。每個DC負(fù)載被調(diào)節(jié)，以使得DC負(fù)載共同地消耗太陽能電力設(shè)備的最大量的電輸出。DC負(fù)載的調(diào)節(jié)取決于太陽能電力設(shè)備的電輸出的水平。
[0008]在又一實施例中，本發(fā)明包括一種電力供應(yīng)方法，該方法包括通過太陽能電力設(shè)備的使用將太陽光變換成DC電力。DC電流電力被提供到逆變器以向AC負(fù)載提供電力。感測太陽能電力設(shè)備的電輸出的水平。以用旨在消除或減少來自公用電網(wǎng)的AC電力需求的手段優(yōu)化可變PV DC電力的消耗的可變方式來操作AC負(fù)載或AC負(fù)載的系列。AC負(fù)載的調(diào)節(jié)取決于太陽能電力設(shè)備的電輸出的水平。
[0009]本發(fā)明可消除在光伏(PV)系統(tǒng)和斷路器箱之間具有逆變器的需要。替代地，來自太陽能電池陣列的DC輸出可直接地或通過DC/DC變換器連接到HVAC設(shè)備的DC電路。如果輸出能量未完全被變速DC電機或建筑物中的其它DC負(fù)載消耗，則HVAC設(shè)備內(nèi)的逆變器接著可在雙向模式中起作用來將來自太陽能電池陣列的DC變換成AC用于家用電路或公用電網(wǎng)。這種技 術(shù)還使DC電力總線能夠集成在家庭或商業(yè)建筑物內(nèi)用于直接耦合到DC應(yīng)用和其它DC設(shè)備。常規(guī)地用于太陽能系統(tǒng)的傳統(tǒng)逆變器的消除可極大地降低系統(tǒng)成本，減少歸因于逆變的電損耗，并可以用較低的成本實現(xiàn)增大的系統(tǒng)效率。本發(fā)明可通過系統(tǒng)的簡化實現(xiàn)較低的成本、較高的效率和較高的可靠性。
[0010]在另一實施例中，電DC負(fù)載(例如HVAC系統(tǒng)、應(yīng)用、EV充電器、水泵等)以可變的方式被調(diào)節(jié)，使得負(fù)載的電力消耗盡可能接近地對應(yīng)于從PV系統(tǒng)可得到的電力。DC負(fù)載的這個調(diào)節(jié)旨在實現(xiàn)由DC負(fù)載對系統(tǒng)中的其它功率源(例如，公用電網(wǎng)、電池等)的需求的較小變化。在這樣的應(yīng)用中，PV輸出被設(shè)計成向負(fù)載提供充足的電力，而不要求來自公用設(shè)施或存儲設(shè)備的額外電力。公用設(shè)施或存儲電力旨在僅在晚上或緊急情況期間提供電力。DC負(fù)載的這個調(diào)節(jié)也可減少系統(tǒng)損耗，最小化公用設(shè)施變壓器尺寸，降低系統(tǒng)成本，并增加公用電網(wǎng)支持可再生能量的較高普及水平的能力。這樣的應(yīng)用允許公用設(shè)施避免為了管理由傳統(tǒng)PV系統(tǒng)設(shè)計引起的電力間歇現(xiàn)象的目的而增加的旋轉(zhuǎn)備用(spinning reserve)的成本。
[0011]在又一實施例中，本發(fā)明涉及將智能儀表功能添加到HVAC系統(tǒng)和電機控制器，其中來自太陽能電池陣列的DC輸出直接地或通過DC/DC變換器連接到HVAC設(shè)備的DC電路。如果輸出能量不能被變速DC電機消耗，則HVAC設(shè)備內(nèi)的逆變器可在雙向模式中操作來將來自太陽能電池陣列的DC變換成AC用于家用電路。公用設(shè)施能夠在儀表的需求側(cè)上監(jiān)控并控制HVAC和其它應(yīng)用。智能儀表功能被嵌入HVAC電機控制器或可能包括恒溫器、安全系統(tǒng)或其它智能應(yīng)用的另一房屋內(nèi)家用控制器中。以這種方式，提供了智能電網(wǎng)功能，而不必提供獨立的儀表。
[0012]在另外的實施例中，本發(fā)明包括一種電力供應(yīng)裝置，該裝置包括將太陽光變換成DC電力的太陽能電力設(shè)備。可調(diào)節(jié)DC負(fù)載以DC電流電力運行。電輸出感測設(shè)備感測太陽能電力設(shè)備的電輸出的水平。本地控制器耦合到可調(diào)節(jié)DC負(fù)載和電輸出感測設(shè)備中的每個。遠程控制器通信地耦合到本地控制器，并布置在遠離可調(diào)節(jié)DC負(fù)載的位置處。遠程控制器經(jīng)由本地控制器進行通信以從而接收來自電輸出感測設(shè)備的信號，并調(diào)節(jié)DC負(fù)載，使得DC負(fù)載消耗太陽能電力設(shè)備的最大量的電輸出，DC負(fù)載的調(diào)節(jié)取決于所接收的信號。如果DC負(fù)載不能消耗太陽能電力設(shè)備的所有電輸出，則遠程控制器使太陽能電力設(shè)備的電輸出的剩余部分能夠被變換成AC電力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]通過參考結(jié)合附圖做出的對本發(fā)明的實施例的下面描述，本發(fā)明的上述和其它特征和目的以及獲得它們的方式將變得更清楚，且本發(fā)明本身將更好地被理解，在附圖中:
[0014]圖1是本發(fā)明的電力供應(yīng)裝置的一個實施例的方框圖。
[0015]圖2是本發(fā)明的電力供應(yīng)裝置的另一實施例的方框圖。
[0016]圖3是本發(fā)明的電力供應(yīng)方法的一個實施例的流程圖。
[0017]圖4是本發(fā)明的電力供應(yīng)裝置的又一實施例的方框圖。
[0018]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的電力供應(yīng)方法的另一實施例的在DC負(fù)載之間的通信的圖。
[0019]圖6是本發(fā)明的電力供應(yīng)裝置的再一實施例的方框圖。
[0020]圖7是本發(fā)明的電力供應(yīng)裝置的另外實施例的方框圖。
[0021]相應(yīng)的參考數(shù)字在全部幾個視圖中指示相應(yīng)的部件。雖然在本文中闡述的范例以幾個形式示出本發(fā)明的實施例，下面公開的實施例并非旨在是窮盡的或被解釋為將本發(fā)明的范圍限制到所公開的精確形式。
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)在參考附圖且特別是參考圖1，示出本發(fā)明的電力供應(yīng)裝置10的一個實施例，其包括太陽能PV陣列12和將陣列12電連接到HVAC系統(tǒng)18的雙向逆變器16的DC電力總線14 (或?qū)C-DC-AC電機控制器電路中的DC相的DC輸入)。逆變器16可將來自陣列12的DC電壓變換成適合于由HVAC系統(tǒng)18使用的DC電壓電平。陣列12可包括可將太陽能電池陣列所輸出的DC電壓變換成適合于在總線14上傳輸?shù)碾妷弘娖降腄C/DC變換器。逆變器16也可將來自陣列12的DC電壓變換成AC電壓，AC電壓可通過裝置10所相關(guān)的房屋20的其余部分來使用。不能在房屋20內(nèi)使用的過量的AC電力可被提供到電網(wǎng)22用于在房屋20的外部使用。在一個實施例中，只有當(dāng)HVAC系統(tǒng)18 (或其它可用的AC或DC負(fù)載)不能消耗來自陣列12的所有DC電力時，來自陣列12的DC電壓才可由逆變器16變換成AC電壓。
[0023]通過將DC電壓從陣列12直接傳送到HVAC系統(tǒng)18，裝置10可消除對用于將來自陣列12的DC電壓變換成AC電壓用于傳輸并由AC負(fù)載和DC負(fù)載(在AC電壓變換回DC電壓之后)使用的單獨逆變器的需要。單獨逆變器的省略可減少電損耗，降低成本，并提供系統(tǒng)的提高的可靠性。此外，本發(fā)明可提供高電壓的DC電力總線14，該DC電力總線14可由建筑物內(nèi)的其它應(yīng)用或EV充電系統(tǒng)使用。[0024]在另一實施例中，雙向逆變器可僅僅是DC驅(qū)動器或DC電機，且可選的常常較小的逆變器可被添加到DC總線。對逆變器的需要和逆變器的尺寸可通過在一定建筑環(huán)境下不能被DC負(fù)載消耗的PV能量的量(如果有的話)來確定。
[0025]在可替代的實施例(未示出)中，省略了在PV陣列12處的DC/DC變換。也就是說，DC電壓可在總線14上以與陣列12的太陽能電池所產(chǎn)生電壓相同的電壓被傳輸。
[0026]在另一實施例(圖2)中，本發(fā)明的電力供應(yīng)裝置100包括DC負(fù)載118，DC負(fù)載118可由控制器124調(diào)節(jié)來最大化太陽能電池陣列112的變化的PV輸出的使用。也就是說，功率表126或類似的設(shè)備可感測太陽能電池陣列112的輸出功率并如在128處指示的那樣將所感測的讀數(shù)傳遞到控制器124。轉(zhuǎn)而，控制器124可調(diào)節(jié)DC負(fù)載118，如在130處指示的，使得負(fù)載118實質(zhì)上消耗太陽能電池陣列112可產(chǎn)生的所有電力。因此，不需要逆變器或需要減小尺寸的逆變器來將過量的PV輸出饋送到公用電網(wǎng)(未示出)。實際例子將是在較低的光(例如多云的)條件的減少的太陽能電力輸出下以較低的速度運行空調(diào)電機一段較長的時間。這可實現(xiàn)相同的建筑物制冷，同時減少電網(wǎng)上的電力的變化(間歇現(xiàn)象)，這對公用設(shè)施公司來說是高度合乎需要的。此外，通過負(fù)載使用由太陽能電池陣列產(chǎn)生的全部量的電力，本發(fā)明避免了與將來自太陽能電池陣列的DC電力變換成AC電力、將AC電力傳送到電網(wǎng)、從電網(wǎng)接收AC電力和將來自電網(wǎng)的AC電力變換成DC電力相關(guān)的能量損耗。
[0027]相同的原理可適用于利用代替太陽能電池陣列或除了太陽能電池陣列以外的電池存儲器的系統(tǒng)。在這種情況下，可通過調(diào)節(jié)負(fù)載以消耗電池的所有電力輸出來減少或消除電池控制器和/或充電控制器。在一個實施例中，當(dāng)太陽能電池陣列不能提供最小所需水平的電力時，電池確保該最小所需水平的電力可被提供到負(fù)載。此外，電池可給電子控制器以及與負(fù)載相關(guān)聯(lián)地操作的任何電子設(shè)備供電。例如，即使太陽能電池陣列不能提供電力來保持負(fù)載完全操作，電池可保持燈在夜里在負(fù)載上操作，使得用戶可與負(fù)載互動，直到在早晨的白天為止。 在太陽能電池陣列產(chǎn)生比負(fù)載所需的更多的電力的情況下，可由太陽能電池陣列對電池重新充電。此外，使負(fù)載與可用的太陽能同步可減少給系統(tǒng)中的電池充電和放電的量和頻率，這可延長電池壽命。太陽能同步的負(fù)載也可通過以與減小公用電網(wǎng)需求中的間歇現(xiàn)象的相同方式減小電池充電/放電中的間歇現(xiàn)象來提高電池壽命。
[0028]下面參考圖4和圖5描述本發(fā)明的電力供應(yīng)方法300(圖3)。在第一步驟302中，通過使用太陽能電力設(shè)備將太陽光變換成DC電力。例如，電力供應(yīng)裝置400 (圖4)包括將太陽光變換成DC電力的太陽能電池陣列412。
[0029]在下一步驟304中，DC電流電力被提供到多個可調(diào)節(jié)DC負(fù)載。如在圖4的特定實施例中所示的，多個DC負(fù)載418a到418η每個接收由太陽能電池陣列412產(chǎn)生的DC電流電力并以該DC電流電力運行?？蛇x地，DC負(fù)載418可以是AC負(fù)載。
[0030]接著，在步驟306中，感測太陽能電力設(shè)備的電輸出的水平。例如，功率表或類似設(shè)備可感測太陽能電池陣列412的輸出功率，并如在428處指示的那樣將所感測的讀數(shù)傳遞到控制器424。
[0031]在步驟308中，調(diào)節(jié)每個DC負(fù)載，使得DC負(fù)載共同地消耗太陽能電力設(shè)備的最大量的電輸出。DC負(fù)載的調(diào)節(jié)取決于太陽能電力設(shè)備的電輸出的水平。在圖4的示例性實施例中，控制器424可調(diào)節(jié)DC負(fù)載418a-n中的每個(如在430a_n處指示的)使得負(fù)載418a_n組合地實質(zhì)上消耗太陽能電池陣列412可產(chǎn)生的所有電力。因此，可不需要逆變器或需要減小尺寸的逆變器來將過量的PV輸出饋送到公用電網(wǎng)(未示出)。例如，負(fù)載418a-n可代表數(shù)量為η的空調(diào)電機，每個空調(diào)電機主要負(fù)責(zé)冷卻建筑物的相應(yīng)區(qū)段。在可替代的實施例中，負(fù)載418a-n可代表數(shù)量為η的冰箱和/或制冰電機。雖然建筑物的不同區(qū)段可在期望的設(shè)定溫度(例如，72華氏度)處或之下，AC電機418a-n可能在太陽光最直接且因此太陽能電池陣列412的輸出最大時的中午時間期間和左右繼續(xù)運行。因此，建筑物的不同區(qū)段可能被“過度冷卻”到例如大約在68和71華氏度之間的溫度。由于這樣的過度冷卻，AC電機418a-n在當(dāng)太陽光較不直接且太陽能電池陣列412的電力輸出容量較低時的下午晚些時候可能需要來自太陽能電池陣列412的較少的電力輸出。因此，建筑物可被高效地冷卻，而只有可能對建筑物的住戶來說是不明顯的小溫度變化。此外，來自電網(wǎng)的電力需求量的變化可減少，這對公用設(shè)施公司來說是高度合乎需要的。此外，通過負(fù)載使用由太陽能電池陣列產(chǎn)生的全部量的電力，本發(fā)明避免了與將來自太陽能電池陣列的DC電力變換成AC電力、將AC電力傳送到電網(wǎng)、從電網(wǎng)接收AC電力和將來自電網(wǎng)的AC電力變換成DC電力相關(guān)聯(lián)的能量損耗。
[0032]在下一步驟310中，可能通過使用算法或查找表來確定太陽能電力設(shè)備的電輸出中由每個負(fù)載將消耗的相應(yīng)部分。例如，如果DC負(fù)載418a-n代表冷卻建筑物的相應(yīng)區(qū)段的數(shù)量為η的空調(diào)電機，則建筑物的每個區(qū)段可以在不同的實際溫度下，且可能具有不同的設(shè)定溫度。因此，控制器424可調(diào)節(jié)空調(diào)(或冷卻設(shè)備)電機418a-n，使得每個電機消耗隨著電機的相應(yīng)建筑物區(qū)段的實際溫度和設(shè)定溫度之間的差異而變化的電力的量或部分。算法或查找表可考慮在最近的將來(例如在接下來的三個小時中)在每個建筑物區(qū)段中的預(yù)期熱條件。例如，在更多地暴露于太陽光的建筑物的西側(cè)上的區(qū)段可被預(yù)期在接下來的幾個下午小時中升溫得更多，且因此相應(yīng)的空氣調(diào)節(jié)電機可被調(diào)節(jié)來消耗太陽能電池陣列412的電力輸出的較大部分。通常，HVA C設(shè)備可不再以數(shù)字方式操作，如在都接通或都斷開中的那樣。替代地，壓縮機和吹風(fēng)機單元可在與太陽能電池陣列的輸出一致的水平處操作。當(dāng)太陽最強地照耀時，熱負(fù)載往往是最高的。相同的原理適用于制冰和冰箱。
[0033]確定太陽能電力設(shè)備的電輸出中由每個負(fù)載將消耗的相應(yīng)部分的步驟310可包括控制由負(fù)載對太陽能電力設(shè)備的電輸出的總消耗的變化率，使得變化率不超過變化率閾值。因此，從太陽能電池陣列412得到的電力的量可隨著逐漸斜升而改變，以便避免被發(fā)送到電網(wǎng)和/或從電網(wǎng)發(fā)送的電力的尖峰。這樣的尖峰可導(dǎo)致無效率和浪費的能量。例如，控制器424可調(diào)節(jié)負(fù)載418a-n，使得負(fù)載418a-n的電力消耗的變化率不超過每秒時間瓦特的閾值或最大水平。如果負(fù)載需要比可從陣列輸送的能量更多的能量，則可將信號發(fā)送到公用設(shè)施，通知負(fù)載正計劃逐漸斜升和來自公用設(shè)施的增加的功率需求。斜升的時序可以是基于來自公用設(shè)施的反饋回路(電力可用性)可調(diào)節(jié)的。
[0034]每個負(fù)載可包括相應(yīng)的處理器,且確定太陽能電力設(shè)備的電輸出中由每個負(fù)載消耗的相應(yīng)部分的步驟可包括在處理器之間的通信。例如，如圖5所示，負(fù)載518a_e包括處理器532a_e中的相應(yīng)處理器。每個處理器532a_e可如由圖5中的虛線雙向箭頭所指示的與處理器532a_e中的每個其它處理器直接通信。處理器532a_e之間的通信可無線地實現(xiàn)，或可由將電力承載到負(fù)載518a_e的同一電導(dǎo)體承載。在一個實施例中，處理器532a_e彼此通信，以便共同地確定每個負(fù)載518a_e將汲取多少電力。例如，處理器532a_e可共同地確定多少電力將由每個負(fù)載518a_e得到，使得由太陽能電池陣列產(chǎn)生的所有電力被消耗。可選地或此外，處理器532a_e可共同地確定每個負(fù)載518a_e將汲取多少電力，使得負(fù)載518a_e的電力消耗的變化率不超過每秒時間瓦特的閾值或最大水平。
[0035]在最后步驟312 (圖3)中，如果DC負(fù)載不能消耗太陽能電力設(shè)備的所有電輸出，則將太陽能電力設(shè)備的電輸出的剩余部分變換成AC電力?？赡苓€有下列情況:嚴(yán)格地說，負(fù)載418a-n能夠消耗太陽能電力設(shè)備412的所有電輸出，但處理器424不允許一個或多個負(fù)載418a-n消耗它們所能夠消耗的所有電力，以便避免損壞或過度加熱負(fù)載418a_n。在包括以空調(diào)電機的形式的負(fù)載的上述實施例中，處理器424可能不允許一個或多個電機消耗它們能夠消耗的所有電力，以便避免燒毀電機。不管是負(fù)載在物理上不能夠消耗太陽能電力設(shè)備的所有電輸出還是處理器嚴(yán)格地防止負(fù)載消耗太陽能電力設(shè)備的所有電輸出以避免損壞負(fù)載，太陽能電池陣列412的電輸出的剩余部分都可變換成AC電力。這個AC電力可接著由建筑物內(nèi)的AC電器消耗，由完全的家庭、商業(yè)建筑物負(fù)載消耗，或被發(fā)送到電網(wǎng)用于由其它消耗者使用。
[0036]電力供應(yīng)裝置400的其它特征可實質(zhì)上類似于如上所述的電力供應(yīng)裝置100的那些特征，且因此不在這里進一步描述以便避免不需要的重復(fù)。
[0037]在圖6中示出了本發(fā)明的電力供應(yīng)裝置610的又一實施例，其包括太陽能PV陣列612和將陣列612電連接到與DC負(fù)載618相關(guān)聯(lián)的雙向逆變器616的DC電力總線614。逆變器616可將來自陣列612的DC電壓變換成適合于由DC負(fù)載618使用的DC電壓電平。單向(例如單工)電力連接器634可將DC負(fù)載618耦合到逆變器616。連接器634可允許電流在僅僅一個方向(例如從逆變器616到負(fù)載618)上流動，并且如果負(fù)載618碰巧在一段短暫的時間內(nèi)起到發(fā)電機的作用，則可防止電流從負(fù)載618流到逆變器616。在一個實施例中，連接器634可以是以一個或多個二極管(未示出)的形式。因此，單向連接器634可防止來自負(fù)載618的電力損壞逆變器616。
[0038]陣列612可包括DC/DC變換器，DC/DC變換器可將由太陽能電池陣列輸出的DC電壓變換成適合于在總線614上傳輸?shù)碾妷弘娖?。逆變?16還可將來自陣列612的DC電壓變換成AC電壓，AC電壓可通過裝置610所相關(guān)的房屋620的其余部分來使用。不能在房屋610內(nèi)使用的過量的AC電力可被提供到電網(wǎng)622用于在房屋620之外使用。在一個實施例中，只有當(dāng)HVAC系統(tǒng)618 (或其它可變AC或DC負(fù)載)不能消耗來自陣列612的所有DC電力時，來自陣列612的DC電壓才可由逆變器616變換成AC電壓。單向(例如單工)電力變換器636可將陣列612稱合到逆變器616。連接器636可允許電流在僅僅一個方向(例如從陣列612到逆變器616)上流動，并可防止電流從逆變器616流到陣列612。在一個實施例中，連接器636可以是以一個或多個二極管(未示出)的形式。因此，單向連接器636可防止來自逆變器的電力損壞與陣列612相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備。
[0039]在將本發(fā)明應(yīng)用于作為負(fù)載的HVAC系統(tǒng)的時候,如果在PV電輸出是可用的時加熱或冷卻是不需要的，則循環(huán)風(fēng)扇仍可運行以提供空氣過濾功能。類似地，壓縮機可在除濕模式中運行。建筑物也可被“過度冷卻”或“過度加熱”輕微的量，減小未來的能量需求。因此，通過使用這些技術(shù)，由PV產(chǎn)生的所有電力可由HVAC系統(tǒng)消耗。
[0040]在將本發(fā)明應(yīng)用于作為負(fù)載的冷藏機或冰箱的時候，可改變冷藏機的壓縮機的電機速度以匹配或完全消耗PV電輸出。任何過量的電輸出可用于“過度冷卻”或?qū)⒗洳貦C溫度進一步降低到在平常被要求的溫度之下的溫度。這允許存儲在冷藏機中的熱能在夜里恢復(fù)(當(dāng)可能沒有PV電輸出時)，從而使冷藏機能夠從其它源汲取較低水平的電力。
[0041]在將本發(fā)明應(yīng)用于作為負(fù)載的熱泵或常規(guī)電熱水加熱器的時候，負(fù)載可被調(diào)節(jié)以匹配或完全消耗PV電輸出。任何過量的PV電輸出可用于將水“過度加熱”到在平常被要求的溫度之上的溫度。因此，降低了在白天或在夜里從其它非PV源汲取電力的要求。
[0042]在將本發(fā)明應(yīng)用于作為負(fù)載的水泵的時候，該泵可在可變速度下運行以匹配或完全消耗PV輸出?？稍诎滋炱陂g存儲或配置在較高的電機速度下泵送的任何過量的水，從而降低對泵送水的夜間需要。
[0043]在將本發(fā)明應(yīng)用于作為負(fù)載的電動車輛充電的時候，電池充電速率可隨著PV電輸出而改變。在PV系統(tǒng)和DC電機負(fù)載之間的DC電力總線可提供有效的方式來改變負(fù)載。PV模塊輸出DC電壓，從而直接經(jīng)由DC電力總線來利用DC電壓而不變換到AC電壓可減少變換損耗。
[0044]在一個實施例中，AC電機或DC無刷電機的DC輸入變頻驅(qū)動器(VFD)提供有效的方法來改變電機的速度并從而改變負(fù)載以匹配PV電輸出?？刹捎肈C輸入變頻驅(qū)動器來改變所完成的工作的量而不是改變常規(guī)使用的接通/斷開周期或占空比?？稍诶鏗VAC系統(tǒng)、灌溉水泵或冰箱中采用DC輸入變頻驅(qū)動器。
[0045]在一個實施例中，電器被應(yīng)用于商業(yè)屋頂上的HVAC系統(tǒng)?？赏ㄟ^將PV電力直接饋送到HVAC屋頂壓縮機或空氣處理單元來降低布線成本和電損耗?？赏ㄟ^利用到DC電機的DC總線來進一步減小損耗。
[0046]太陽能同步的DC負(fù)載的原理可應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)化的DC建筑總線系統(tǒng)(例如，新興的380VDC標(biāo)準(zhǔn))。在一個實施例中，PV模塊可包含DC/DC變換器，具有容易應(yīng)用、修改系統(tǒng)以適應(yīng)屋頂變化的靈活性、對遮蔽的容許等等已知內(nèi)在益處。各種建筑電負(fù)載可被開發(fā)來以標(biāo)準(zhǔn)化電壓(例如380VDC)運轉(zhuǎn)，且所有負(fù)載可經(jīng)由中心控制被同步到PV輸出以最小化電網(wǎng)需求的變化。
[0047]本發(fā)明可經(jīng)由智能電網(wǎng)有利地影響電消耗。例如，可通過本發(fā)明減小公用設(shè)施公司的峰值電力負(fù)載和峰值電力生成。
[0048]在另一方面中，本發(fā)明可實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)同效應(yīng)。例如，本發(fā)明可實現(xiàn)運行時間的協(xié)調(diào)，防止過載，并實現(xiàn)基于當(dāng)前天氣或預(yù)報(例如云覆蓋的量)對事件的調(diào)度。
[0049]在另一方面中，由本發(fā)明實現(xiàn)的在太陽能電池陣列和負(fù)載之間的通信以及在各種負(fù)載之間的潛在通信可使房主/用戶/操作員在本地和遠程地控制用戶界面。例如，用戶可從建筑物內(nèi)的他的長沙發(fā)、遠程地從他的工作地點或遠程地從他的度假屋控制用戶界面。這個本地和/或遠程用戶控制可包括審查性能數(shù)據(jù)、基于電力成本率對電器的調(diào)度操作、審查記賬和優(yōu)化操作。
[0050]在另一方面中，本發(fā)明可包括由專業(yè)電器安裝者利用的特征。例如，可給安裝者提供用于遠程維修、診斷和/或檢修的界面。這個界面可消除安裝者去工地以進行檢修的需要。該界面也可使安裝者能夠提供系統(tǒng)優(yōu)化作為維修。
[0051 ] 在又一方面中，本發(fā)明可使電器制造商能夠遠程地優(yōu)化電器或系統(tǒng)。電器制造商也可遠程地診斷電器或系統(tǒng)以從而幫助安裝者。本發(fā)明也可使電器制造商能夠監(jiān)控電器或系統(tǒng)的性能，以及在長期基礎(chǔ)上監(jiān)控電器或系統(tǒng)。
[0052] 在另外的方面中，本發(fā)明可提供以用戶已經(jīng)熟悉的現(xiàn)有設(shè)備(例如iPhone、電視機或膝上型計算機)的形式的中央用戶界面。通過使用熟悉的界面，減少了來自用戶的問題的數(shù)量，減少了用戶所做出的錯誤的數(shù)量，且使用戶能夠與電器直觀互動。
[0053]在又一方面中，本發(fā)明可利用通用開源協(xié)議(例如Zigbee、WLAN等)來操作。因此，可實現(xiàn)與其它設(shè)備的交互。
[0054]在本發(fā)明的另一方面中，在每個電器或設(shè)備中可存在具有防火墻的網(wǎng)關(guān)。因此，可提供高水平的操作安全性。
[0055]在又一方面中，本發(fā)明可集成在家庭網(wǎng)絡(luò)中。這樣的家庭網(wǎng)絡(luò)可包括Google功率表或 Apple App,和 / 或可由 Microsoft HomeStore 銷售。
[0056]在另外的方面中，本發(fā)明可包括并聯(lián)的DC網(wǎng)絡(luò)以消除DC/AC變換或AC/DC變換。因此可消除由這樣的變換引起的顯著的損耗。
[0057]本發(fā)明在上面的一些實施例中被描述為應(yīng)用于HVAC系統(tǒng)。然而，在其它實施例中，本發(fā)明應(yīng)用于家用熱水器(DHW)、建筑訪問控制/警報系統(tǒng)/安全系統(tǒng)/火警警報器、汽車充電(電動車輛/插入式混合電動車輛)、廚房電器、媒體、互聯(lián)網(wǎng)等。
[0058]本發(fā)明在上面被描述為應(yīng)用于以太陽能電池陣列的形式的DC電源。然而，在其它實施例中，例如，本發(fā)明應(yīng)用于DC電力的其它源，例如風(fēng)力渦輪機的整流輸出。本發(fā)明可應(yīng)用于任何DC電源，但可特別應(yīng)用于其DC電力輸出的水平隨著時間而波動的DC電源。 [0059]在另一實施例中，類似于圖1中的雙向逆變器16的雙向逆變器包括DC太陽能變頻驅(qū)動(VFD)優(yōu)化器。本實施例可對在太陽能PV陣列和DC VFD優(yōu)化器之間的總線上供電的電動車輛充電器或DC LED照明是有利的。太陽能VFD優(yōu)化器可去除對太陽能逆變器的需要，并可最小化在公用設(shè)施供應(yīng)上的AC循環(huán)(例如需求平滑)。
[0060]在結(jié)合HVAC來使用變頻驅(qū)動的情況下，旋轉(zhuǎn)速度可由太陽輻射驅(qū)動。此外，如果必要，可以有較長的周期以抵消較慢的壓縮機旋轉(zhuǎn)。此外，HVAC實施例的這個變頻驅(qū)動，與接通/斷開循環(huán)相反，可尋求從公用設(shè)施的恒定汲取。
[0061]太陽變頻驅(qū)動(VFD)優(yōu)化器可實現(xiàn)對太陽能配置的安裝后改變，并可實現(xiàn)高電壓DC電力總線的使用，例如可與如上所述的LED照明和/或EV變化一起使用。此外，太陽變頻驅(qū)動(VFD)優(yōu)化器實施例可應(yīng)用于冰箱、泵送等。
[0062]在另一實施例中，本發(fā)明包括將智能儀表功能添加到HVAC系統(tǒng)和電機控制器，其中來自太陽能電池陣列的DC輸出直接地或通過DC/DC變換器連接到HVAC設(shè)備的DC電路。公用設(shè)施和工業(yè)試圖開發(fā)實現(xiàn)對家庭或商業(yè)建筑物內(nèi)的電器和能量消耗設(shè)備的效用控制的商業(yè)“智能儀表”。這樣的儀表是昂貴的，且有效代替可能在現(xiàn)場的傳統(tǒng)儀表。傳統(tǒng)儀表較不昂貴，且它們的功能僅僅是測量并報告在儀表的需求側(cè)上消耗的能量的量，用于記帳目的。智能儀表還提供能量消耗信息用于記帳目的，但允許公用設(shè)施根據(jù)需要改變家庭中的電器的消耗，以優(yōu)化能量供應(yīng)和需求。智能儀表商業(yè)化試圖提議對納稅人的費率增加以覆蓋將智能儀表添加到家庭和商業(yè)建筑物的費用。作為儀表的增加的成本的交換，納稅人可接收白天打折扣的特殊時間或費率減少以補償他們的強制或計劃的消耗減少。
[0063]實際上，在HVAC上的“控制”箱可起“智能儀表”的作用，并可給公用設(shè)施提供嵌入“智能儀表”中的所有功能。在智能儀表中進行了相當(dāng)大的投資，且它們的主要目的是允許公用設(shè)施進入家庭并控制電器/消耗。本發(fā)明的控制器可提供這種功能，而不必將另一儀表添加到家庭。當(dāng)前的智能儀表概念需要公用設(shè)施試圖對它們的納稅人收費的在家庭上的另一儀表。根據(jù)本發(fā)明，太陽能/HAVC系統(tǒng)可具有嵌入控制箱中的智能儀表的所有特征。公用設(shè)施可能夠具有它們想要的所有功能，但可不需要將另一儀表添加到家庭。房主可以按較低的成本接收能量，且公用設(shè)施可能能夠直接監(jiān)控HVAC和家庭電器操作。因此，公用設(shè)施可能不需要為了費率增加而向公用設(shè)施管理委員會申請，因為公用設(shè)施可能不需要為了任何東西給房主開賬單。
[0064]本發(fā)明用智能儀表功能代替?zhèn)鹘y(tǒng)HVAC系統(tǒng)和電機控制器或?qū)⒅悄軆x表功能添加到傳統(tǒng)HVAC系統(tǒng)和電機控制器。公用設(shè)施能夠通過傳統(tǒng)儀表或智能儀表監(jiān)控建筑物的能量消耗，以用于記帳目的。此外，公用設(shè)施可以與智能儀表方法一致的方式監(jiān)控并控制HVAC和在儀表的需求側(cè)上的其它電器?？赏ㄟ^能量傳輸基礎(chǔ)設(shè)施來配置智能儀表能力，而不需要如在當(dāng)前方法中的為獨立的儀表留出的特定費用。智能儀表功能被嵌入HVAC電機控制器或可包括恒溫器、安全系統(tǒng)或其它智能電器的另一房屋內(nèi)家用控制器中。以這種方式，公用設(shè)施可接收智能電網(wǎng)功能，而不必向納稅人對獨立的儀表收費。
[0065]本發(fā)明可向公用設(shè)施提供智能電網(wǎng)功能而不必為了不提供其它用途的獨立智能設(shè)備而對納稅人開賬單。本發(fā)明可利用將智能電網(wǎng)功能合并到其它建筑物內(nèi)或家庭系統(tǒng)、儀表、提供其它用途的控制器中的優(yōu)點，消費者可為其它用途在費率結(jié)構(gòu)之外付費。
[0066]本發(fā)明可提供用于在公用設(shè)施的整個傳輸和分配基礎(chǔ)設(shè)施中對智能電網(wǎng)功能進行商業(yè)化而不必部署單獨的單用途智能儀表的手段。這可極大地簡化對必須支持公用設(shè)施的費率增加以便為智能儀表付費的調(diào)節(jié)員的挑戰(zhàn)。
[0067]圖7是包括智能儀表726的本發(fā)明的電力供應(yīng)裝置700的另一實施例的方框圖。本發(fā)明的電力供應(yīng)裝置700還包括DC負(fù)載718，DC負(fù)載718可由控制器724調(diào)節(jié)來最大化對太陽能電池陣列712的 變化的PV輸出的使用。也就是說，智能儀表726可感測太陽能電池陣列712的輸出功率并如在728指示的那樣將所感測的讀數(shù)傳遞到控制器7124。轉(zhuǎn)而，控制器724可如在730指示的那樣調(diào)節(jié)DC負(fù)載718，使得負(fù)載718實質(zhì)上消耗太陽能電池陣列712可產(chǎn)生的所有電力。如雙向箭頭732所指示的，智能儀表726可以與電力公用設(shè)施734進行雙向有線或無線通信?？蛇x地，智能儀表726和控制器724可布置在同一殼體736 中。
[0068]雖然本發(fā)明被描述為具有示例性設(shè)計，但是可在本公開的范圍內(nèi)進一步修改本發(fā)明。本申請因此旨在涵蓋使用其一般原理的本發(fā)明的任何變化、使用或調(diào)整。
【權(quán)利要求】
1.一種電力供應(yīng)裝置，包括: 太陽能電力設(shè)備，其被配置成將太陽光變換成DC電力； 可調(diào)節(jié)DC負(fù)載，其被配置成以所述DC電力運行； 電輸出感測設(shè)備，其被配置成感測所述太陽能電力設(shè)備的電輸出的水平；以及 控制器，其耦合到所述可調(diào)節(jié)DC負(fù)載和所述電輸出感測設(shè)備中的每一個，所述控制器被配置成: 從所述電輸出感測設(shè)備接收信號； 調(diào)節(jié)所述DC負(fù)載，使得所述DC負(fù)載消耗所述太陽能電力設(shè)備的最大量的電輸出，所述DC負(fù)載的所述調(diào)節(jié)取決于所接收的信號；以及 如果所述DC負(fù)載不能消耗所述太陽能電力設(shè)備的所有電輸出，則將所述太陽能電力設(shè)備的所述電輸出的剩余部分變換成AC電力。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述太陽能電力設(shè)備包括太陽能光伏設(shè)備。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述電輸出感測設(shè)備包括功率表。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述可調(diào)節(jié)DC負(fù)載包括HVAC系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述HVAC系統(tǒng)包括循環(huán)風(fēng)扇，所述控制器被配置成當(dāng)不需要加熱和冷卻時使用來自所述太陽能電力設(shè)備的電力來操作所述循環(huán)風(fēng)扇。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述HVAC系統(tǒng)包括壓縮機，所述控制器被配置成當(dāng)不需要加熱和冷卻時使用來自所述太陽能電力設(shè)備的電力來在除濕模式下操作所述壓縮機。
7.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述控制器配置成使用來自所述太陽能電力設(shè)備的電力來在所述HVAC系統(tǒng)的設(shè)定溫度之外利用所述HVAC系統(tǒng)執(zhí)行過度加熱或過度冷卻，所述設(shè)定溫度已由人類用戶設(shè)定。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括被配置成補充由所述太陽能電力設(shè)備提供的所述DC電力的電池。
9.一種電力供應(yīng)方法，包括下列步驟: 通過使用太陽能電力設(shè)備來將太陽光變換成DC電力； 將所述DC電力提供到多個可調(diào)節(jié)DC負(fù)載； 感測所述太陽能電力設(shè)備的電輸出的水平；以及 調(diào)節(jié)所述DC負(fù)載中的每一個，使得所述DC負(fù)載共同地消耗所述太陽能電力設(shè)備的最大量的電輸出，所述DC負(fù)載的所述調(diào)節(jié)取決于所述太陽能電力設(shè)備的電輸出的所述水平。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，包括以下另外的步驟: 如果所述DC負(fù)載不能消耗所述太陽能電力設(shè)備的所有電輸出，則將所述太陽能電力設(shè)備的所述電輸出的剩余部分變換成AC電力。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，包括以下另外的步驟: 確定所述太陽能電力設(shè)備的所述電輸出中將由所述負(fù)載中的每一個負(fù)載消耗的相應(yīng)部分。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，通過使用算法或查找表來執(zhí)行所述確定步驟。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述確定步驟包括控制所述負(fù)載對所述太陽能電力設(shè)備的所述電輸出的總消耗的變化率，使得所述變化率不超過變化率閾值。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述負(fù)載中的每一個負(fù)載均包括處理器，所述確定步驟包括所述負(fù)載的所述處理器彼此通信。
15.一種電力供應(yīng)裝置，包括: 太陽能電力設(shè)備，其被配置成將太陽光變換成DC電力； DC負(fù)載，其被配置成以所述DC電力運行； DC/AC變換器，其被配置成將所述DC電力變換成AC電力；以及控制器，其被配置成僅在所述DC負(fù)載不能消耗所有所述DC電力的情況下才使所述DC/AC變換器能夠從所述太陽能電力設(shè)備接收所述DC電力的一部分。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述太陽能電力設(shè)備包括太陽能光伏設(shè)備。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，還包括AC/DC供電裝置，所述AC/DC供電裝置被配置成如果太陽光對所述太陽能電力設(shè)備來說是不可獲得的則將DC電力供應(yīng)到所述DC負(fù)載。
18.如權(quán)利要求15所述的裝置，還包括將所述太陽能電力設(shè)備和所述DC負(fù)載互連的DC電力總線。
19.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述DC負(fù)載包括電器。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述電器包括HVAC設(shè)備。
21.一種電力供應(yīng)裝置，包括: 太陽能電力設(shè)備，其被配置成將太陽光變換成DC電力； 可調(diào)節(jié)DC負(fù)載，其被配置成以所述DC電力運行； 電輸出感測設(shè)備，其被配置成感測所述太陽能電力設(shè)備的電輸出的水平； 本地控制器，其耦合到所述可調(diào)節(jié)DC負(fù)載和所述電輸出感測設(shè)備中的每一個；以及遠程控制器，其通信地耦合到所述本地控制器并被布置在遠離所述可調(diào)節(jié)DC負(fù)載的位置處，所述遠程控制器被配置成經(jīng)由所述本地控制器進行通信以由此: 從所述電輸出感測設(shè)備接收信號； 調(diào)節(jié)所述DC負(fù)載，使得所述DC負(fù)載消耗所述太陽能電力設(shè)備的最大量的電輸出，所述DC負(fù)載的所述調(diào)節(jié)取決于所接收的信號；以及 如果所述DC負(fù)載不能消耗所述太陽能電力設(shè)備的所有電輸出，則將所述太陽能電力設(shè)備的所述電輸出的剩余部分變換成AC電力。
【文檔編號】H02J3/14GK104040829SQ201280046792
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月19日
【發(fā)明者】E·丹尼爾斯, J·索塞萊 申請人:羅伯特·博世有限公司