CN104852680A - 一种以太阳能为主电源的智能化供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以太阳能为主电源的智能化供电系统，所述供电系统包括光伏电池组、交流电网、与所述交流电网相连的整流稳压单元、分别与所述光伏电池组和整流稳压单元相连的转换开关，所述供电系统还包括通过至少一个电源线与所述转换开关相连的家用电器设备、通过开关控制线与所述转换开关相连的控制单元、通过数据总线与所述控制单元相连的通讯单元和电力计量单元。本发明的供电系统可以节约大量的交流电网的电能，为实施碳排放计量和交易提供了基础数据，为合同能源管理提供了基础，且能够给真正智能家居创造统一的通信基础。

Description

一种以太阳能为主电源的智能化供电系统
技术领域
本发明涉及一种供电系统，特别是涉及一种以太阳能为主电源的智能化供电系统。
背景技术
目前太阳能发电系统多以大型电站为主，成本较高，基本靠国家政策补贴生存。我国现行的发电供电体系是以黑色能源——大型交流电网为主、以绿色能源(太阳能发电等)为辅。太阳能发电是通过光伏电池将阳光转化为电能(低压直流电能)，为了能够将其并入交流电网，必须先通过逆变器将直流电转换成交流电(频率为50Hz)、再通过变压器将其升压稳压、还要通过专用设备调整稳定相位，才能做到与电网同步，即并网。这种将直流电变为交流电的设备叫逆变器，成本非常高。同时直流低压电变为交流高压电的转变过程中，能量损失约30％。其次，阳光最好时电网或许不需要这部分电力，当电网需要电力时也许没有阳光，这就需要把太阳能光伏电池所发出的电力存储起来，以便电网调用，这就需要非常大的存储电池组。而存储电池组的寿命远远小于光伏电池的寿命，而更换电池组会更加大电站的运行成本。目前兆瓦级的太阳能电站，其光伏电池的发电设备约占电站总成本的30％，而并网设备、储电设备和工程管理费占总的成本70％。
目前也有用于边远地区如高山海岛无交流电网的环境下的小型太阳能发电系统，通常都是通过逆变器等给用电设备供电。为了使电源能够实现不间断供电的需求，常常配备比较大的储能电池组(直流)。这些小型系统，没有电力计量功能，因此不能显示实际使用了多少绿色能源。目前也有用于直接驱动直流用电设备(如家用空调和电视机)的太阳能供电装置，但是只有供电功能，没有设置与用电设备内部控制电脑相连接的数据接口，无法实现管理功能。
上述几种系统都没有内置嵌入磁卡，不具备收费管理功能。更没有嵌入与磁卡绑定的通讯单元，不具备远程数据管理和金融管理功能。与此同时，由于设计主导思想是以黑色电源为主，以绿色电源为辅。在建筑物中没有考虑以(绿色电源)直流为主的布线规范，即使有个别用电设备采用直流供电，也要使用单独的变压器整流稳压器供电，用外置的专用导线连接。而绝大多数家用电器都采用交流供电方式，出于安全考虑现有技术规范不许可这些家用电器的交流电源插头并行走数据总线。所以若要连接这些电器内的电脑芯片，必须通过另外的方式，如通过USB口连接蓝牙，电力载波猫等方式。
如上所述，目前市面上的太阳能发电装置，主要是为黑色能源大型交流电网做补充用途设计的；而小型离网式发电装置主要是为没有电的环境设计的。所以，针对目前太阳能供电的现状，提出一种以太阳能为主电源的智能化供电系统，就显得尤为必要了。
发明内容
本发明的目的是基于预付费付磁卡、通讯单元的以及建筑内与直流电源线并行的数据总线，提出一种以太阳能为主电源的智能化供电系统，以实现热带地区家庭智能化用电管理。
为实现上述目的，本发明提供了一种以太阳能为主电源的智能化供电系统，所述供电系统包括光伏电池组、交流电网、与所述交流电网相连的整流稳压单元、分别与所述光伏电池组和整流稳压单元相连的转换开关，所述供电系统还包括至少一个通过电源线与所述转换开关相连的家用电器设备、通过开关控制线与所述转换开关相连的控制单元、通过数据总线与所述控制单元相连的通讯单元和电力计量单元，所述电力计量单元中设有卡槽，所述卡槽中插有预付费磁卡；当所述预付费磁卡中的余额低于设定值时，所述控制单元断开所述光伏电池组对家用电器设备的供电。
优选地，所述光伏电池组通过串联和/或并联达到所述家用电器设备的工作电压。
优选地，所述整流稳压单元通过滤波电路、整流电路、稳压电路达到所述家用电器设备的工作电压。
优选地，所述转换开关在光伏电池组与整流稳压单元之间切换供电电源，并且所述控制单元通过控制所述转换开关完成切换。
优选地，所述通讯单元通过网络与远程通讯终端连接，并且所述远程通讯终端通过通讯单元给所述控制单元传输控制指令。
优选地，所述供电系统为电源线与数据总线并行布线。
优选地，所述家用电器设的电源插头中包含数据线；当所述家用电器设备通电时，所述数据线与所述数据总线相连。
优选地，所述通讯单元与所述预付费磁卡绑定，并且所述远程通讯终端通过通讯单元管理所述预付费磁卡。
优选地，所述远程通讯终端经所述通讯单元将控制指令传输给所述控制单元，并且所述控制单元给所述家用电器设备发出执行信号，所述家用电器设备执行所述远程通讯终端发出的控制指令。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
本发明的供电系统可以节约大量的交流电网的电能，并且由于本发明直接用直流驱动，省掉了逆变器损耗、省掉了大型存储电池组，可提高30％的效率，同时可以节省30％的光伏电池建设使用成本。本发明所嵌入的预付费磁卡以及电力计量单元的功能为实施碳排放计量和交易提供了基础数据，为合同能源管理提供了基础。本发明所嵌入的通讯单元能够为网络支付和手机支付提供了技术支持和软硬件条件，方便用户支付电费。
由于本供电系统内的用户所使用的电源大多为低压直流电源，这提供了一个数据线与电源线并行的机会，住宅布线时可将数据线与直流正负电源线并行排列。这时所以家用电器的电源插头都可以同时是数据连接插头，能够给真正智能家居创造统一的通信基础。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为智能化供电系统示意图；
其中，1～光伏电池组；2～交流电网；3～整流稳压单元；4～转换开关；5～家用电器设备；6～通讯单元；7～电力计量单元；8～控制单元；A～开关控制线；B～电源线；C～数据总线。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供了一种以太阳能为主电源的智能化供电系统，如图1所示，其中示出了本发明的一种优选实施例。如图1所示，在本发明中，所述供电系统包括光伏电池组1、交流电网2、与所述交流电网2相连的整流稳压单元3、分别与所述光伏电池组1和整流稳压单元3相连的转换开关4。
如图1所示，所述供电系统还包括至少一个通过电源线B与所述转换开关4相连的家用电器设备5、通过开关控制线A与所述转换开关4相连的控制单元8、通过数据总线C与所述控制单元8相连的通讯单元6和电力计量单元7，所述电力计量单元7中设有卡槽，所述卡槽中插有预付费磁卡；当所述预付费磁卡中的余额低于设定值时，所述控制单元8断开所述光伏电池组1对家用电器设备5的供电。
优选地，所述光伏电池组1通过串联和/或并联达到所述家用电器设备5的工作电压，所述整流稳压单元3通过滤波电路、整流电路、稳压电路达到所述家用电器设备5的工作电压，所述转换开关4在光伏电池组1与整流稳压单元3之间切换供电电源，并且所述控制单元8通过控制所述转换开关4完成切换。
进一步，所述通讯单元6通过网络与远程通讯终端连接，并且所述远程通讯终端通过通讯单元6给所述控制单元8传输控制指令。优选地，所述通讯单元6与所述预付费磁卡绑定，并且所述远程通讯终端通过通讯单元6管理所述预付费磁卡。并且，所述供电系统为电源线B与数据总线C并行布线。优选地，所述家用电器设备5的电源插头中包含数据线。
当所述家用电器设备5通电时，所述数据线与所述数据总线C相连。当本系统用于家用电器设备5的智能控制时，所述远程通讯终端经所述通讯单元6将控制指令传输给所述控制单元8，并且所述控制单元8给所述家用电器设备5发出执行信号，所述家用电器设备5执行所述远程通讯终端发出的控制指令。
本发明的设计是以绿色电源为主，以为黑色电源辅，在建筑物中以(绿色电源)直流为主的布线规范。这提供了一个数据总线与电源线并行的机会，住宅布线时可将数据总线与直流正负电源线并行排列，这时所有家用电器的电源插头都可以同时是数据连接插头，能够给真正智能家居创造统一的通信基础。所以，本发明的家用电器设备都采用直流供电方式，完全避免了现有家用电器的交流电源插头并行走数据总线所带来的安全问题。换而言之，现有的如通过USB口连接蓝牙，电力载波猫等方式，可以完全被本申请的供电系统替代，并且安全性更好。
与此同时，本发明的供电系统可以节约大量的交流电网的电能，并且由于本发明直接用直流驱动，省掉了逆变器损耗、省掉了大型存储电池组，可提高30％的效率，同时可以节省30％的光伏电池建设使用成本。本发明所嵌入的预付费磁卡以及电力计量单元的功能为实施碳排放计量和交易提供了基础数据，为合同能源管理提供了基础。本发明所嵌入的通讯单元能够为网络支付和手机支付提供了技术支持和软硬件条件，方便用户支付电费。
具体地，本发明的智能化供电系统的工作过程如下：
本发明首先是一个纯直流的用电系统，所以对某一用户单元内的各家用电器设备统一采用光伏电池组1所产生的直流供电。本供电系统不用逆变器等变频调压设备及大型电能存储电池组设备的直流供电系统，因而可以大幅度降低太阳能发电供电系统的建设及使用成本。同时，本供电系统把交流电网2作为辅助供电，并要求交流电在进入本供电系统前先经过整流稳压单元3转换为直流。当阳光不足时本系统的控制单元8通过开关控制线A控制转换开关4在太阳能和电网间自动切换，以保证不间断供电。简单地描述就是：有阳光时就使用低成本的绿色电源；没有阳光时就自动切换到黑色电源，取消大型储能电池组和逆变器设备。
进一步，本发明的供电系统嵌入了一个电力计量单元7，所述电力计量单元7中设有预付费磁卡，实现了对绿色能源实际使用量的准确计量，便于碳排放指标计算。所述预付费磁卡使得为实现合同能源管理运营方式奠定了技术条件同时提供了金融保障。本发明的供电系统还包括一个通讯单元6，该通讯单元6可通过户内控制单元8和数据总线C，与任何用电设备建立连接(如空调，摄像头，家用电脑等)，同时与任何远程通讯终端(如手机、电脑等)等建立通讯联系，实现远程管理家用电器设备5，具有了智能家居的通讯、控制基础。
由于采用全直流供电，家电产品的设计将可以得到改变。一旦去掉现有家用电器的电源变压器，不但造价会降低，而且可靠性指标会提高一个数量级(MTBF平均无故障工作时间)，更重要的是全直流状态下，电源线将可以与数据线并行使用，将产生一个各种家电互联互通的统一总数据线通讯标准，为实现新一代高水平的家电智能化提供了技术基础。
这种住户单元内的全直流供电系统，使得建设成本更低，同时大多场合下的电器所使用的都是低压直流电源，安全性大为提高。也减少了电磁波污染。现有的低压电器插接件都将改变。(例如LED照明灯，由于没有了变压器，会变得很轻巧，并且非常便于安装。)
与此同时，本发明所嵌入的预付费磁卡以及电力计量单元7的功能为实施碳排放计量和交易提供了基础数据，为合同能源管理提供了基础。本发明所嵌入的通讯单元6能够为网络支付和手机支付提供了技术支持和软硬件条件，方便用户支付电费。同时提供通讯单元6，还可以与系统内置的预付费磁卡实现绑定，或多个远程通讯终端绑定，并且所述远程通讯终端通过通讯单元6管理所述预付费磁卡，如充值、查询、支付、注销等一般金融操作行为，从而实现互联网智能控制和移动支付的功能。
进一步，本发明实现上述功能的技术原理如下所述：
本发明通过光伏电池组将太阳光转化为直流电能，通过串并联达到家用电器设备所需要的电压以及所需要的功率。如1.5匹马力空调机约需要300V电压和1000W的功率，可通过串联光伏电池组实现。
当光能无法满足供电需求时，可通过电网提供的交流电(220V50Hz或110V60Hz等)，入户前经过整流稳压单元变换成与光伏电池组幅度相对应的直流电压，以便于在太阳能光伏电池电力不足时向家用电器设备提供电能。其中，转换开关负责切换光伏电池组与整流稳压单元向室内的供电，且该切换是在控制单元的控制下实现电源切换的。
所述通讯单元负责完成远程通讯，接受指令，传输数据，给控制单元收发指令提供信息环境。所述电力计量单元，通过数据总线与控制单元连接，通过控制单元实时监控预付费磁卡上货币余额，当余额为零时控制单元会切断光伏电池组的对家用电器设备供电。同时，所述供电系统中电力计量单元执行计量功能以随时测量并记录光伏电池组，向家用电器设备提供的电量。
与此同时，由于本供电系统内的用户所使用的电源大多为低压直流电源，这提供了一个数据线与电源线并行的机会，住宅布线时可将数据线与直流正负电源线并行排列。这时所有家用电器的电源插头都可以同时是数据连接插头，能够给真正智能家居创造统一的通信基础。如能够实现以下智能家居的场景：
如用户在超市购买食物时，可通过打开手机上预先下载的专用终端管理程序，通过本发明系统内置的通讯单元连接控制单元并打开家里的冰箱，并调用冰箱内的摄像头，使其在手机上看到了冰箱里的状况，以便决定购买的食物。
另一场景，如做饭机器人。用户在到家之前可以，通过手机选择菜谱，并指示机器人开始做饭，当其到家时，饭已经做好了。由于那时墙上所有的插头布线时均内置了数据总线，使其可以随意改变家的布置，而不会影响用户通过终端管理这些家用电器设备。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种以太阳能为主电源的智能化供电系统，其特征在于：所述供电系统包括光伏电池组(1)、交流电网(2)、与所述交流电网(2)相连的整流稳压单元(3)、分别与所述光伏电池组(1)和整流稳压单元(3)相连的转换开关(4)，所述供电系统还包括至少一个通过电源线(B)与所述转换开关(4)相连的家用电器设备(5)、通过开关控制线(A)与所述转换开关(4)相连的控制单元(8)、通过数据总线(C)与所述控制单元(8)相连的通讯单元(6)和电力计量单元(7)，所述电力计量单元(7)中设有卡槽，所述卡槽中插有预付费磁卡；当所述预付费磁卡中的余额低于设定值时，所述控制单元(8)断开所述光伏电池组(1)对家用电器设备(5)的供电。
2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：所述光伏电池组(1)通过串联和/或并联达到所述家用电器设备(5)的工作电压。
3.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：所述整流稳压单元(3)通过滤波电路、整流电路、稳压电路达到所述家用电器设备(5)的工作电压。
4.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：所述转换开关(4)在光伏电池组(1)与整流稳压单元(3)之间切换供电电源，并且所述控制单元(8)通过控制所述转换开关(4)完成切换。
5.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：所述通讯单元(6)通过网络与远程通讯终端连接，并且所述远程通讯终端通过通讯单元(6)给所述控制单元(8)传输控制指令。
6.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：所述供电系统为电源线(B)与数据总线(C)并行布线。
7.根据权利要求6所述的供电系统，其特征在于：所述家用电器设备(5)的电源插头中包含数据线；当所述家用电器设备(5)通电时，所述数据线与所述数据总线(C)相连。
8.根据权利要求5所述的供电系统，其特征在于：所述通讯单元(6)与所述预付费磁卡绑定，并且所述远程通讯终端通过通讯单元(6)管理所述预付费磁卡。
9.根据权利要求7所述的供电系统，其特征在于：所述远程通讯终端经所述通讯单元(6)将控制指令传输给所述控制单元(8)，并且所述控制单元(8)给所述家用电器设备(5)发出执行信号，所述家用电器设备(5)执行所述远程通讯终端发出的控制指令。
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