[发明专利]用于光伏板的无线能量传输

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求保护于2011年10月18日提交的美国临时专利申请61/548,521以及于2011年10月19日提交的美国专利申请13/277,083的利益。

前述申请通过引用它们的整体的方式并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及无线能量传输，用以实现这种传输的方法、系统和装置、及应用。

背景技术

可以使用各种技术以无线方式传输能量或电力，例如在共同拥有的于2010年9月23日以美国专利公布No.2010/0237709公布的题为“RESONATOR ARRARYS FOR WIRELESS ENERGY TRANSFER”的美国专利申请No.12/789,611、于2010年7月22日以美国专利公布No.2010/0181843公布的题为“WIRELESS ENERGY TRANSFER FOR REFRIGERATOR APPLICATION”的美国专利申请No.12/722,050、于2010年12月9日以2010/0308939公布的题为“Integrated Resonator-Shield Structure”的美国专利申请12/860,375、于2010年3月15日以2010/0062345公布的题为“Low Resistance Electrical Conductor”的美国专利申请13/222,915、于——公布为——的题为“Multi-Resonator Wireless Energy Transfer for Lighting”的美国专利申请13/283,811和于——公布为——的美国专利申请13/534,966中详述的，其内容以它们的整体并入本文，如同在此完全陈述。现有技术的无线能量传输系统受到各种因素的限制，包括对用户安全性的顾虑、低能量传输效率和用于电源供应与接收组件的受限的物理邻近性/对齐容限。

通常认为传统住宅和商业太阳能光伏(PV)板安装的应用受到这些太阳能系统的高成本的妨碍。最近的估计显示高达50％的系统成本与太阳能PV板安装过程相关。驱使太阳能PV板装置的高成本的因素可以包括：

·屋顶危险：通常在屋顶上执行安装工作，这种工作由于固有的危险会给责任和工人赔偿保险带来相当大的附加费用。

·高度熟练的工人：太阳能PV板安装的复杂性会需要高度训练的技术工人(屋面工、木匠、和电工)、承包商、和职业技师的集合，他们要求附加的费用。

·场地特异设计：每一个安装都会需要场地特异工程设计以优化板位置、串列设计和布线结构，用以适应单个屋顶斜度、太阳方向及其他建筑物的特定特征。包括具有不同照明级别的板和串列的安装会需要专用最大功率点跟踪器(MPPT)电路，以从这些区域中的PV板有效地提取能量。于是MPPT电路的输出需要共同连线或者单独连线到内部主逆变器或电池充电器。如果没有这种特定位置的优化，输出效率就会大大低于期望。

·屋顶和建筑物穿透：通过屋顶结构或外墙进行走线会是昂贵且有可能易于引起麻烦的操作，损害了建筑物的风雨密性。

·高固定成本：安装成本会具有高固定成本成分，意思是PV安装的规模必须足够大(常常是2kW-3kW)以分摊安装成本。结果是典型的住宅同样PV系统会花费高达$20,000，并且会具有超过二十(20)年的无补助偿还期。

除了高安装成本以外，传统的连线的PV板也难以重构且是不可靠的。这些板会需要永久地连线到固定位置中，使得结构中的变化或重新定位很麻烦，因为这需要重新布线并延长电气连接。另外，有线连接会使得PV系统中导线、连接器和电路组件的耐候性和密封性更为困难，并会导致在可能暴露于极端环境条件下的安装系统中更多的故障点，这些极端环境条件包括极端温度、强风、雨、高紫外线辐射等。

因此，存在对能够减小于PV板的布线相关的成本与复杂性的方法和设计的需要。

在有线连接下，在区域上对移动设备或者常常重新定位的设备的能量分配是不切实际的。移动和改变设备产生了导线缠绕、跳闸的危险等。当设备所在的区域或范围相比设备的尺寸较大时，在较大区域上的无线能量传输会是困难的。在源与设备无线能量捕获模块中的大的失配会对以足够高的效率向设备传送足够的能量以使得实施切实可行形成威胁，或者会是难以布置的。

因此，存在对能量分配的方法和设计的需要，其没有导线但易于布置和可配置，同时可以传送足够的电力，以使得为许多家庭和工业设备供电切实可行。

发明内容