Управление энергией альтернативных источников

Управление энергией альтернативных источников

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки США №60/916764 от 8 мая 2007 г.

Область техники

Изобретение касается систем преобразования энергии альтернативных источников и способов управления подачей питания при помощи системы подачи питания от альтернативных источников.

Предшествующий уровень техники

[0002] В настоящее время больше, чем когда-либо прежде, компании и отдельные люди зависят от бесперебойной подачи электроэнергии в электронные устройства. Без электроэнергии компании могут быть неспособны производить товары или вообще работать, например, если деятельность компании связана с поступлением информации через Интернет. Без электроэнергии коммерческие предприятия и отдельные граждане могут стать совершенно недееспособными в отношении критических видов деятельности, таких как изготовление товаров, предоставление услуг и проведение операций с личными финансовыми средствами (например, подача налоговых деклараций и оплата счетов). При такой сильной зависимости от электроэнергии отдельные граждане и компании часто хотели бы быть в состоянии незамедлительно устранять перебои в подаче электроэнергии и/или иметь резервные источники питания, чтобы их деятельность и/или коммерческие операции не подвергались серьезному влиянию.

[0003] Альтернативные источники энергии, такие как солнечная энергия, являются желательными источниками энергии, как для домашнего использования, так и для коммерческого использования. Для домашнего использования пользователи могут нуждаться в альтернативных источниках энергии вследствие того, что их дома не подсоединены к электрической сети, или могут пожелать иметь альтернативные источники энергии в дополнение к электроэнергии из электрической сети. Для зданий, не подключенных к электрической сети (автономных), солнечные панели могут быть использованы для получения солнечной энергии, преобразования солнечной энергии в электрическую энергию и аккумулирования электрической энергии в батареях для будущего использования. Например, батареи могут использоваться для подачи электроэнергии в ночное время или в другие периоды времени, когда солнечная энергия недоступна. Такие автономные системы могут быть сложными, дорогими и большими по своим размерам. Для зданий, подключенных к электрической сети, системы для преобразования солнечной энергии не используют аккумуляторные батареи и работают параллельно с электрической сетью. Если электрическая сеть находится в пределах нормативных требований, тогда энергия, получаемая с помощью солнечной системы, используется на месте по требованию, при этом избыточная энергия, обеспечиваемая солнечными системами, выдается в сеть, а энергия сверх энергии, обеспечиваемой солнечной системой, используется для питания нагрузок, питающихся от сети.

[0004] Для систем, работающих на солнечной энергии, подключенных к электрической сети, существуют проблемы безопасности, связанные с обслуживанием электрической сети во время кратковременных нарушений электроснабжения или длительных перерывов в электроснабжении. Когда электроснабжение находится за пределами нормативных требований (например, кратковременное нарушение электроснабжения или длительный перерыв в электроснабжении), энергия не должна поступать в сеть во время ремонта сети, чтобы рабочие, ремонтирующие сеть, не были поражены электрическим током при работе ниже источника питания.

Краткое изложение существа изобретения

[0005] Система преобразования энергии в соответствии с изобретением включает в себя систему преобразования электроэнергии, содержащую преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока; первый выход, конфигурированный для соединения с электрической сетью; первый вход, конфигурированный для соединения с электрической сетью; вторые выходы, каждый из которых конфигурирован для соединения с соответствующей нагрузкой переменного тока; выключатель электрической сети, соединенный с преобразователем и с первым выходом; выключатели нагрузки, соединенные с преобразователем, вторыми выходами и с первым входом; и контроллер, соединенный с выключателями нагрузки и с первым выходом и конфигурированный для определения, удовлетворяет ли энергия из электрической сети, по меньшей мере, одному критерию, причем контроллер дополнительно конфигурирован для управления выключателем электрической сети и выключателями нагрузки для соединения преобразователя с первым выходом и для соединения первого входа со вторыми выходами, если, по меньшей мере, один критерий удовлетворяется, а в противном случае для управления выключателем электрической сети и выключателями нагрузки для отсоединения преобразователя от первого выхода и для соединения преобразователя с, по меньшей мере, одним из вторых выходов.

[0006] Варианты осуществления таких систем преобразования электроэнергии могут включать в себя один или более следующих признаков. Контроллер конфигурирован для подачи в преобразователь сигнала указания режима в зависимости от того, удовлетворяется ли, по меньшей мере, один критерий. Преобразователь конфигурирован для работы с режиме CSI или в режиме VSI в соответствии с сигналом указания режима, полученным из контроллера. В режиме CSI преобразователь конфигурирован для подачи энергии с напряжением первого выхода с соответствующим током в соответствии с количеством энергии, доступным из преобразователя, а в режиме VSI преобразователь конфигурирован для подачи энергии с заданным напряжением и током, определяемым нагрузками переменного тока, соединенными со вторыми выходами. Заданным напряжением является приблизительно такое же напряжение, как напряжение, обеспечиваемое электрической сетью, когда электрическая сеть в исправном состоянии. По меньшей мере, один критерий включает в себя, по меньшей мере, одно из допустимого диапазона напряжения и допустимого диапазона частоты. Контроллер дополнительно конфигурирован для определения того, что система непреднамеренно не отсоединена. Контроллер соединен со вторыми выходами и конфигурирован для управления выключателями нагрузки переменного тока для изменения распределения электроэнергии, подаваемой преобразователем, на участки второго выхода, если электроэнергия, подаваемая на вторые выходы, превышает количество электроэнергии, доступное для преобразователя. Контроллер конфигурирован для принуждения выключателя нагрузки переменного тока, связанного с подсоединенной в данный момент, неоткладываемой нагрузкой переменного тока с низшим приоритетом, отсоединять преобразователь от соответствующего выхода, если электроэнергия, подаваемая на вторые выходы, превышает количество энергии, доступное для преобразователя. Выключатели нагрузки конфигурированы для установки в первое положение, соединяющее вторые выходы с преобразователем, во второе положение, соединяющее вторые выходы с первым входом, и в третье положение, не соединяющее вторые выходы ни с преобразователем, ни с первым входом. Системы могут включать в себя второй вход, конфигурированный для соединения с источником питания переменного тока, отдельным от электрической сети, причем выключатели нагрузки дополнительно соединены со вторым входом. Выключатели нагрузки конфигурированы для установки в первое положение, соединяющее вторые выходы с преобразователем, во второе положение, соединяющее вторые выходы с первым входом, в третье положение, соединяющее вторые выходы со вторым входом, и в четвертое положение, не соединяющее вторые выходы ни с преобразователем, ни с первым входом, ни со вторым входом.

[0007] Дополнительная примерная система преобразования электроэнергии в соответствии с изобретением включает в себя систему преобразования электроэнергии, содержащую первый вход, конфигурированный для приема напряжения постоянного тока из первого источника питания постоянного тока; второй вход, конфигурированный для соединения с электрической сетью; первый выход, конфигурированный для соединения с электрической сетью; вторые выходы, каждый из которых конфигурирован для соединения с соответствующей нагрузкой переменного тока; модуль разводки питания, соединенный с первым выходом и вторыми выходами; и преобразователь постоянного тока в переменный ток, соединенный с первым входом и модулем разводки питания, причем преобразователь конфигурирован для избирательной работы либо в первом, либо во втором режиме, при этом в первом режиме преобразователь работает как источник тока, преобразуя напряжение постоянного тока, принимаемое из первого входа, и выдавая переменный ток в модуль разводки питания, а во втором режиме преобразователь действует как источник напряжения, преобразуя напряжение постоянного тока, принимаемое из первого входа, и напряжение переменного тока заданного уровня.

[0008] Варианты осуществления таких систем преобразования энергии могут включать в себя один или более следующих признаков. Преобразователь конфигурирован для осуществления первого и второго режимов в ответ на первое указание о том, что электрическая сеть соединена с первым выходом и находится, соответственно, в допустимом состоянии и недопустимом состоянии. Системы могут включать в себя контроллер, соединенный с первым выходом и преобразователем и конфигурированный для определения, по меньшей мере, одного из: является ли допустимым напряжение из электрической сети, является ли допустимой частота энергии из электрической сети, и не является ли система непреднамеренно отсоединенной, и для обеспечения первого указания в преобразователь. Контроллер соединен с модулем разводки питания и конфигурирован для обеспечения второго указания допустимости энергии, принимаемой системой из электрической сети, и модуль разводки питания конфигурирован для разводки энергии из преобразователя на первый выход, если принимаемая энергия сети является допустимой, и для избирательной разводки энергии из преобразователя на вторые выходы, если принимаемая энергия сети является недопустимой. Модуль разводки питания соединен и конфигурирован для избирательной разводки энергии со второго входа на вторые выходы, если принимаемая энергия сети является допустимой. Системы могут включать в себя модуль отсоединения постоянного тока, соединенный с первым входом и конфигурированный для приведения в действие вручную избирательного подсоединения/отсоединения источника напряжения постоянного тока к преобразователю и от преобразователя. Системы могут включать в себя третий вход, конфигурированный для соединения с источником питания переменного тока, отдельным от электрической сети. Системы могут включать в себя второй источник питания постоянного тока, включающий в себя устройство для аккумулирования энергии; и двунаправленный преобразователь постоянного тока в постоянный ток, соединенный с устройством для аккумулирования энергии и с преобразователем постоянного тока в переменный ток.

[0009] Дополнительная система преобразования энергии в соответствии с изобретением включает в себя систему преобразования электроэнергии, содержащую преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока, конфигурированный для приема энергии постоянного тока из, по меньшей мере, одного источника питания постоянного тока; выключатель сети, соединенный с преобразователем и конфигурированный для соединения с электрической сетью; избирательные соединения, соединенные с преобразователем, причем избирательные соединения включают в себя линии нагрузки, конфигурированные для соединения с нагрузкой переменного тока, причем избирательные соединения конфигурированы для избирательного соединения преобразователя с линиями нагрузки; и контроллер, соединенный с избирательными соединениями и конфигурированный для соединения с электрической сетью, причем контроллер конфигурирован для определения того, удовлетворяет ли энергия из электрической сети, по меньшей мере, одному критерию, и управления выключателем сети для отсоединения преобразователя от электрической сети, и для управления избирательными соединениями для соединения преобразователя с, по меньшей мере, одной из линий нагрузки, если, по меньшей мере, один критерий не удовлетворяется, причем контроллер дополнительно конфигурирован для управления избирательными соединениями для изменения распределения электроэнергии, подаваемой преобразователем в линии нагрузки, если электроэнергия, подаваемая в линии нагрузки, превышает количество энергии, доступное для преобразователя.

[0010] Варианты осуществления таких систем преобразования энергии могут включать в себя один или более следующих признаков. Контроллер конфигурирован так, чтобы заставить избирательные соединения изменять распределение электроэнергии, подаваемой преобразователем в линии нагрузки, в зависимости от, по меньшей мере, одного критерия, отличающегося от мощности, потребляемой на линиях нагрузки. Контроллер конфигурирован так, чтобы заставить избирательный соединительный элемент, связанный с подсоединенной в данный момент, неоткладываемой нагрузкой переменного тока с низшим приоритетом, отсоединять преобразователь от соответствующей линии нагрузки, если электроэнергия, подаваемая в линии нагрузки, превышает количество энергии, доступное для преобразователя. Системы могут включать в себя модуль для аккумулирования энергии, соединенный с преобразователем и контроллером, причем контроллер конфигурирован для отсоединения подсоединенной в данный момент, откладываемой нагрузки от преобразователя перед попыткой использования энергии из модуля для аккумулирования энергии для питания подсоединенных в данный момент нагрузок, если электроэнергия, доступная из преобразователя из, по меньшей мере, одной солнечной панели, является недостаточной для питания подсоединенных в данный момент нагрузок. Каждое из избирательных соединений конфигурировано для установки в первое положение, соединяющее соответствующую одну из линий нагрузки с преобразователем, во второе положение, соединяющее соответствующую одну из линий нагрузки с электрической сетью, и в третье положение, не соединяющее соответствующую одну из линий нагрузки ни с преобразователем, ни с электрической сетью. Избирательные соединения дополнительно конфигурированы для соединения с источником питания переменного тока, отдельным от электрической сети. Каждое из избирательных соединений конфигурировано для установки в первое положение, соединяющее соответствующую одну из линий нагрузки с преобразователем, во второе положение, соединяющее соответствующую одну из линий нагрузки с электрической сетью, в третье положение, соединяющее соответствующую одну из линий нагрузки с источником питания переменного тока, и в четвертое положение, не соединяющее соответствующую одну из линий нагрузки ни с преобразователем, ни с электрической сетью, ни с источником питания переменного тока. Преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока конфигурирован для приема энергии постоянного тока из первого источника питания постоянного тока через однонаправленное соединение, при этом система может включать в себя второй источник питания постоянного тока, включающий в себя устройство для аккумулирования энергии; и двунаправленный преобразователь постоянного тока в постоянный ток, соединенный с устройством для аккумулирования энергии и с преобразователем энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Контроллер конфигурирован для соединения и отсоединения нагрузок с преобразователем и от преобразователя на основе допустимых источников питания для соответствующих нагрузок.

[0011] Еще одна система преобразования энергии в соответствии с изобретением включает в себя систему преобразования электроэнергии, включающую в себя преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока; выходы, каждый из которых конфигурирован для соединения с нагрузкой переменного тока; выключатели нагрузки, соединенные с преобразователем и выходами; и контроллер, соединенный с выключателями нагрузки и с выходами и конфигурированный для управления выключателями нагрузки для избирательного соединения преобразователя с выходами для избирательного обеспечения энергии переменного тока из преобразователя энергии постоянного тока в энергию переменного тока на выходы в зависимости от, по меньшей мере, одной характеристики, связанной с выходами, отличающейся от мощности, потребляемой на выходах.

[0012] Варианты осуществления таких систем преобразования энергии могут включать в себя один или более следующих признаков. Системы могут включать в себя первый источник постоянного тока, который однонаправлено соединен с преобразователем энергии постоянного тока в энергию переменного тока для выдачи энергии постоянного тока в преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока, и система может включать в себя второй источник постоянного тока, включающий в себя устройство для аккумулирования энергии; и двунаправленный преобразователь постоянного тока в постоянный ток, соединенный с устройством для аккумулирования энергии и с преобразователем энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Системы могут включать в себя двунаправленный преобразователь постоянного тока в постоянный ток, соединенный с преобразователем постоянного тока в переменный ток и конфигурированный для соединения с устройством для аккумулирования энергии. Первый источник постоянного тока включает в себя, по меньшей мере, одно из: генератора выходной мощности постоянного тока и, по меньшей мере, одной солнечной панели. Упомянутой, по меньшей мере, одной характеристикой является, по меньшей мере, одно из: разрешено ли конкретному выходу принимать энергию из конкретного источника и соединен ли конкретный выход с откладываемой нагрузкой переменного тока. Системы могут включать в себя генератор переменного тока, соединенный с выключателями нагрузки.

[0013] Способ управления подачей энергии при помощи системы подачи питания включает в себя этапы, на которых определяют, соединяется ли электрическая сеть с доступной допустимой первой энергией переменного тока с системой подачи питания; принимают первую энергию постоянного тока в преобразователе постоянного тока в переменный ток из первого источника питания постоянного тока, отличающегося от устройства для аккумулирования энергии, и преобразуют принятую первую энергию постоянного тока из первого источника питания постоянного тока во вторую энергию переменного тока; обеспечивают вторую энергию переменного тока в электрическую сеть, если определено, что электрическая сеть с доступной допустимой энергией соединена с системой подачи питания; обеспечивают вторую энергию переменного тока в первую нагрузку переменного тока, из множества нагрузок переменного тока, соединенную с системой подачи питания, если определено, что электрическая сеть с доступным допустимым питанием не соединена с системой подачи питания; причем вторая энергия переменного тока подается в первую нагрузку переменного тока в зависимости от, по меньшей мере, одной характеристики первой нагрузки переменного тока, помимо мощности, потребляемой нагрузкой переменного тока.

[0014] Варианты осуществления такого способа могут включать в себя один или более следующих признаков. По меньшей мере, одна характеристика включает в себя возможность приостановки соответствующей нагрузки. По меньшей мере, одна характеристика включает в себя разрешение соответствующей нагрузке принимать энергию из первого источника постоянного тока. На этапе, на котором обеспечивают вторую энергию переменного тока в первую нагрузку переменного тока, дополнительно обеспечивают вторую энергию переменного тока в количестве только до пороговой величины. Способы могут включать в себя этап, на котором обеспечивают третью энергию переменного тока во вторую нагрузку переменного тока из нагрузок переменного тока в зависимости от того, разрешен ли второй нагрузке переменного тока принимать энергию, принимаемую из источника третьей энергии переменного тока. Способы могут включать в себя этапы, на которых принимают вторую энергию постоянного тока в преобразователе постоянного тока в переменный ток из второго источника питания постоянного тока, включающего в себя устройство для аккумулирования энергии, и преобразуют принятую вторую энергию постоянного тока из второго источника питания постоянного тока в третью энергию переменного тока. Способы могут включать в себя этап, на котором принимают третью энергию переменного тока из генератора переменного тока. Способы могут включать в себя этапы, на которых принимают вторую энергию постоянного тока в преобразователе постоянного тока в переменный ток из второго источника постоянного тока, включающего в себя устройство для аккумулирования энергии, и преобразуют принятую вторую энергию постоянного тока из второго источника постоянного тока в четвертую энергию переменного тока; принимают пятую энергию переменного тока из генератора переменного тока; и суммируют четвертую и пятую энергии переменного тока для образования третьей энергии переменного тока. Первая и вторая нагрузки переменного тока являются физически отдельными, так что вторая и третья энергии переменного тока обеспечиваются в физически отдельные нагрузки.

[0015] Примерный способ управления подачей питания при помощи системы подачи питания включает в себя этапы, на которых: обеспечивают характеристики нагрузок переменного тока; обеспечивают указание альтернативных источников питания, какие из альтернативных источников питания разрешены для питания каких из нагрузок переменного тока, и приоритет использования альтернативных источников питания, причем альтернативные источники питания соединяются с системой подачи питания, причем альтернативные источники питания отличаются от электрической сети; и запитывают, по меньшей мере, одну из нагрузок переменного тока с использованием, по меньшей мере, одного из альтернативных источников питания, без использования электрической сети, на основе характеристик нагрузок переменного тока, приоритета использования альтернативных источников питания, и того, какие из альтернативных источников питания разрешены к питанию каких из нагрузок переменного тока.

[0016] Варианты осуществления такого способа могут включать в себя один или более следующих признаков. Характеристики включают в себя возможность приостановки нагрузки. Альтернативные источники питания включают в себя источник возобновляемой энергии постоянного тока, и способы могут включать в себя этапы, на которых определяют, соединяется ли электрическая сеть с доступной допустимой энергией переменного тока с системой подачи питания; и подают энергию в электрическую сеть из возобновляемого источника энергии постоянного тока, если определено, что электрическая сеть с доступной допустимой энергией соединена с системой подачи питания. Подача питания на нагрузки переменного тока включает подачу питания на нагрузки переменного тока без превышения порога мощности. При подаче питания на нагрузки переменного тока отсоединяют питание конкретной одной из нагрузок переменного тока, если энергия, потребляемая запитываемыми нагрузками, превышает доступную энергию, подаваемую в данный момент альтернативными источниками питания в нагрузки переменного тока. На этапе, на котором отсоединяют питание, дополнительно выбирают конкретную одну из нагрузок переменного тока на основе, по меньшей мере, одной из характеристик нагрузки. На этапе, на котором отсоединяют питание, дополнительно выбирают конкретную одну из нагрузок переменного тока на основе приоритета использования альтернативных источников питания.

[0017] Различные варианты осуществления, описанные в данном документе, могут обеспечить одну или более из следующих возможностей. Солнечная энергия может быть использована в фотогальваническом преобразователе, соединенном с сетью, для обеспечения электроэнергией пользователя (например, здание) в периоды времени, когда энергия сети находится за пределами заданных нормативных требований. Система солнечной энергии может работать не только как система, соединенная с сетью, но и как автономная система, т.е. работает либо в автономном режиме, либо в сетевом режиме. Энергия из ограниченного источника питания может эффективно распределяться в одну или более нагрузок. Можно предотвратить поражение электрическим током людей, работающих в электрической сети ниже от здания, или другого лица, использующего систему солнечной энергии. Фотогальваническая система, соединенная с сетью, может быть выполнена более надежной по сравнению с ранее существовавшими системами. В фотогальванической системе, соединенной с сетью, эффективность использования энергии может быть повышена.

[0018] Эти и другие возможности станут более понятными из нижеследующего подробного описания, чертежей и формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых

[0019] Фиг.1 изображает схему устройства подачи энергии для здания, подключенного для приема энергии и из электрической сети, и от солнечных панелей;

[0020] Фиг.2 - блок-схема системы фотогальванического преобразователя с расщепленной фазой, соединенной с электрической сетью;

[0021] Фиг.3 - принципиальная электрическая схема системы, показанной на фиг.2;

[0022] Фиг.4 - блок-схема процесса подачи энергии в устройство, показанное на фиг.1, с использованием системы, показанной на фиг.2-3;

[0023] Фиг.5 - принципиальная электрическая схема однофазной системы фотогальванического преобразователя, соединенной с электрической сетью;

[0024] Фиг.6 - принципиальная электрическая схема системы фотогальванического преобразователя с расщепленной фазой, соединенной с электрической сетью, с резервным устройством для аккумулирования энергии;

[0025] Фиг.7 - блок-схема некоторых этапов процесса, показанного на фиг.4;

[0026] Фиг.8 - принципиальная электрическая схема другой системы фотогальванического преобразователя, соединенной с электрической сетью;

[0027] Фиг.9А - структурная схема альтернативного выключателя нагрузки;

[0028] Фиг.9В - структурная схема выключателя питания, генератора переменного тока и преобразователя постоянного тока в переменный для использования в системе подачи питания;

[0029] Фиг.10 - блок-схема некоторых этапов процесса, показанного на фиг.4;

[0030] Фиг.11 - блок-схема некоторых этапов процесса, показанного на фиг.4.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

[0031] Описание, представленное в данном документе, раскрывает, помимо прочего, технологии, осуществленные в способах и/или устройствах, для обеспечения солнечной энергией здания, соединенного с электрической сетью. Например, солнечные панели могут соединяться с преобразователем постоянного тока в переменный ток (т.е. с инвертором) через разъединитель постоянного тока. Преобразователь избирательно соединяется через выключатели с нагрузками переменного тока здания и избирательно соединяется с электрической сетью. Когда электрическая сеть находится в пределах нормативных требований, преобразователь обеспечивает подачу энергии из солнечных панелей в сеть, а когда сеть находится за пределами нормативных требований, преобразователь подсоединяется при помощи соответствующих выключателей для подачи энергии из солнечных панелей в нагрузки. Контроллер отслеживает состояние напряжения сети и управляет выключателями, соединяющими преобразователь с сетью и нагрузками таким образом, что преобразователь отключается от сети и соединяется с нагрузками, когда сеть находится за пределами нормативных требований, и преобразователь подсоединяется к сети, когда сеть находится в пределах нормативных требований. Дополнительно, контроллер может регулировать выключатели, соединяющие преобразователь с нагрузками, чтобы эффективно использовать энергию из солнечных панелей, если энергии недостаточно для надлежащего электропитания всех нагрузок. Другие варианты осуществления находятся в пределах объема описания и формулы изобретения.

[0032] Схема 10 (фиг.1) электрофикации здания включает в себя здание 12 и электрическую сеть 14. Электрическая сеть 14 соединяется с нагрузками в пределах здания 12 для питания нагрузок (не показаны). На здании размещается комплект солнечных панелей 16, конфигурированный для преобразования солнечной энергии в электрическую энергию для питания нагрузок здания 12. Солнечные панели 16 способны также преобразовывать солнечную энергию для электропитания нагрузок здания 12. Солнечные панели 16 способны дополнительно преобразовывать солнечную энергию в электрическую энергию для выдачи в электрическую сеть 14, чтобы уменьшать счета за энергию, которые должен оплачивать собственник здания 12 за энергию, получаемую из сети 14. Например, энергия, подаваемая из солнечной панели 16 через соответствующие схемы в здании 12 в электрическую сеть 14, может принуждать прибор для измерения энергии, прикрепленный к зданию 12 для контроля энергии, получаемой из электрической сети 14, вращаться в обратную сторону, показывая энергию, подаваемую из здания 12 в электрическую сеть 14.

[0033] Система 20 (фиг.2) распределения энергии включает в себя схему 22 размыкателя постоянного тока, модуль 24 для распределения и преобразования электроэнергии, и основную электрическую панель 26. Система 20 может находиться полностью или частично в здании 12. Как показано, размыкатель 22 постоянного тока соединяется через линию 28 с солнечными панелями 16. Размыкатель 22 постоянного тока дополнительно соединяется с модулем 24 для распределения и преобразования энергии, который соединен через линию 30 с электрической панелью 26. Линия 30 может фактически содержать множество электрических линий и может находиться в одном механическом канале. Основная электрическая панель 26 соединяется через одну или более линий 32 с соответствующими нагрузками переменного тока в пределах здания 12 и через соответствующие линии 33 с электрической сетью.

[0034] Схема 22 (фиг.3) размыкателя постоянного тока содержит выключатель 34. Выключателем 34 является многополюсный выключатель, конфигурированный для избирательного соединения солнечных панелей 16 с модулем 24. Выключатель 34 механически приводится в действие при помощи ручки 35 для соединения панели 16 с модулем 24 или для отсоединения панели 16 от модуля 24, например, для обслуживания модуля 24. Однако в своем обычном рабочем режиме выключатель 34 замкнут, тем самым соединяя панель 16 с модулем 24, и данный режим описан ниже.

[0035] Модуль 24 включает в себя преобразователь 36 постоянного тока в переменный ток, выключатель 40 сети, выключатели 42-45 нагрузки, комбинированный блок 46 контроллера и датчика напряжения сети, предохранители 48, а электрическая панель 26 включает в себя линии 50, 52, 54, соединенные с электрической сетью 14, линии 62-65, соединенные с нагрузкой переменного тока, и размыкатели 72-77 цепи. Блок 46 контроллера и датчика в дальнейшем упоминается как контроллер 46 и датчик 46. Кроме того, хотя показаны только четыре выключателя 42-45 и соответствующие предохранители 48 и линии 62-65 нагрузки, могут быть использованы другие количества. Каждый из выключателей 42-45 может находиться в любом из трех положений: соединяющем соответствующую ему линию 62-65 нагрузки с соответствующей линией 50, 52 питания, соединяющем его линию 62-65 нагрузки с преобразователем 36 или соединяющем его линию 62-65 нагрузки с положением отсоединения/клеммой 92-95 (например, разомкнутая схема, не соединенная ни с преобразователем 36, ни с линиями 50, 52 питания). Контроллер/датчик 46 может включать в себя один или более процессоров (и может совместно использовать один процессор), которые способны считывать и исполнять инструкции программных кодов, хранящихся в памяти, для выполнения функций, описанных в данном документе. Преобразователь 36 соединяется с выключателем 34 размыкателя постоянного тока и конфигурирован для преобразования энергии постоянного тока, принимаемой из солнечных панелей 16, в энергию переменного тока в соответствии с сигналом, принимаемым из датчика 46 электрической сети. Преобразователь 36 конфигурирован для работы либо в качестве инвертора источника тока (CSI) в режиме CSI, либо в качестве инвертора источника напряжения (VSI) в режиме VSI в соответствии с тем, выдает сетевой датчик 46, соответственно, сигнал CSI или сигнал VSI. Датчик 46 будет принуждать преобразователь 36 работать в режиме CSI, если электрическая сеть с допустимой энергией подсоединена, и будет принуждать преобразователь 36 работать в режиме VSI, если электрическая сеть с допустимой энергией не подсоединена. Режим VSI может использоваться в кратковременные или длительные периоды отсутствия электрической сети с допустимой энергией, и даже в случаях, когда электрическая сеть вообще не подсоединена. Преобразователь 36 содержит нейтральную линию, соединенную с линией 54 в электрической панели 26, которая соединена с нейтральной линией электрической сети 14. Первая (например, электрическая фаза 0°) линия 82 преобразователя 36 соединена с одним контактом выключателя 40 и с выключателями 42, 44, а вторая линия 84 (например, электрическая фаза 180°) соединена с другим контактом выключателя 40 и с выключателями 43, 45. Выключатели 42-45 конфигурированы для избирательного соединения либо линий 50, 52 питания из электрической сети 14 (через размыкатель 72-75 цепи), либо линий 82, 84 питания из преобразователя 36 (через предохранители) с линиями 62-65 нагрузки переменного тока, соединенными с нагрузками переменного тока в пределах здания 12. Выключатель 40 конфигурирован для избирательного соединения или отсоединения линий 82, 84 питания из преобразователя 36 с линиями 50, 52 питания, соединенными с электрической сетью 14 (через размыкатели 76, 77 цепи). В режиме CSI преобразователь 36 обеспечивает такой большой ток, который является доступным из энергии, принимаемой из солнечных панелей 16, и выдает данный ток с напряжением, определяемым напряжением электрической сети, в линии 50, 52 питания, и по желанию 54. В режиме VSI преобразователь 36 конфигурирован для обеспечения заданного напряжения, например 120 В, из линии в нейтраль, т.е. из линии 82 или 84 в нейтраль 54, и 240 В из линии в линию, т.е. из линии 82 в линию 84, имитируя электрическую сеть 14 или иными словами выступая в роли заменителя электрической сети 14. Для надлежащей имитации электрической сети 14 в режиме VSI напряжение на нейтральной линии 54 регулируется, чтобы находиться приблизительно в средней точке между выходными напряжениями 82 и 84 преобразователя 36 постоянного тока в переменный ток. Входное напряжение в преобразователь 36 может поступать прямо из солнечных панелей 16 или из панелей 16 через преобразователь постоянного тока в постоянный ток, который может быть частью самого преобразователя 36. Регулирование может осуществляться пассивными средствами (например, большой батареей разделительных конденсаторов) или активными средствами. Схемы, регулирующие напряжение нейтральной линии, могут быть частью преобразователя 36 или отдельным блоком в модуле 24.

[0036] Контроллер/датчик 46 электрической сети конфигурирован для определения того, находится ли электрическая сеть в пределах нормативных требований к энергии, для управления выключателем 40 и подачи в преобразователь 36, соответственно, сигнала CSI/VSI. Контроллер/датчик 46 соединяется, через размыкатели 76, 77 цепи, с линиями 50, 52 питания, соединенными с электрической сетью 14. Данный датчик 46 конфигурирован для измерения энергии, обеспечиваемой электрической сетью 14. Контроллер/датчик 46 дополнительно конфигурирован для определения того, находится энергия, обеспечиваемая электрической сетью 14, в пределах нормативных требований (например, в пределах допустимых диапазонов напряжения и частоты, таких как диапазоны, определенные в IEEE 1547 или UL 1