CN106765753A - 一种太阳能空调及其供电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种太阳能空调及其供电方法，包括空调本体、太阳能组件及中央控制系统；中央控制系统用于实现空调本体区分开启和正常运转两种供电模式；当空调本体开启时，采用市电网供电，驱动空调本体开启；当空调本体正常运转时，时时检测太阳能组件能否供电，当太阳能组件无法供电时，将由市电网持续为空调本体供电；当太阳能组件能供电并且提供功率不小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，有余量再输送给市电网；当太阳能组件能供电并且提供功率小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，不足由市电网补充供电。本发明主要对开启供电模式提出创新设计，实现太阳能绿色节能用电同时消除对空调工作带来不利因素。

Description

一种太阳能空调及其供电方法
技术领域
本发明涉及空调供电技术领域，具体是指一种太阳能空调及其供电方法。
背景技术
随着生活条件的不断提升，空调设备成为越来越普及且生活中不可或缺的电器设备。空调属于大功率高耗电电器设备，随着空调的大规模普及应用，时常出现市网供电不足的问题，供电稳定性和可靠性也受到一定影响。近几年随着光伏产业的发展，太阳能发电越来越受到人们的重视，并且逐步深入到各个行业的用电设备中，比如延伸开发有太阳能空调。
目前关于太阳能空调的现有技术及主流研发方向，皆是从如何最大化利用太阳能的角度出发，而未结合空调自身工作特性加以研发设计。空调的工作过程包括有启动和正常运转两大过程，众所周知，空调工作过程中供电电压大小十分关键，特别是空调启动的供电电压，电压过大或者过小都会对空调带来一定影响，不仅影响正常工作，甚至对核心部件带来烧伤等破坏性影响，降低空调寿命。由于太阳能的供电时机存在多变不可控性，目前太阳能空调的设计皆未考虑到太阳能供电不可控对空调开启中带来的不利影响。
鉴于此，本案对上述问题进行深入研究，并提出一种太阳能空调，本案由此产生。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种太阳能空调，结合太阳能及空调特性，主要对开启供电模式提出创新设计，实现太阳能绿色节能用电的同时消除其对空调工作带来的不利因素。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种太阳能空调，包括空调本体，还包括：
太阳能组件，将太阳能转换为电能，为空调本体和市电网提供电能；
中央控制系统，用于实现空调本体区分开启和正常运转两种供电模式；当空调本体开启时，采用市电网供电，驱动空调本体开启并进入正常运转；当空调本体正常运转时，时时检测太阳能组件能否供电，当太阳能组件无法供电时，将由市电网持续为空调本体供电；当太阳能组件能供电并且提供功率不小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，有余量再输送给市电网；当太阳能组件能供电并且提供功率小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，不足由市电网补充供电。
所述太阳能空调还包括超级电容器组件；所述中央控制系统实现空调本体开启供电模式为，当空调本体开启时，先读取超级电容器组件蓄电量；当超级电容器组件蓄电量大于预设值时，采用超级电容器组件供电，驱动空调本体开启并进入正常运转；当超级电容器组件蓄电量不大于预设值时，采用市电网供电，驱动空调本体开启并进入正常运转。
所述当空调本体正常运转时，时时检测太阳能组件能否供电，当太阳能组件无法供电时，将由市电网为空调本体供电；当太阳能组件能供电并且提供功率不小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，有余量先为超级电容器组件充电，充满后再输送给市电网；当太阳能组件能供电并且提供功率小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，不足由市电网补充供电。
所述中央控制系统包括控制器、功率变换器及整流并网逆变器；
控制器，用于开启时检测超级电容器组件蓄电量并控制由超级电容器组件或者市电网供电启动；以及用于正常运转时检测太阳能组件供电情况并控制实现所述空调本体正常运转时的供电模式；
所述空调本体正常运转时的供电模式，当太阳能组件无法供电时，市电网经由整流并网逆变器整流后输送给功率变换器，实现为空调本体供电；当太阳能组件能供电并且提供功率不小于空调本体所需功率时，太阳能组件通过功率变换器为空调本体供电，有余量先为超级电容器充电，充满后再经由整流并网逆变器逆变后输送给市电网；当太阳能组件能供电并且提供功率小于空调本体所需功率时，太阳能组件通过功率变换器为空调本体供电，不足由市电网经由整流并网逆变器整流后输送给功率变换器作补充供电。
本发明的另一目的在于提供一种太阳能空调的供电方法，包括：
1)当空调本体开启时，采用市电网供电，驱动空调本体开启并进入正常运转；
2)当空调本体正常运转时，时时检测太阳能组件能否供电：
a、当太阳能组件无法供电时，将由市电网持续为空调本体供电；
b、当太阳能组件能供电并且提供功率不小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，有余量再输送给市电网；
c、当太阳能组件能供电并且提供功率小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，不足由市电网补充供电。
所述步骤1)，当空调本体开启时，先读取超级电容器组件蓄电量；
a、当超级电容器组件蓄电量大于预设值时，采用超级电容器组件供电，驱动空调本体开启并进入正常运转；
b、当超级电容器组件蓄电量不大于预设值时，采用市电网供电，驱动
空调本体开启并进入正常运转。
所述步骤2)，所述当空调本体正常运转时，时时检测太阳能组件能否供电：
a、当太阳能组件无法供电时，将由市电网为空调本体供电；
b、当太阳能组件能供电并且提供功率不小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，有余量先为超级电容器组件充电，充满后再输送给市电网；
c、当太阳能组件能供电并且提供功率小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，不足由市电网补充供电。
采用上述方案后，本发明一种太阳能空调及其供电方法，相对于现有技术的有益效果在于：本发明综合考量了空调用电特性及太阳能供电特性，特别提出空调区分开启和正常运转两种不同供电模式，开启供电模式避开由太阳能供电，而是强制采用较稳定的市电网或者超级电容器来启动，确保空调启动电压的正常稳定性，确保空调正常工作以及降低受破坏的几率，提升空调寿命。空调正常运转过程，通过中央控制系统操控，确保供电稳定可靠性，并且实现太阳能供电利用率最大化，降低成本。
附图说明
图1是本发明太阳能空调的控制原理图；
图2是本发明太阳能空调的第一实施例工作流程图；
图3是本发明太阳能空调的第二实施例工作流程图。
标号说明
空调本体 1 太阳能组件 2
中央控制系统 3 控制器 31
功率变换器 32 整流并网逆变器 33
超级电容器组件 4 市电网 5。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本案作进一步详细的说明。
本案涉及一种太阳能空调，包括空调本体1，还包括太阳能组件2和中央控制系统3。
太阳能组件2经由中央控制系统3与空调本体1相电气连接。空调本体1还经由中央控制系统3接入市电网5。太阳能组件2将太阳能转换为电能，为空调本体1和市电网5提供电能；市电网5能够为空调本体1提供电能。
中央控制系统3，用于实现空调本体1区分开启和正常运转两种供电模式，其是本发明的主要创新技术点之一。开启供电模式，即当空调本体1开启时，采用市电网5供电，驱动空调本体1正常平稳地开启并进入正常运转；正常供电模式，即当空调本体1进入正常运转时，时时检测太阳能组件2能否供电，当太阳能组件2无法供电时，将由市电网5持续为空调本体1供电；当太阳能组件2能供电并且提供功率不小于空调本体1所需功率时，将由太阳能组件2为空调本体1供电，有余量再输送给市电网5，实现太阳能的充分利用；当太阳能组件2能供电并且提供功率小于空调本体1所需功率时，将由太阳能组件2为空调本体1供电，不足由市电网5补充供电。
进一步，本发明太阳能空调还包括超级电容器组件4。中央控制系统3实现空调本体1开启供电模式为，当空调本体1开启时，先读取超级电容器组件4蓄电量；当超级电容器组件4蓄电量大于预设值(该值为预设且可调设置)时，采用超级电容器组件4供电，驱动空调本体1正常平稳地开启并进入正常运转；当超级电容器组件4蓄电量不大于预设值时，采用市电网5供电，驱动空调本体1正常平稳地开启并进入正常运转。
所述超级电容器组件4的设置，中央控制系统3实现空调本体1正常运转时，时时检测太阳能组件2能否供电，当太阳能组件2无法供电时，将由市电网5为空调本体1供电；当太阳能组件4能供电并且提供功率不小于空调本体1所需功率时，将由太阳能组件2为空调本体1供电，有余量先为超级电容器组件4充电，充满后再输送给市电网5；当太阳能组件2能供电并且提供功率小于空调本体1所需功率时，将由太阳能组件2为空调本体1供电，不足由市电网5补充供电。
现有技术中已揭示有太阳能为空调供电的技术，大部分的设计出发点是如何最大化利用太阳能来实现供电问题，然而现有技术及研发方向均未考虑到太阳能的独特供电方式对空调带来的影响，特别是影响空调开启的稳定性问题。于此本发明太阳能空调首先提出该问题并提出简洁又实用的改进技术，即空调的开启强制采用市电网5或者超级电容器组件4供电的创新方式，于此确保空调开启上电中的稳定可靠性，避免太阳能在开启瞬间可能供电不稳而对空调特别是空调核心部件带来烧毁等损坏。
实践中，特别是炎热夏季用电高峰期，空调使用率极高，由此容易发生市电网5供电电压不足问题，于此为了进一步确保空调开启稳定性，本发明还特别设计超级电容器组件4的开启供电方式，其相比市电网5更加平稳可靠。本发明超级电容器组件4的主要设计目的是为空调开启供电作用，当然其还可以作为应急供电来使用，即当太阳能组件2和市电网5均不能供电时，由超级电容器组件4为空调应急供电。超级电容器组件4的设计，除了起到加强空调开启稳定性外，当出现市电网5出现断电而太阳能组件2能够足量供电时，空调仍然能够稳定开启。超级电容器组件4预设值的设计，一则为了保证其大部分情况具有一定的足够储电量来开启空调，二则当出现市电网5出现断电的突发情况，以及超级电容器组件4储电量低于预设值时，通过解除该预设值来保证空调依然能够稳定开启的功能。
进一步，所述太阳能组件2能供电并且提供功率小于空调本体1所需功率的情况时，此处还进一步设定太阳能组件2提供功率的最小值，当太阳能组件2提供功率大于该最小值时，由太阳能组件2为空调本体1供电，不足由市电网5补充供电，当太阳能组件2提供功率不大于该最小值时，由市电网5为空调本体1供电，太阳能组件2为超级电容器组件4充电。如此设计用来提升空调运行过程的稳定性。
进一步，中央控制系统3还设定有太阳能组件2的工作时间，区分有白天时间(比如9:00-18:00)和夜晚时间(比如18:00-9:00)。当时间为白天时间时，按照上面流程模式工作，当时间为夜晚时间时，直接忽略太阳能组件2部分，空调本体1由市电网5或超级电容器组件4开启后，正常运行统一由市电网5供电。所述工作时间可以根据不同地区的实际情况作适当调节。
进一步，所述中央控制系统3包括控制器31、功率变换器32及整流并网逆变器33。控制器31连接超级电容器组件4和整流并网逆变器33，以实现控制启动供电及正常运行供电不同模式。太阳能组件2牵引出三条供电线路，线1连接超级电容器组件以为其充电，线2连接功率变换器32以供电驱动空调本体1工作，线3连接整流并网逆变器33以实现逆变输送给市电网3。超级电容器组件4连接功率变换器32以供电驱动空调本体1启动，市电网5连接整流并网逆变器33以实现整流，再经功率变换器32供电驱动空调本体1工作。
于此，控制器31，用于开启时检测超级电容器组件4蓄电量并控制由超级电容器组件4或者市电网5供电启动；以及用于正常运转时检测太阳能组件2供电情况并控制实现所述空调本体1正常运转时的供电模式；控制器31还用于设定及解除超级电容器组件4的设定值的作用，还用于设定太阳能组件2工作时间及控制白天和夜晚的不同工作模式。
所述空调本体1正常运转时的供电模式，当太阳能组件2无法供电时，市电网5经由整流并网逆变器33整流后输送给功率变换器32，实现为空调本体1供电；当太阳能组件2能供电并且提供功率不小于空调本体1所需功率时，太阳能组件2通过功率变换器32为空调本体1供电，有余量先为超级电容器组件4充电，充满后再经由整流并网逆变器33逆变后输送给市电网5；当太阳能组件2能供电并且提供功率小于空调本体1所需功率时，太阳能组件2通过功率变换器32为空调本体1供电，不足由市电网5经由整流并网逆变器33整流后输送给功率变换器32作补充供电。
进一步，太阳能组件2是实现空调太阳能供电的主体，太阳能组件2吸收太阳能的有效性直接影响太阳能供电性能。目前太阳能的利用还不是很普及，存在成本高、转换效率低的问题，故而目前太阳能空调有设计方案，然而却很难普及使用。再有，目前太阳能空调，均是一对一模式，即一空调单元对应相应的太阳能组件，该太阳能组件通常对应设于安装空调的房间的户外墙壁上或者阳台上，由于城市的高楼拥挤以及墙壁或阳台的竖式局限性，大大限制着太阳能组件吸收太阳能的吸收率，于此目前太阳能空调即使安装了，真正发挥太阳能供电的几率极低，太阳能组件部分通常处于闲置浪费状态。
于此，针对上述问题，本发明进一步提出太阳能组件2的设计方案，太阳能组件2扩展构成有太阳能组件供电系统。该太阳能组件系统包括公共太阳能组件及上位机。太阳能组件系统为一栋建筑物(一屋顶)为一套设置，公共太阳太阳能组件包括有铺设在屋顶面的若干组电池阵列，该每组电池阵列一一对应有一路输出的子供电线，该各路子供电线呈并列设置。空调本体具有若干个，安装在屋顶面的对应建筑物房间内，该建筑物可以为住宅楼、商业大厦等等，若干空调本体为实际已安装在各房间内的空调。并联的各路子供电线接入上位机，上位机设有若干路供电控制端分别一一对应连接若干空调本体的中央控制系统3。上位机即为供电调配模块，通过其调配实现每路子供电线可为各供电控制端输送电以实现相应空调本体的太阳能供电作用。本发明太阳能组件系统2与传统的区别特征在于将传统的一对一单点模式通过上位机变换为多对多交叉模式，上位机起到中间的转换调配作用。关于上位机的具体功能模块设计按照现有技术可以有多种实施方式，此处不作详细阐述。
所述时时检测太阳能供电情况为：由中央控制系统3给上位机信号，上位机检测各子供电线的供电情况。当各子供电线均处于无太阳能发电或者处于供电占用状态时，太阳能组件系统无法供电；当至少一路子供电线处于有太阳能发电并且处供电闲置状态，太阳能组件系统能供电；将一路或多路子供电线通过供电控制端送至中央控制系统3，中央控制系统3判断提供功率大小，并根据提供功率大小控制空调供电模式。
所述太阳能组件供电系统将现有一对一的单一模式变换为多对多的交叉模式，提升太阳能系统的转换效率及投入使用率。应用中，根据具体某一空调本体的开启使用情况，通过上位机调控配合，调配不处于供电状态的子供电线为该某一空调本体实现太阳能供电，还能够根据具体某一空调本体的相应供电功率来调配相应路(一路或多路)的子供电线为其供电。公共太阳能组件集中铺展设于遮挡率低的屋顶面，整洁又隐蔽，不影响楼房外观及视野，更关键是无遮挡，大大提高太阳能组件的太阳能吸收率。而且该公共太阳能组件是公共形式，通过上位机调配来实现不同时间可为不同空调本体供电的作用，提升太阳能组件的利用率。上位机调配以空调本体的开启时间先后顺序为主依据，另外，通常空调的使用时间通常比较集中，于此为了均匀分配太阳能供电，上位机还以各空调本体的开启频率和使用时间为辅依据，在集中使用的时间段进行强制调配。
本发明还对应提供一种太阳能空调的供电方法，第一实施例，如图2所示，包括：
步骤1)当空调本体开启时，采用市电网供电，驱动空调本体开启并进入正常运转；
步骤2)当空调本体正常运转时，时时检测太阳能组件能否供电：
a、当太阳能组件无法供电时，将由市电网持续为空调本体供电；
b、当太阳能组件能供电并且提供功率不小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，有余量再输送给市电网；
c、当太阳能组件能供电并且提供功率小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，不足由市电网补充供电。
当太阳能组件为太阳能供电系统时，步骤2)中时时检测太阳能供电情况为：由中央控制系统3给上位机信号，上位机检测各子供电线的供电情况。当各子供电线均处于无太阳能发电或者处于供电占用状态时，判断为所述a情况，太阳能组件系统无法供电；当至少一路子供电线处于有太阳能发电并且处供电闲置状态，判断为所述b/c情况，太阳能组件系统能供电；将一路或多路子供电线通过供电控制端送至中央控制系统3，中央控制系统3判断提供功率大小，当提供功率不小于空调本体所需功率时，判断为所述b情况，将由太阳能组件为空调本体供电，有余量再输送给市电网；当提供功率小于空调本体所需功率时，判断为所述c情况，将由太阳能组件为空调本体供电，不足由市电网补充供电。
进一步，本发明一种太阳能空调的供电方法，第二实施例，如图3所示，包括：
步骤1)当空调本体开启时，先读取超级电容器组件蓄电量；
a、当超级电容器组件蓄电量大于预设值时，采用超级电容器组件供电，驱动空调本体开启并进入正常运转；
b、当超级电容器组件蓄电量不大于预设值时，采用市电网供电，驱动
空调本体开启并进入正常运转。
步骤2)所述当空调本体正常运转时，时时检测太阳能组件能否供电：
a、当太阳能组件无法供电时，将由市电网为空调本体供电；
b、当太阳能组件能供电并且提供功率不小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，有余量先为超级电容器充电，充满后再输送给市电网；
c、当太阳能组件能供电并且提供功率小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，不足由市电网补充供电。
同理，当太阳能组件为太阳能供电系统时，所述步骤2)中时时检测太阳能供电情况为：由中央控制系统3给上位机信号，上位机检测各子供电线的供电情况。当各子供电线均处于无太阳能发电或者处于供电占用状态时，判断为所述a情况，太阳能组件系统无法供电；当至少一路子供电线处于有太阳能发电并且处供电闲置状态，判断为所述b/c情况，太阳能组件系统能供电；将一路或多路子供电线通过供电控制端送至中央控制系统3，中央控制系统3判断提供功率大小，当提供功率不小于空调本体所需功率时，判断为所述b情况，将由太阳能组件为空调本体供电，有余量先为超级电容器充电，充满后再输送给市电网；当提供功率小于空调本体所需功率时，判断为所述c情况，将由太阳能组件为空调本体供电，不足由市电网补充供电。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本发明权利要求的范围。

Claims (7)

1.一种太阳能空调，包括空调本体，其特征在于，还包括：
太阳能组件，将太阳能转换为电能，为空调本体和市电网提供电能；
中央控制系统，用于实现空调本体区分开启和正常运转两种供电模式；当空调本体开启时，采用市电网供电，驱动空调本体开启并进入正常运转；当空调本体正常运转时，时时检测太阳能组件能否供电，当太阳能组件无法供电时，将由市电网持续为空调本体供电；当太阳能组件能供电并且提供功率不小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，有余量再输送给市电网；当太阳能组件能供电并且提供功率小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，不足由市电网补充供电。
2.如权利要求1所述的一种太阳能空调，其特征在于，所述太阳能空调还包括超级电容器组件；所述中央控制系统实现空调本体开启供电模式为，当空调本体开启时，先读取超级电容器组件蓄电量；当超级电容器组件蓄电量大于预设值时，采用超级电容器组件供电，驱动空调本体开启并进入正常运转；当超级电容器组件蓄电量不大于预设值时，采用市电网供电，驱动空调本体开启并进入正常运转。
3.如权利要求2所述的一种太阳能空调，其特征在于，所述当空调本体正常运转时，时时检测太阳能组件能否供电，当太阳能组件无法供电时，将由市电网为空调本体供电；当太阳能组件能供电并且提供功率不小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，有余量先为超级电容器组件充电，充满后再输送给市电网；当太阳能组件能供电并且提供功率小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，不足由市电网补充供电。
4.如权利要求2或3所述的一种太阳能空调，其特征在于，所述中央控制系统包括控制器、功率变换器及整流并网逆变器；
控制器，用于开启时检测超级电容器组件蓄电量并控制由超级电容器组件或者市电网供电启动；以及用于正常运转时检测太阳能组件供电情况并控制实现所述空调本体正常运转时的供电模式；
所述空调本体正常运转时的供电模式，当太阳能组件无法供电时，市电网经由整流并网逆变器整流后输送给功率变换器，实现为空调本体供电；当太阳能组件能供电并且提供功率不小于空调本体所需功率时，太阳能组件通过功率变换器为空调本体供电，有余量先为超级电容器充电，充满后再经由整流并网逆变器逆变后输送给市电网；当太阳能组件能供电并且提供功率小于空调本体所需功率时，太阳能组件通过功率变换器为空调本体供电，不足由市电网经由整流并网逆变器整流后输送给功率变换器作补充供电。
5.一种太阳能空调的供电方法，其特征在于，包括：
1)当空调本体开启时，采用市电网供电，驱动空调本体开启并进入正常运转；
2)当空调本体正常运转时，时时检测太阳能组件能否供电：
a、当太阳能组件无法供电时，将由市电网持续为空调本体供电；
b、当太阳能组件能供电并且提供功率不小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，有余量再输送给市电网；
c、当太阳能组件能供电并且提供功率小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，不足由市电网补充供电。
6.如权利要求5所述的一种太阳能空调的供电方法，其特征在于，所述步骤1)，当空调本体开启时，先读取超级电容器组件蓄电量；
a、当超级电容器组件蓄电量大于预设值时，采用超级电容器组件供电，驱动空调本体开启并进入正常运转；
b、当超级电容器组件蓄电量不大于预设值时，采用市电网供电，驱动空调本体开启并进入正常运转。
7.如权利要求6所述的一种太阳能空调的供电方法，其特征在于，所述步骤2)，所述当空调本体正常运转时，时时检测太阳能组件能否供电：
a、当太阳能组件无法供电时，将由市电网为空调本体供电；
b、当太阳能组件能供电并且提供功率不小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，有余量先为超级电容器组件充电，充满后再输送给市电网；
c、当太阳能组件能供电并且提供功率小于空调本体所需功率时，将由太阳能组件为空调本体供电，不足由市电网补充供电。
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