CN104040829B - 用于光伏系统的太阳能同步的负载 - Google Patents

Abstract

电力供应装置包括将太阳光变换成DC电力的太阳能电力设备。DC负载以DC电流电力运行。DC负载可被控制或调节以消耗太阳能电力设备的最大量的电输出。DC/AC变换器将DC电力变换成AC电力。如果DC负载不能消耗所有DC电流电力，则控制器使DC/AC变换器能够从太阳能电力设备接收DC电流电力的一部分。

Description

用于光伏系统的太阳能同步的负载

技术领域

本发明涉及太阳能，且更具体地涉及通过太阳能电力的使用来运行DC负载。

背景技术

用于住宅建筑物和商业建筑物的当前太阳能光伏（PV）系统一般产生直流（DC），使用在建筑物内或上的AC断路器箱中的并连接到该AC断路器箱的逆变器来将该直流（DC）变换成交流（AC）。这样的系统遭受当电网必须补充PV输出中的任何短期减少时引起的电力间歇现象。当前的HVAC系统（例如热泵）常常利用AC到DC到AC、AC电机控制或AC到DC的电力供应，特别是当风扇或压缩机具有变速电机时尤为如此。存在可利用DC输入的各种变速电机。例子是也被称为电子整流电机（ECM）的无刷DC电机（BLDC电机）以及用于AC电机的变频驱动器（VFD），其也可配置成使用DC作为到VFD的输入。例如，Bosch牌地热热泵使用AC/DC供电装置来给变速ECM风扇电机供电。为了本发明的描述的目的，短语“DC电机”指任何电机系统，其中DC是到电机或电机控制装置的PV输入，甚至在控制变速AC电机或类似装置的DC输入VFD的情况下也是如此。

已知将所有DC从PV变换到AC以由AC建筑物负载使用或用于输出到公用电网。在常规技术中不是已知的是调节DC负载使得DC负载消耗太阳能电池板的最大量的DC电输出，并且只有当所有DC电力未被DC负载消耗时才将来自太阳能电池板的DC电力变换成AC。而且，不是已知的是为了减少或避免电网上的电力间歇现象的目的，以可变的方式与PV电力的可变性一致地在仪表的需求侧上有目的地管理负载。此外，在常规技术中不是已知的是DC负载是以HVAC系统的形式，例如具有到AC-DC-AC电机控制装置的DC相的DC输入的热泵。

发明内容

本发明涉及一种HVAC电力供应装置，其中来自太阳能电池阵列的DC输出直接地或通过DC/DC变换器连接到HVAC设备的DC电路。变速DC电机可被控制或调节以消耗太阳能电池板的最大量的电输出，当输出较高时增大消耗，当输出较低时降低消耗。如果输出能量未全部被变速DC电机消耗，则HVAC设备内（例如电机控制电路）的或与HVAC设备分离的逆变器可在双向模式中操作来将来自太阳能电池阵列的DC输出变换成AC用于家用电路。这种技术还使DC电力总线能够集成在家庭或商业建筑物内用于直接耦合到DC应用和其它DC设备。

在一个实施例中，本发明包括一种电力供应装置，该装置包括将太阳光变换成DC电力的太阳能电力设备。可调节DC负载以DC电流电力运行。电输出感测设备感测太阳能电力设备的电输出的水平。控制器耦合到可调节DC负载和电输出感测设备中的每个。控制器从电输出感测设备接收信号，并调节DC负载，使得DC负载实质上消耗太阳能电力设备的所有电输出。根据所接收的信号并根据哪些其它负载需要接收电力来执行对DC负载的调节。例如，可确定可获得的太阳能产生的电力中的多少应被发送到HVAC系统以及多少应被发送到其它负载，其它负载例如是电动车辆（EV）的充电站。

在另一实施例中，本发明包括一种电力供应装置，该装置包括将太阳光变换成DC电力的太阳能电力设备。DC负载以DC电流电力运行。DC/AC变换器将DC电力变换成AC电力。只有当所有DC电流电力不能被DC负载消耗时控制器使DC/AC变换器能够接收来自太阳能电力设备的DC电流电力的一部分。

在又一实施例中，本发明包括一种电力供应方法，该方法包括通过太阳能电力设备的使用将太阳光变换成DC电力。DC电流电力被提供到多个可调节DC负载。感测太阳能电力设备的电输出的水平。每个DC负载被调节，以使得DC负载共同地消耗太阳能电力设备的最大量的电输出。DC负载的调节取决于太阳能电力设备的电输出的水平。

在又一实施例中，本发明包括一种电力供应方法，该方法包括通过太阳能电力设备的使用将太阳光变换成DC电力。DC电流电力被提供到逆变器以向AC负载提供电力。感测太阳能电力设备的电输出的水平。以用旨在消除或减少来自公用电网的AC电力需求的手段优化可变PV DC电力的消耗的可变方式来操作AC负载或AC负载的系列。AC负载的调节取决于太阳能电力设备的电输出的水平。

本发明可消除在光伏（PV）系统和断路器箱之间具有逆变器的需要。替代地，来自太阳能电池阵列的DC输出可直接地或通过DC/DC变换器连接到HVAC设备的DC电路。如果输出能量未完全被变速DC电机或建筑物中的其它DC负载消耗，则HVAC设备内的逆变器接着可在双向模式中起作用来将来自太阳能电池阵列的DC变换成AC用于家用电路或公用电网。这种技术还使DC电力总线能够集成在家庭或商业建筑物内用于直接耦合到DC应用和其它DC设备。常规地用于太阳能系统的传统逆变器的消除可极大地降低系统成本，减少归因于逆变的电损耗，并可以用较低的成本实现增大的系统效率。本发明可通过系统的简化实现较低的成本、较高的效率和较高的可靠性。

在另一实施例中，电DC负载（例如HVAC系统、应用、EV充电器、水泵等）以可变的方式被调节，使得负载的电力消耗尽可能接近地对应于从PV系统可得到的电力。DC负载的这个调节旨在实现由DC负载对系统中的其它功率源（例如，公用电网、电池等）的需求的较小变化。在这样的应用中，PV输出被设计成向负载提供充足的电力，而不要求来自公用设施或存储设备的额外电力。公用设施或存储电力旨在仅在晚上或紧急情况期间提供电力。DC负载的这个调节也可减少系统损耗，最小化公用设施变压器尺寸，降低系统成本，并增加公用电网支持可再生能量的较高普及水平的能力。这样的应用允许公用设施避免为了管理由传统PV系统设计引起的电力间歇现象的目的而增加的旋转备用（spinning reserve）的成本。

在又一实施例中，本发明涉及将智能仪表功能添加到HVAC系统和电机控制器，其中来自太阳能电池阵列的DC输出直接地或通过DC/DC变换器连接到HVAC设备的DC电路。如果输出能量不能被变速DC电机消耗，则HVAC设备内的逆变器可在双向模式中操作来将来自太阳能电池阵列的DC变换成AC用于家用电路。公用设施能够在仪表的需求侧上监控并控制HVAC和其它应用。智能仪表功能被嵌入HVAC电机控制器或可能包括恒温器、安全系统或其它智能应用的另一房屋内家用控制器中。以这种方式，提供了智能电网功能，而不必提供独立的仪表。

在另外的实施例中，本发明包括一种电力供应装置，该装置包括将太阳光变换成DC电力的太阳能电力设备。可调节DC负载以DC电流电力运行。电输出感测设备感测太阳能电力设备的电输出的水平。本地控制器耦合到可调节DC负载和电输出感测设备中的每个。远程控制器通信地耦合到本地控制器，并布置在远离可调节DC负载的位置处。远程控制器经由本地控制器进行通信以从而接收来自电输出感测设备的信号，并调节DC负载，使得DC负载消耗太阳能电力设备的最大量的电输出，DC负载的调节取决于所接收的信号。如果DC负载不能消耗太阳能电力设备的所有电输出，则远程控制器使太阳能电力设备的电输出的剩余部分能够被变换成AC电力。

附图说明

通过参考结合附图做出的对本发明的实施例的下面描述，本发明的上述和其它特征和目的以及获得它们的方式将变得更清楚，且本发明本身将更好地被理解，在附图中：

图1是本发明的电力供应装置的一个实施例的方框图。

图2是本发明的电力供应装置的另一实施例的方框图。

图3是本发明的电力供应方法的一个实施例的流程图。

图4是本发明的电力供应装置的又一实施例的方框图。

图5是示出根据本发明的电力供应方法的另一实施例的在DC负载之间的通信的图。

图6是本发明的电力供应装置的再一实施例的方框图。

图7是本发明的电力供应装置的另外实施例的方框图。

相应的参考数字在全部几个视图中指示相应的部件。虽然在本文中阐述的范例以几个形式示出本发明的实施例，下面公开的实施例并非旨在是穷尽的或被解释为将本发明的范围限制到所公开的精确形式。

具体实施方式

现在参考附图且特别是参考图1，示出本发明的电力供应装置10的一个实施例，其包括太阳能PV阵列12和将阵列12电连接到HVAC系统18的双向逆变器16的DC电力总线14（或对AC-DC-AC电机控制器电路中的DC相的DC输入）。逆变器16可将来自阵列12的DC电压变换成适合于由HVAC系统18使用的DC电压电平。阵列12可包括可将太阳能电池阵列所输出的DC电压变换成适合于在总线14上传输的电压电平的DC/DC变换器。逆变器16也可将来自阵列12的DC电压变换成AC电压，AC电压可通过装置10所相关的房屋20的其余部分来使用。不能在房屋20内使用的过量的AC电力可被提供到电网22用于在房屋20的外部使用。在一个实施例中，只有当HVAC系统18（或其它可用的AC或DC负载）不能消耗来自阵列12的所有DC电力时，来自阵列12的DC电压才可由逆变器16变换成AC电压。

通过将DC电压从阵列12直接传送到HVAC系统18，装置10可消除对用于将来自阵列12的DC电压变换成AC电压用于传输并由AC负载和DC负载（在AC电压变换回DC电压之后）使用的单独逆变器的需要。单独逆变器的省略可减少电损耗，降低成本，并提供系统的提高的可靠性。此外，本发明可提供高电压的DC电力总线14，该DC电力总线14可由建筑物内的其它应用或EV充电系统使用。

在另一实施例中，双向逆变器可仅仅是DC驱动器或DC电机，且可选的常常较小的逆变器可被添加到DC总线。对逆变器的需要和逆变器的尺寸可通过在一定建筑环境下不能被DC负载消耗的PV能量的量（如果有的话）来确定。

在可替代的实施例（未示出）中，省略了在PV阵列12处的DC/DC变换。也就是说，DC电压可在总线14上以与阵列12的太阳能电池所产生电压相同的电压被传输。

在另一实施例（图2）中，本发明的电力供应装置100包括DC负载118，DC负载118可由控制器124调节来最大化太阳能电池阵列112的变化的PV输出的使用。也就是说，功率表126或类似的设备可感测太阳能电池阵列112的输出功率并如在128处指示的那样将所感测的读数传递到控制器124。转而，控制器124可调节DC负载118，如在130处指示的，使得负载118实质上消耗太阳能电池阵列112可产生的所有电力。因此，不需要逆变器或需要减小尺寸的逆变器来将过量的PV输出馈送到公用电网（未示出）。实际例子将是在较低的光（例如多云的）条件的减少的太阳能电力输出下以较低的速度运行空调电机一段较长的时间。这可实现相同的建筑物制冷，同时减少电网上的电力的变化（间歇现象），这对公用设施公司来说是高度合乎需要的。此外，通过负载使用由太阳能电池阵列产生的全部量的电力，本发明避免了与将来自太阳能电池阵列的DC电力变换成AC电力、将AC电力传送到电网、从电网接收AC电力和将来自电网的AC电力变换成DC电力相关的能量损耗。

相同的原理可适用于利用代替太阳能电池阵列或除了太阳能电池阵列以外的电池存储器的系统。在这种情况下，可通过调节负载以消耗电池的所有电力输出来减少或消除电池控制器和/或充电控制器。在一个实施例中，当太阳能电池阵列不能提供最小所需水平的电力时，电池确保该最小所需水平的电力可被提供到负载。此外，电池可给电子控制器以及与负载相关联地操作的任何电子设备供电。例如，即使太阳能电池阵列不能提供电力来保持负载完全操作，电池可保持灯在夜里在负载上操作，使得用户可与负载互动，直到在早晨的白天为止。在太阳能电池阵列产生比负载所需的更多的电力的情况下，可由太阳能电池阵列对电池重新充电。此外，使负载与可用的太阳能同步可减少给系统中的电池充电和放电的量和频率，这可延长电池寿命。太阳能同步的负载也可通过以与减小公用电网需求中的间歇现象的相同方式减小电池充电/放电中的间歇现象来提高电池寿命。

下面参考图4和图5描述本发明的电力供应方法300（图3）。在第一步骤302中，通过使用太阳能电力设备将太阳光变换成DC电力。例如，电力供应装置400（图4）包括将太阳光变换成DC电力的太阳能电池阵列412。

在下一步骤304中，DC电流电力被提供到多个可调节DC负载。如在图4的特定实施例中所示的，多个DC负载418a到418n每个接收由太阳能电池阵列412产生的DC电流电力并以该DC电流电力运行。可选地，DC负载418可以是AC负载。

接着，在步骤306中，感测太阳能电力设备的电输出的水平。例如，功率表或类似设备可感测太阳能电池阵列412的输出功率，并如在428处指示的那样将所感测的读数传递到控制器424。

在步骤308中，调节每个DC负载，使得DC负载共同地消耗太阳能电力设备的最大量的电输出。DC负载的调节取决于太阳能电力设备的电输出的水平。在图4的示例性实施例中，控制器424可调节DC负载418a-n中的每个（如在430a-n处指示的）使得负载418a-n组合地实质上消耗太阳能电池阵列412可产生的所有电力。因此，可不需要逆变器或需要减小尺寸的逆变器来将过量的PV输出馈送到公用电网（未示出）。例如，负载418a-n可代表数量为n的空调电机，每个空调电机主要负责冷却建筑物的相应区段。在可替代的实施例中，负载418a-n可代表数量为n的冰箱和/或制冰电机。虽然建筑物的不同区段可在期望的设定温度（例如，72华氏度）处或之下，AC电机418a-n可能在太阳光最直接且因此太阳能电池阵列412的输出最大时的中午时间期间和左右继续运行。因此，建筑物的不同区段可能被“过度冷却”到例如大约在68和71华氏度之间的温度。由于这样的过度冷却，AC电机418a-n在当太阳光较不直接且太阳能电池阵列412的电力输出容量较低时的下午晚些时候可能需要来自太阳能电池阵列412的较少的电力输出。因此，建筑物可被高效地冷却，而只有可能对建筑物的住户来说是不明显的小温度变化。此外，来自电网的电力需求量的变化可减少，这对公用设施公司来说是高度合乎需要的。此外，通过负载使用由太阳能电池阵列产生的全部量的电力，本发明避免了与将来自太阳能电池阵列的DC电力变换成AC电力、将AC电力传送到电网、从电网接收AC电力和将来自电网的AC电力变换成DC电力相关联的能量损耗。

在下一步骤310中，可能通过使用算法或查找表来确定太阳能电力设备的电输出中由每个负载将消耗的相应部分。例如，如果DC负载418a-n代表冷却建筑物的相应区段的数量为n的空调电机，则建筑物的每个区段可以在不同的实际温度下，且可能具有不同的设定温度。因此，控制器424可调节空调（或冷却设备）电机418a-n，使得每个电机消耗随着电机的相应建筑物区段的实际温度和设定温度之间的差异而变化的电力的量或部分。算法或查找表可考虑在最近的将来（例如在接下来的三个小时中）在每个建筑物区段中的预期热条件。例如，在更多地暴露于太阳光的建筑物的西侧上的区段可被预期在接下来的几个下午小时中升温得更多，且因此相应的空气调节电机可被调节来消耗太阳能电池阵列412的电力输出的较大部分。通常，HVAC设备可不再以数字方式操作，如在都接通或都断开中的那样。替代地，压缩机和吹风机单元可在与太阳能电池阵列的输出一致的水平处操作。当太阳最强地照耀时，热负载往往是最高的。相同的原理适用于制冰和冰箱。

确定太阳能电力设备的电输出中由每个负载将消耗的相应部分的步骤310可包括控制由负载对太阳能电力设备的电输出的总消耗的变化率，使得变化率不超过变化率阈值。因此，从太阳能电池阵列412得到的电力的量可随着逐渐斜升而改变，以便避免被发送到电网和/或从电网发送的电力的尖峰。这样的尖峰可导致无效率和浪费的能量。例如，控制器424可调节负载418a-n，使得负载418a-n的电力消耗的变化率不超过每秒时间瓦特的阈值或最大水平。如果负载需要比可从阵列输送的能量更多的能量，则可将信号发送到公用设施，通知负载正计划逐渐斜升和来自公用设施的增加的功率需求。斜升的时序可以是基于来自公用设施的反馈回路（电力可用性）可调节的。

每个负载可包括相应的处理器，且确定太阳能电力设备的电输出中由每个负载消耗的相应部分的步骤可包括在处理器之间的通信。例如，如图5所示，负载518a-e包括处理器532a-e中的相应处理器。每个处理器532a-e可如由图5中的虚线双向箭头所指示的与处理器532a-e中的每个其它处理器直接通信。处理器532a-e之间的通信可无线地实现，或可由将电力承载到负载518a-e的同一电导体承载。在一个实施例中，处理器532a-e彼此通信，以便共同地确定每个负载518a-e将汲取多少电力。例如，处理器532a-e可共同地确定多少电力将由每个负载518a-e得到，使得由太阳能电池阵列产生的所有电力被消耗。可选地或此外，处理器532a-e可共同地确定每个负载518a-e将汲取多少电力，使得负载518a-e的电力消耗的变化率不超过每秒时间瓦特的阈值或最大水平。

在最后步骤312（图3）中，如果DC负载不能消耗太阳能电力设备的所有电输出，则将太阳能电力设备的电输出的剩余部分变换成AC电力。可能还有下列情况：严格地说，负载418a-n能够消耗太阳能电力设备412的所有电输出，但处理器424不允许一个或多个负载418a-n消耗它们所能够消耗的所有电力，以便避免损坏或过度加热负载418a-n。在包括以空调电机的形式的负载的上述实施例中，处理器424可能不允许一个或多个电机消耗它们能够消耗的所有电力，以便避免烧毁电机。不管是负载在物理上不能够消耗太阳能电力设备的所有电输出还是处理器严格地防止负载消耗太阳能电力设备的所有电输出以避免损坏负载，太阳能电池阵列412的电输出的剩余部分都可变换成AC电力。这个AC电力可接着由建筑物内的AC电器消耗，由完全的家庭、商业建筑物负载消耗，或被发送到电网用于由其它消耗者使用。

电力供应装置400的其它特征可实质上类似于如上所述的电力供应装置100的那些特征，且因此不在这里进一步描述以便避免不需要的重复。

在图6中示出了本发明的电力供应装置610的又一实施例，其包括太阳能PV阵列612和将阵列612电连接到与DC负载618相关联的双向逆变器616的DC电力总线614。逆变器616可将来自阵列612的DC电压变换成适合于由DC负载618使用的DC电压电平。单向（例如单工）电力连接器634可将DC负载618耦合到逆变器616。连接器634可允许电流在仅仅一个方向（例如从逆变器616到负载618）上流动，并且如果负载618碰巧在一段短暂的时间内起到发电机的作用，则可防止电流从负载618流到逆变器616。在一个实施例中，连接器634可以是以一个或多个二极管（未示出）的形式。因此，单向连接器634可防止来自负载618的电力损坏逆变器616。

阵列612可包括DC/DC变换器，DC/DC变换器可将由太阳能电池阵列输出的DC电压变换成适合于在总线614上传输的电压电平。逆变器616还可将来自阵列612的DC电压变换成AC电压，AC电压可通过装置610所相关的房屋620的其余部分来使用。不能在房屋610内使用的过量的AC电力可被提供到电网622用于在房屋620之外使用。在一个实施例中，只有当HVAC系统618（或其它可变AC或DC负载）不能消耗来自阵列612的所有DC电力时，来自阵列612的DC电压才可由逆变器616变换成AC电压。单向（例如单工）电力变换器636可将阵列612耦合到逆变器616。连接器636可允许电流在仅仅一个方向（例如从阵列612到逆变器616）上流动，并可防止电流从逆变器616流到阵列612。在一个实施例中，连接器636可以是以一个或多个二极管（未示出）的形式。因此，单向连接器636可防止来自逆变器的电力损坏与阵列612相关联的电子设备。

在将本发明应用于作为负载的HVAC系统的时候，如果在PV电输出是可用的时加热或冷却是不需要的，则循环风扇仍可运行以提供空气过滤功能。类似地，压缩机可在除湿模式中运行。建筑物也可被“过度冷却”或“过度加热”轻微的量，减小未来的能量需求。因此，通过使用这些技术，由PV产生的所有电力可由HVAC系统消耗。

在将本发明应用于作为负载的冷藏机或冰箱的时候，可改变冷藏机的压缩机的电机速度以匹配或完全消耗PV电输出。任何过量的电输出可用于“过度冷却”或将冷藏机温度进一步降低到在平常被要求的温度之下的温度。这允许存储在冷藏机中的热能在夜里恢复（当可能没有PV电输出时），从而使冷藏机能够从其它源汲取较低水平的电力。

在将本发明应用于作为负载的热泵或常规电热水加热器的时候，负载可被调节以匹配或完全消耗PV电输出。任何过量的PV电输出可用于将水“过度加热”到在平常被要求的温度之上的温度。因此，降低了在白天或在夜里从其它非PV源汲取电力的要求。

在将本发明应用于作为负载的水泵的时候，该泵可在可变速度下运行以匹配或完全消耗PV输出。可在白天期间存储或配置在较高的电机速度下泵送的任何过量的水，从而降低对泵送水的夜间需要。

在将本发明应用于作为负载的电动车辆充电的时候，电池充电速率可随着PV电输出而改变。在PV系统和DC电机负载之间的DC电力总线可提供有效的方式来改变负载。PV模块输出DC电压，从而直接经由DC电力总线来利用DC电压而不变换到AC电压可减少变换损耗。

在一个实施例中，AC电机或DC无刷电机的DC输入变频驱动器（VFD）提供有效的方法来改变电机的速度并从而改变负载以匹配PV电输出。可采用DC输入变频驱动器来改变所完成的工作的量而不是改变常规使用的接通/断开周期或占空比。可在例如HVAC系统、灌溉水泵或冰箱中采用DC输入变频驱动器。

在一个实施例中，电器被应用于商业屋顶上的HVAC系统。可通过将PV电力直接馈送到HVAC屋顶压缩机或空气处理单元来降低布线成本和电损耗。可通过利用到DC电机的DC总线来进一步减小损耗。

太阳能同步的DC负载的原理可应用于标准化的DC建筑总线系统（例如，新兴的380VDC标准）。在一个实施例中，PV模块可包含DC/DC变换器，具有容易应用、修改系统以适应屋顶变化的灵活性、对遮蔽的容许等等已知内在益处。各种建筑电负载可被开发来以标准化电压（例如380VDC）运转，且所有负载可经由中心控制被同步到PV输出以最小化电网需求的变化。

本发明可经由智能电网有利地影响电消耗。例如，可通过本发明减小公用设施公司的峰值电力负载和峰值电力生成。

在另一方面中，本发明可实现系统协同效应。例如，本发明可实现运行时间的协调，防止过载，并实现基于当前天气或预报（例如云覆盖的量）对事件的调度。

在另一方面中，由本发明实现的在太阳能电池阵列和负载之间的通信以及在各种负载之间的潜在通信可使房主/用户/操作员在本地和远程地控制用户界面。例如，用户可从建筑物内的他的长沙发、远程地从他的工作地点或远程地从他的度假屋控制用户界面。这个本地和/或远程用户控制可包括审查性能数据、基于电力成本率对电器的调度操作、审查记账和优化操作。

在另一方面中，本发明可包括由专业电器安装者利用的特征。例如，可给安装者提供用于远程维修、诊断和/或检修的界面。这个界面可消除安装者去工地以进行检修的需要。该界面也可使安装者能够提供系统优化作为维修。

在又一方面中，本发明可使电器制造商能够远程地优化电器或系统。电器制造商也可远程地诊断电器或系统以从而帮助安装者。本发明也可使电器制造商能够监控电器或系统的性能，以及在长期基础上监控电器或系统。

在另外的方面中，本发明可提供以用户已经熟悉的现有设备（例如iPhone、电视机或膝上型计算机）的形式的中央用户界面。通过使用熟悉的界面，减少了来自用户的问题的数量，减少了用户所做出的错误的数量，且使用户能够与电器直观互动。

在又一方面中，本发明可利用通用开源协议（例如Zigbee、WLAN等）来操作。因此，可实现与其它设备的交互。

在本发明的另一方面中，在每个电器或设备中可存在具有防火墙的网关。因此，可提供高水平的操作安全性。

在又一方面中，本发明可集成在家庭网络中。这样的家庭网络可包括Google功率表或Apple App，和/或可由Microsoft HomeStore销售。

在另外的方面中，本发明可包括并联的DC网络以消除DC/AC变换或AC/DC变换。因此可消除由这样的变换引起的显著的损耗。

本发明在上面的一些实施例中被描述为应用于HVAC系统。然而，在其它实施例中，本发明应用于家用热水器（DHW）、建筑访问控制/警报系统/安全系统/火警警报器、汽车充电（电动车辆/插入式混合电动车辆）、厨房电器、媒体、互联网等。

本发明在上面被描述为应用于以太阳能电池阵列的形式的DC电源。然而，在其它实施例中，例如，本发明应用于DC电力的其它源，例如风力涡轮机的整流输出。本发明可应用于任何DC电源，但可特别应用于其DC电力输出的水平随着时间而波动的DC电源。

在另一实施例中，类似于图1中的双向逆变器16的双向逆变器包括DC太阳能变频驱动（VFD）优化器。本实施例可对在太阳能PV阵列和DC VFD优化器之间的总线上供电的电动车辆充电器或DC LED照明是有利的。太阳能VFD优化器可去除对太阳能逆变器的需要，并可最小化在公用设施供应上的AC循环（例如需求平滑）。

在结合HVAC来使用变频驱动的情况下，旋转速度可由太阳辐射驱动。此外，如果必要，可以有较长的周期以抵消较慢的压缩机旋转。此外，HVAC实施例的这个变频驱动，与接通/断开循环相反，可寻求从公用设施的恒定汲取。

太阳变频驱动（VFD）优化器可实现对太阳能配置的安装后改变，并可实现高电压DC电力总线的使用，例如可与如上所述的LED照明和/或EV变化一起使用。此外，太阳变频驱动（VFD）优化器实施例可应用于冰箱、泵送等。

在另一实施例中，本发明包括将智能仪表功能添加到HVAC系统和电机控制器，其中来自太阳能电池阵列的DC输出直接地或通过DC/DC变换器连接到HVAC设备的DC电路。公用设施和工业试图开发实现对家庭或商业建筑物内的电器和能量消耗设备的效用控制的商业“智能仪表”。这样的仪表是昂贵的，且有效代替可能在现场的传统仪表。传统仪表较不昂贵，且它们的功能仅仅是测量并报告在仪表的需求侧上消耗的能量的量，用于记帐目的。智能仪表还提供能量消耗信息用于记帐目的，但允许公用设施根据需要改变家庭中的电器的消耗，以优化能量供应和需求。智能仪表商业化试图提议对纳税人的费率增加以覆盖将智能仪表添加到家庭和商业建筑物的费用。作为仪表的增加的成本的交换，纳税人可接收白天打折扣的特殊时间或费率减少以补偿他们的强制或计划的消耗减少。

实际上，在HVAC上的“控制”箱可起“智能仪表”的作用，并可给公用设施提供嵌入“智能仪表”中的所有功能。在智能仪表中进行了相当大的投资，且它们的主要目的是允许公用设施进入家庭并控制电器/消耗。本发明的控制器可提供这种功能，而不必将另一仪表添加到家庭。当前的智能仪表概念需要公用设施试图对它们的纳税人收费的在家庭上的另一仪表。根据本发明，太阳能/HAVC系统可具有嵌入控制箱中的智能仪表的所有特征。公用设施可能够具有它们想要的所有功能，但可不需要将另一仪表添加到家庭。房主可以按较低的成本接收能量，且公用设施可能能够直接监控HVAC和家庭电器操作。因此，公用设施可能不需要为了费率增加而向公用设施管理委员会申请，因为公用设施可能不需要为了任何东西给房主开账单。

本发明用智能仪表功能代替传统HVAC系统和电机控制器或将智能仪表功能添加到传统HVAC系统和电机控制器。公用设施能够通过传统仪表或智能仪表监控建筑物的能量消耗，以用于记帐目的。此外，公用设施可以与智能仪表方法一致的方式监控并控制HVAC和在仪表的需求侧上的其它电器。可通过能量传输基础设施来配置智能仪表能力，而不需要如在当前方法中的为独立的仪表留出的特定费用。智能仪表功能被嵌入HVAC电机控制器或可包括恒温器、安全系统或其它智能电器的另一房屋内家用控制器中。以这种方式，公用设施可接收智能电网功能，而不必向纳税人对独立的仪表收费。

本发明可向公用设施提供智能电网功能而不必为了不提供其它用途的独立智能设备而对纳税人开账单。本发明可利用将智能电网功能合并到其它建筑物内或家庭系统、仪表、提供其它用途的控制器中的优点，消费者可为其它用途在费率结构之外付费。

本发明可提供用于在公用设施的整个传输和分配基础设施中对智能电网功能进行商业化而不必部署单独的单用途智能仪表的手段。这可极大地简化对必须支持公用设施的费率增加以便为智能仪表付费的调节员的挑战。

图7是包括智能仪表726的本发明的电力供应装置700的另一实施例的方框图。本发明的电力供应装置700还包括DC负载718，DC负载718可由控制器724调节来最大化对太阳能电池阵列712的变化的PV输出的使用。也就是说，智能仪表726可感测太阳能电池阵列712的输出功率并如在728指示的那样将所感测的读数传递到控制器7124。转而，控制器724可如在730指示的那样调节DC负载718，使得负载718实质上消耗太阳能电池阵列712可产生的所有电力。如双向箭头732所指示的，智能仪表726可以与电力公用设施734进行双向有线或无线通信。可选地，智能仪表726和控制器724可布置在同一壳体736中。

虽然本发明被描述为具有示例性设计，但是可在本公开的范围内进一步修改本发明。本申请因此旨在涵盖使用其一般原理的本发明的任何变化、使用或调整。

Claims (20)

1.一种电力供应装置，包括：

电输出感测设备，其被配置成感测被配置成将太阳光变换成DC电力的太阳能电力设备的电输出的水平；以及

控制器，其耦合到一个或多个可调节DC负载和所述电输出感测设备中的每一个，所述控制器被配置成：

从所述电输出感测设备接收信号；

调节所述一个或多个可调节DC负载，使得所述一个或多个可调节DC负载消耗所述太阳能电力设备的最大量的电输出，所述一个或多个可调节DC负载的所述调节取决于所接收的信号；以及

当所述一个或多个可调节DC负载未消耗所述太阳能电力设备的所有电输出时，则将所述太阳能电力设备的所述电输出的剩余部分变换成AC电力。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述太阳能电力设备包括太阳能光伏设备。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述电输出感测设备包括功率表。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述一个或多个可调节DC负载包括HVAC系统。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述HVAC系统包括循环风扇，所述控制器被配置成当不需要加热和冷却时使用来自所述太阳能电力设备的电力来操作所述循环风扇。

6.如权利要求4所述的装置，其中，所述HVAC系统包括压缩机，所述控制器被配置成当不需要加热和冷却时使用来自所述太阳能电力设备的电力来在除湿模式下操作所述压缩机。

7.如权利要求4所述的装置，其中，所述控制器配置成使用来自所述太阳能电力设备的电力来在所述HVAC系统的设定温度之外利用所述HVAC系统执行过度加热或过度冷却，所述设定温度已由人类用户设定。

8.如权利要求1所述的装置，还包括被配置成当来自所述太阳能电力设备的DC电力不足以满足所述一个或多个可调节DC负载的消耗时，补充由所述太阳能电力设备提供的所述DC电力的电池。

9.一种电力供应方法，包括下列步骤：

感测被配置成将太阳光变换成DC电力的太阳能电力设备的电输出的水平；以及

调节多个可调节DC负载中的每一个，使得所述多个可调节DC负载共同地消耗所述太阳能电力设备的最大量的电输出，所述多个可调节DC负载的所述调节取决于所述太阳能电力设备的电输出的所感测的水平；并且，如果所述多个可调节DC负载未消耗所述太阳能电力设备的所有电输出，则将所述太阳能电力设备的所述电输出的剩余部分变换成AC电力。

10.如权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：

确定所述太阳能电力设备的所述电输出中将由所述多个可调节DC负载中的每一个负载消耗的相应部分。

11.如权利要求10所述的方法，其中，通过使用算法或查找表来执行所述确定步骤。

12.如权利要求10所述的方法，其中，所述确定步骤包括控制所述多个可调节DC负载对所述太阳能电力设备的所述电输出的总消耗的变化率，使得所述变化率不超过变化率阈值。

13.如权利要求10所述的方法，其中，所述多个可调节DC负载中的每一个负载均包括处理器，所述确定步骤包括所述多个可调节DC负载的所述处理器彼此通信。

14.一种电力供应装置，包括：

控制器，其被配置成仅在连接至所述控制器的一个或多个可调节DC负载不能消耗太阳能电力设备生成的所有DC电力的情况下才使DC/AC变换器能够接收所述太阳能电力设备生成的所述DC电力的一部分。

15.如权利要求14所述的装置，其中，所述太阳能电力设备包括太阳能光伏设备。

16.如权利要求14所述的装置，还包括AC/DC供电装置，所述AC/DC供电装置被配置成当所述太阳能电力设备生成的所述DC电力不足以满足所述一个或多个可调节DC负载的消耗时，将DC电力供应到所述一个或多个可调节DC负载。

17.如权利要求14所述的装置，还包括将所述太阳能电力设备和所述一个或多个可调节DC负载互连的DC电力总线。

18.如权利要求14所述的装置，其中，所述一个或多个可调节DC负载包括电器。

19.如权利要求18所述的装置，其中，所述电器包括HVAC设备。

20.一种电力供应装置，包括：

电输出感测设备，其被配置成感测被配置成将太阳光变换成DC电力的太阳能电力设备的电输出的水平；

本地控制器，其耦合到一个或多个可调节DC负载和所述电输出感测设备中的每一个；以及

远程控制器，其通信地耦合到所述本地控制器并被布置在远离所述一个或多个可调节DC负载的位置处，所述远程控制器被配置成经由所述本地控制器进行通信以由此：

从所述电输出感测设备接收信号；

调节所述一个或多个可调节DC负载，使得所述一个或多个可调节DC负载消耗所述太阳能电力设备的最大量的电输出，所述一个或多个可调节DC负载的所述调节取决于所接收的信号；以及

当所述一个或多个可调节DC负载未消耗所述太阳能电力设备的所有电输出时，则将所述太阳能电力设备的所述电输出的剩余部分变换成AC电力。