CN108173262A - 一种城市家庭太阳能节能结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种城市家庭太阳能节能结构，由太阳能电池片、DC/DC变换器、遮阳棚及其控制系统、充电控制器、家用储能电池堆、多电源供电热水器的加热模块输入端、多电源供电冰箱压缩机的输入端，逆变器DC/AC、输出控制装置、市电断电检测单元、其他小功率家用电器组成。智能建筑光伏一体，既利用了太阳能，又避免了墙体的暴晒，提高了住房舒适度；利用太阳能和市电双能源给热水器和冰箱供电，大大节约了电能；家用储能电池堆的设计，使得照明等小功率家用电器的供电不间断，解决了停电时期的家庭正常用电需求。

Description

一种城市家庭太阳能节能结构
技术领域
本发明涉及太阳能发电和智能家居技术领域，尤其涉及一种城市家庭太阳能节能结构。
背景技术
智能家居是在互联网的影响之下的物联化体现，它可以定义为一个过程或者一个系统，属于智能穿戴设备的一个分支，主要以住宅为平台，是兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居(Smart Home)的概念最早出现于美国,它利用先进的计算机技术、嵌入式技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起。由Home Automation Association(HAA,家庭自动化协会)所定义的智能家居是:一个使用不同的方法或设备的过程,以此来提高人们生活的能力,使家庭变得更舒适、安全和有效。
智能家居曾几何时只是一个遥不可及、纯粹想象中的概念，而如今，随着科技的发展、人们生活水平的提高以及一波搞过一波的智能热潮，智能家居行业已经取得了迅猛的发展并日益渗透到平常百姓的生活中。
智能家居在美国、德国、日本、新加坡、日本已经实现了广泛的运用。美国是家居智能与自动化系统与设备最大的市场，谷歌、苹果、微软而这些行业巨头更是在智能家居领域领跑全球。根据相关数据显示，2011年美国智能家居市场规模已经达到34亿美元，预计2016年这一数据将达到55亿美元。日本也是家居智能化发展较快的区域，除了家庭电器联网自动化，它还通过生物认证技术实现了自动门禁识别系统，即使家庭用户双手提着东西，站在安装于入口处的摄像机前，摄像机仅需要大约1秒钟的时间进行生物认证，如果确定为该户户主，门禁便会立即打开。
尽管国内的智能家居系统存在系统复杂、价格昂贵、市场不成熟、标准不统一等问题，相对于其他行业来说，还属于比较小的行业，但是智能家居每年以高于20％的比例在迅速增长，经过5年的发展，中国的智能家居行业取得了迅猛的发展，一系列规范的较完善、较具规模的智能家居案例在国内出现，并且日益渗透到百姓生活中。随着人们生活水平的提高、消费观念的转变，以及智能家居技术的成熟、三网融合的实现、物联网的发展，实现更加自动化、舒适化、节能化的家居生活已成为可能。同时政府部门的大力支持和IT、家电、媒体等各行业的加入，极大地扩展了智能家居市场。
目前，作为普通家庭尚未享受到这些“未来生活方式”的成果。但是，目前普通家庭当中有几个问题是需要解决的。其中，热水器有燃气热水器和电热水器两种，燃气热水器属于即热式，而电热水器属于保温储水型热水器。在农村太阳能热水器已经普遍得到推广，即使是在冬季也能达到70-80℃。而城市家庭在选择热水器时考虑到安全、操作简单等方面往往会选择电热水器，其内胆保温效果会逐年恶化，大量的热量流失，热水器在反复的温度下降、电加热达到温度、温度下降、再加热……的循环过程中，每天浪费掉1-2度电用来保温。而采用使用后关闭热水器的方式，加热凉水需耗电且要等待一段时间才能使用，使用后热水器中存储的热水也浪费掉了。电冰箱也是类似的，一些节能等级为2-3级的电冰箱，每天也浪费掉电源来维持工作。另一方面，我们国家在很多地区的用电高峰时间采取限电或断电措施，来弥补供电量的不足。因此，在停电时间，给普通家庭带来很多不便。而且夏季朝南向的墙体暴晒，室内温度升高，影响舒适度。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供了一种城市家庭太阳能节能结构。
具体的方案如下：
一种城市家庭太阳能节能结构，其特征在于：该节能结构由太阳能电池片、DC/DC变换器、遮阳棚及其控制系统、充电控制器、家用储能电池堆、多电源供电热水器的加热模块输入端、多电源供电冰箱压缩机的输入端，逆变器DC/AC、输出控制装置、市电断电检测单元、其他小功率家用电器组成，
遮阳棚及其控制系统包括遮阳棚、遮阳棚控制器、电机驱动及传动部分、传感器，遮阳棚控制器与传感器连接，遮阳棚控制器接收传感器发出的指令，通过电机驱动及传动部分带动遮阳棚开合；
太阳能电池片、DC/DC变换器、充电控制器和家用储能电池堆构成充电回路；
家用储能电池堆包括第一主电池组、第二主电池组和一个备用电池组；
充电控制器还与220V市电连接，每天的20:00进行检测判断，如果此时家用储能电池堆的总容量不足60％时，用市电对电池堆进行补充充电；
家用储能电池堆、逆变器DC/AC、输出控制装置、多电源供电热水器的加热模块输入端、多电源供电冰箱的压缩机输入端、以及其他小功率家用电器构成放电回路；家用储能电池堆连接逆变器DC/AC，用于将直流电转化为交流电；输出控制装置接收市电断电检测单元的信号后作出响应，当市电停电后，停止向多电源供电热水器的加热模块输入端供电，限制多电源供电冰箱的压缩机输入端的输出功率不超过150W，优先满足包括照明在内的其他小功率家用电器的供电。
DC/DC变换器包括顺序连接的逆变电路、高频变压器、整流电路、输出录滤波电路。
太阳能电池片采用非晶硅薄膜柔性太阳能电池片或有机柔性太阳能电池片。
多电源供电热水器的加热模块输入端包括电源板和控制板，电源板首先与市电连接，电源板同时与家用储能电池堆的输出控制装置连接，控制板用于控制热水器处于温度慢速上升、慢速下降阶段时使用储能电池堆进行供电，处于温度快速下降阶段时接入市电进行供电；
家用储能电池堆的第一主电池组、第二主电池组采用锂离子电池，备用电池组采用免维护铅酸蓄电池；或者第一电池组、第二电池组、备用电池组全采用免维护铅酸蓄电池。
本发明提供了一种城市家庭太阳能节能结构，具有如下有益效果：
(1)智能建筑光伏一体，既利用了太阳能，又避免了墙体的暴晒，提高了住房舒适度；
(2)利用太阳能和市电双能源给热水器加热，大大节约了电能；利用太阳能和市电双电源给冰箱压缩机提供动力，实现了节能环保的目的；
(3)家用储能电池堆的设计，使得照明等小功率家用电器的供电不间断，解决了停电时期的家庭正常用电需求。
附图说明
图1是本发明的城市家庭太阳能节能结构的示意图。
具体实施方式
本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
如附图1所示，一种城市家庭太阳能节能结构，由太阳能电池片(1)、DC/DC变换器(6)、遮阳棚及其控制系统、充电控制器(7)、家用储能电池堆(8)、多电源供电热水器的加热模块输入端(11)、多电源供电冰箱压缩机的输入端(12)，逆变器DC/AC(9)、输出控制装置(10)、市电断电检测单元(14)、其他小功率家用电器(13)组成，遮阳棚及其控制系统包括遮阳棚(2)、遮阳棚控制器(4)、电机驱动及传动部分(3)、传感器(5)，遮阳棚控制器(4)与传感器(5)连接，遮阳棚控制器(4)接收传感器(5)发出的指令，通过电机驱动及传动部分(3)带动遮阳棚(2)开合；
太阳能电池片(1)、DC/DC变换器(6)、充电控制器(7)和家用储能电池堆(8)构成充电回路；
家用储能电池堆(8)包括第一主电池组(8-1)、第二主电池组(8-2)和一个备用电池组(8-3)；
充电控制器(7)还与220V市电连接，每天的20:00进行检测判断，如果此时家用储能电池堆(8)的总容量不足60％时，用市电对电池堆进行补充充电；
家用储能电池堆(8)、逆变器DC/AC(9)、输出控制装置(10)、多电源供电热水器的加热模块输入端(11)、多电源供电冰箱的压缩机输入端(12)、以及其他小功率家用电器(13)构成放电回路；
家用储能电池堆(8)连接逆变器DC/AC(9)，用于将直流电转化为交流电；输出控制装置(10)接收市电断电检测单元(14)的信号后作出响应，当市电停电后，停止向多电源供电热水器的加热模块输入端(11)供电，限制多电源供电冰箱的压缩机输入端(12)的输出功率不超过150W，优先满足包括照明在内的其他小功率家用电器(13)的供电。
DC/DC变换器(6)包括顺序连接的逆变电路、高频变压器、整流电路、输出录滤波电路。
包括照明在内的其他小功率家用电器(13)的例子包括：各种照明设备如灯泡、台灯、笔记本电脑电源适配器、各种移动设备充电器、路由器电源、弱电配电箱等。
太阳能电池片(1)采用非晶硅薄膜柔性太阳能电池片或有机柔性太阳能电池片。
多电源供电热水器的加热模块输入端(11)具体还包括电源板和控制板，电源板首先与市电连接，电源板同时与家用储能电池堆的输出控制装置连接，控制板用于控制热水器处于温度慢速上升、慢速下降阶段时使用储能电池堆进行供电，处于温度快速下降阶段时接入市电进行供电。
家用储能电池堆(8)的第一主电池组(8-1)、第二主电池组(8-2)考虑到电池容量、循环性能、寿命等因素优选使用锂离子电池，备用电池组(8-3)采用免维护铅酸蓄电池；
或者考虑成本和可靠性，也可以是第一电池组(8-1)、第二电池组(8-2)、备用电池组(8-3)全采用免维护铅酸蓄电池。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种城市家庭太阳能节能结构，其特征在于：该节能结构由太阳能电池片、DC/DC变换器、遮阳棚及其控制系统、充电控制器、家用储能电池堆、多电源供电热水器的加热模块输入端、多电源供电冰箱压缩机的输入端，逆变器DC/AC、输出控制装置、市电断电检测单元、小功率家用电器组成；
遮阳棚及其控制系统包括遮阳棚、遮阳棚控制器、电机驱动及传动部分、传感器，遮阳棚控制器与传感器连接，遮阳棚控制器接收传感器发出的指令，通过电机驱动及传动部分带动遮阳棚开合；
太阳能电池片、DC/DC变换器、充电控制器和家用储能电池堆构成充电回路；
家用储能电池堆包括第一主电池组、第二主电池组和一个备用电池组；
充电控制器还与220V市电连接，每天的20:00进行检测判断，如果此时家用储能电池堆的总容量不足60％时，用市电对电池堆进行补充充电；
家用储能电池堆、逆变器DC/AC、输出控制装置、多电源供电热水器的加热模块输入端、多电源供电冰箱的压缩机输入端、以及其他小功率家用电器构成放电回路；家用储能电池堆连接逆变器DC/AC，用于将直流电转化为交流电；输出控制装置接收市电断电检测单元的信号后作出响应，当市电停电后，停止向多电源供电热水器的加热模块输入端供电，限制多电源供电冰箱的压缩机输入端的输出功率不超过150W，优先满足包括照明在内的其他小功率家用电器的供电。
2.根据权利要求1所述的城市家庭太阳能节能结构，其特征在于：所述太阳能电池片采用非晶硅薄膜柔性太阳能电池片或有机柔性太阳能电池片。
3.根据权利要求1所述的城市家庭太阳能节能结构，其特征在于：所述多电源供电热水器的加热模块输入端包括电源板和控制板，电源板首先与市电连接，电源板同时与家用储能电池堆的输出控制装置连接，控制板用于控制热水器处于温度慢速上升、慢速下降阶段时使用储能电池堆进行供电，处于温度快速下降阶段时接入市电进行供电。
4.根据权利要求1所述的城市家庭太阳能节能结构，其特征在于：所述家用储能电池堆的第一主电池组、第二主电池组采用锂离子电池，备用电池组采用免维护铅酸蓄电池；或者第一电池组、第二电池组、备用电池组全采用免维护铅酸蓄电池。
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