專(zhuān)利名稱(chēng)：可再生能量回收系統(tǒng)的制作方法
可再生能量回收系統(tǒng)本發(fā)明涉及通過(guò)熱泵系統(tǒng)回收可再生能量、特別是地?zé)崮艿幕厥障到y(tǒng)。常規(guī)熱泵回收地面或空氣的熱能并為此需要用于流體循環(huán)的泵和用于改變?yōu)闊峤粨Q而使用的流體的物相的壓縮機(jī)。熱泵主要用于冬季加熱的建筑物中，或加熱游泳池。盡管使用可再生能量，熱泵仍需要35-50%之間的電網(wǎng)電能，以便給循環(huán)裝置和壓縮機(jī)的電機(jī)供電。為了減少不可再生能量的消耗，可以考慮使用其它能源，如光伏太陽(yáng)能板或風(fēng)力渦輪機(jī)。風(fēng)力渦輪機(jī)或光伏太陽(yáng)能板的安裝相對(duì)比較昂貴并且其與住宅或建筑物的電力系統(tǒng)的連接在許多國(guó)家出現(xiàn)問(wèn)題，原因是但不限于不能向公共電網(wǎng)中注入電流，盡管存在一些技術(shù)方案。然而太陽(yáng)能和/或風(fēng)能是不可預(yù)見(jiàn)的，并且/或者是變化的，并且不允許連續(xù)并根據(jù)需要保證住宅、建筑物或其它建筑需要的電能。由于可再生能量系統(tǒng)的使用目前一般比公共電網(wǎng)可用的能量更昂貴，所以可再生能量系統(tǒng)(如熱泵或光伏太陽(yáng)能板)的安裝和 操作成本是針對(duì)這樣的系統(tǒng)商業(yè)化的重要指標(biāo)。已經(jīng)知道使太陽(yáng)能板與能量回收系統(tǒng)(如電池)連接，或者與50Hz或60Hz的公共電網(wǎng)連接。在與公共電網(wǎng)連接的情況下，太陽(yáng)能板的直流DC輸出與電網(wǎng)換流器連接，換流器以與電網(wǎng)電壓(例如230VACU10VAC)對(duì)應(yīng)的電壓產(chǎn)生固定頻率為50或60Hz的正弦電流。這樣產(chǎn)生的正弦電流可以被任何與家用電網(wǎng)連接的機(jī)器消耗。但是，太陽(yáng)能板通過(guò)與電網(wǎng)連接的換流器進(jìn)行電流轉(zhuǎn)換的缺點(diǎn)，一方面是從直流DC轉(zhuǎn)換為正弦交流的能量損失，另一方面是由于要產(chǎn)生正弦交流電，電網(wǎng)換流器的相對(duì)較高的成本。在JP 2010088276中，描述了與熱泵系統(tǒng)連接的太陽(yáng)能回收系統(tǒng)。為了考慮太陽(yáng)能板提供的電功率的變化，給熱泵系統(tǒng)的供電還包括電網(wǎng)供電。電網(wǎng)的交流電通過(guò)AC-DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為直流電DC，并且每個(gè)電流源，即電網(wǎng)、太陽(yáng)能板或電池，每個(gè)都與換流器連接，以便產(chǎn)生提供給熱泵系統(tǒng)供電的正弦電流。不同的換流器由與太陽(yáng)能板的輸出的電壓表連接的控制器控制，以便根據(jù)可用的太陽(yáng)能功率改變各個(gè)源之間的功率。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是，為每個(gè)電流源提供換流器以及控制不同換流器的輸出的控制器的較高成本，以及還有與多個(gè)電流源之間的該轉(zhuǎn)換和互連系統(tǒng)有關(guān)的功率損失。實(shí)際上，如在常規(guī)系統(tǒng)中一樣在本系統(tǒng)中，人們力求產(chǎn)生用于給熱泵的電機(jī)供電的正弦波。本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)可再生能量生成系統(tǒng)，該系統(tǒng)的安裝、使用都很經(jīng)濟(jì)，并且具有在所生成的可再生能量與用于其生成的不可再生能量之間的較大比率。本發(fā)明的特定目的之一是提供安裝和使用非常經(jīng)濟(jì)并特別有效以便允許消耗較少的來(lái)自公共電網(wǎng)的電能量的地?zé)崮芑厥障到y(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求I或2的可再生能量回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)在，描述可再生能量回收系統(tǒng)，包括至少一個(gè)交流電機(jī)，一個(gè)或多個(gè)光伏太陽(yáng)能板，以及互連于太陽(yáng)能板與電機(jī)之間的AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器。該系統(tǒng)包括至少一個(gè)與AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器的直流DC輸出和電機(jī)連接的變頻器。變頻器被配置用于給電機(jī)直接供電而無(wú)需提供用于進(jìn)行光伏太陽(yáng)能板的DC輸出的轉(zhuǎn)換的電網(wǎng)換流器。變頻器同時(shí)允許控制電機(jī)。
在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，可再生能量回收系統(tǒng)包括具有用于壓縮機(jī)或流體循環(huán)泵的至少一個(gè)電機(jī)的熱泵系統(tǒng)，一個(gè)或多個(gè)光伏太陽(yáng)能板，互連于太陽(yáng)能板與熱泵系統(tǒng)之間的AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器，和至少一個(gè)變頻器，該變頻器與AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器的直流DC輸出和電機(jī)連接，被配置用于給電機(jī)供電并控制電機(jī)的速度和電流。有利地，變頻器允許控制電機(jī)并給電機(jī)提供電壓/電流，電機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵的壓縮機(jī)或者循環(huán)泵。光伏太陽(yáng)能的補(bǔ)給幾乎沒(méi)有損失地到達(dá)電機(jī)中，這是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)換器中避免使用三相換流器來(lái)處理太陽(yáng)能板的DC信號(hào)。本發(fā)明的AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器是很經(jīng)濟(jì)的，并且即使對(duì)小功率也非常容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椴恍枰魏坞姼芯€(xiàn)圈(self)或大濾波電容這是由于變頻器已經(jīng)配備有它們 了。對(duì)小功率(<3kW)或中等功率(<10kW)的設(shè)備，壓縮機(jī)可以具有三相電機(jī)和400VAC三相變頻器，并且循環(huán)裝置可以具有230VAC單相電機(jī)和230V AC單相或三相變頻器。對(duì)大功率OlOkW)的設(shè)備，壓縮機(jī)和循環(huán)裝置可以具有400V三相電機(jī)和變頻器。根據(jù)本發(fā)明的熱泵系統(tǒng)有利地可以包括能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，該能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括熱能儲(chǔ)存體，以便能夠在太陽(yáng)能足以為電機(jī)供電時(shí)使用熱泵。AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)與交流公共電網(wǎng)連接的輸入和至少一個(gè)與光伏太陽(yáng)能板連接的直流輸入。AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器另外可以包括被配置用于給傳感器、閥門(mén)、自動(dòng)裝置和電子裝置供電的一個(gè)或多個(gè)低壓輸出，如24V直流輸出，或者還包括用于傳感器的5、10或12V輸出。AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器被配置用于進(jìn)行AC-DC轉(zhuǎn)換和DC-DC轉(zhuǎn)換，AC-DC轉(zhuǎn)換將交流公共電網(wǎng)的電壓整流為值比電網(wǎng)電壓更高的直流電壓，DC-DC轉(zhuǎn)換將光伏板的DC電壓轉(zhuǎn)換為值高于公共電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換后的直流DC電壓的電壓，這兩個(gè)轉(zhuǎn)換提供兩個(gè)電流源。這兩個(gè)電流源可以與變頻器的供電電源連接，并通過(guò)供電保護(hù)二極管并聯(lián)。電網(wǎng)換流器與變頻器之間的差別在于，變頻器允許具有0-400HZ的可變輸出頻率。電網(wǎng)換流器具有50或60Hz的固定輸出并旨在以基本為正弦的信號(hào)為公共電網(wǎng)(50或60Hz)供電。變頻器有利地具有對(duì)于允許在電機(jī)中產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩電流比(MTPA=MaximumTorquePer Ampere每安培最大轉(zhuǎn)矩)的頻率的電流控制算法，這允許最好地利用作為電流源的光伏板的電流。相反，電網(wǎng)換流器通常只是管理，以便產(chǎn)生50或60Hz的正弦電壓。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另一重大區(qū)別是變頻器的輸出沒(méi)有LC濾波器，因?yàn)樽冾l器被設(shè)計(jì)用于直接給交流電機(jī)供電。根據(jù)權(quán)利要求和下面對(duì)實(shí)施方式的詳細(xì)描述以及附圖
，本發(fā)明的其它目的和有利方面將變得清楚，在附圖中，圖Ia是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的具有低功率(小于3kW)光伏太陽(yáng)能設(shè)備的地?zé)崮芑厥障到y(tǒng)的不意圖；圖Ib根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的具有中等功率(3kW_10kW)光伏太陽(yáng)能設(shè)備的地?zé)崮芑厥障到y(tǒng)的不意圖；圖Ic是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有高功率(大于IOkW)光伏太陽(yáng)能設(shè)備的地?zé)崮芑厥障到y(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖3a是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的地?zé)崮芑厥障到y(tǒng)的熱泵的壓縮機(jī)的電機(jī)的示意圖；圖3b是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的變頻器的供電及其與太陽(yáng)能板的連接的示意圖；圖4是示出變頻器的工作原理的示意圖；圖5a是變頻器的輸出的波形圖，圖5b是變頻器的電機(jī)電壓與電機(jī)速度之間的關(guān)系圖； 圖6a表示針對(duì)不同的陽(yáng)光照射值、由175W光伏太陽(yáng)能板提供的電流隨開(kāi)路電壓而變化的圖示，圖6b表示175W光伏太陽(yáng)能板的分別開(kāi)路電壓和短路電流隨陽(yáng)光照射(以W/m2表示)而變化的圖示。參照附圖，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的地?zé)岷吞?yáng)能回收系統(tǒng)I包括熱泵系統(tǒng)2，一個(gè)或多個(gè)光伏太陽(yáng)能板3，互連于太陽(yáng)能板與熱泵系統(tǒng)之間的AC-DC/DC轉(zhuǎn)換器4，地?zé)崽綔y(cè)器6和可選地包括能量存儲(chǔ)系統(tǒng)5。熱泵系統(tǒng)2與地?zé)崽綔y(cè)器流體連接以便回收地面或空氣的熱能并將該能量提供給一個(gè)或多個(gè)熱能使用者7，如建筑物、游泳池或其它建筑。通過(guò)熱泵系統(tǒng)回收和提供能量的原理本身是眾所周知的，并因此不再詳細(xì)描述。一個(gè)或多個(gè)溫度探測(cè)器可以與熱泵系統(tǒng)2的控制器35連接，以便根據(jù)外部和/或內(nèi)部溫度以及使用者定義的參數(shù)來(lái)控制加熱和存儲(chǔ)線(xiàn)路，尤其是控制其線(xiàn)路的閥門(mén)。因此，產(chǎn)生的熱能可以根據(jù)需要和環(huán)境溫度或者被存儲(chǔ)，或者被直接使用。常規(guī)熱泵系統(tǒng)提供的能量的30-50%來(lái)自電網(wǎng)，該能量對(duì)于使流體穿過(guò)熱交換器并在地?zé)崽綔y(cè)器中流動(dòng)的泵并尤其對(duì)熱泵的壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是必需的。通過(guò)常規(guī)熱泵提供給使用者的能量的調(diào)節(jié)是通過(guò)系統(tǒng)的接通和斷開(kāi)進(jìn)行的，接通的時(shí)間調(diào)節(jié)提供的熱能的量。因此，壓縮機(jī)和常規(guī)循環(huán)泵的電機(jī)具有接通和斷開(kāi)電機(jī)的開(kāi)關(guān)類(lèi)型的非常簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在常規(guī)系統(tǒng)中，電機(jī)與城市電網(wǎng)連接(在歐洲為單相230V和三相400V 50Hz交流電)。在常規(guī)的熱泵系統(tǒng)中，電機(jī)以不變的恒定速度旋轉(zhuǎn)。常規(guī)的熱泵系統(tǒng)不包括任何存儲(chǔ)系統(tǒng)，并且這沒(méi)有意義，因?yàn)樵诔Ｒ?guī)熱泵系統(tǒng)中存儲(chǔ)能量沒(méi)有任何好處。熱泵包括穿過(guò)熱交換器8和地?zé)崽綔y(cè)器6的流體線(xiàn)路，該線(xiàn)路包括冷線(xiàn)路部分10和熱線(xiàn)路部分12。熱泵可以包括單一流體線(xiàn)路，或兩個(gè)被熱交換器分開(kāi)的流體線(xiàn)路。為了使流體在線(xiàn)路中流動(dòng)，熱泵系統(tǒng)包括一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)循環(huán)裝置18a、18b，循環(huán)裝置18a、18b包括被電機(jī)15’帶動(dòng)的流體泵。壓縮機(jī)14還包括一般功率比循環(huán)裝置的電機(jī)大的電機(jī)15。優(yōu)選地通過(guò)變頻器16、16’給根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的循環(huán)裝置和壓縮機(jī)供電，并控制這些循環(huán)裝置和壓縮機(jī)，這些變頻器與電子轉(zhuǎn)換器4的直流電壓輸出24、25連接。電子轉(zhuǎn)換器4具有與光伏太陽(yáng)能板3連接的直流輸入23并且還具有用于三相(400Vac)和單相(230Vac)城市電網(wǎng)的交流電的輸入21、22。電子轉(zhuǎn)換器4還可有利地包括低壓輸出，如24伏直流輸出，用于給傳感器、閥門(mén)、自動(dòng)裝置和電子裝置供電。轉(zhuǎn)換器電路的有利實(shí)施例示于圖2。根據(jù)本發(fā)明的電子轉(zhuǎn)換器4有利地允許使太陽(yáng)能板以及公共電網(wǎng)直接與電機(jī)連接，從而根據(jù)陽(yáng)光照射來(lái)管理電能源的供給，并且還允許通過(guò)變頻器控制電機(jī)，以便在非常經(jīng)濟(jì)的配置中最佳利用太陽(yáng)能。電子轉(zhuǎn)換器的配置可以取決于光伏太陽(yáng)能板3的電功率，如下面作為示例概括的圖la、Ib和Ic所示圖Ia :低功率設(shè)備一小于3kW的光伏太陽(yáng)能板AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器4允許通過(guò)三相輸入或通過(guò)DC總線(xiàn)(如果有的話(huà))給變頻器16供應(yīng)直流電，并具有以下特征—與公共電網(wǎng)連接的三相400VAC/230VAC輸入21、22;—與光伏太陽(yáng)能板連接的150VDC-250V DC的DC電壓輸入23 ；—與壓縮機(jī)14的變頻器16連接的550VDC-800V DC的電壓輸出24 ；—與循環(huán)裝置18a、18b的變頻器16’連接的350VDC-450V DC的電壓輸出25 ； —用于給閥門(mén)、自動(dòng)裝置和電子裝置供電的24VDC電壓輸出；一用于測(cè)量電網(wǎng)功率的DC/DC 0-10V模擬輸出；一用于測(cè)量太陽(yáng)功率的0-10V模擬輸出；— I-IOkW 三相功率。壓縮機(jī)具有三相電機(jī)15和三相400V AC變頻器16，并且循環(huán)裝置18a、18b具有單相230V AC電機(jī)15，和單相或三相230V AC變頻器16，。圖Ib :中等功率設(shè)備一3-10kW光伏太陽(yáng)能板AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器4允許通過(guò)三相輸入或通過(guò)DC總線(xiàn)(如果有的話(huà))給變頻器16供給直流電，該轉(zhuǎn)換器具有以下特征—與公共電網(wǎng)連接的三相400VAC/230V AC輸入21、22 ；一與光伏太陽(yáng)能板連接的600V DC-800V DC的DC電壓輸入23 ；一與壓縮機(jī)14的變頻器16連接的600V DC-800V DC的電壓輸出24 ；—與循環(huán)裝置18a、18b的變頻器16’連接的350VDC-450V DC電壓輸出25 ；—用于給閥門(mén)、自動(dòng)裝置和電子裝置供電的24VDC電壓輸出；一用于測(cè)量電網(wǎng)功率的DC/DC 0-10V模擬輸出；一用于測(cè)量太陽(yáng)功率的0-10V模擬輸出；— 3_30kW 三相功率。壓縮機(jī)具有三相電機(jī)15和三相400V AC變頻器16，并且循環(huán)裝置18a、18b具有單相230V AC電機(jī)15，和單相或三相230V AC變頻器16，。圖Ic :高功率設(shè)備一IOkW-IOOkW光伏太陽(yáng)能板AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器4允許通過(guò)三相輸入或通過(guò)DC總線(xiàn)(如果有的話(huà))給變頻器16提供直流電，該轉(zhuǎn)換器具有以下特征—與公共電網(wǎng)連接的三相400VAC/230V AC輸入21、22 ；一與光伏太陽(yáng)能板連接的600V DC-800V DC的DC電壓輸入23 ；一與壓縮機(jī)14的變頻器16和循環(huán)裝置18a、18b的變頻器16’連接的600VDC-800V DC電壓輸出24 ；—用于給閥門(mén)、自動(dòng)裝置和電子裝置供電的24VDC電壓輸出；—用于測(cè)量電網(wǎng)功率的DC/DC0-10V模擬輸出；—用于測(cè)量太陽(yáng)功率的0-10V模擬輸出；— 10_300kW 三相功率。壓縮機(jī)具有三相電機(jī)15和三相400V AC變頻器16，并且循環(huán)裝置18a、18b具有三相400V AC電機(jī)15，和三相400V AC變頻器16，。運(yùn)行原理熱泵系統(tǒng)2整合了 AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器4和與一個(gè)或多個(gè)變頻器16、16’結(jié)合的控制器或電子控制器，這些變頻器允許根據(jù)可用的光伏太陽(yáng)能和使用者的需要來(lái)管理加熱或冷卻功率。AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器4 (見(jiàn)圖Ia-Ic和圖2)被配置用于進(jìn)行兩種轉(zhuǎn)換操作交流電AC到直流電DC的轉(zhuǎn)換，將400V AC和230VAC交流電網(wǎng)整流為540V DC和3IOV DC直流電壓，以及DC-DC直流電的轉(zhuǎn)換，將光伏板3的直流DC電壓轉(zhuǎn)換為略高(例如5-30%，例如大約15%)于400V AC/230V AC公共電網(wǎng)的在轉(zhuǎn)換后的直流DC 電壓的電壓。這兩個(gè)電流源與變頻器16、16 ’的供電34連接(見(jiàn)圖3a和3b )，并通過(guò)供電保護(hù)二極管Dl、D2并聯(lián)，因此，保證兩個(gè)電流源的隔離。在光伏太陽(yáng)能板的最大功率點(diǎn)時(shí)，應(yīng)達(dá)到平衡點(diǎn)(兩個(gè)源的電壓相同)。還可考慮公共電網(wǎng)的上容限。如果來(lái)自光伏太陽(yáng)能板的功率不足以給熱泵供電，電壓將由于作為電流源工作的光伏太陽(yáng)能板的高阻抗而下降，然后電能的提供由于電網(wǎng)的較低阻抗而來(lái)自電網(wǎng)。因此在公共電網(wǎng)與太陽(yáng)能板之間的電能提供的轉(zhuǎn)換是根據(jù)來(lái)自太陽(yáng)能板的功率而自動(dòng)進(jìn)行的。這樣得到的電子轉(zhuǎn)換器4的DC電壓有利地被通過(guò)變頻器16、16’的三相或單相供電或者通過(guò)它的DC總線(xiàn)(如果有的話(huà))直接用于給變頻器16、16’供電?？梢栽谌嘧冾l器上，可使變頻器16、16’的供電34的僅兩相LI、L2 (見(jiàn)圖2，3a)與電子轉(zhuǎn)換器4的DC輸出24、25連接。根據(jù)本發(fā)明的該配置有利地允許使用變頻器的過(guò)濾、積累和調(diào)節(jié)能力，這是因?yàn)樽冾l器包含高DC電壓(>540V DC)下的大容量電容器并且電機(jī)15、15’的線(xiàn)圈可以有利地用作平滑電感線(xiàn)圈(self delissage)。因此，本發(fā)明的電子轉(zhuǎn)換器AC-DC/DC 4成本較低，并且即使對(duì)l_2kW的小功率也很容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橛欣厮恍枰姼芯€(xiàn)圈和大過(guò)濾電容這是由于變頻器16、16’已經(jīng)配有它們了。光伏太陽(yáng)能的補(bǔ)給幾乎沒(méi)有損失地到達(dá)電機(jī)，因?yàn)楸苊庠谵D(zhuǎn)換器中使用三相換流器處理太陽(yáng)能板的DC信號(hào)。變頻器的調(diào)節(jié)器允許控制電機(jī)15并為其供給電壓/電流，電機(jī)15根據(jù)由熱泵的控制器36傳送的數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)熱泵2的壓縮機(jī)14。熱泵的控制器36根據(jù)可用的電太陽(yáng)能和使用者的需要來(lái)調(diào)節(jié)加熱或冷卻功率。如果太陽(yáng)能供給太多，則可以把由熱泵產(chǎn)生的能量?jī)?chǔ)存在存儲(chǔ)體30中，存儲(chǔ)體30的尺寸根據(jù)熱泵的功率和光伏太陽(yáng)能板的功率確定。然后，該能量可以以后在白天或夜間使用，以加熱和冷卻模式運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施方式，在冷卻模式，產(chǎn)生的熱可以輸送到地?zé)崽綔y(cè)器6中，以便將該能量存儲(chǔ)在大地中?？傻玫捷^大的系統(tǒng)年收益。根據(jù)本發(fā)明，熱泵的調(diào)節(jié)允許優(yōu)化太陽(yáng)能的利用指數(shù)，理想情況下接近100%，而不需要向公共電網(wǎng)中注入太陽(yáng)電能。冬季運(yùn)行在冬季，地?zé)岜每梢约訜嶙≌约靶l(wèi)生用水，它的運(yùn)行所需的電力主要來(lái)自單相230V或三相400V公共電網(wǎng)。如果陽(yáng)光照射允許，光伏太陽(yáng)能板的電力供給允許減少公共電網(wǎng)上的消耗。熱泵的調(diào)節(jié)器實(shí)時(shí)計(jì)算可由光伏太陽(yáng)能板支配的功率，并調(diào)節(jié)它的加熱功率，以便得到最好的電網(wǎng)能/太陽(yáng)能比率。根據(jù)本發(fā)明的熱泵有利地可以在白天連續(xù)運(yùn)行，避免常規(guī)熱泵的接通/斷開(kāi)(啟動(dòng)和停止)功能，這允許得到很好的收益。如果太陽(yáng)能供給太多，可以加熱允許存儲(chǔ)該能量以便在白天結(jié)束時(shí)釋放該能量的附加存儲(chǔ)體30，并且利用價(jià)格更低的夜間電網(wǎng)電能。如果沒(méi)有足夠的陽(yáng)光，熱泵可以汲取公共電網(wǎng)上的電能。春季運(yùn)行
光伏太陽(yáng)能的供給比冬季多，并且需要的熱能較少，因此，熱泵實(shí)際上可以只用太陽(yáng)能運(yùn)行。白天期間的多余能量可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)體30中，并在夜間釋放。夏季運(yùn)行太陽(yáng)能供給最大，并且除了熱水之外對(duì)熱的需要減少，熱泵可以只使用光伏太陽(yáng)能以冷卻模式運(yùn)行。冷氣的存儲(chǔ)可以在將根據(jù)需要使用的儲(chǔ)水體中進(jìn)行。產(chǎn)生的熱可有利地輸送到地?zé)崽綔y(cè)器中并且可以利用大地存儲(chǔ)熱能。該存儲(chǔ)的能量可以尤其在秋季、甚至冬季使用。秋季運(yùn)行與春季運(yùn)行類(lèi)似，但效率更高，這是因?yàn)榭梢曰厥障募据斔偷酱蟮刂械哪芰坎糠?。等待運(yùn)行當(dāng)熱泵停止時(shí)，白天期間即使沒(méi)有太陽(yáng)，仍可以由光伏太陽(yáng)能板通過(guò)AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器給電子裝置供電。這允許優(yōu)化光伏太陽(yáng)能板的使用。使變頻器與三相電機(jī)的布線(xiàn)連接變頻器用于將光伏太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換器的直流電壓(DC)轉(zhuǎn)換為可由三相電機(jī)在控制速度和電流的情況下直接使用的三相交流電壓，如圖5a、5b所示。電機(jī)帶動(dòng)熱泵的壓縮機(jī)14以及用于加熱和地?zé)崽綔y(cè)器6的循環(huán)泵P1、P2。變頻器16、16’包含允許存儲(chǔ)足以產(chǎn)生電機(jī)所需的電流峰值的能量的大容量電容器。本發(fā)明使光伏太陽(yáng)能板與市場(chǎng)上可獲得的變頻器結(jié)合，并且允許使用變頻器16的控制器36以在控制電機(jī)15、15’的速度和電流的情況下產(chǎn)生三相交流電壓。參照?qǐng)DIa-Ic和圖4，熱泵的控制器36根據(jù)多個(gè)參數(shù)向變頻器16、16’、16”發(fā)送速度參照，這多個(gè)參數(shù)如一需要的加熱或冷卻功率—可用的太陽(yáng)能功率一在公共電網(wǎng)上消耗的功率一 COP (熱泵的性能系數(shù))這些參數(shù)被配置為通過(guò)最小程度地使用公共電網(wǎng)的能量并最大程度地使用太陽(yáng)能經(jīng)由熱泵產(chǎn)生最大能量。在變頻器上的連接
變頻器16、16’的供電34經(jīng)由通常用于連接在三相400VAC/50Hz電網(wǎng)(歐洲)上的連接端子進(jìn)行。電子轉(zhuǎn)換器4產(chǎn)生直流電壓，因此只使用兩個(gè)端子LI、L2給變頻器供電(L1=+V，L2=-V)。參照?qǐng)D3，六個(gè)二極管的橋D1、D2讓電流沿箭頭方向通過(guò)，因此沒(méi)有短路。這些二極管的尺寸被調(diào)整為承受1000V DC的反向電壓，這允許使太陽(yáng)能調(diào)節(jié)器以直到800VDC的電壓運(yùn)行。光伏太陽(yáng)能板的特征參照?qǐng)D6a和6b，光伏太陽(yáng)能板根據(jù)陽(yáng)光照射產(chǎn)生電流，這主要以成比例的方式進(jìn)行。根據(jù)陽(yáng)光照射的最大功率實(shí)際上總是具有相同的輸出電壓，差別大約為10%。另外，該功率在同樣的電壓范圍中保持基本恒定，這便于電子轉(zhuǎn)換器4的構(gòu)建及其DC-DC轉(zhuǎn)換。
175W太陽(yáng)能板的例子AC-DC/DC 轉(zhuǎn)換器根據(jù)實(shí)施例，對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換器使用平均頻率為IOOkHz的推挽式PWM(脈沖寬度調(diào)制)技術(shù)。該頻率是很好的折衷，因?yàn)樗试S使用標(biāo)準(zhǔn)電子元件。例如變壓器可以是Ferroxcube ETD59型的，在150Khz頻率的損失不太高。根據(jù)光伏太陽(yáng)能板的電壓/電流特征來(lái)優(yōu)化變壓器的尺寸，以便達(dá)到約49%的占空比用于獲得變壓器的最大功率。當(dāng)轉(zhuǎn)換器的DC電壓超過(guò)800V DC時(shí)可以設(shè)置過(guò)壓保護(hù)，因?yàn)槭袌?chǎng)上可買(mǎi)到的400VAC/50HZ三相變頻器的電容器的最大運(yùn)行電壓為800VDC。對(duì)大于2kW的功率，AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器可被配置為只提供低功率轉(zhuǎn)換以向熱泵的控制器以及循環(huán)泵供電。熱泵的控制器熱泵的控制器36可以是普通工業(yè)型，如Saia P⑶lm，其具有足夠的模擬輸入以便最好地分析需求、收益和能量生產(chǎn)率，如一測(cè)量公共電網(wǎng)上吸收的電功率；一測(cè)量太陽(yáng)能板產(chǎn)生的電功率；—測(cè)量熱泵的熱功率；—測(cè)量外部溫度；—測(cè)量室內(nèi)溫度；一測(cè)量ECS (衛(wèi)生熱水)溫度；一測(cè)量起始加熱溫度；一測(cè)量返回加熱溫度；—測(cè)量加熱水流率；一測(cè)量蒸發(fā)器起始溫度；一測(cè)量蒸發(fā)器返回溫度。太陽(yáng)能板和變頻器與根據(jù)本發(fā)明的用于連接這兩者的電子轉(zhuǎn)換器的有利結(jié)合可以用于熱泵以外的其它應(yīng)用中，例如用于建筑物的通風(fēng)系統(tǒng)中，或使用熱能的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中。有利地，本發(fā)明允許在沒(méi)有很大改變的情況下使市場(chǎng)上可買(mǎi)到的變頻器連接在光伏太陽(yáng)能板上，而無(wú)需使用三相換流器。三相電機(jī)具有非常好的效率并且因此通過(guò)變頻器利用該太陽(yáng)能是非常有利的。圖中的附圖標(biāo)記的列表I地?zé)岷吞?yáng)能回收系統(tǒng)
2 熱泵8熱交換器10冷線(xiàn)路12熱線(xiàn)路14壓縮機(jī)15 電機(jī)16變頻器
34變頻器供電18a、18b 循環(huán)裝置15’ 電機(jī)16’變頻器34變頻器供電35控制器36外部溫度探測(cè)器3光伏太陽(yáng)能板23 DC 輸出4 AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器21三相400VAC電網(wǎng)輸入22單相230VAC電網(wǎng)輸入23 150-250V DC光伏板連接輸入24 DC - 550-800V DC 輸出25 DC - 300-500V DC 輸出26DC —24VDC 輸出5能量存儲(chǔ)系統(tǒng)28 閥門(mén)30存儲(chǔ)體32 線(xiàn)路6地?zé)崽綔y(cè)器7熱能使用者
權(quán)利要求
1.一種可再生能量回收系統(tǒng)(1)，包括用于熱泵系統(tǒng)(2)的壓縮機(jī)(14)或熱泵系統(tǒng)(2)的流體循環(huán)泵(18a、18b)的至少一個(gè)電機(jī)(16、16)，一個(gè)或多個(gè)光伏太陽(yáng)能板(3)，以及AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器(4)，該AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器(4)包括被配置為與交流AC電源、特別是交流公共電網(wǎng)連接的至少一個(gè)輸入(21、22)和與所述一個(gè)或多個(gè)光伏太陽(yáng)能板連接的至少一個(gè)直流輸入(23)，其特征在于，該可再生能量回收系統(tǒng)還包括至少一個(gè)與轉(zhuǎn)換器的直流0(輸出(24、25)連接并與所述至少一個(gè)電機(jī)連接的變頻器(16、16’)，所述變頻器被配置為在沒(méi)有電網(wǎng)換流器的情況下給所述至少一個(gè)電機(jī)直接供電并且用于控制電機(jī)。
2.—種可再生能量回收系統(tǒng)(I )，包括具有用于壓縮機(jī)(14)或流體循環(huán)泵(18a、18b)的至少一個(gè)電機(jī)(16、16’)的熱泵系統(tǒng)(2)，一個(gè)或多個(gè)光伏太陽(yáng)能板(3)，以及互連在太陽(yáng)能板與熱泵系統(tǒng)之間的AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器(4 )，該AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器包括被配置為與AC交流電源、特別是交流公共電網(wǎng)連接的至少一個(gè)輸入(21、22)，其特征在于，該AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器(4)被互連在太陽(yáng)能板與熱泵系統(tǒng)之間而沒(méi)有電網(wǎng)換流器，并且該可再生能量回收系統(tǒng)包括至少一個(gè)與轉(zhuǎn)換器的直流DC輸出(24、25)連接并與所述至少一個(gè)電機(jī)連接的變頻器(16、16’)，用于給所述至少一個(gè)電機(jī)供電并控制所述至少一個(gè)電機(jī)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，熱泵系統(tǒng)包括多個(gè)用于壓縮機(jī)和流體循環(huán)泵(18a、18b)的AC電機(jī)，每個(gè)電機(jī)與變頻器(16、16’)直接連接，每個(gè)變頻器與電子轉(zhuǎn)換器(4)的直流電壓輸出(24、25)連接。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓縮機(jī)具有三相電機(jī)和三相400VAC變頻器，并且循環(huán)裝置具有單相230V AC電機(jī)和單相或三相230V AC變頻器。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓縮機(jī)和循環(huán)裝置具有三相400V電機(jī)和變頻器。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的系統(tǒng)，其特征在于包括含有熱能存儲(chǔ)體(30)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)(5)。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器(4)包括被配置用于給傳感器、閥門(mén)、自動(dòng)裝置和電子裝置供電的低壓輸出，如24V直流輸出。
8.如前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器被配置用于進(jìn)行AC-DC轉(zhuǎn)換和DC-DC轉(zhuǎn)換，AC-DC轉(zhuǎn)換把交流公共電網(wǎng)的電壓整流為值比電網(wǎng)電壓高的直流電壓的，以及DC-DC轉(zhuǎn)換把光伏板的DC電壓轉(zhuǎn)換為值比公共電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換后的直流DC電壓高的電壓，這兩種轉(zhuǎn)換提供兩個(gè)電流源。
9.如前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器被配置用于進(jìn)行AC-DC轉(zhuǎn)換和DC-DC轉(zhuǎn)換，AC-DC轉(zhuǎn)換把交流公共電網(wǎng)的電壓整流為540V DC和3IOV DC的直流電壓，DC-DC轉(zhuǎn)換把光伏板(3)的DC直流電壓轉(zhuǎn)換為比400V AC/230V AC公共電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換后的DC直流電壓高5-30%的電壓。
10.如權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，其特征在于，兩個(gè)電流源與變頻器的電源(34)連接并通過(guò)供電保護(hù)二極管Dl、D2而并聯(lián)連接。
11.如前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器(4)對(duì)于DC/DC轉(zhuǎn)換使用平均頻率為IOOkHz的推挽式脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。
12.如前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器(4)包括變壓器，該變壓器被根據(jù)光伏太陽(yáng)能板的電壓/電流特征而被配置以達(dá)到大約49%的占空比。
13.如前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器(4)包括對(duì)轉(zhuǎn)換器的DC電壓超過(guò)800V DC時(shí)的過(guò)壓的保護(hù)。
14.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的系統(tǒng)，對(duì)于低于3kW的光伏太陽(yáng)能板，其特征在于，AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器包括 —與公共電網(wǎng)連接的三相400V AC/230V AC輸入(21、22)； 一與光伏太陽(yáng)能板連接的150V DC至250V DC的DC電壓輸入(23)； 一與壓縮機(jī)(14)的變頻器(16)連接的550V DC至800V DC的電壓輸出(24); 一與循環(huán)裝置(18a、18b)的變頻器(16，)連接的350V DC至450V DC的電壓輸出(25);一用于給閥門(mén)、自動(dòng)裝置和電子裝置供電的24V DC電壓輸出； 一用于測(cè)量電網(wǎng)功率的DC/DC O-IOV模擬輸出； 一用于測(cè)量太陽(yáng)能功率的0-10V模擬輸出。
15.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的系統(tǒng)，對(duì)于3-10kW的光伏太陽(yáng)能板，其特征在于，AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器包括 —與公共電網(wǎng)連接的三相400V AC/230V AC輸入(21、22)； 一與光伏太陽(yáng)能板連接的600V DC至800V DC的DC電壓輸入(23)； 一與壓縮機(jī)(14)的變頻器(16)連接的600V DC至800V DC的電壓輸出(24); 一與循環(huán)裝置(18a、18b)的變頻器(16，)連接的350V DC至450V DC的電壓輸出(25); 一用于給閥門(mén)、自動(dòng)裝置和電子裝置供電的24V DC電壓輸出； 一用于測(cè)量電網(wǎng)功率的DC/DC 0-10V模擬輸出； 一用于測(cè)量太陽(yáng)能功率的0-10V模擬輸出。
16.如權(quán)利要求1、2、3或5所述的系統(tǒng),對(duì)于大于IOkW的光伏太陽(yáng)能板,其特征在于，AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器包括 —與公共電網(wǎng)連接的三相400V AC/230V AC輸入(21、22)； 一與光伏太陽(yáng)能板連接的600V DC至800V DC的DC電壓輸入(23)； 一與壓縮機(jī)(14)的變頻器(16)和循環(huán)裝置(18a、18b)的變頻器(16’)連接的600V DC至800V DC的電壓輸出(24)； 一用于給閥門(mén)、自動(dòng)裝置和電子裝置供電的24V DC電壓輸出； 一用于測(cè)量電網(wǎng)功率的DC/DC 0-10V模擬輸出； 一用于測(cè)量太陽(yáng)能功率的0-10V模擬輸出。
全文摘要
一種可再生能量回收系統(tǒng)(1)，包括具有用于壓縮機(jī)(14)或流體循環(huán)泵(18a、18b)的至少一個(gè)電機(jī)(16、16’)的熱泵系統(tǒng)(2)，一個(gè)或多個(gè)光伏太陽(yáng)能板(3)，以及互連在太陽(yáng)能板與熱泵系統(tǒng)之間的AC-DC/DC電子轉(zhuǎn)換器(4)?？稍偕芰炕厥障到y(tǒng)包括至少一個(gè)與轉(zhuǎn)換器的直流DC輸出(24、25)和電機(jī)連接的變頻器(16、16’)，以便給電機(jī)供電并控制電機(jī)。
文檔編號(hào)F25B27/00GK102959820SQ201180031400
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者D·歐蘭多 申請(qǐng)人:科塞克股份有限公司