太陽能空調裝置及由其組成的太陽能空調系統的製作方法

2023-05-16 15:06:06 2

專利名稱：太陽能空調裝置及由其組成的太陽能空調系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及空調裝置，特別是以太陽能發電供應變頻空調使用的太陽能空調裝 置；以及由該裝置組成的太陽能空調系統。
背景技術：
隨著普通消費者節能減排意識的增強，採用新能源的空調器逐漸從實驗室走向了 市場，特別是安裝在房間外面的空調器室外機，附有太陽能板或把太陽能板安裝在屋頂的 形式，通過太陽能轉換成電能為空調器運行時利用，可以有效減少市電的消耗，達到節能減 排的目的。進一步的，由於太陽能只在有太陽的情況下採集，而用戶使用空調的時間與有太 陽的時間不吻合，為了更好地利用太陽能，往往通過採用蓄電池的形式把白天獲取的太陽 能儲存起來，供用戶隨時使用，比如晚上的時間。但是從全年統計，空調的使用時間只有冬夏的兩個季節，並且隨著人們節能減排 意識的增強人們往往習慣在室內溫度較高時才開啟空調，這樣有採用太陽能電池和蓄電池 的空調在不使用空調及空調開啟不多的時間都是處於滿電的待機狀態。這樣對於太陽能電 池和蓄電池資源是一種浪費，如果能把太陽能產生的電能反饋給市電網絡，正好能解決市 電在白天用電量大，供電不足的情況。對於在多個房間採用多套太陽能空調器的情況，其太陽能採光的方向和角度會不 同，會出現有些太陽能電池板在供電，但是其對應的空調器並沒有使用；而使用的空調器的 對應的太陽能電池板太陽光照很弱或者沒有太陽光照；無法充分利用能源為空調器使用。 另外，由太陽能板產生電源回饋給市電系統的智能電錶價格很高，而且需要經過政府或電 力運營部門的定時檢測，所以往往各個家庭一般只設置一套電源反饋單元，這樣也需要各 個空調系統進行電能輸出的協調。

發明內容
本發明的目的是為解決充分利用太陽能空調器產生的電能，特別是為了充分利用 過度季節太陽能空調器的太陽能板產生的電能，本發明提供一種太陽能空調裝置。本發明的另一個目的是，提供一種由上述太陽能空調裝置組成的太陽能空調系 統，以解決不同太陽能電池板產生的電能供應需要運行的空調器的問題，及解決向統一的 電源反饋單元供電的問題。實現本發明第一個目的的技術方案是，一種太陽能空調裝置，包括太陽能發電單 元，變頻空調單元，其特徵在於，還包括用於升高來自太陽能發電單元的電流電壓的DC-DC轉換單元，，所述DC-DC轉換單 元一端連接於所述太陽能發電單元的輸出端，另一端連接於主控制單元，由主控制單元控 制電能的輸出；用於存儲來自太陽能發電單元輸出的電能的蓄電單元，，所述蓄電單元的一端接 太陽能發電單元的輸出端，另一端連接於DC-DC的輸入端；
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用於控制直流電源輸出流向的主控制單元，所述的主控制單元一端接DC-DC的輸 出端，一端接變頻空調單元，另一端接用於逆變直流電源成為可供市電的交流電源的DC-AC 逆變單元，主控制單元控制直流電源流向變頻空調單元和/或DC-AC逆變單元；所述的 DC-AC逆變單元另一端接市電。上述的蓄電單元的輸出端接DC-DC轉換單元，與太陽能發電單元接DC-DC轉換單 元並聯，共同輸出電流到主控制單元。上述的太陽能發電單元與所述的DC-DC轉換單元之間設置有MPPT單元，該單元用 於使太陽能發電單元按照最大功率輸出電流。上述的DC-AC逆變單元與市電之間設置有有源濾波單元。實現本發明第二個目的的技術方案是，一種太陽能空調系統，包括如上述技術方 案所述的太陽能空調裝置，此外還包括至少一套附加太陽能空調裝置，所述的附加太陽能 空調裝置至少包括順序連接的太陽能發電單元，DC-DC轉換單元，第一控制單元和變頻空調 單元；所述的太陽能空調裝置的主控制單元與附加太陽能空調裝置的第一控制單元之間通 過連接線連通，用於使主控制單元的電流向第一控制單元流通，或第一控制單元的電流向 主控制單元流通。上述第一控制單元的電流向主控制單元流通，該主控制單元把電能用於向變頻空 調單元供電或是向DC-AC逆變單元和市電共同構成的輸電單元110供電。上述變頻空調單元運行且太陽能變頻空調器不運行時，所述第一控制單元把附加 太陽能空調裝置的變頻單元運行的信息發給主控制單元，主控制單元控制太陽能空調裝置 中的蓄電單元和/或太陽能發電單元通過DC-DC單元轉換後，經連接線向變頻空調單元供 H1^ ο上述附加太陽能空調裝置的太陽能發電單元的輸出端有連接到蓄電單元的連接 線，該連接線可以把太陽能發電單元產生的電能直接輸送到蓄電單元儲藏起來，作為後備 電源供變頻空調單元或者輸電單元之用。所述太陽能空調系統還包括第二太陽能發電單元，第二 DC-DC轉換單元，第二控 制單元，第二變頻空調單元，第二蓄電單元，且第二控制單元與主控制單元通過連接線連 接；第二附加太陽能空調裝置可以通過第二蓄電單元儲藏電能，作為第二變頻空調單元使 用；第二太陽能發電單元和第二蓄電單元通過第二控制單元把電能輸送給太陽能空調裝置 和/或附加太陽能空調裝置，供它們的變頻空調單元使用，及供輸電單元向市電供電。本發明的有益效果是，通過DC-AC逆變器可以使得在蓄電單元充電後，把多餘的 電能逆變輸送給市電；由於幾乎所有家庭都安裝有空調，且每個家庭不止安裝一臺空調，所 以從總量看是一個很大的數字，而且供電時間正好是白天的用電高峰期，利於電力系統的 節能減排。而採用本發明的太陽能空調系統系統後，可以把多個太陽能空調器組合起來使 用，統一地利用各太陽能發電單元為變頻空調單元供電，或者把產生的電能通過輸電單元 向市電供電。充分利用太陽能板產生的電能，充分利用統一的輸電單元向市電供電。


圖1為本發明實施例一的系統圖2為本發明實施例二的系統圖；圖3為本發明實施例三的系統圖；圖4為本發明實施例五的系統圖；圖5為本發明實施例六的系統圖；圖6為本發明實施例七的系統圖。其中，10為太陽能空調裝置(基礎裝置)，20為太陽能空調系統，11為附加太陽能 空調裝置，12為第二附加太陽能空調裝置，101為太陽能發電單元，102為DC-DC轉換單元， 103為主控制單元，104為蓄電單元，105為與蓄電單元連接的DC-DC轉換單元，106為變頻 空調單元，107為DC-AC逆變單元，108為市電電源，109為有源濾波單元，110為逆變轉換 部，111為MPPT單元，201為附加太陽能空調裝置11的太陽能發電單元，202為裝置11的 DC-DC轉換單元，203為裝置11的第一控制單元，206為裝置11的變頻空調單元，301為第 二附加太陽能空調裝置12的太陽能發電單元，302為裝置12的DC-DC轉換單元，303為裝 置12的第二控制單元，304為裝置12的蓄電單元，306為裝置12的變頻空調單元，220為連 接第一控制單元203和主控制單元103的連接線，221為連接太陽能發電單元201和蓄電單 元104的連接線，320為連接第二控制單元和主控制單元的連接線。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明各實施例的具體實施方式
。實施例一如圖1所示，為本發明實施例一的太陽能空調裝置，其中太陽能空調裝置10，包括 太陽能發電單元101，該單元通過太陽的照射產生電能；變頻空調單元106，該單元採用直 流變頻壓縮機，壓縮機的動力供應採用高壓的直流電，高壓直流電可以由市電通過逆變產 生，和/或通過太陽能發電單元101升壓後產生，由於市電逆變部分和兩種供電電源協調供 電的裝置為現有技術，在說明書中沒有進一步說明，在圖中沒有顯示；DC-DC轉換單元102， 用於升高來自太陽能發電單元101的電流電壓，所述DC-DC轉換單元一端連接於所述太陽 能發電單元101的輸出端，另一端連接於主控制單元103，由主控制單元103控制電能的輸 出；蓄電單元104，用於存儲來自太陽能發電單元101輸出的電能，所述的蓄電單元104 — 端接太陽能發電單元101的輸出端，另一端連接於DC-DC轉換單元102的輸入端；主控制單 元103，用於控制直流電源的輸出流向，所述的主控制電源一端接DC-DC轉換單元102的輸 出端，一端接變頻空調單元106，另一端接DC-AC逆變單元107，主控制單元103控制直流電 源流向變頻空調單元106和/或DC-AC逆變單元；DC-AC逆變單元107，用於逆變直流電源 成為可供市電108的交流電源，所述的DC-AC逆變單元107 —端接主控制單元103，另一端 接市電108。其中，DC-AC逆變單元107和市電108共同構成輸電單元110，如圖中虛線框 中所示。由太陽能發電單元101產生的電能通過DC-DC單元102變換成高壓的直流電，通 過主控制單元103向變頻空調單元106或者輸電單元110供電；太陽能發電單元101產生 的電能還可以輸入蓄電單元104進行電能儲存，由蓄電單元104的電能通過DC-DC單元102 變換成高壓的直流電，通過主控制單元103向變頻空調單元106或者輸電單元110供電。在 變頻空調單元106運轉時，採用太陽能發電單元101和蓄電單元104的電能同時供電；在變
6頻空調單元106不運轉，把太陽能發電單元101的電能供應給輸電單元110，或者把太陽能 發電單元101和蓄電單元104的電能同時供應給輸電單元110。由於對於變頻空調來說，其 輸入為高壓的直流電，所以在太陽能空調器內部存在把太陽能和蓄電池等低壓直流電源轉 換成高壓直流電源，而通過利用已經產生的高壓直流電源，直接逆變成滿足市電需求的高 壓交流電，使得通過統一的系統可以完成變頻空調的運轉，也可以方便實現向市電供電。採用本發明的太陽能空調裝置10，使得即使用戶使用空調的時間與有太陽光照的 時間不吻合，也可以通過採用蓄電池的形式把白天產生的太陽能儲存起來，供用戶隨時使 用，比如晚上的時間。另一方面，在不使用空調及空調開啟不多的情況下，如春秋季節，本裝 置可以把太陽能產生的電能和儲存在蓄電池中的電能反饋給市電網絡，正好能解決市電在 白天用電量大，供電不足的情況。實施例二 如圖2所示，為本發明實施例二的太陽能空調裝置，其中實施例二與實施例一中 的不同在於，實施例二在太陽能發電單元101輸入側增加了 MPPT單元，MPPT單元為「最大 功率點跟蹤」(Maximum Power Point Tracking)，即是指控制器能夠實時偵測太陽能板的發 電電壓，並追蹤最高電壓電流值(VI)，使系統以最高的效率對蓄電池充電。可以充分地轉 化太陽能產生電能，以便提高太陽能發電單元101的能效。而產生的電能輸出到蓄電單元 104和/或DC-DC單元。在DC-AC單元107與交流電源108之間還設置有源濾波單元109， 有源濾波是讓一定頻率範圍內的信號通過，抑制或急劇衰減此頻率範圍以外的信號，這裡 是減少經DC-AC逆變後產生的諧波，提高供電電流的品質。這兩個單元可以單獨應用，也可 以同時應用。實施例三如圖3所示，為本發明實施例三的太陽能空調裝置，其中實施例三與實施例一中 的不同在於，實施例三在太陽能發電單元101的輸入側和蓄電單元104的輸出側都設置了 DC-DC轉換單元，蓄電單元104把電能輸出到DC-DC單元105，該DC-DC單元105用於升高 來自蓄電單元104的電流電壓，一端連接於所述太陽能發電單元101的輸出端，另一端連接 於主控制單元103，由主控制單元103控制電能的輸出。這樣可以使得太陽能發電單元101 和蓄電單元104向外的供電不受影響，實現更靈活的供電。實施例四本發明實施例四為以上實施例三和實施例二的結合，沒有在附圖中顯示，即在實 施例三的基礎上，增加MPPT單元，即在太陽能發電單元101後面增加MPPT單元111，然後再 把電能供應給DC-DC單元102和蓄電單元104，當蓄電單元104放電時，蓄電單元輸出的電 能經過DC-DC電源105升壓輸送給主控制單元103。在DC-AC單元107與交流電源108之 間還設置有源濾波單元109，用於提高輸出電流的品質。實施例五如圖4所示，本發明實施例五為本發明還披露一種太陽能空調系統20，包括如前 面實施例一所述的太陽能空調裝置10，至少包括一套附加太陽能空調裝置11。太附加陽能 空調裝置11至少包括太陽能發電單元201，DC-DC單元202，第一控制單元203，變頻空調單 元206，其中第一控制單元203與主控制單元103通過連接線220連接。也即太陽能空調系 統採用同一個由DC-AC逆變單元107和市電108構成輸電單元110。附加太陽能空調裝置11的變頻空調單元206不運轉的情況下，太陽能發電裝置201產生的電能可以通過DC-DC 單元202加壓後，經過第一控制單元203輸送到主控制單元103，由主控制單元103把該電 能用於向變頻空調單元206供電或是向輸電單元110供電；當太陽能變頻空調器106不運 行，而附加太陽能空調裝置11的變頻空調單元206運行，這時第一控制單元203把變頻空 調單元206運行的信息發給主控制單元103，主控制單元103可以控制太陽能空調裝置10 中的蓄電單元104和/或太陽能發電單元101通過DC-DC單元轉換後，經220連接線向變 頻空調單元206供電。雖然在圖中沒有顯示，但是可以知道太陽能空調裝置11可以單一的或組合的包 含更多的單元，如蓄電單元104、MPPT單元111，有源濾波單元108等，同樣可以得到這些單 元實現的功能。而本發明實施例二、三、四中的太陽能空調裝置10都可以作為基礎太陽能 空調裝置應用到太陽能空調系統20中。雖然在圖中沒有顯示，但是可以知道太陽能空調系 統20除包括基礎太陽能空調裝置10外，還可以包括多於一套的新增附加太陽能空調裝置 11，這將在下面的實施例中詳細描述。用戶在多個房間採用多個太陽能空調器時，由於不同空調太陽能發電單元採光的 方向和角度會不同，會出現有些太陽能電池板在供電，但是其對應的空調器並沒有使用；而 使用的空調器的對應的太陽能電池板太陽光照很弱或者沒有太陽光照；無法充分地利用能 源為空調器使用。本發明披露的太陽能空調系統20就是解決了這個問題，可以調動其他空 調器的太陽能板對連接到系統中的變頻空調供電。另外，由太陽能板產生電源回饋給市電 系統的智能電錶價格很高，而且需要經過政府或電力運營部門的定時檢測，所以往往各個 家庭一般只設置一套輸電單元110，這樣也需要各個空調器的太陽能電池板產生的電能通 過統一的調度來進行電能的統一輸出。本發明披露的太陽能空調系統20同時也解決了這 個問題，可以通過太陽能空調系統內部的聯繫，把各個太陽能空調的電池板產生的電能通 過共用的輸出單元向市電供應電能。實施例六如圖5所示，為本發明實施例六的系統圖，與實施例五的不同在於，本發明實施例 六從附加太陽能空調裝置11的太陽能發電單元201的輸出端有連接到蓄電單元104的連 接線221，該連接線221可以把太陽能發電單元201產生的電能直接輸送到蓄電單元104儲 藏起來，作為後備電源供變頻空調單元106、206或者輸電單元110之用。這樣的設置可以 使得蓄電單元104作為一個共用的蓄電單元，而且為了方便使用可以把包含該蓄電單元的 太陽能空調裝置，如本例中的10，設置在最常用的房間，以便可以把各個太陽能電池板搜集 的能量充分地在該太陽能空調裝置中應用。實施例七如圖6所示，為本發明實施例七的系統圖，與實施例六不同在於，實施例七的太陽 能空調系統20中還包括第二附加太陽能空調裝置12，其包括第二太陽能發電單元301，第 二 DC-DC單元302，第二控制單元303，第二變頻空調單元306，第二蓄電單元304，且第二控 制單元303與主控制單元103通過連接線320連接。除了實施例五、六能夠實現的功能外， 第二附加太陽能空調裝置12可以通過第二蓄電單元304儲藏電能，作為第二變頻空調單元 306使用；第二太陽能發電單元301和第二蓄電單元304可以通過第二控制單元303把電 能輸送給太陽能空調裝置10和/或附加太陽能空調裝置11，供它們的變頻空調單元106和/或206使用，也可以供輸電單元110向市電供電。 本發明在實際使用中，還可包括更多的附加太陽能空調裝置。
權利要求
1.一種太陽能空調裝置，包括太陽能發電單元(101)，變頻空調單元(106)和主控制單 元(103)，其特徵在於還包括用於升高來自太陽能發電單元(101)的電流電壓的DC-DC轉換單元(102)，所述DC-DC 轉換單元(102) —端連接於所述太陽能發電單元(101)的輸出端，另一端連接於主控制單 元(103)，由主控制單元(103)控制電能的輸出；用於存儲來自太陽能發電單元(101)輸出的電能的蓄電單元(104)，所述蓄電單元 (104)的一端接太陽能發電單元(101)的輸出端，另一端連接於DC-DC轉換單元(102)的輸 入端；所述的主控制單元(103) —端接DC-DC轉換單元(102)的輸出端，一端接變頻空調單 元(106)，另一端接用於逆變直流電源成為可供市電的交流電源的DC-AC逆變單元(107)， 主控制單元(103)控制直流電源流向變頻空調單元(106)和/或DC-AC逆變單元(107)； 所述的DC-AC逆變單元(107)另一端接市電。
2.根據權利要求1所述的太陽能空調裝置，其特徵是所述的蓄電單元(104)的輸出端 接DC-DC轉換單元(102)，與太陽能發電單元(101)接DC-DC轉換單元(102)並聯，共同輸 出電流到主控制單元(103)。
3.根據權利要求2所述的太陽能空調裝置，其特徵是所述的太陽能發電單元(101)與 所述的DC-DC轉換單元(102)之間設置有MPPT單元(111)，該單元用於使太陽能發電單元 (101)按照最大功率輸出電流。
4.根據權利要求3所述的太陽能空調裝置，其特徵是所述的DC-AC逆變單元(107)與 市電之間設置有有源濾波單元(109)。
5.根據權利要求1至4任一所述的太陽能空調裝置組成的太陽能空調系統，包括所述 的太陽能空調裝置(10)，其特徵是，此外還包括至少一套附加太陽能空調裝置(11)，所述 的附加太陽能空調裝置(11)至少包括順序連接的太陽能發電單元(201)，DC-DC轉換單元 (202)，第一控制單元(203)和變頻空調單元(206)；所述的太陽能空調裝置(10)的主控制 單元(103)與附加太陽能空調裝置(11)的第一控制單元(203)之間通過連接線(220)連 通，用於使主控制單元(103)的電流向第一控制單元(203)流通，或第一控制單元(203)的 電流向主控制單元(103)流通。
6.根據權利要求5所述的太陽能空調系統，其特徵是，所述第一控制單元(203)的電流 向主控制單元(103)流通，該主控制單元(103)把電能用於向變頻空調單元(106)供電或 是向DC-AC逆變單元(107)和市電共同構成的輸電單元(110)供電。
7.根據權利要求6所述的太陽能空調系統，其特徵是，所述變頻空調單元(106)運行且 太陽能變頻空調裝置(10)不運行時，所述第一控制單元(203)把附加太陽能空調裝置(11) 的變頻空調單元(206)運行的信息發給主控制單元(13)，主控制單元(103)控制太陽能空 調裝置(10)中的蓄電單元(104)和/或太陽能發電單元(101)通過DC-DC單元轉換後，經 連接線(220)向變頻空調單元(206)供電。
8.根據權利要求6所述的太陽能空調系統，其特徵是，所述附加太陽能空調裝置(11) 的太陽能發電單元(201)的輸出端有連接到蓄電單元(104)的連接線(221)，該連接線 (221)可以把太陽能發電單元(201)產生的電能直接輸送到蓄電單元(104)儲藏起來，作為 後備電源供變頻空調單元或者輸電單元(110)之用。
9.根據權利要求5所述的太陽能空調系統，其特徵是，還包括第二附加太陽能空調裝 置(12)，第二附加太陽能空調裝置(12)包括第二太陽能發電單元(301)、第二 DC-DC轉換 單元(302)、第二控制單元(303)、第二變頻空調單元(306)和第二蓄電單元(304)，且第 二控制單元(303)與主控制單元(103)通過連接線(320)連接；第二附加太陽能空調裝置 (12)可以通過第二蓄電單元(304)儲藏電能，作為第二變頻空調單元(306)使用；第二太 陽能發電單元(301)和第二蓄電單元(304)通過第二控制單元(303)把電能輸送給太陽能 空調裝置(10)和/或附加太陽能空調裝置(11)，供它們的變頻空調單元(106,206)使用， 及供輸電單元(110)向市電供電。
全文摘要
本發明一種太陽能空調裝置及由其組成的太陽能空調系統，其中太陽能空調裝置，包括順序連接的太陽能發電單元，DC-DC轉換單元，主控制單元和變頻空調單元，太陽能發電單元與DC-DC轉換單元共同連接在蓄電單元上；其中的太陽能空調系統，包括上述的太陽能空調裝置，此外還包括至少一套附加太陽能空調裝置。本發明通過DC-AC逆變器可以使得在蓄電單元充電後，把多餘的電能逆變輸送給市電，利於電力系統的節能減排。而本發明的太陽能空調系統，可以把多個太陽能空調器組合起來使用，統一地利用各太陽能發電單元為變頻空調單元供電，或者把產生的電能利用統一的輸電單元向市電供電。
文檔編號H02J3/38GK102005975SQ20101053890
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月9日 優先權日2010年11月9日
發明者劉陽, 李強 申請人:廣東美的電器股份有限公司