[发明专利]用于整栋住宅或建筑物的集成能量系统

说明书

本申请要求2008年6月10日申请的名称为“Combined Heat and Power and Hydrogen Generation for Whole Home or Building with Ground Heat Exchanger Using Thermoelectric Seebeck Modules”的美国临时申请61/060,377的优先权，该申请的整体内容为了所有目的通过引用结合于此。名称为“Combination outdoor portable heating pad and electricity generator”的临时美国专利申请60/306,274为了所有目的也通过引用结合于此。

背景技术

典型的住宅或其它建筑物包括几个能量系统。例如，建筑物可能连接到电力网，并且接收在遥远的发电厂产生的电力。可以向建筑物供应天然气，用于空间加热和水加热。许多的这些传统能量系统都依靠不可再生的且日益昂贵的化石燃料。

已提议了替代的能量系统。然而，先前的替代能量系统已逐渐演化。进而，许多替代电力系统依赖光电池来从阳光中产生电力，并且将得到的电能存储在电池中。虽然光电系统的日常运行成本低，但是这些系统通常具有高的安装成本，并且电池具有有限的寿命，需要昂贵的定期更换。因为通过避免对来自电池的大于20％的存储能量进行放电来优化电池的寿命，所以电池系统通常还尺寸过大。

发明内容

在一个实施例中，用于建筑物的集成能量系统包括：至少一个热能贮存器；至少一个太阳能收集器，其向所述贮存器供热；以及至少一个环境耦合管道回路，通过所述环境耦合管道回路来循环冷却流体，以便从所述冷却流体向环境排热。该系统进一步包括：热电发电机，其从所述热能贮存器和所述冷却流体之间的温差中产生电力；以及至少一个循环加热单元，通过所述循环加热单元来管道输送加热的流体，向所述建筑物中的至少一个空间提供空间加热，加热的所述流体从所述热能贮存器中取得其热量。该系统还可以包括：至少一个循环冷却回路，通过所述循环冷却回路来管道输送所述冷却流体中的至少一些，向所述建筑物中的至少一个空间提供空间冷却。在一些实施例中，该系统进一步包括：备用加热器，其向所述热能贮存器供热，补充所述太阳能收集器。该备用加热器可以从化石燃料取得热量。

在一些实施例中，该系统包括：热水罐，其指定供家用热水使用。该系统可以进一步包括：备用家用热水器，当可用能量不足时，所述备用家用热水器向指定供家用热水使用的水供热。该备用家用热水器可以包括至少一个立即响应(on-demand)加热器。该备用家用热水器可以从化石燃料取得热量。

在一些实施例中，该系统进一步包括建筑物内的直流电力网。在一些实施例中，该系统包括：逆变器，其将来自所述热电发电机的直流电力转换成交流电力。

在一些实施例中，所述热电发电机包括多个发电排(bank)，并且所述集成能量系统进一步包括：热电发电机控制器；以及矩阵开关，其在所述热电发电机控制器的控制之下，配置对所述发电排的相互连接。

在一些实施例中，该系统进一步包括：负载控制器，其部分地基于由其它负载所消耗的电力量来至少临时地防止至少一个负载的运行。在一些实施例中，该系统包括到电力网的备用连接，该备用连接向所述建筑物提供电力，以补充所述热电发电机。

在一些实施例中，该系统包括氢气发生器，其由来自所述热电发电机的电力供电。该系统还可以包括备用家用热水器，其中，所述备用家用热水器从由所述氢气发生器产生的氢气中取得热量。

在一些实施例中，所述热能贮存器包括热水罐。热能贮存器中的介质可以由太阳能收集器直接加热。热能贮存器中的介质可以通过运送由太阳能收集器加热的第二介质的热交换器来加热。

在一些实施例中，通过所述至少一个循环加热单元循环的加热流体通过热交换器从热能贮存器中取得其热量。所述至少一个环境耦合管道回路可以包括深接地耦合管道回路。所述至少一个环境耦合管道回路可以包括浅接地耦合管道回路。所述至少一个环境耦合管道回路可以包括空气耦合管道回路。

在另一个实施例中，一种操作建筑物中的能量系统的方法包括：使用太阳能收集器加热热能贮存器。通过循环加热回路循环从热能贮存器中取得其热量的加热流体，向建筑物中的至少一个空间提供空间加热。通过环境耦合管道回路循环冷却流体，以便从冷却流体向环境排热，并且通过经受贮存器和冷却流体之间温差的热电发电机产生电力。