CN102460890A - 电力设施互连*** - Google Patents

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Abstract

配电控制装置(50)具有电气路径开关单元(51)和确定单元(52)。电气路径开关单元(51)配备有***于太阳能电池(11)和加热器单元(62)之间的第一开关(SW1)以及***于商用电力***(20)和加热器单元(62)之间的第二开关(SW2)。确定单元(52)基于太阳能电池(11)所生成的电力是否具有剩余电力来确定电气路径开关单元(51)的电气路径。如果不存在剩余电力，则确定单元(52)接通第二开关(SW2)；否则，确定单元(52)接通第一开关(SW1)。这允许当在太阳能电池(11)中生成了剩余电力时将剩余电力用于驱动水加热器(60)的加热器单元(62)。因此，太阳能电池(11)的剩余电力作为热能被存储到热水存储箱(61)中的热水中。这使得有可能通过除了售电以外的方法来有效地使用太阳能电池的剩余电力，同时尽可能地抑制引入成本的增加。

Description

电力设施互连***
技术领域
本发明概括地说涉及并网(grid connected)***，更具体地说涉及如下并网***，该并网***从太阳能电池向各种电气设备提供电力供应，并且当太阳能电池中所生成的电力不足时从商用电力***向各种电气设备提供电力供应。
背景技术
随着太阳能电池的近来的普及使用，这种并网***迅速变得被广泛用在一般住宅中。在一般的并网***中，太阳能电池在白天充分地生成电力，因此在白天所生成的电力大于所消耗的电力，并且并网***在所生成的电力方面可具有剩余(以下称为剩余电力)。在此情况下，并网***可通过逆电力流向商用电力***提供剩余电力，并由此可向电力公司销售剩余电力(参见日本特许公开公报第2003-189477号)。
顺便提及，当许多消耗装置同时通过逆电力流(电力销售)向商用电力***提供剩余电力时，太阳能电池中所生成的电力对商用电力***有大的影响，并且并网***可能产生诸如噪声污染的问题。因此，通过除了电力销售以外的手段，作为有效地使用太阳能电池的剩余电力的手段，上面的日本特许公开公报第2003-189477号描述了已考虑将剩余电力存储在可再充电电池中。
然而，当在每个消耗装置中安装可再充电电池时，可再充电电池造成安装并网***的成本大幅度增加。因此，存在可再充电电池的安装导致安装了并网***的消耗装置上的负担增大的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种并网***，该并网***可以使安装成本的增加保持尽可能低，并且可以通过除了电力销售以外的手段来有效地使用太阳能电池的剩余电力。
本发明的并网***从太阳能电池向电气设备提供电力供应，并且当所述太阳能电池中所生成的电力不足时从商用电力***向所述电气设备提供电力供应。所述并网***包括：水加热器，所述水加热器包括热水箱和加热单元，所述水加热器供应存储在所述热水箱中的热水；以及配电控制器，所述配电控制器控制向所述加热单元馈送电力。然后，所述水加热器将所述热水存储在所述热水箱中，并且所述加热单元加热存储在所述热水箱中的所述热水。然后，所述配电控制器包括电气路径开关和确定单元，并且所述电气路径开关被配置成切换在所述加热单元、所述太阳能电池和所述商用电力***之间形成的电气路径，并且所述确定单元被配置成基于剩余电力的存在或不存在来确定由所述电气路径开关切换的所述电气路径，所述剩余电力是通过从所述太阳能电池中所生成的电力中减去除了所述水加热器以外的所述电气设备中所消耗的电力来计算的。然后，所述确定单元在所述剩余电力不存在的情况下确定使得所述商用电力***连接到所述加热单元的所述电气路径，而在所述剩余电力存在的情况下确定使得所述太阳能电池连接到所述加热单元的所述电气路径，并且所述剩余电力被用于驱动所述加热单元，由此，所述剩余电力作为热能被存储在所述热水箱中。
根据本发明，所述并网***具有如下优点：可以使安装成本的增加保持尽可能低，并且可以通过除了电力销售以外的手段来有效地使用所述太阳能电池的剩余电力。
在该并网***中，期望的是，当被加热到高于或等于预定温度的所述热水的体积达到所述热水箱中的规定值并且所述太阳能电池的所述剩余电力存在时，所述确定单元使得所述电气路径开关形成从所述太阳能电池到所述商用电力***的逆电力流的路径。
在该并网***中，期望的是，所述并网***进一步包括用于存储电力的存储单元，并且当被加热到高于或等于预定温度的所述热水的体积达到所述热水箱中的规定值并且所述太阳能电池的所述剩余电力存在时，所述确定单元使得所述电气路径开关形成从所述太阳能电池到所述存储单元的充电路径。
在该并网***中，期望所述加热单元是热泵***。
附图说明
图1是示出了根据实施例1的并网***的示意性***配置图；
图2是示出了根据所述实施例1的所述并网***的配电控制器的工作的流程图；
图3是示出了根据所述实施例1的所述并网***的模拟结果的说明图；
图4是示出了根据实施例2的并网***的主要部分的示意性框图；以及
图5是示出了根据所述实施例2的所述并网***的配电控制器的工作的流程图。
具体实施方式
(实施例1)
如图1中所示，本实施例的并网***通过并网运转来驱动主要包括太阳能电池11的分散型电源10和商用电力***20，并由此向包括多个电气设备的负载电路30提供电力供应。这里，作为例子说明安装在典型的独立式住宅中的并网***。然而，本实施例的并网***不仅可安装在独立式住宅中，而且可安装在公寓大楼和设施中。
分散型电源10包括通过收集电力的接线盒12连接到太阳能电池11的电力调节器13，并且借助于电力调节器13中的逆变器电路将太阳能电池11中所生成的直流电力转换成交流电力，然后输出转换得到的交流电力。然后，配电板40被安装在住宅中并且连接到负载电路30。然后，分散型电源10(电力调节器)连接到配电板40。由此，太阳能电池11的输出被转换成近似等于商用电力***20的电压和频率的交流电压，该交流电压通过配电板40向负载电路30提供。
配电板40还通过下述配电控制器50连接到商用电力***20。然后，当并网***仅通过太阳能电池11中所生成的电力不能覆盖负载电路30中消耗的电力时，并网***使得从商用电力***20到负载电路30的电力供应成为可能。另外，在该并网***中，在商用电力***20停电的情况下，当然地防止分散型电源10的单独工作是有必要的。因此，并网***设有保护装置(未示出)，当检测到分散型电源10的单独工作时，该保护装置停止电力调节器13的工作并断开(打开)***于商用电力***20和分散型电源10之间的断开继电器。
顺便提及，在本实施例中，除了负载电路30以外还安装了热水存储***的水加热器60，水加热器60包括其中存储了热水的热水箱61并且供应热水。水加热器60被安装在住宅之外，并且使得热泵***的加热单元62加热存储在热水箱61中的热水。
具体地说，热水箱61在其底部设有连接到水龙头等并且向其内部供给冷水的给水入口，热水箱61在其上部设有连接到用于供应热水的热水管并且排放经高温加热的热水的排放口。热水箱61中的热水从热水箱61的底部通过流管被输送到位于加热单元62中的热交换器，并且从热水箱61的上部通过返回管返回到热水箱61的内部。加热单元62将空气中的热带到天然制冷剂(例如，CO2)。利用压缩机压缩天然制冷剂，由此将天然制冷剂提升到高温，然后利用热交换器将天然制冷剂的热传递到热水，由此加热热水。对于热水箱61采用热绝缘结构，以便将热水箱61组装成保持热水箱61中的热水的热的结构。
对于上面的配置，热水箱61的内部常填充有热水。然后，给水入口被安装在热水箱61的底部，并且在加热单元62中加热了的热水从热水箱61的上部返回。因此，在热水箱61中，热水与上部越靠近，其温度越高。这里，在热水箱61内沿竖直方向安装了多个温度传感器63。由此，水加热器60可通过温度传感器63的输出来检测自上部起到热水箱61中的何处热水具有预定温度(例如，90摄氏度)，并且可确定存储在热水箱61中的热水的体积。如果热水的体积达到热水箱61中的规定值，则水加热器60确定热水达到沸点。然后，水加热器60中断向加热单元62的压缩机提供电力供应，并停止加热单元62的工作。另外，热水的体积的意思是具有大于或等于存储在热水箱61中的全部热水的预定温度的热水的量。
这里，配电控制器50位于配电板40和商用电力***20之间，并且控制向加热单元62馈送电力。然后，配电控制器50在太阳能电池11和商用电力***20之间切换与加热单元62相连的伙伴。由此，从太阳能电池11或商用电力***20提供用于驱动加热单元62的压缩机的电力。
配电控制器50包括电气路径开关51，电气路径开关51包括第一开关SW1、第二开关SW2和第三开关SW3。第一开关SW1被***于配电板40和加热单元62之间(图1中所示的点A和C之间)。第二开关SW2被***于商用电力***20和加热单元62之间(点B和C之间)。第三开关SW3被***于配电板40和商用电力***20之间(点A和B之间)。配电控制器50还包括确定单元52，确定单元52被配置成基于太阳能电池11所产生的电力中是否存在剩余电力并且基于热水的体积是否达到热水箱61中的规定值来确定在电气路径开关51中形成的电气路径。另外，开关SW1至SW3中的每一个包括继电器等。
确定单元52例如检测分散型电源10和商用电力***20之间的电势差，并且基于该电势差确定太阳能电池11的剩余电力的存在或不存在。然后，确定单元52从安装在热水箱61内的该多个温度传感器63接收检测结果，然后如果热水的体积达到热水箱61中的规定值则确定热水达到沸点。相反，如果该体积未达到该规定值，则确定单元52确定热水未达到沸点。这里，该规定值可由用户借助于水加热器60的控制器(未示出)任意地设定。
确定单元52具有单独地控制电气路径开关51的开关SW1至SW3的通/断的功能。然后，如图2中所示，基于剩余电力的存在或不存在并且基于热水是否达到沸点来确定开关SW1至SW3的通/断状态。
亦即，当确定单元52确定了剩余电力存在(S1：是)并且热水未达到沸点(S2：否)时，确定单元52控制仅接通第一开关SW1，并且形成连接图1中所示的点A和C的电气路径，并且控制关断剩下的第二和第三开关SW2、SW3(S5)。因此，加热单元62从商用电力***20断开，并且利用太阳能电池11的剩余电力来被驱动。
另一方面，当确定单元52确定了剩余电力不存在(S1：否)并且热水未达到沸点(S3：否)时，确定单元52控制关断第一开关SW1，并且接通剩下的第二和第三开关SW2、SW3，并且形成图1中所示的连接点B和C的电气路径以及连接点A和B的电气路径(S7)。由此，加热单元62连接到商用电力***20，并且利用从商用电力***20提供的电力供应来被驱动。此外，通过第三开关SW3的接通操作，在配电板40和商用电力***20之间形成用于提供从商用电力***20到负载电路30的电力供应的电气路径。因此，太阳能电池11的电力不足可由商用电力***20的电力来弥补。
然后，当确定单元52确定了剩余电力存在(S1：是)并且热水达到沸点(S2：是)时，确定单元52控制关断第二开关SW2，并且接通剩下的第一和第三开关SW1、SW3，并且形成图1中所示的连接点A和C的电气路径以及连接点A和B的电气路径(S4)。亦即，通过第三开关SW3的接通操作，在配电板40和商用电力***20之间形成用于从太阳能电池11到商用电力***20的逆电力流的电气路径。因此，可通过逆电力流向商用电力***20提供太阳能电池11的剩余电力。这里，虽然加热单元62连接到太阳能电池11，但是如上所述，水加热器60在沸腾时停止加热单元62的工作。由此，可防止热水的过度沸腾。
然后，当确定单元52确定了剩余电力不存在(S1：否)并且热水达到沸点(S3：是)时，确定单元52控制关断第一开关SW1，并且接通剩下的第二和第三开关SW2、SW3，并且形成图1中所示的连接点B和C的电气路径以及连接点A和B的电气路径(S6)。亦即，通过第三开关SW3的接通操作，在配电板40和商用电力***20之间形成用于提供从商用电力***20到负载电路30的电力供应的电气路径。因此，太阳能电池11的电力不足可由商用电力***20的电力来弥补。这里，虽然加热单元62连接到商用电力***20，但是如上所述，水加热器60在沸腾时停止加热单元62的工作。由此，可防止热水的过度沸腾。
在上述配置中，原则上向负载电路30提供太阳能电池11中所生成的电力，并且当产生了剩余电力时，使用剩余电力来驱动水加热器60的加热单元62。结果，太阳能电池11中所生成的剩余电能(剩余电力)作为热能被存储在存储在热水箱61中的热水中。这里，在消耗装置的住宅中，电能和热能是必需的，并且水加热器60也是与剩余电力的高效使用无关地安装的必需设备。由此，与添加可再充电电池的情况相比，并网***可以使安装成本的增加保持较低。
然后，在沸腾时，无论太阳能电池11中所生成的剩余电力存在还是不存在，均不需要用于驱动加热单元62的压缩机的电力。因此，当太阳能电池11中生成了剩余电力时，剩余电力的一部分被留下而不在加热单元62中消耗。因此，在本实施例中，在上述步骤S4的状态下，剩余电力的这种未消耗的剩余通过去往商用电力***20的逆电力流被有效地用于电力销售。然而，太阳能电池11的剩余电力总是优先用于驱动加热单元62。然后，仅在剩余电力的一部分被留下而未被消耗的情况下例外地销售未消耗的剩余。由此，并网***可防止许多消耗装置同时通过逆电力流向商用电力***20提供剩余电力的情况的发生，并且可保持使得太阳能电池11中所生成的电力对商用电力***20有小的影响。
总之，在本实施例中，太阳能电池11的剩余电力被用于加热存储在热水箱61中的热水，由此，剩余电力(电能)被转换成热能以被存储。结果，热水箱61中的热水被提供给整个住宅，由此热能可被有效地使用。由此，正如在剩余电能时在可再充电电池中存储剩余电力一样，可以不进行电力销售而有效地使用剩余电力。
然后，甚至在来自太阳能电池11的电力供应被中断的时间，比如在夜晚，商用电力***20向加热单元62提供电力供应。以此方式，可以在热水箱61中加热热水，于是可以避免热水的不足。
当如上所述太阳能电池11的剩余电力被用于驱动加热单元62时，发现存在根据图3中所示的模拟结果的CO2减少效应。在图3中，其水平轴示出了在并网***中使用的可再充电电池的标称容量(kWh)，其竖直轴示出了CO2减少率(％)。然后，图3中的实线示出了剩余电力被用于驱动加热单元62的情况下的模拟结果，点划线示出了不使用剩余电力的情况下的模拟结果。另外，这些模拟结果服从不销售剩余电力的条件。根据这些模拟结果，当不使用可再充电电池(即，标称容量＝0kWh)时，与剩余电力不被用于驱动的情况下的模拟结果相比，剩余电力被用于驱动加热单元62的情况下的模拟结果示出了CO2减少率的约16％的改进。由此，尽管未使用可再充电电池，本实施例的配置可实现与使用约4kWh的可再充电电池的情况相同程度的CO2减少效应(70％)。
另外，在图3中，假定可使用具有约10kWh的标称容量的可再充电电池来存储太阳能电池11的几乎全部剩余电力。由此，发现当可再充电电池的标称容量大于或等于10kWh时CO2减少效应没有大的差异。然而，发现甚至大于或等于10kWh时CO2减少率有小的增大。这归因于如下事实：放电时的瞬时力(每单位时间的放电量值)随着可再充电电池的容量的增大而增大。
然后，当像本实施例那样水加热器60包括作为热泵***的加热单元62时，利用太阳能电池11的剩余电力驱动加热单元62同样在水加热器60的工作效率方面是有效的。亦即，当太阳能电池11的电生成容量增大时，太阳能电池11的剩余电力通常在白天生成，因此利用剩余电力驱动的加热单元62也经常在白天运转。这里，环境温度越高，热泵***的加热单元62可运转的效率越高。因此，与在环境温度低的时间(比如在夜晚)运转加热单元62相比，在环境温度高的白天运转加热单元62可以改进水加热器60的工作效率。
另外，在本实施例中，作为例子示出了电气路径开关51设有单独的第一、第二和第三开关SW1至SW3。然而，电气路径开关51不仅限于本例子的配置，而是在被配置成切换图1中所示的点A、B和C之间的电气路径的情况下可以具有其它配置。例如，不同时接通或关断第一和第二开关SW1、SW2这二者，由此可以用一个开关实现这些开关SW1、SW2。
(实施例2)
如图4中所示，本实施例的并网***与实施例1的并网***的不同之处在于：定位了可再充电电池(存储单元)54，然后，太阳能电池11中所生成的剩余电力的未消耗的剩余被存储在可再充电电池54中，而不是在沸腾时被销售。
这里，当并网***被允许向电力公司销售电力并且剩余电力的一部分作为未消耗的剩余被留下时，未消耗的剩余通过逆电力流被提供给商用电力***20以用于销售，并由此可被有效地利用，如实施例1中所述。然而，不总是允许并网***向电力公司销售电力。例如，当商用电力***20丢失电力或者电力公司由于任何原因而拒绝逆电力流时，不允许并网***向电力公司销售电力，因此不能通过电力销售有效地使用剩余电力的未消耗的剩余。因此，在本实施例中，当并网***不被允许销售电力并且太阳能电池11的剩余电力的一部分作为未销售的剩余被留下时，未消耗的剩余通过存储在可再充电电池54中而被有效地使用。
具体地说，确定单元52具有通过检测诸如商用电力***20的停电的异常来确定并网***是否被允许销售电力的功能。电气路径开关51进一步包括***于配电板40和可再充电电池54之间(图4中所示的点A和D之间)的第四开关SW4。然后，第四开关SW4的通/断操作由确定单元52如下所述那样确定。
亦即，在本实施例中，采用图5中所示的处理来代替图2的流程图中所示的步骤S4的处理。简言之，当确定单元52确定了剩余电力存在并且热水达到沸点并且进一步地并网***被允许销售电力(S41：是)时，确定单元52控制接通第一和第三开关SW1、SW3并且关断剩下的第二和第四开关SW2、SW4(S42)。此时，电气路径开关51形成图4中所示的连接点A和C的电气路径以及连接点A和B的电气路径。亦即，通过第三开关SW3的接通操作，在配电板40和商用电力***20之间形成用于从太阳能电池11到商用电力***20的逆电力流的路径。因此，可通过逆电力流向商用电力***20提供太阳能电池11的剩余电力。
另一方面，当确定单元52确定了剩余电力存在并且热水达到沸点并且进一步地并网***不被允许销售电力(S41：否)时，确定单元52控制接通第一和第四开关SW1、SW4并且关断剩下的第二和第三开关SW2、SW3(S43)。此时，电气路径开关51形成图4中所示的连接点A和C的电气路径以及连接点A和D的电气路径。亦即，通过第四开关SW4的接通操作，在配电板40和可再充电电池54之间形成用于从太阳能电池11向可再充电电池54充电的路径。因此，可利用太阳能电池11的剩余电力来对可再充电电池54充电(S44)。
根据上述配置，即使热水达到沸点并且太阳能电池11的剩余电力的一部分作为未消耗的剩余被留下，也可通过将未消耗的剩余作为电能存储在可再充电电池54中来有效地使用未消耗的剩余。甚至在该情况下，太阳能电池11的剩余电力总是优先用于驱动加热单元62，然后，仅在剩余电力的一部分作为未消耗的剩余被留下并且并网***不被允许销售电力的情况下例外地存储未消耗的剩余。结果，可再充电电池54可以具有较低的容量，并且这样的可再充电电池54的使用可以使安装并网***的成本的增加保持较低。
其它配置和功能与实施例1相同。

Claims (4)

1.一种并网***，所述并网***从太阳能电池向电气设备提供电力供应、当所述太阳能电池中所生成的电力不足时从商用电力***向所述电气设备提供电力供应，
其中，所述并网***包括：
水加热器，所述水加热器包括热水箱和加热单元，所述水加热器供应存储在所述热水箱中的热水；以及
配电控制器，所述配电控制器控制向所述加热单元馈送电力，
其中，所述水加热器将所述热水存储在所述热水箱中，并且所述加热单元加热存储在所述热水箱中的所述热水，
其中，所述配电控制器包括电气路径开关和确定单元，所述电气路径开关被配置成切换在所述加热单元、所述太阳能电池和所述商用电力***之间形成的电气路径，所述确定单元被配置成基于剩余电力的存在或不存在来确定由所述电气路径开关切换的所述电气路径，所述剩余电力是通过从所述太阳能电池中所生成的电力中减去除了所述水加热器以外的所述电气设备中所消耗的电力来计算的，
其中，所述确定单元在所述剩余电力不存在的情况下确定使得所述商用电力***连接到所述加热单元的所述电气路径，而在所述剩余电力存在的情况下确定使得所述太阳能电池连接到所述加热单元的所述电气路径，并且所述剩余电力被用于驱动所述加热单元，由此，所述剩余电力作为热能被存储在所述热水箱中。
2.根据权利要求1所述的并网***，
其中，当被加热到高于或等于预定温度的所述热水的体积达到所述热水箱中的规定值并且所述太阳能电池的所述剩余电力存在时，所述确定单元使得所述电气路径开关形成从所述太阳能电池到所述商用电力***的逆电力流的路径。
3.根据权利要求1所述的并网***，进一步包括用于存储电力的存储单元，
其中，当被加热到高于或等于预定温度的所述热水的体积达到所述热水箱中的规定值并且所述太阳能电池的所述剩余电力存在时，所述确定单元使得所述电气路径开关形成从所述太阳能电池到所述存储单元的充电路径。
4.根据权利要求1-3中的任何一项所述的并网***，
其中，所述加热单元是热泵***。
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