CN104995652A - 一种按需型电力系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种为主体提供可再生能源的系统。该系统包括至少一个将环境能源转化为电力的发电机组以及用于根据主体预支付的电力，控制从发电机组抽取电力的量的调节器。

Description

一种按需型电力系统和方法

技术领域和背景技术

本发明涉及一种可按需提供离网可再生电力的系统，尤其涉及一种使用户基于使用支付离网可再生电力的系统，同时使操作者在不具有电力或系统被盗风险的情况下部署该系统。

由于在发展中国家，由化石燃料产生的能量的输电和配电困难且昂贵，因此可再生能源，尤其是由太阳能光伏电池板或者风力/水力涡轮机产生的能源尤其适用于这些国家。

技术的进步和生产成本的降低使太阳能能源成为化石燃料产出能源的有吸引力的替代选择。在2008-2011年期间，每MW光伏模块的价格已经下降逾60％。

全球约15亿人无法接入电网。还有10亿人连接的电网不稳定。即使这些人通常较为贫困，但由于他们使用低效率能源(煤油)，而这些能源要远比电网或环境产生的能源昂贵，因此他们要比西方国家的人们花费更多成本用于照明。

在很多发展中国家的可再生能源工程已经证明，可再生能源为创造商业和就业机会提供了所需能源，并为烹饪、空间加热和致冷、照明等提供能源，直接推动了经济发展和缓解贫困。此外，可再生资源还为学校及家庭教育提供了电，推动了教育。

尽管在发展中国家发展可再生资源具有说服力，但是在人们无力支付这些系统或者无法对通常与该系统部署相关的成本融资的区域，还存在如何负担可再生能源系统部署的问题，尤其是由于这些系统容易拆除，易被盗取。

因此，具有这样一种系统是非常有益的：可提供计次收费可再生能源，又不会为消费者带来通常与该系统部署相关的经济负担，同时为操作者提供必要的安全保护，从而系统元件及/或电不会被盗取。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种为主体提供可再生能源的系统，包括：(a)至少一个发电机组，用于将环境能源转化为电力；以及(b)调节器，用于根据预支付或者计次支付控制主体从所述发电机组中抽取所述电力的量。

根据下文描述的本发明优选实施例的进一步特征，该至少一个发电机组包括光伏电池阵列。

根据所述的优选实施例的进一步特征，本系统配置为仅可通过调节器从至少一个发电机组中抽取所述电力。

根据所述优选实施例的进一步特征，该至少一个发电机组和调节器集成在单个壳体内。

根据所述优选实施例的进一步特征，该至少一个发电机组包括多个光伏板，每一个光伏板连接该调节器。

根据所述优选实施例的进一步特征，该调节器包括促进支付电力的用户界面。

根据所述优选实施例的进一步特征，该用户界面包括借记卡或信用卡阅读器。

根据所述优选实施例的进一步特征，该用户界面包括移动支付通信模块。

根据所述优选实施例的进一步特征，该发电机组包括风或海浪涡轮机。

根据所述优选实施例的进一步特征，该系统还包括网络接入点。

根据所述优选实施例的进一步特征，该系统包括用于存储由发电机组产出电力的电力存储单元。

根据所述优选实施例的进一步特征，该调节器还根据对电力的支付，控制主体从电力存储单元抽取的电力的量。

根据所述优选实施例的进一步特征，该电力存储单元为电池。

根据所述优选实施例的进一步特征，该电力存储单元为电容器。

根据所述优选实施例的进一步特征，该至少一个发电机组电连接到该调节器，此外其中该调节器与发电机组断开可使发电机组不可操作。

根据所述优选实施例的进一步特征，该系统配置为限制从该发电机组或该电力存储单元抽取到特定地理位置的电力。

根据所述优选实施例的进一步特征，该地理位置由系统的GPS单元确定。

根据所述优选实施例的进一步特征，该主体预支付的电力通过KWh或时间确定。

根据本发明另一方面，提供一种为主体提供电力的方法，该方法包括：(a)提供本文所述的系统；(b)使主体基于使用的KWh或时间从系统中预支付电力；以及(c)为主体提供电力。

根据所述优选实施例的进一步特征，该预支付通过SMS实现。

根据本发明另一方面，提供了一种为主体提供可再生能源的系统，包括：(a)至少一个发电机组，用于将环境能源转化为电力；以及(b)防止所述发电机组被盗取或者由发电机组产出的电被盗取的机构。

根据所述优选实施例的进一步特征，该机构集成到该发电机组。

根据所述优选实施例的进一步特征，该机构为陀螺仪、加速仪或GPS单元。

根据所述优选实施例的进一步特征，其中该机构包括电开关，如果该发电机组移动或者未经授权用电则触发电开关。

根据所述优选实施例的进一步特征，其中该发电机组为光伏阵列，并且如果发电机组移动或者未经授权用电，则该机构可以物理阻碍所述光伏阵列。

本发明提供了一种专门提供按需型电力并计次收费以及/或者提供防止系统被盗或者防止由系统产出的电力被盗的安全防护的系统，成功地解决了当下已知配置的缺陷。

除非另有限定，本文使用的所有技术术语和科技术语具有本领域技术人员所理解的一般含义。虽然与本文描述相似或等同的方法和材料可以在实际或本发明试验中使用，但下面对合适的方法和材料进行描述。如果有冲突，本说明书以及定义将会进行控制。此外，该材料、方法和示例仅作描述目的，而不作限制目的。

附图说明

参考附图对本发明进行描述，其中该描述仅作为实例。现详细参考附图，需要强调的是，图中所示细节仅作为实例，并且仅作本发明优选实施例的说明性讨论目的，因此所呈现的为最有益于并且最容易对本发明思想和理念理解的描述。就这点而言，并未详细示出对基本理解本发明不必要的结构细节，说明书结合附图可使本领域技术人员清楚地理解本发明的多种形式如何在实践中实施。

其中：

图1和图2描述了本系统的一个实施例，该系统包括光伏板发电机组；图1描述了系统元件；图2描述了图1所示的元件集成到单个壳体内的配置；

图3描述了连接到调节器的光伏发电机组；

图4描述了集成到光伏板的防盗机构的实施例。

具体实施方式

本发明涉及一种提供计次收费支付模式的按需型电力系统，这尤其有益于世界贫困地区使用。

参考附图及附带说明可以更好地理解本发明的思想和操作。

在详细阐述本发明的至少一个实施例之前，需要理解的是，本发明并不将其应用限制在下文说明书中所描述或者附图中所显示的具体结构和元件配置。本发明可以执行其他实施例，或者可以以多种方式实现或执行。还应该理解，本文采用的措辞和术语是为了描述目的，不做限制用途。

尽管可再生能源系统对于发展中国家而言是具有前景的能量来源，但是在农村地区部署可再生能源系统(如光伏板)比较昂贵，并且超出了个体的经济能力。这也是为什么村民依然每天消耗约0.4-0.5美元利用煤油灯加热和烹饪的一个理由。

当下，部署财务方案是困难的。这主要是因为用于发电的系统以及由这些系统产出的电很容易被盗取。

将本发明落实到实践中，发明人设计了一种尤其适于提供计次收费供电的可再生能源系统，从而在不需要对基础设施进行前期投入的前提下，为贫困的人们提供廉价且可再生的能源，还为操作者提供了安全，防止设备和/或电被盗取。

因此，根据本发明的一个方面，提供了一种为主体提供可再生能源的系统。在本文中使用的术语“可再生能源”表示由可再生资源产生的能源，尤其是环境能源，如太阳(转化为热或电力的太阳能)、水(水力发电机或海浪发电机)、风和土地(地热能)。

本发明所述的系统包括至少一个用于将环境能源转化为电力的发电机组。该发电机组可包括将太阳能转化为热能的太阳能板、将太阳能转化为电的光伏板、将水流(河道水流、瀑布)能量转化为电的水力发电机、将海浪能量转化为电的海浪发电机，以及/或者将风能转化为电的风涡轮机。

该系统可包括部署在陆地、楼上、树上、水中或水上的任意数量的发电机组。

该发电机组可包括内部盗窃和回火防御机构，该机构由调节器或分立单元控制(如下文所述)。

本系统的PV结构的典型配置可包括一个或多个光伏(PV)板，如单晶板、多晶板或者薄膜板。

本系统还包括电力存储单元(例如电容器或者电池)，用于存储发电机组产出的电力。本发明可使用的存储单元的实例包括但不仅限于铅酸电池、NiMh以及锂电池，以及电容器和贯流分析池(flow cells)。

本发明还包括调节器，根据授权规则控制从发电机组中抽取的电量。该授权规则可以是：

1.涉及到主体支付电力的规则(计次收费、预付费或后付费)；

2.涉及到系统盗窃的规则(基于内部规则(如系统位置)由系统拥有者或者嫌疑报告的盗窃)；

如下文进一步详细描述的，调节器在可实现计次收费的同时，还可选地提供了通信(有线或无线)以及/或者回火防御机构。

调节器可以根据使用之前或之后支付的KWh或者时间限制从发电机组或电池中抽取的电能(电流)。如果是在之后支付，则调节器提供所需电能(基于时间或成本)并在使用之后请求支付，然后根据支付情况进一步提供能量。

支付方式包括信用卡、借记卡、移动电话(通过移动支付平台，如SMS、近场通信等)，或者支付具有需要输入系统的代码或等同物的预支付卡。可以通过与该系统集成的用户界面完成支付(例如信用卡/借记卡阅读器、近场通信模块等)，或者通过无线通信(例如基于卫星的通信网络、蜂窝或IP通信)与本系统通信的中央服务器通信。

该调节器还可提供以下功能：

(i)可确保仅基于支付规则(预支付或后支付)从发电机组或存储器中抽取电；

(ii)如果系统被篡改或移动(例如被盗)，使系统不可操作(不可以取电)；

(iii)提供了基于位置的信息，以防止被盗取；

(iv)为系统操作者提供了产品和使用的监测能力；

(v)提供网络连接；

(vi)提供IPTV；

(vii)使个体将已支付的电出售给他人。

可以在农村或城市地区部署多种配置的发电机组和调节器。可以将单个发电机组和调节器整合到单个壳体内，并且部署为小家庭单元；或者多个发电机组可电连接到单个调节器(本地或远端)，并用于为更大的家庭、学校或村庄提供能源。第三种配置包括部署在多房间结构的一个或多个发电机组，其中主系统可供给多个客户端。第四种配置包括主系统(发电机组和调节器)，可使一个客户端产生的能源重新售卖给另一个客户端。

参考图1-4所示的实施例，关于本系统更细节的描述如下文所述。

现参考附图，附图1描述了本系统的一个实施例，即系统10。系统10包括光伏板发电机组12(一个或若干个PV电池阵列)，光伏板发电机组12与调节器14连接，用于控制来自于发电机组12(以及/或者可选的存储单元)的电输出，可对该连接进行加密以增加安全性。系统10还可选地包括存储单元18(如锂离子电池)以及用于与系统10无线通信的天线20。

图1、2、4所示为单板发电机组12，然而应该理解的是，在这里可以设想包括多个PV板以及一个或多个调节器(共同集成或者不是共同集成)的系统10的替换配置。

上述元件可集成到单个壳体16(图2)内，壳体16包括方形或矩形框以及与该框焊接或者连接到该框的子框组件，并且配置为支撑上述元件。或者，这些元件可以单独封闭，并通过电线互连。

如图4所示，壳体16还包括前透明板22(玻璃或聚合物)，用于覆盖并保护发电机组12的PV电池(图4中的24)不受环境和使用不当或滥用的影响。

系统10还包括GPS单元26、用于卫星、蜂窝或者网络通信的通信模块28(连接到天线20)、加速计/陀螺仪30以及/或者接近传感器(例如可识别发电机组12和调节器14之间物理接近度的传感器)。这些元件可以集成到单个片上系统(SoC)中，该片上系统包括GPS、蜂窝或WiFi无线电以及加速计、陀螺仪及其他。GPS单元26(以及加速计/陀螺仪30)例如可通过限定发电机组12的能量仅供给到预定地理位置(由操作者设置)，或者如下文进一步描述的，通过探测未授权移动或者系统10篡改，或者在壳体16内实现触发声音或光警报，防止对系统10的滥用。

用户界面可安装在壳体16上，或者作为独立封装的单元，通过电线或无线通信连接到调节器14。用户界面可包括支付模块(例如卡槽或者NF通信模块)以及供选择时间、KWh或预支付金额的按键/显示器。

应该认识到，还可通过运行专用应用程序的智能手机提供用户界面功能，用于接收支付并与调节器14通信(通过蓝牙、WiFi及其他)，或者通过用通信模块28与调节器14通信的中央服务器。后者情况下，可通过SMS、网络接口或其他与服务器通信(预)支付能源。

壳体16还可包括安装在平台、房顶、树状物(如GPS和加速计等位置传感器需要通过调整触发盗窃或使用不当情形的公差弥补安装的不稳定性)及其他上的安装硬件。

系统10可包括保护机构，用于防止盗取或使用不当。该机构可集成到发电机组12或调节器14。尽管该机构优选与此处描述的计次收费功能一同部署，但是他们可以独立地集成到发电机组，以防止发电机组被盗取或者发电机组的电被盗取。

保护机构可包括物理障碍，如塑料或铁罩，自毁机构(如破坏晶片、玻璃罩、PV板38上的可破裂油漆盒(rupturable paint capsules)，或者风涡轮机中的易碎驱动单元)以及/或者电子屏障，如保险丝32，以及/或者用于断开的常开开关(安全继电)36，或用于短路的常闭开关(集成到发电机组12以及/或者调节器14)，以及需要远程指令操作PV板的开关。

自毁机构的实例可包括夹在两个玻璃罩之间的处于压缩状态的弹簧，从而它们对玻璃罩具有向外的力。任何钻透该玻璃罩的努力都会导致弹簧向外的力粉碎玻璃，并使PV板不可用。另一种自毁机构可包括嵌入到夹在玻璃罩内的压缩层的长钉。任何钻透该玻璃罩的努力都会压缩该层并使长钉进入PV电池或玻璃罩，使PV板不可用。

电子屏障的实例包括振荡敏感开关或保险丝，当启动该振荡敏感开关或保险丝，PV电池24电路断开。

为了协助识别系统使用不当或者被盗，系统10的调节器14可包括CPU 34，CPU 34可处理来自于GPS单元26、加速计/陀螺仪30、调节器14和发电机组12之间的电连接(例如加密电路及功率流31)，或者接近传感器的信号，该接近传感器用于确定系统10的移动或者调节器13相对于发电机组12的远离，并将信息传送到中央服务器，或启动保险丝32和/或常开开关36。

物理屏障可作为回火的第一道障碍。然而，如果调节器14与发电机组12断开，则会启动保险丝(一个或多个)32以及/或者常开开关36(图3、4)，而发电机组12会不可用。

此外，当确认“系统使用不当”(通过加速仪、调节器14和发电机组12之间的GPS物理分离)时，系统10可物理或电子控制自毁(通过CPU 24的本地指令或者通过无线通信传送的远程指令)。

当出现下述事件时，通常确认为使用不当：

(i)系统被盗报告

(ii)通过GPS确认系统被盗

(iii)通过加速仪或GPS确认系统移动

(iv)确认电线断开

(v)调节器14脱离发电机组12(通过缺少通信、电线断开或者接近传感器确认)

本系统可免费或者通过大量津贴提供在离网位置。本系统可就地安装，或者作为套件用于自安装。典型的单家用系统成本低于$200。由于该成本对于离网群众通常过高，因此终端用户可以以低于1美元的计次收费支付使用权；可通过SMS付费或刮卡完成支付。这种商业模式可为每个国家和每个操作者提供灵活性。该系统并不限于特定的计费方案，并且每个经销商/操作者可定义对于任何国家而言最好的支付方案。

例如，在国家B的操作者A可决定收取小额定金，以及每月最少使用X天。既然当下每个家庭的最小消耗能源为$0.4，可以采取类似的费用。或者，一些用户可全额支付该系统，并可独自使用防盗系统。

除电力外，本系统还可通过计次收费或者基于月费提供网络接入。用户可选择用电支付网络接入，或者其他接入。系统还可通过蜂窝通信、卫星通信或者其他形式的无线通信基于IP提供电视服务。该系统还可支撑更加复杂的计费包，如使用手机可获得电费打折。

可以预想在本专利的生命周期中，很多相关发电机组会得到发展，而术语“发电机组”的范围应该理解为将所有这些新的技术作为先验包括在内。

本文使用的术语“约”表示±10％。

应该理解的是，为了清晰阐述，本发明的某些特征在上下文中以独立的实施例进行描述，但也可以组合在一个单独实施例中。相反地，为简要说明，本发明的多个特征在上下文中以单个实施例进行描述，同样可以独立或者任意合适的子组合方式实施。

尽管本发明结合实施例进行描述，但很明显，很多变型、修改以及变化对于本领域技术人员是显而易见的。因此，所有这些变型、修改和变化均落入附加的权利要求的思想和广泛范围内。所有在说明书提到的公开文件、专利及专利申请以及基因库编号都以其整体引用到本说明书中，其范围等同于每个公开文件、专利及专利申请以及基因库编号特别并单独以引用形式引入本文的范围。此外，在本说明书中对任何参考的引用和说明不应理解为承认该参考为本发明的可用现有技术。

Claims (25)

1.一种为主体提供可再生能源的系统，包括：

(a)至少一个发电机组，用于将环境能源转化为电力；以及

(b)调节器，用于根据所述电力的预支付或者计次支付，控制主体从所述发电机组中抽取所述电力的量。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个发电机组包括光伏电池阵列。

3.根据权利要求1所述的系统，配置为仅可以通过所述调节器从所述至少一个发电机组中抽取所述电力。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个发电机组和所述调节器集成在一个壳体内。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个发电机组包括多个光伏板，每一个光伏板与所述调节器连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述调节器包括有利于所述电力的所述支付的用户界面。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述用户界面包括借记卡或信用卡阅读器。

8.根据权利要求6所述的系统，其中所述用户界面包括移动支付通信模块。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述发电机组包括风或波浪涡轮机。

10.根据权利要求1所述的系统，进一步包括网络接入点。

11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括电力存储单元，用于存储由所述发电机组产出的所述电力。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述调节器基于对所述电力的所述支付进一步控制主体从所述电力存储单元中抽取的所述电力的量。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述电力存储单元为电池。

14.根据权利要求11所述的系统，其中所述电力存储单元为电容器。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个发电机组电连接到所述调节器，进一步地，其中断开所述调节器与所述发电机组使所述发电机组不可操作。

16.根据权利要求1或11所述的系统，配置为限制从所述发电机组或所述电力存储单元抽取到特定地理位置的所述电力。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述地理位置通过该系统的GPS单元确定。

18.根据权利要求1所述的系统，其中主体预支付的所述电力通过KWh或时间确定。

19.一种为主体提供电力的方法，该方法包括：

(a)提供权利要求1所述的系统；

(b)使主体基于使用的KWh或时间从系统中预支付电力；以及

(c)为主体提供所述电力。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述预支付通过SMS实现。

21.一种为主体提供可再生能源的系统，包括：

(a)至少一个发电机组，用于将环境能源转化为电力；以及

(b)防止所述发电机组被盗取或者由发电机组产出的电被盗取的机构。

22.根据权利要求21所述的系统，其中所述机构集成到所述发电机组。

23.根据权利要求21所述的系统，其中所述机构为陀螺仪、加速仪或者GPS单元。

24.根据权利要求21所述的系统，其中所述机构包括电开关，如果所述发电机组移动或者未经授权用电则触发该电开关。

25.根据权利要求21所述的系统，其中所述发电机组为光伏阵列，并且如果发电机组移动或者未经授权用电，则所述机构可以物理阻碍所述光伏阵列。