[发明专利]用于控制太阳能能量供给系统的布局、系统和方法

说明书

发明人：Joshua Reed Plaisted

美国政府对于本发明有已付款的许可，以及在有限情形下以合理 条款要求专利权人许可他人的权利，如合同No.NDC-5-55022-01和合 同No.NDO-3-33457-02中的条款所规定，所述合同均由能源部所裁定。

本发明由美国政府基于由能源部所裁定的和国家可更新能源实验 室所签订的主合同之下的子合同No.NDO-3-33457-02的支持而做出。 政府对于本发明拥有特定权利。

优先权申请

本申请要求提交于2006年8月8日的美国临时专利申请No. 60/821,811的优先权，该美国临时专利申请题为″Topologies and Methods of Control for PV and Thermal Integrated Energy Supply Systems″，发明人为Joshua Reed Plaisted，为了所有的目的，前述申 请在此以援引方式全部纳入本文。

本申请要求提交于2006年8月18日的美国临时专利申请No. 60/822,924的优先权，该美国临时专利申请题为″Advanced Controls and Configurations for Solar Heating and Cooling Systems″，发明人为 Joshua Reed Plaisted，为了所有的目的，前述申请在此以援引方式全 部纳入本文。

技术领域

本文公开的实施方案主要涉及太阳能供给系统领域。具体而言， 所公开的实施方案涉及用于控制太阳能供给系统的系统和方法。

背景技术

对能源的关注导致对太阳能技术使用的增长，以取代对传统燃料 的使用。能源价格的上涨以及对“构建绿色”的期望，导致了使用太阳 能电模块(PV)以提供电能，以及使用太阳能热模块(T)来为住宅和其他 建筑物提供供热服务。当前，大多数太阳能系统是孤立的设计，或者 使用PV产生功率，或者为家用热水(DHW)和空间供热提供热能。然 而，可用屋顶空间的局促，出于美学的考虑，以及优化系统运行的现 代化控制能力，已经潜在地需要改进和优化太阳能阵列的性能以及它 们所吸收能量的应用，从而将电和/或热服务于建筑物内的各不同载 荷。除了通过改进的控制策略使传统的太能能阵列得到性能优化和增 强的潜在优势之外，通过组合系统(combi-system)能够实现甚至更有效 率的操作。在传统的工业定义中，组合系统是将DHW生产和空调建 筑空间的加热组合起来的太阳能热系统。近些年这个定义被进一步扩 充以涵盖通过干燥冷却或吸收冷却循环的太阳能辅助冷却的潜在可 能。在对组合系统定义的最终扩充中，光电(PV)阵列可整体制造或物 理地耦合到热(T)阵列，以在电生产之外提供加热和冷却生产。在太阳 能模块阵列之内的这样的PV和热生产的组合，可被称为PVT阵列。

通过将几种能量生成构件进行组合并且使在居住和商业建筑物结 构内热载荷和电载荷的复杂度增大，PVT阵列内的能量生产元件的最 优化操作以及它们和相应载荷匹配的应用，形成了许多可能性和策略 以将所生成的能量耦合到建筑物内适当的载荷需求。需要新的控制结 构和系统实施方式以优化这些系统的性能。

PV模块的阵列通常置于直射阳光下，以将太阳光辐射转化成电。 由于它们置于直射阳光下的特性，PV模块自身也产生大量的热输出。 这是缘于如下事实，大多数PV模块在从日照到电的转换中具有10％ 到18％的效率，且剩余的太阳能中的大部分被模块转换成热。从而， PVT阵列可以由PV模块阵列单独组成，并且仍然提供热。还可以通 过添加热模块以增大热生产，以进一步增强所述阵列。

PVT阵列的组合系统系统设计的实施例包括PV模块的集成PV 阵列，其使用阵列的背后强制通风以提供加热的或冷却的通风空气。 此类设计的一个实施例是由出自安大略省多伦多市的Conserval Engineering公司的SONICWALL系统所提供的。在其他设计之中， 也有基于液体的设计，例如以色列的MILLENIUM electric公司的产 品。这些实施例仅仅描绘了，有多种多样的太阳能阵列，既有基于空 气的设计也有基于液体的设计(空气和液体均视为“流体”)，均可用于 此处。

附图说明