(57)【要約】  制御システムまたはコントローラ太陽モジュールアレイは、（ｉ）目標位置における１つ以上のエネルギ消費資源による、太陽モジュールアレイ出力に対する需要を、所与の期間に対してプログラムで決定すること、および（ｉｉ）決定された需要に少なくとも部分的に基づいて、太陽モジュールアレイの効率に影響を及ぼすことによって、動作させてもよい。
2010506125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標位置において太陽モジュールアレイを動作させる方法であって、
前記目標位置における１つ以上のエネルギ消費資源による、前記太陽モジュールアレイの出力に対する需要を、所与の期間に対してプログラムで決定する工程と、
前記決定された需要に少なくとも部分的に基づいて、前記太陽モジュールアレイの効率に影響を及ぼす工程と、
を有してなる方法。
【請求項２】
１つ以上のエネルギ消費資源による前記需要をプログラムで決定する工程が、前記太陽モジュールアレイからの熱出力または電気出力を利用する複数の構成要素による需要を決定する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記太陽モジュールアレイの効率に影響を及ぼす工程が、前記太陽モジュールアレイにおける１つ以上のモジュールの温度に影響を及ぼす１つ以上の装置を制御する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
１つ以上のモジュールの温度に影響を及ぼす１つ以上の装置を制御する工程が、前記太陽モジュールアレイの下の体積空気流に影響を及ぼす装置を制御する工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記太陽モジュールアレイの効率に影響を及ぼす工程が、前記太陽モジュールアレイの下の流体流を制御する工程を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
空気流量を制御する工程が、前記太陽モジュールアレイの先端エッジを通して環境から空気を引き込む装置を制御する工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記目標位置の前記１つ以上の構成要素の、公益事業ソースからのエネルギ取り入れを最小限にすることを優先する最適化スキームに少なくとも部分的に基づいて、前記太陽モジュールアレイの効率を変える工程をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記太陽モジュールアレイの効率を変える工程が、（ｉ）所与の期間の時刻、（ｉｉ）外部環境条件、（ｉｉｉ）前記目標位置の占有、の任意の１つ以上に基づいて、所与の期間に対して所望の効率範囲を決定する工程を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記太陽モジュールアレイの効率を変える工程が、所与の期間中に公益事業ソースからエネルギを調達するコストに基づいて、前記所与の期間の所望の効率範囲を決定する工程を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記太陽モジュールアレイの効率を変える工程が、前記目標位置にある他のエネルギ消費資源よりも、所与の期間に供給されるべき選択されたエネルギ消費資源を優先する工程に基づいて、前記所与の期間に対して所望の効率範囲を決定する工程を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記所与の期間に供給されるべき選択されたエネルギ消費資源を優先する工程が、（ｉ）各エネルギ消費資源のタイプ、（ｉｉ）各エネルギ消費資源の需要レベル、または（ｉｉｉ）各エネルギ消費資源に供給するために必要なエネルギ量の１つ以上を決定する工程を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記太陽モジュールアレイのエネルギ出力を最大にすることを優先する最適化スキームに少なくとも部分的に基づいて、前記太陽モジュールアレイの効率を変える工程をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項１３】
前記需要をプログラムで決定する工程が、今後の期間に予測される需要を決定する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記需要をプログラムで決定する工程が、過去の期間の実際の需要を決定する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
システムセンサまたはリモートソースの１つ以上から天気データを受信する工程と、前記天気データに少なくとも部分的に基づいて、前記太陽モジュールアレイの効率を変える工程と、をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項１６】
目標位置で用いるために取り付けられる太陽モジュールアレイを動作させるシステムであって、
流体流を前記太陽モジュールアレイの下に導くように動作可能な装置であって、前記流体流が、前記太陽モジュールアレイの少なくともある領域の動作温度に影響を及ぼすために、前記太陽モジュールアレイに十分接近している装置と、
前記装置に結合されたコントローラであって、前記装置の動作を制御して、前記太陽モジュールアレイの下の前記流体の流量に影響を及ぼすコントローラと、
前記目標位置における１つ以上の構成要素に関するエネルギ消費情報を提供する１つ以上の資源に前記コントローラを相互接続するバスと、
を含み、
前記コントローラが、前記流体流を導く際に前記装置を制御し、前記エネルギ消費情報に少なくとも部分的に基づいて前記太陽モジュールアレイの動作温度に影響を及ぼすように構成されることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
前記１つ以上の資源が、前記アレイから出力される流体の温度を決定する温度センサ、および熱エネルギを用いる負荷用の温度センサを含むことを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記コントローラが、前記エネルギ消費情報を用いて最適化スキームを実行することによって、前記装置の動作能力を制御することを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記コントローラが、前記アレイから熱または電気エネルギを受け取る代わりに、前記１つ以上の構成要素が公益事業からのエネルギを消費するコストを計算に入れることによって前記最適化スキームを実行するように構成されることを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記コントローラが、前記エネルギ消費情報を用いて、所与の期間における前記１つ以上の構成要素の予測されるエネルギ消費を決定するように構成されることを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
前記コントローラが、前記太陽モジュールアレイの動作温度に影響を及ぼすために、前記流体流を導く際に前記装置をどのように制御するかを決定する最適化スキームを実行するように構成されることを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
前記コントローラが、前記太陽モジュールアレイの熱または電気出力を受け取る際に、前記１つ以上の構成要素の順序付けまたは選択の実装を決定し実行するように、さらに構成されることを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記コントローラが、前記１つ以上の構成要素への、前記太陽モジュールアレイの熱または電気出力分配の実装を決定し実行するように、さらに構成されることを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記コントローラが、前記太陽モジュールアレイの使用に関してコスト削減を優先する際に、前記１つ以上の構成要素へのエネルギ要求に対して公益事業によって供給するコストを計算に入れる最適化スキームを用いるように構成されることを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記コントローラが、熱または電気出力を前記１つ以上の構成要素に分配する１つ以上の装置の制御を伝達するようにさらに構成されることを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２６】
所与の期間、前記アレイからの熱エネルギを蓄積する熱質量をさらに含み、前記コントローラが、前記所与の期間に続く少なくともある期間において、前記熱質量から供給される熱エネルギの使用を予測するように構成されることを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２７】
前記コントローラが、前記太陽モジュールアレイによって発生される熱エネルギが乾燥または熱回収システムへと導かれるようにして、エネルギに対する前記１つ以上の構成要素の需要を低減するようにすることを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記コントローラが、所与の瞬間にエネルギを受け取ることになる前記装置および／または前記構成要素の動作能力の１つ以上を決定する際に天気データが用いられる最適化スキームを実行するように構成されることを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２９】
目標位置における動作用に取り付けられる太陽モジュールアレイ用のコントローラであって、
前記太陽モジュールアレイの下に流体流を導くように動作可能な装置を制御するように構成された制御モジュールであって、前記流体流が、前記太陽モジュールアレイの少なくともある領域の動作温度に影響を及ぼすように、前記太陽モジュールアレイに十分接近し、前記太陽モジュールアレイの下における前記流体の流量に影響を及ぼす前記装置の動作を制御する制御モジュールと、
データバスに結合され、かつ複数の構成要素の任意の１つから受信されるエネルギ消費情報を処理するように構成されたインタフェースモジュールであって、前記複数の構成要素のそれぞれが、前記太陽モジュールアレイの出力によって供給される１つ以上の構成要素によるエネルギ消費を検出または決定するように構成されるインタフェースモジュールと、
を含み、
前記制御モジュールが、前記エネルギ消費情報を用いて、前記装置の動作を制御するようにさらに構成されることを特徴とするコントローラ。
【請求項３０】
前記制御モジュールが、前記流体流を加速または減速する際に前記装置を制御するように構成されることを特徴とする、請求項２９に記載のコントローラ。
【請求項３１】
前記制御モジュールが、前記太陽モジュールアレイの下の空気流を増加または減少する際に、送風機を制御することによって前記太陽モジュールアレイの下に流体流を導くように動作可能な装置を制御するように構成されることを特徴とする、請求項２９に記載のコントローラ。
【請求項３２】
前記インタフェースモジュールが、前記バスと結合して、１つ以上のセンサから温度読み取り値を受信し、前記エネルギ消費情報が、（ｉ）前記流体流が前記太陽モジュールアレイを出た直後の前記流体流または（ｉｉ）前記流体流が、前記太陽モジュールアレイを出て、少なくとも１つの構成要素によって用いられた後の前記流体流、の１つ以上における温度読み取り値に対応することを特徴とする、請求項２９に記載のコントローラ。
【請求項３３】
前記制御モジュールが、前記エネルギ消費情報を用いて、所与の期間における前記１つ以上の構成要素の予測されるエネルギ消費を決定するように構成されることを特徴とする、請求項２９に記載のコントローラ。
【請求項３４】
前記制御モジュールが、前記太陽モジュールアレイの前記動作温度に影響を及ぼすように前記流体流を導く際に、前記装置がどのように制御されるかを決定する最適化スキームを実行するように構成されることを特徴とする、請求項２９に記載のコントローラ。
【請求項３５】
前記制御モジュールが、前記太陽モジュールアレイの熱または電気出力を受け取る際に前記１つ以上の構成要素の順序付けまたは選択の実装を決定し実行するように、さらに構成されることを特徴とする、請求項３４に記載のコントローラ。
【請求項３６】
前記制御モジュールが、前記１つ以上の構成要素への、前記太陽モジュールアレイの熱または電気出力分配の実装を決定し実行するように、さらに構成されることを特徴とする、請求項３４に記載のコントローラ。
【請求項３７】
前記制御モジュールが、前記太陽モジュールアレイの使用に対するコスト削減を優先する際に、前記１つ以上の構成要素へのエネルギ要求に公益事業によって供給するコストを計算に入れる最適化スキームを用いるように構成されることを特徴とする、請求項３４に記載のコントローラ。
【請求項３８】
前記制御モジュールが、前記１つ以上の構成要素に熱または電気出力を分配する１つ以上の装置の制御を伝達するようにさらに構成されることを特徴とする、請求項２９に記載のコントローラ。
【請求項３９】
前記コントローラが、前記目標位置における専用装置として設けられることを特徴とする、請求項２９に記載のコントローラ。
【請求項４０】
前記コントローラの少なくとも一部が、パーソナルコンピュータ上に設けられることを特徴とする、請求項２９に記載のコントローラ。
【請求項４１】
目標位置で用いるために取り付けられる前記太陽モジュールアレイを動作させるシステムであって、
流体を前記太陽モジュールアレイの真下に導くように動作可能な装置であって、前記太陽モジュールアレイが前記流体を加熱している間に、前記太陽モジュールアレイの少なくともある領域の動作温度に影響を及ぼすために、前記流体が、前記太陽モジュールアレイに十分接近して流れるようにする装置と、
（ｉ）前記加熱された流体または（ｉｉ）前記加熱された流体から発生されたエネルギを、前記目標位置の１つ以上のエネルギ消費資源に導くように組み合わされた分配設備と、
前記太陽モジュールアレイの使用によって供給される１つ以上のアセットによるエネルギ消費を検出または決定するように構成された１つ以上の構成要素と、
前記装置に結合されたコントローラであって、前記装置の動作を制御して、前記太陽モジュールアレイの下における前記流体の流量に影響を及ぼすコントローラと、
前記目標位置における１つ以上の構成要素に関するエネルギ消費情報を提供する１つ以上の資源に前記コントローラを相互接続するバスと、
を含み、
前記コントローラが、前記エネルギ消費情報を用いて、前記装置の動作能力を制御することを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【政府支援に関する言及】
【０００１】
合衆国政府は、本発明における一括払いライセンスを有し、かつ両方ともエネルギ省によって与えられた契約番号ＮＤＣ−５−５５０２２−０１および契約番号ＮＤＯ−３−３３４５７−０２の条項によって規定される合理的な条件に基づき、限られた状況において他者にライセンスを供与するように特許権者に要求する権利を有する。
【０００２】
本発明は、エネルギ省によって与えられた、国立再生可能エネルギ研究所との主契約下の副契約番号ＮＤＯ−３−３３４５７−０２の下で、合衆国政府の支援でなされた。政府は、本発明において、ある一定の権利を有する。
【優先権出願】
【０００３】
本出願は、発明者として名を挙げられるヨシュア・リード・プレイステッド（Ｊｏｓｈｕａ  Ｒｅｅｄ  Ｐｌａｉｓｔｅｄ）の、「ＰＶおよび熱統合エネルギ供給システム用制御のトポロジおよび方法（Ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｏｒ  ＰＶ  ａｎｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｕｐｐｌｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）」なる名称で２００６年８月８日に出願された米国仮特許出願第６０／８２１，８１１号に対する優先権の利益を主張する。前述の出願は、参照により、あらゆる目的のために、その全体が本明細書に援用される。
【０００４】
本出願は、発明者として名を挙げられるヨシュア・リード・プレイステッド（Ｊｏｓｈｕａ  Ｒｅｅｄ  Ｐｌａｉｓｔｅｄ）の、「太陽熱冷暖房システム用の高度な制御および構成（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ  ａｎｄ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｓｏｌａｒ  Ｈｅａｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）」なる名称で２００６年８月１８日に出願された米国仮特許出願第６０／８２２，９２４号に対する優先権の利益を主張する。前述の出願は、参照により、あらゆる目的のために、その全体が本明細書に援用される。
【技術分野】
【０００５】
開示の実施形態は、一般に太陽エネルギ供給システムの分野に関する。特に、開示の実施形態は、太陽エネルギ供給システムの制御用のシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００６】
エネルギに関する懸念が、従来の燃料の使用に取って代わる太陽エネルギ技術の利用における成長につながった。エネルギ価格の上昇および「ビルドグリーン（ｂｕｉｌｄ  ｇｒｅｅｎ）」への要求が、家庭および他の建造物用に電気を供給する太陽電気モジュール（ＰＶ）およびヒーティングサービスを提供する太陽熱モジュール（Ｔ）の使用につながった。現在、ほとんどのソーラーシステムは、ＰＶを用いて発電するか、または家庭用温水（ＤＨＷ）生成および暖房のために熱エネルギを発生する独立型の設計である。しかしながら、構造物内の様々な負荷に供給するための熱であろうと、および／または電気であろうと、利用可能な屋根スペースの制約、美観に対する懸念、およびシステム動作を最適化する現在の制御能力によって、太陽アレイ性能の改善および最適化ならびに太陽アレイの吸収エネルギの適用における可能性が生じた。高度な制御戦略による、従来の太陽アレイの最適化および性能向上の可能性に加えて、さらにより効率的な動作が、組み合わせシステム（コンビシステム）を通して達成可能である。従来の産業定義では、コンビシステムは、被空調建物空間の暖房と一緒にＤＨＷ生成を組み合わせる太陽熱システムである。近年、この定義は、乾燥冷房または吸収冷房サイクルを介した太陽支援冷房の可能性を含むようにさらに拡張された。コンビシステム定義の最終的な拡張では、光電（ＰＶ）アレイは、電気の発生に加えて、ヒーティングおよび冷房発生用に熱（Ｔ）アレイに統合するかまたは物理的に結合することができる。太陽モジュールアレイ内のＰＶおよび熱発生のかかる組み合わせは、ＰＶＴアレイと呼んでもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
いくつかのエネルギ発生構成要素の組み合わせ、ならびに居住および商用建造物両方の内部における、より一層複雑な熱および電気負荷を用い、ＰＶＴアレイ内のエネルギ発生素子を最適に動作させ、かつそれぞれの負荷に適合させて適用することによって、発生エネルギを構造物内の適切な負荷需要に結合する多くの可能性および戦略が生み出される。新しい制御構造およびシステム実装が、これらのシステムの性能を最適化するために必要とされる。
【０００８】
ＰＶモジュールアレイが、典型的には直射日光中に配置されて、太陽照度を電気に変換する。直射日光中における配置の性質によって、ＰＶモジュール自体が、同様に大きな熱出力を発生する。これは、ほとんどのＰＶモジュールが、太陽照度を電気に変換する際に１０〜１８％の効率を有し、かつ残りの太陽エネルギのほとんどが、モジュールによって熱に変換されるという事実による。したがって、ＰＶＴアレイは、もっぱらＰＶモジュールアレイとしてなるが、それでも熱発生をもたらすことが可能である。熱モジュールの追加を介してアレイをさらに向上させ、熱発生を増大させることができる。
【０００９】
ＰＶＴアレイコンビシステムのシステム設計の例には、アレイの裏側のプレナムを用いて、暖房または冷房された換気空気を供給するＰＶモジュールの統合ＰＶアレイが含まれる。かかる設計の例は、オンタリオ（ＯＮ）州トロント（Ｔｏｒｏｎｔｏ）のコンサーバルエンジニアリング（Ｃｏｎｓｅｒｖａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）からのソニックウォール（ＳＯＮＩＣＷＡＬＬ）システムによって提供される。また、とりわけ、イスラエル（Ｉｓｒａｅｌ）のミレニアムエレクトリック（ＭＩＬＬＥＮＩＵＭ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ）から入手可能なものなど、液体ベースの設計がある。これらの例は、単に、本明細書で使用できる、空気および液体（これらの両方は「流体」と見なされる）の両方に基づいた設計の種々様々な太陽アレイがあることを示すだけである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の１つ以上の実施形態に従って、目標位置において太陽モジュールアレイおよびその使用を制御するためのコントローラを示す。
【図１Ｂ】本発明の１つ以上の実施形態に従って構成された太陽モジュールアレイを示す。
【図２】本発明の実施形態の下で、太陽モジュールアレイが、目標位置においてどのように実現されるかの概略図である。
【図３】本発明の実施形態による、太陽モジュールアレイの下における体積流体流に応じた太陽モジュールアレイ効率のサンプルグラフである。
【図４】本発明の実施形態の下で、セル温度に基づいた、太陽モジュールアレイにおけるＰＶモジュールの典型的な動作電圧を示す。
【図５】本明細書で説明する実施形態に従って、太陽モジュールアレイにおけるＰＶモジュール温度の実際的な動作範囲を示す。
【図６】本発明の実施形態で説明するような制御システムブロック図の実例である。
【図７】本発明の１つ以上の実施形態に従って、コントローラにより制御可能な様々な構成要素のブロック図を示す。
【図８】本発明の実施形態の下で、最適化動作を実行するためのシステムの一部として用いられるコントローラ用出力ブロックのブロック図表現である。
【図９】中間熱質量（ＩＴＭ）を通して空調排気を送出できる実施形態を示す。
【図１０】本発明の実施形態に従って補助的負荷の取り扱いを示す。
【図１１】太陽モジュールアレイが、中間熱質量（ＩＴＭ）と共に、典型的な空気処理ユニット（ＡＨＵ）に接続される実施形態を示す。
【図１２】本発明の実施形態に従って、後に続くＩＤＥＣ段階用の空気を除湿するために乾燥ホイールが空気流中に置かれるＰＶＴアレイを配置するための一構成を示す。
【図１３】本発明の実施形態に従って、多数の負荷が、太陽モジュールアレイ排気と直列および並列に配置された一般的な場合を表わす。
【図１４】本発明の実施形態の下で、コントローラが、目標位置の占有および電気／熱負荷の使用を推測できる手段となる技術の一部としての経時的な温度読み取り値のグラフを示す。
【図１５】本明細書で提供する１つ以上の実施形態に従ってコントローラを示すハードウェア図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書で説明する実施形態は、太陽モジュールアレイの制御および／または使用を提供する。一実施形態は、電気および熱エネルギの両方を出力する太陽モジュールアレイによって供給される熱および電気エネルギの両方の使用を提供する。説明される多くの実施形態の中で、確定しているかまたは予測されるエネルギ要求に基づいて太陽モジュールアレイの効率を上下させるかまたは変更するコントローラ制御システムが、提供される。
【００１２】
一実施形態において、コントローラまたは制御システムが、熱および／または電気エネルギを分配する方法を向上させるために設けられる。かかる実施形態において、コントローラは、光熱費を最小限にするか、あるいは目標位置のエネルギ必要量を供給するために、どの負荷にエネルギを供給するのが最良であるかなどの様々な考慮事項を計算に入れるように構成してもよい。
【００１３】
さらに、１つ以上の実施形態は、制御システムまたはコントローラが、コスト削減および／または信頼性を最適化する最適化スキームを実行することを提供する。かかる最適化スキーム（またはプラン）は、太陽モジュールアレイの効率変動および／またはエネルギ消費アセットのエネルギ使用を介して実行してもよい。
【００１４】
特に、１つ以上の実施形態は、目標位置での太陽モジュールアレイの動作を提供する。太陽モジュールアレイは、（ｉ）目標位置における１つ以上のエネルギ消費資源による、太陽モジュールアレイ出力に対する需要を、所与の期間に対してプログラムで決定すること、および（ｉｉ）決定された需要に少なくとも部分的に基づいて太陽モジュールアレイの効率に影響を及ぼすことによって動作させてもよい。
【００１５】
一実施形態によれば、目標位置による利用のために取り付けられる太陽モジュールアレイを動作させるためのシステムが提供される。システムは、太陽モジュールアレイの下に流体流を導くように動作可能な装置を含んでもよいが、この場合に、流体流は、太陽モジュールアレイに十分接近して、太陽モジュールアレイの少なくともある領域の動作温度に影響を及ぼす。システムはまた、装置に結合されたコントローラを含んでもよい。コントローラは、装置の動作を制御して、太陽モジュールアレイの下における流体の流量に影響を及ぼしてもよい。システムはまた、目標位置における１つ以上の構成要素に関するエネルギ消費情報を提供する１つ以上の資源にコントローラを相互接続するバスを含んでもよい。コントローラは、エネルギ消費情報に少なくとも部分的に基づいて太陽モジュールアレイの動作温度に影響を及ぼすために、流体流を導く際に装置を制御するように構成してもよい。
【００１６】
別の実施形態において、コントローラが太陽モジュールアレイ用に設けられるが、この場合に、太陽モジュールアレイは、目標位置における動作用に取り付けられる。コントローラは、制御モジュールおよびインタフェースモジュールを含んでもよい。制御モジュールは、太陽モジュールアレイの下に流体流を導くように動作可能な装置を制御するように構成してもよい。流体流は、太陽モジュールアレイに十分接近して、太陽モジュールアレイの少なくともある領域の動作温度に影響を及ぼしてもよい。制御モジュールは、装置の動作を制御して、太陽モジュールアレイの下における流体の流量に影響を及ぼす。インタフェースモジュールは、データバスに結合してもよく、かつ複数の構成要素の任意の１つから受信されるエネルギ消費情報を処理するように構成してもよい。複数の構成要素のそれぞれは、太陽モジュールアレイの出力によって供給される１つ以上の構成要素によるエネルギ消費を検出または決定するように構成してもよい。制御モジュールは、エネルギ消費情報を用いて装置の動作を制御するようにさらに構成される。
【００１７】
別の実施形態において、目標位置による利用のために取り付けられる太陽モジュールアレイを動作させるためのシステムが提供される。システムには、太陽モジュールアレイの真下に流体を導くように動作可能な装置が含まれる。流体が、太陽モジュールアレイに十分接近して流れ、太陽モジュールアレイが流体を加熱している間に太陽モジュールアレイの少なくともある領域の動作温度に影響を及ぼすようにするために、この装置は、構成または配置される。システムはまた、（ｉ）加熱された流体または（ｉｉ）加熱された流体から発生されたエネルギを、目標位置の１つ以上のエネルギ消費資源へ導くように組み合わされた分配設備を含んでもよい。１つ以上の構成要素が、太陽モジュールアレイの使用によって供給される１つ以上のアセットによるエネルギ消費を検出または決定するように構成される。コントローラを装置に結合して、装置の動作を制御してもよい。かかる制御は、太陽モジュールアレイの下における流体の流量に影響を及ぼしてもよい。システムはまた、目標位置における１つ以上の構成要素に関するエネルギ消費情報を提供する１つ以上の資源にコントローラを相互接続するバスを含んでもよい。コントローラは、エネルギ消費情報を用いて装置の動作能力を制御するように構成してもよい。
【００１８】
本明細書で説明する１つ以上の実施形態は、コントローラ、制御システム、または制御システム用構成要素によって実行される動作または作動が、プログラムで実行されることを提供する。プログラムでということは、コードまたはコンピュータ実行可能命令の使用を介することを意味する。プログラムで実行されるステップは、自動であってもなくてもよい。
【００１９】
本明細書に挙げる実施形態は、モジュールの使用を提供する。本明細書で用いられるように、モジュールには、プログラム、サブルーチン、プログラムの一部、または１つもしくは複数の規定されたタスクもしくは機能を実行できるソフトウェア構成要素もしくはハードウェア構成要素が含まれる。モジュールは、他のモジュールから独立してハードウェア構成要素に存在できるか、またはモジュールは、他のモジュール、プログラムもしくは機械の共有要素もしくはプロセスとすることができる。
【００２０】
さらに、本明細書で説明する１つ以上の実施形態は、１つ以上のプロセッサによって実行可能な命令の使用を介して実行してもよい。これらの命令は、コンピュータ可読媒体上に保持してもよい。下記の図に示す機械は、本発明の実施形態を実行するための命令を保持および／または実行できる処理資源およびコンピュータ可読媒体の例を提供する。特に、本発明の実施形態に関連して示される多数の機械には、プロセッサならびにデータおよび命令を保持する様々な形態のメモリが含まれる。コンピュータ可読媒体の例には、パーソナルコンピュータまたはサーバ上のハードドライブなどの固定記憶装置が含まれる。コンピュータ記憶媒体の他の例には、ＣＤまたはＤＶＤユニット、フラッシュメモリ（多くの携帯電話および携帯情報端末（ＰＤＡ）上に保持されるような）ならびに磁気メモリなどの携帯記憶装置が含まれる。コンピュータ、端末、ネットワーク可能装置（例えば、携帯電話などのモバイル装置）は、全て、プロセッサ、メモリ、およびコンピュータ可読媒体上に記憶された命令を利用する機械および装置の例である。
【００２１】
本明細書で説明する実施形態は、これらのシステムによって発生された熱および電気両方の節約を最適化する組み合わせＰＶＴアレイの統合および制御に対して独自の構成を提供する。これらの構成の多くは、一般的なＰＶＴアレイ設計に適用することができ、いくつかは、米国特許出願第１１／３３２，０００号明細書（参照により、その全体において本明細書に援用される）で説明されたものなど、空気ベースＰＶＴアレイの性能を最適化するために特に設計されている。
【００２２】
本明細書で説明するいくつかの実施形態は、空気ベースのシステムに関するが、制御および統合方法の多くはまた、液体ベースの設計に適用可能である。さらに、居住用の家屋が、典型的な構造物の熱および電気負荷を示すために用いられているが、全ての概念は、講堂から商業施設に及ぶ他の構造物に等しく当てはまる。
【００２３】
本明細書で説明する実施形態のいずれかにおける変形または追加として、ＰＶＴシステムを最適に動作させることができる高度なシステム制御概念を用いてもよい。ＰＶＴシステムは、多数のソース（ＰＶおよび熱）からの同時的エネルギ発生が可能であり、かつ多数の負荷（例えば、暖房、水加熱、換気等）に供給するように動作可能であるので、これらのシステムの制御は、多くの課題を提示する。したがって、特定の実施形態を用いて説明される全ての制御機械が、説明されるあらゆる可能な構成またはその潜在的な組み合わせに当てはまるわけではない。したがって、制御機械のそれぞれは、独立した意義と同様に、他の実施形態との組み合わせにおける意義を有すると見なすべきである。
【００２４】
本明細書で用いられるように、用語「スキーム」は、作動のプランまたは系統的プランを指す。一実施形態において、スキームは、優先度リストを識別または維持し、かつ優先度に基づいて動作することによって実行してもよい。
【００２５】
図１Ａは、本発明の１つ以上の実施形態に従って、目標位置における太陽モジュールアレイおよびその使用を制御するためのコントローラを示す。一実施形態において、コントローラは、図１Ａまたは図２の実施形態で示しかつ説明するように、太陽モジュールアレイの取り付けおよび使用に関連して設けてもよい。一実施形態の下で、図示のような実施形態は、ハイブリッドアレイに関連して用いてもよいが、この場合には、アレイの１つ以上の太陽モジュールが、熱発生器であるという主目的のために働く。図１Ａに説明するような実施形態は、アレイからの出力として熱エネルギを集める間に、アレイを含む個別モジュールを冷却する目的で太陽モジュールアレイの下側に接近する流体の通過を提供する。例えば、アレイにおける個別モジュールの動作温度から加熱されるように、アレイの真下のダクトまたは閉じられた（もしくは半分閉じられた）空間に空気または他の流体を導いてもよい。
【００２６】
説明するように、コントローラ１０および対応する太陽モジュールアレイが取り付けられるかまたは実現される目標位置は、建物、家屋もしくは住宅、または電気および／もしくは熱が用いられる他の構造物に対応してもよい。
【００２７】
一実施形態において、コントローラ１０は、インタフェースモジュール１２および制御モジュール１４を含む構成要素から形成される。インタフェースモジュール１２は、目標位置内における種々のアセット０８のエネルギ消費に関して、様々なリモートおよびローカルソースから入力を受信してもよい。本明細書で説明する他の実施形態において、かかるソース用のリモートおよびローカルバスが説明される。
【００２８】
アセット０８には、エネルギ発生アセット０１およびエネルギ消費アセット０３（または「負荷」）が含まれる。エネルギ発生アセットには、熱的および電気的に異なる種類が含まれ、太陽モジュールアレイが包含される。エネルギ消費アセットは、流体（例えば、空気流）からエネルギ（熱または電気）を取り出す。エネルギ消費熱アセットは、例えば、暖房が施される空間、または加熱される水源（例えば、家庭用温水もしくは水泳プール）または熱質量構成要素に対応してもよい。エネルギ消費電気アセットにはまた、電気エネルギ（ＤＣまたはＡＣ）を消費するシステムである電気アセットが含まれる。
【００２９】
一実施形態によれば、コントローラ１０は、検出器２２から入力データ１１を受信する。検出器２２は、アセット０８のエネルギ要求または消費を確認する任意の機器に対応する。これらには、例えば、温度センサ、圧力センサ、ゲージ、メータおよび他の機器を含んでもよい。他の実施形態で説明するように、入力データ１４を受信するために、ローカルバスが、コントローラ１０を検出器に接続してもよい。一実施形態の下において、入力データ１１は、リアルタイムでか、または実装を制御するフィードバックとして受信される。
【００３０】
インタフェースモジュール１２は、エネルギ消費情報３２を制御モジュール１４に通信してもよい。制御モジュール１４は、コマンド１６、１８または他の制御を実行するプログラミングまたは他のロジックを備えてもよい。一実装例の下において、コマンド１６および１８は、装置コマンドを含み、したがって、機械的変換または作動の形式を取ってもよい。
【００３１】
一実施形態において、制御モジュール１４は、太陽モジュールアレイの効率に影響を及ぼす制御装置においてエネルギ消費情報３２を用いる。これらの装置は、例えば、アレイのモジュールの下に空気流を導く送風機または他の機構５２を含んでもよい。例えば、送風機は、太陽モジュールアレイの下で空気流（または他の流体流）を加速または減速してもよい。この代わりにまたはこれに加えて、太陽モジュールアレイの効率を達成する装置には、流体速度（流体は空気以外の何かでもよいと仮定する）、換気入力（流体は空気である）の電気機械的制御が含まれる。一実施形態において、制御モジュール１４は、エネルギ消費情報３２に部分的に基づいて、アレイの動作効率の範囲を決定する。
【００３２】
太陽モジュールアレイの効率に影響を及ぼすことの代わりにまたはこれに加えて、１つ以上の実施形態は、制御モジュール１４が、アレイからの熱出力の取り入れ５４を制御することを提供する。一実施形態において、太陽モジュールアレイは、光電および熱モジュールの組み合わせを介して流体を加熱する。加熱された流体（例えば、温風）が目標位置のエネルギ分布システムに取り入れられるレートおよび方法は、エネルギ消費情報３２からなされた決定に部分的に基づいて、制御モジュール１４が影響を及ぼしてもよい。
【００３３】
さらに、制御モジュール１４は、エネルギ（熱および電気）が目標位置のシステムを通して分配される方法を構成してもよい。特に、１つ以上の実施形態は、制御モジュール１４が、熱または電気出力を用いて供給すべきエネルギ消費アセット間で、所与の期間に対して、選択することを提供する。選択は、１つ以上の最適化スキーム４２と同様に、使用規則などの他の基準に、自由に基づいてもよい。使用規則は、例えば、寒い日にプールを暖めるのを避け、または高電気負荷をオフピーク時間用に取っておくなどの常識的手段を指示してもよい。使用規則はまた、特定の目標に対応することで知られた優先度または他の手段を指示してもよい。より詳細には、最適化スキーム４２はまた、規則の形式であってもよいが、基準として主な目標または目標セットを考慮してもよい。一実施形態において、最適化スキーム４２は、コスト削減基準を考慮して、目標位置におけるエネルギ消費コストを最小限にしてもよい。したがって、最適化スキーム４２は、例えば、現在または予測される照射量に基づいて、どのアセット０８が所与の時刻に供給されるかを、その同じ期間に公益事業ソースからのエネルギ使用コストと比較して、考慮してもよい。
【００３４】
エネルギ（熱または電気）が分配される方法に関して最適化スキーム４２および様々な規則を実行するために、１つ以上の実施形態は、制御モジュール１４がエネルギ分配設備５６へのアクセスおよびその制御を有することを提供する。これらには、例えば、加熱された流体を受け取り、そこから熱を消費する熱交換器、ダクト、ダンパ、および空気または他の流体を移動させるための送風機／ファンを含まれてもよい。かかる制御は、例えば、太陽モジュールアレイの下で空気流を押しやるか、または別の方法で導く構成要素の制御の代わりにまたはこれに加えて提供してもよい。
【００３５】
一実施形態において、コントローラ１０またはその一部は、電力消費情報３２を現場で受信する位置に取り付けられるか、または別の方法で配置される専用装置の形態で実現される。したがって、例えば、コントローラ１０は、温度センサおよび他の機器と直接通信する、ハードウェア、ファームウェアまたはソフトウェアを介したボックスの形態で実現してもよい。しかしながら、他の実施形態において、コントローラ１０は、パーソナルコンピュータ（デスクトップマシン、ラップトップ、スモールフォームファクタ装置等）またはマイクロコントローラ上などのコンピュータ上で実現してもよい。さらに、コントローラ１０は、コントローラ１０またはそのモジュールを含むロジックが、多数の機械もしくは装置にわたって、および／または多数の位置に分配可能という点で、分配可能である。
【００３６】
図１Ｂは、本発明の１つ以上の実施形態に従って構成された太陽モジュールアセンブリを示す。図１Ｂにおいて、太陽モジュールアレイ１１０は、複数の太陽モジュールからなる。太陽モジュールアレイ１１０は、目標位置の近辺に取り付けてもよい。目標位置は、アレイ１１０から出力を受け取ることになる建物または住宅に対応してもよい。一実施形態において、アレイ１１０には、熱モジュール（Ｔ）１２５および光電モジュール（ＰＶ）１２４の組み合わせが含まれる。熱モジュール１２５は、主に太陽放射から熱を発生し、他方でＰＶモジュール１２４は、主に、付随する副産物として熱を用いて発電する。１つ以上の実施形態は、次のことを認識している。すなわち、ＰＶモジュール１２４が、無ゆうの熱コレクタを表わすので、モジュールの背後で提供される最大空気流温度は、限られた容量の後続のシステムで用いる熱エネルギを供給するのに十分なだけであるということである。より高い温度を達成するためには、熱発生のために明確に設計された熱モジュール１２５のセットを、ＰＶモジュール１２４を越えて用いてもよい。
【００３７】
流体１２２は、アレイ１１０の下に引き込まれ、かつ（ｉ）アレイ１１０における熱モジュール（Ｔ）１２５から発生された熱エネルギ、および／または（ｉｉ）アレイ１１０におけるＰＶモジュール１２４の動作から発生された付随的な熱によって加熱される。一実装例において、流体１２２は、周囲空気に対応し、ファンまたは他の換気構成要素が、アレイ１１０の底部（または入口）エッジ１３４の下へと周囲空気を引き込むために用いられる。
【００３８】
一実施形態は、周囲空気が、最初にＰＶモジュール１２４の下に引き込まれ、その後、熱モジュール１２５の下へ送られる構成を用いる。さらに、一実施形態は、流体１２２として周囲空気の流入を可能にするように底部エッジ１３４が開けられるか、または部分的に密閉されることを提供する。アレイ１１０の残りの外周部は、密閉してもよい。かかる実施形態は、アレイ１１０の底部エッジ１３４を通して周囲空気を入れることによって、ＰＶモジュール１２４を冷却する一方で、同時に熱モジュール１２５用の空気流を予熱する二重の効果があることを認識している。アレイ１１０は、引き込まれた周囲空気を最初に受け取るＰＶモジュール１２４がアレイ１１０のベースに配置された、かかる構成を実現する。熱モジュール１２５は、ＰＶＴアレイ１１０の上部に配置されて、出口温度を上昇させる。多数の他の構成もまた可能であり、例えば、周囲空気は、ＰＶモジュール１２４の下に案内されるかまたは押し込まれ、その後熱モジュール１２５の下に送られる。
【００３９】
加熱された空気流は、１つ以上のダクト１４０によってアレイから収集し、目標位置１５２内の様々な負荷に供給してもよい。目標位置１５２は、アレイ１１０からの出力を直接用いる建物または空間に対応してもよい。任意に、ダクト１４０は、ダクト１４０に受け入れられる空気量を低減できる、バッフルなどの空気流制御機構１４２を含んでもよい。コントローラ１５０を用いて、ダクト１４０に入る体積流体流を制御してもよい。一実施形態において、コントローラ１５０は、空気がアレイ１１０の下を通るレートを制御することができる。さらに、コントローラ１５０は、空気流制御機構１４２を調整してもよい。さらに、コントローラ１５０は、アレイへの空気用の入口構成を変更できる構成要素に結合してもよい。コントローラ１５０は、図１Ｂまたは本出願の他のところの１つ以上の実施形態で説明するようなロジックまたは他の資源を備えてもよい。
【００４０】
図２は、本発明の実施形態の下で、目標位置にアレイ１１０を実現可能な方法の概略図である。説明するように、アレイ１１０は、住宅、建物または他の限られた空間または領域での使用のために設けてもよい。アレイ１１０は、電力発生に加えて、暖房および水加熱の両方を構造物に提供することができる。
【００４１】
一実施形態において、アレイ１１０の動作と同様に、流体１２２の使用を制御するコントローラ２００または制御システムが設けられるが、この流体１２２は、目標位置１５２にヒーティングサービスを提供する機械的サブシステムによって受け取られて分配される。機械的サブシステムはまた、アレイ１１０から提供される電気サービスを、位置１５２の全体にわたって分配してもよい。図２に示す実装例において、位置１５２における熱出力用の負荷には、被空調空間２２１および給湯器２１７の家庭用温水（ＤＨＷ）が含まれる。
【００４２】
機械的サブシステムは、ダクト２０２を介して目標位置１５２から、またはそこへ流体１２２を導く。センサ２５１は、流入流体１２２と相互作用し、温度読み取り値をコントローラ２００に提供してもよい。コントローラ２００は、アレイ出口センサ２５１が、使用可能なレベルの流体流入温度を検出した時を検出するように構成される。使用可能なレベルで、エネルギは、被空調空間２２１を暖房すること、または給湯器２１７でのＤＨＷ生成に向けて加えてもよい。
【００４３】
コントローラ２００が、流体１２２の出口温度が使用可能なレベルであることを示すセンサ２５１からの温度読み取り値を受信すると、コントローラは、送風機２０４にエネルギを供給する。多くの場合、アレイ出口温度センサ２５１は、送風機が使用されていないときには、システムを通る対流および自然循環によって正確なアレイ出口温度を直接記録することに留意されたい。しかしながら、特定の構成ゆえに、これが行われない場合には、送風機２０４は、飛び飛びの間隔で電源を入れられ、センサ２５１における正確な読み取りをもたらしてもよい。
【００４４】
例えば、送風機が作動されると、（流体１２２としての）周囲空気が、アレイ１３４の底部エッジを通って引き込まれるが、この場合に、周囲空気は、それがＰＶモジュール１２４の裏側の下を移動するときに加熱され、次に、熱モジュール１２５によって直接加熱される。ＰＶモジュール１２４の裏側は、このプロセスを通して冷房される。なぜなら、空気流が、ＰＶモジュール１２４の裏側から熱を取り去るからである。ＰＶモジュール１２４が、より低い温度でより効率的に作動し、したがって、ＰＶモジュール１２４を冷却することによって、電気出力を増加され、アレイ１１０の全体的効率が改善されることが周知である。
【００４５】
空気は、適切なダクトシステム２０２を通って、アレイ熱出口２０１から熱交換器２０３に引き込まれる。熱交換器２０３は、例えば、空気流と水流との間で熱を移動させる交換に一般的な循環水式ファンコイルまたは同様の熱交換器に対応してもよい。コントローラ２００は、給湯器２１７におけるセンサ２５３から温度読み取り値を受信してもよい。コントローラ２００は、センサ２５１によって測定された温度が、センサ２５３によって測定された温度より熱いかどうかをチェックすることによって、ＤＨＷ生成用に利用可能なエネルギが流体１２２にあるかどうかに関して決定してもよい。エネルギが利用可能な場合には、コントローラ２００は、ポンプ２１６が、供給管および戻り管２１４、２１５を通して給湯器２１７から熱交換器２０３へ流体を循環できるようにし、それによって、目標位置用にＤＨＷ生成を提供してもよい。
【００４６】
一実施形態によれば、ひとたび熱エネルギが、交換器２０３によって流体１２２から引き出されても、熱エネルギは、やはり、センサ２５２によって測定される流体１２２において利用可能である。暖房の季節であり、かつ熱エネルギが流体１２２に残っている場合には、コントローラ２００は、例えば、被空調空間２２１に流体を導いてもよい。この方法における流体１２２の方向は、流体流を案内する役目を果たす開閉緩衝装置によって実現してもよい。提供される構成において、コントローラ２００は、ダンパ２０６の開口およびダンパ２０５の閉口をトリガし、かくして、ベント２１２を通して流体１２２を導いてもよい。あるいは、夏季で、熱エネルギが空間の空調に望ましくない場合には、熱エネルギは、ベント２１０を通して空気流を排出するためにダンパ２０５を開けてダンパ２０６を閉じることによって、外に排出することができる。
【００４７】
アレイ１１０の明らかな可能性は、構造物にヒーティングサービスを提供することであるが、同じアレイは、涼しい夜間の空気で被空調空間２２１を一掃することによって、夜間に冷房能力を提供することがまた可能である。適切な冷房動作のために、センサ２５１におけるアレイの温度読み取り値は、センサ２５６によって被空調空間２２１用に提供される温度読み取り値より涼しい必要がある。かかる動作モードは、例えば、太陽が傾いた状態においてか、またはより典型的には夜間に提供してもよい。これらの条件下で冷房能力が実現可能な場合には、送風機２０４を動作させ、ダンパ２０５を閉じ、ダンパ２０６を開けて涼しいアレイ排出流体１２２を入れ、ベント２１２を通して被空調空間２２１に導いてもよい。
【００４８】
かかる構成は、高い日中温度に涼しい夜が続く日周変動を伴う気候には有益である。アレイ１１０の特定の構成によって、アレイ１１０は、標準的な夜間の換気習慣に勝る利点を提供される。なぜなら、ＰＶモジュール１２４は、夜空への放射伝達における黒体面を表わすからである。典型的な夜間換気中に達成される最も涼しい温度が、単に周囲空気の温度であるのに対して、アレイ１１０の出口２０１で可能になる温度は、周囲より５℃またはさらに低く、向上した冷房能力を提供することが可能である。この補助的な冷房効果は、アレイ１１０の表面における夜空への放射によって達成される。
【００４９】
１つ以上の実施形態は、次のことを認識している。すなわち、図２の実施形態で説明するような全体的システムは、アレイ１１０で達成できる出口温度がアレイから排出される空気流の換気量に依存するように、構成してもよいということである。図２で説明するような実施形態において、流量は、速度調整可能な送風機２０４によって制御される。このアレイ換気量を表わす共通変数はＶ０であるが、これは、立方フィート／分（ＣＦＭ）を、ＰＶＴアレイ１１０表面積（平方フィート）で除した値におけるアレイの換気量である。Ｖ０の典型的な値は、０〜４ＣＦＭ／ｆｔ２であるが、より高くてもよい。
【００５０】
図３は、本発明の実施形態による、アレイの下の体積流体流に応じた、太陽モジュール（熱およびＰＶの両方）効率のサンプルグラフである。説明するようなグラフは、例えば、図２の実施形態で説明するようなシステムに当てはまる。なぜなら、アレイ１１０は、電力発生に加えて、構造物に暖房および水加熱を提供するように構成されるからである。したがって、図３のグラフ３００を説明する際に、説明目的で、図２（およびしたがって図１Ｂ）の要素が参照される。
【００５１】
グラフ３００は、次の条件下のアレイ１１０を表わす。すなわち、（ｉ）低い風速（約５ＭＰＨ）、（ｉｉ）太陽照度はピークで１，０００Ｗ／ｍ２であり、（ｉｉｉ）周囲温度は２５℃である、という条件である。アレイ１１０の実際の性能は、これらおよび他の変数に影響される可能性がある。しかしながら、グラフ３００は、効率と、アレイ１１０の使用に固有のアレイ出口温度との対立する傾向を示す。高温および高効率の両方が望ましいが、図２で説明するようなシステムでは、一方は、他方を犠牲にして成り立つ。高温を達成するために、流体１２２の流量は遅い必要があるが、これは、熱および電気効率の両方に悪影響を及ぼす。
【００５２】
より詳細には、グラフ３００は、流体１２２の体積フローに対する効率値をプロットする。既述の条件下において、ライン３０１は、アレイ１１０におけるモジュール１２５の熱効率（「熱効率ηｔｈｅｒｍａｌ」）を示し、ライン３０２は、アレイ１１０におけるＰＶモジュール１２４の電気効率（「電気効率ηｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ」）を示し、ライン３０３は、熱モジュール１２４の出口温度（「Ｔａｒｒａｙ」）を示し、ライン３０４は、アレイ１１０におけるＰＶモジュール１２４の平均動作温度（「Ｔｃｅｌｌ」）を示す。流体１２２の体積流量の増加は、例えば、送風機を連結して、アレイ１１０の下に周囲空気を導くことによってもたらしてもよい。ライン３０１および３０２の熱および電気効率は、ＰＶＴアレイ１１０の熱発生および発電を、アレイにおいて入射する太陽放射で除した値としてそれぞれ定義される。これらの変数は、風速、太陽照度、周囲温度、およびアレイの物理的構成の関数である。したがって、図３は、単に、既述のような条件下で動作する典型的なＰＶＴアレイ１１０の傾向を表わす。
【００５３】
図３は、センサ２５１によって測定されることになるアレイの出口温度Ｔａｒｒａｙ３０３、およびＰＶモジュール１２４内のセルの平均動作温度Ｔｃｅｌｌ３０４を含む、アレイの重要な動作パラメータに対する換気量（Ｖ０）の影響を示す。
【００５４】
アレイの電気効率ηｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ３０２および熱効率ηｔｈｅｒｍａｌ３０１の両方とも、換気量（Ｖ０）の増加と共に向上する。電気効率ηｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ３０２に関して、効率の向上は、より高い換気量で生じるセル温度３０４の低下による。結晶シリコンＰＶモジュールの効率が、Ｔｃｅｌｌが１℃降下するごとに０．５％程だけ向上することは、周知の現象である。熱効率ηｔｈｅｒｍａｌ３０１に関して、効率の向上は、出口温度Ｔａｒｒａｙ３０３の低下によって示されるような、ＰＶモジュール１２４および熱モジュール１２５の動作温度の低下に帰してもよい。これにより、今度は、アレイ１００から周囲への熱損失が低減される。さらに、熱効率ηｔｈｅｒｍａｌ３０１の向上に影響するものは、モジュールと空気流との間の伝熱を促進する、高流量の空気流（すなわち、流体１２２）における乱流の増加である。
【００５５】
アレイ１１０からのエネルギ発生の最適化は、Ｔａｒｒａｙ３０３の形態でアレイから要求される供給温度が、熱および電気構成要素両方の動作効率（ηｔｈｅｒｍａｌおよびηｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）に対してバランスを保たれることである。しかしながら、本明細書で説明する実施形態は、効率だけを最適化する試みが、目標位置１５２における熱負荷のいずれかに供給するには低すぎるＴａｒｒａｙの値に帰着するだろうことを認識している。より正確に言えば、実施形態は、全体的効率、目標位置１５２のエネルギ負荷に供給する際のコスト（またはコスト削減）、および必要とされる熱または電気エネルギの全体量を含む基準を計算に入れる。コントローラ１５０は、アレイを動作させる際の換気量（Ｖ０）を決定するとき、利用可能な温度レベルおよび動作効率のバランスを保つことにおいて、かかる基準に重み付けをしてもよい。
【００５６】
図４は、図３に示すようなセル温度Ｔｃｅｌｌに基づいた、アレイ１１０におけるＰＶモジュール１２４の典型的な動作電圧Ｖｍｏｄｕｌｅ４０１を示す。図３に示す、高い動作温度におけるＰＶモジュール１２４の効率低下の一部は、モジュールの動作電圧Ｖｃｅｌｌにおける低下に関連する。
【００５７】
図３に関連して、ＰＶモジュール温度Ｔｃｅｌｌ３０４と動作効率ηｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ３０２との間には連続的でほぼ線形の関係がある。しかしながら、また、ＰＶモジュール１２４に対する絶対的な動作限界があり、この限界を超えては、アレイ出力は、著しくまたは完全に低下する。ＰＶモジュール１２４のアレイにとっての動作限界の一例は、ＰＶモジュールから発生されたＤＣ電力を公益事業送電網のＡＣ電力に変換するインバータ用の電圧ウィンドウである。ほとんどのインバータは、それらが動作できる電圧範囲を有し、この範囲の外側では動作することができない。
【００５８】
ＰＶモジュール電圧Ｖｍｏｄｕｌｅ４０１に対する、Ｔｃｅｌｌ形態におけるＰＶモジュール温度の影響を図４に示す。影響は、ＰＶモジュール構成の様々なスタイルに対して異なるが、傾向は、高温のＴｃｅｌｌにおけるモジュール電圧Ｖｍｏｄｕｌｅの低下として表わされる。
【００５９】
高レベルの太陽照度および高周囲温度では、モジュール動作電圧Ｖｍｏｄｕｌｅは、インバータ、またはＰＶモジュール１２４からの電気エネルギを利用することになる他の負荷の動作電圧範囲を下回る可能性がある。かかるシナリオでは、ＰＶモジュールの動作効率ηｅｌｅｃｔｒｉｃａｌは、これらの負荷の出力が、ＰＶモジュール１２４から供給される低電圧ゆえに使用不可能になるポイントまで、非線形的に低下する可能性がある。理想的には、ＰＶモジュールの選択、サイジング、および並列または直列配線によって、これらの低電圧レベルが決して生じないように保証される。しかしながら、特定のモジュール設計およびアレイレイアウトでは、時には、所望より低い電圧構成が必要になる。かかる低電圧構成は、ピーク太陽照度下の高周囲温度によって悪化され、アレイが部分的に陰にされる場合には、さらに低くなる可能性がある。
【００６０】
空気流の制御または利用を欠く従来のアレイでは、Ｖｍｏｄｕｌｅの低下を改善するために使用できる機構はなく、唯一の解決法は、低電圧または部分的遮光に帰着するであろうアレイ構成または配置を回避することである。しかしながら、図１Ｂに説明するような実施形態のＰＶＴアレイ１１０において、ＰＶモジュール温度Ｔｃｅｌｌ３０４（図３）は、アレイの換気量Ｖ０を変えることによって調節してもよい。したがって、ＰＶモジュールの動作電圧Ｖｍｏｄｕｌｅが低動作限界に接近した場合には、特に、適切で望ましい動作範囲内にＶｍｏｄｕｌｅを維持する目的で、換気量Ｖ０を増加させることが可能であろう。
【００６１】
図５は、ＰＶモジュール１２４のアレイにおけるＰＶモジュール温度Ｔｃｅｌｌの実際的な動作範囲を示す。従来のアプローチ下で、モジュール温度Ｔｃｅｌｌは、（例えば、底流をなす空気流によって影響されるよりもむしろ）、主に周囲温度および太陽照度によって影響される。図５は、３つの異なるシナリオに関し、２５℃の周囲温度において放射照度に対するＴｃｅｌｌのチャートを表わす。
【００６２】
ＰＶモジュール温度の上側範囲は、ライン５０１によって画定されるが、このラインは、ＰＶモジュールが建物表面に直接取り付けられる建物一体型太陽光発電（ＢＩＰＶ）を表わす。典型的には、かかる取り付けスキームでは、ＰＶモジュールの裏側に換気はない。ＰＶモジュール温度の下側範囲は、ライン５０２によって画定されるが、このラインは、両面が周囲の風によって換気される独立したＰＶモジュールを表わす。これらの構成は、従来のＰＶモジュールアレイ用の実際的な限界温度シナリオを表わす。２つのライン間の差異５０４は、提供されたシナリオに基づく実際的な範囲を画定する。
【００６３】
ＰＶＴアレイ用のＰＶモジュール温度Ｔｃｅｌｌの動作範囲は、アレイが、ＤＨＷおよび暖房（例えば、図２の実施形態で説明するような）を提供するように駆動される動作環境に基づいて、動作点５０３によって示される。ＰＶモジュール動作温度Ｔｃｅｌｌは、高く留まり、約４００Ｗ／ｍ２の放射照度までＢＩＰＶ曲線に５０１に従う。このポイントで送風機２０４（図２を参照）を連結してアレイ１１０から熱エネルギを送り出し、ＰＶモジュール１２４の冷却を開始するようにしてもよい。ＰＶモジュール１２４用の動作温度５０３は、放射照度が増加し、かつ送風機２０４が換気量（Ｖ０）を増加してアレイ１１０からの追加の熱エネルギを回収するにつれて、ＢＩＰＶ曲線５０１から離れ続け、独立した曲線５０２の方へ向かう。
【００６４】
ＢＩＰＶ５０１および独立した５０２構成の動作温度曲線は、それらの物理的な構成によって決定されるが、アレイ１１０内のＰＶモジュール１２４の動作点５０３は、主に、アレイの換気量Ｖ０によって影響される。換気量Ｖ０の使用によって、アレイ１１０におけるＰＶモジュールの熱応答はアレイの物理的構成から分離され、送風機２０４は、５０４によって画定された広い範囲内にＰＶモジュール温度Ｔｃｅｌｌを調節して、ＰＶモジュール１２４の温度Ｔｃｅｌｌひいては電圧Ｖｃｅｌｌおよび効率ηｅｌｅｃｔｒｉｃａｌに対する所望のプロファイルを達成することが可能になる。
【００６５】
１つ以上の実施形態は、（図１Ｂで説明するような）アレイ１１０で用いるためのコントローラまたは制御システムが、熱および電気出力の両方の使用を考慮する必要があることを認識している。ＰＶ専用（すなわち、電気）アレイの従来のコントローラは、典型的には、ＰＶモジュールの出力を最大にするなどの単一の目的で動作するが、ＰＶＴシステムコントローラは、多数の潜在的動作モードの間で最適化しなければならない。場合によっては、モードは、暖房またはＤＨＷ生成のいずれかを提供するなど、別個で分離されているが、多くの場合に、それらは直接結合される。
【００６６】
図２のシステムに関連して、結合された動作モードの例は、空調ベント２１２を通して暖房を提供するのと同時に、熱交換器２０３を介してＤＨＷ生成を実行するシステムであろう。送風機２０４の速度、ポンプ２１６の動作およびダンパの位置（２０５、２０６）に応じて、コントローラ２００は、ＤＨＷまたは暖房の相対的生成を変えることができる。
【００６７】
一実施形態によれば、アレイ１１０との追加的結合が可能であるが、この場合には、熱エネルギの発生によって、ＰＶモジュール温度Ｔｃｅｌｌ３０４、ひいては電気効率ηｅｌｅｃｔｒｉｃａｌおよび生成が影響を受ける。一実施形態において、コントローラ２００は、コスト削減またはエネルギ発生などの基準に基づいて、ＰＶＴアレイ１１０の動作を最適化する。例えば、コスト削減について、コスト削減は、アレイ１１０のオペレータが、公益事業会社または他の供給源からエネルギを購入しなければならないことから、どのくらいの節約を達成可能であるかを指してもよい。かかる最適化は、公益事業からのエネルギコストが、日において異なり、他の動作パラメータによって影響される可能性があるので、合計エネルギ発生よりさらに拡張してもよい。
【００６８】
エネルギまたはコスト削減の点でＰＶＴアレイ１１０からの全正味発生を最適化することは、複雑な仕事である。目標位置に関連し得る様々な熱負荷に適切に供給するために、コントローラは、任意の特定の負荷に供給するために要求される必要なアレイ排出温度Ｔａｒｒａｙ、ならびにアレイ１１０から様々な負荷への熱エネルギ出力の順序付けおよび調整を決定する必要があり得る。
【００６９】
アレイからの最適なエネルギ発生および様々な負荷への出力エネルギの分配に関連するアレイ１１０のさらなる最適化は、（ｉ）設置されたシステムの動作ハードウェア、（ｉｉ）被空調空間内の個人の存在、（ｉｉｉ）ＤＨＷの使用パターン、（ｉｖ）電力需要、（ｖ）非アレイによる発生エネルギのコスト、（ｖｉ）現在および予測される天気データ、を含むパラメータによって影響される可能性がある。他の実施形態は、エネルギコストを最小限にすることを目標として、プログラムで決定された制御決定をＰＶＴアレイ１１０の操作においてイネーブルにする他の関連情報の利用を提供する。
【００７０】
本発明の実施形態で説明するように、図６は、制御システムのブロック図の実例である。システムには、コントローラ６０１および制御機器６２１が含まれるが、これらは、結合して、アレイ１１０から任意の１つ以上の熱負荷６０６に出力される熱エネルギの分配および使用を管理する。制御機器６２１には、コントローラ６０１によって制御可能なハードウェア、ファームウェアおよび／またはソフトウェアが含まれる。図２の実施形態で説明するように、制御機器６２１の例には、（ｉ）空気流１２２を太陽アレイ１１０の下に送る機器（例えば、送風機２０４）、（ｉｉ）流入流体１２２に関する情報、またはシステムによる使用において下流の流体の情報を読み出すための、温度センサ（例えば、センサ２５１）を含むセンサ、（ｉｉｉ）熱交換器、ならびに（ｉｖ）流体１２２を内部に導くための緩衝装置および他の機器が挙げられる。さらに、コントローラ６０１は、電力システム、熱構成要素、ユーザデータ、ならびにアレイ１１０のシステムおよび目標位置内の広範囲な入力とインタフェースするように構成してもよい。
【００７１】
一実施形態において、アレイ１１０は、ＰＶモジュール１２４から電力６１７を発生し、この電力が、ＤＣ電力システム６０４に供給される。ＤＣ電力システム６０４は、ＤＣ電力６２３を出力し、次に、この電力は、ＤＣ電力で動作できる電気負荷６０５に直接供給するか、または交流インバータ６０３に供給してもよい。インバータ６０３は、ＤＣ電力６２３をＡＣ電源６２７に変換してもよい。ＡＣ電力６２７は、ＡＣ電力システム６０２に供給してもよい。次に、ＡＣ電力６２７は、ＡＣ電力で動作できる電気負荷６０５に直接供給するか、または公益事業送電網に逆に供給してもよい。ＤＣ電力システム６０４、インバータ６０３、およびＡＣ電力システム６０２は、コントローラ６０１とインタフェースしてもよい。インバータの能力に応じて、ＤＣ６０４およびＡＣ６０２電力システムの両方に関する情報は、コントローラ６０１が、インバータ６０３に問い合わせてもよい。あるいは、ＤＣ電力システム６０４またはＡＣ電力システム６０２にトランスデューサを配置して、アレイ１１０からの発電、または様々な電気負荷６０５による消費を決定してもよい。
【００７２】
コントローラ６０１はまた、ボイラ、炉、空調機器、加熱素子、およびＰＶＴアレイ１１０と連係して熱負荷６０６に供給できる他の装置などの、暖房、冷房、水加熱、換気システム、および補助的熱出力システム６１４を含む熱負荷６０６とインタフェースする。
【００７３】
ローカル入力部６０８は、例えば、湿度、温度、流量、構造物の占有、電気需要、および適切な制御戦略を介してアレイ１１０の性能および負荷管理を最適化する機能を助ける、構造物にとってローカルな性質の他の情報を含んでもよい。システムはまた、コントローラ６０１と直接通信するためのローカルユーザインタフェース６０９、またはインバータ６０３、電力システム６０２、６０４および補助的熱出力システム６１４などのインタフェースされた装置を有してもよい。
【００７４】
リモートデータバス６１０によって、任意のリモート通信プロトコルを介した、全てのリモート入力部およびリモートユーザインタフェースの通信が可能になる。リモート通信プロトコルの例には、有線および無線イーサネット（登録商標）、携帯電話網、衛星および他の通信プロトコルが挙げられる。ローカルデータバス６１１は、ローカル入力部６０８およびユーザインタフェース６０９用の通信経路を、コントローラ６０１へ、および装置間に提供する。リモートおよびローカルバス６１０、６１１の両方が同じ通信プロトコルを用いることが可能であろう。どちらのバス６１０、６１１も、連係して動作する１つ以上のプロトコルからなって、別個の装置との通信を確立してもよい。
【００７５】
一実施形態によれば、専用のリモート入力部６１２をリモートバス６１０用に設けて、天気データまたは公益事業の料金レートなどの情報へのアクセスを可能にしてもよい。リモート入力部６１２は、かかる情報を他の関連情報と共にコントローラ６０１に提供するために、自動およびプログラムに基づいた機構を提供してもよい。
【００７６】
さらに、１つ以上の実施形態は、他のタイプのデータが、リモートユーザインタフェース６１３を通してアクセスされるかまたはコントローラ６０１に供給されることを提供する。リモートユーザインタフェース６１３によって、ユーザは、システムコントローラまたはコントローラ６０１と通信する他の装置にデータまたはパラメータを入力することが可能になる。
【００７７】
図７は、本発明の１つ以上の実施形態に従って、コントローラがアクセス可能な構成要素のブロック図を示す。図６の実施形態に関連して、コントローラ６０１は、リモートおよびローカルバス６１０、６１１を通して様々なローカルセンサから多くの入力を受信する。システムデータおよび情報へのアクセスは、システム性能を最適化する制御戦略およびアルゴリズムを作成する能力に関連する可能性がある。説明するように、入力は、ユーザ入力／設定値７０１、湿度入力７０２、占有情報７０３、温度情報７０４、フロー情報７０５、電気入力７０６およびインバータデータ７０７を含む情報の形態であってもよい。
【００７８】
一実施形態において、コントローラ６０１は、ローカルユーザインタフェース６０９またはリモートユーザインタフェース６１３を通してユーザ入力／設定値７０１を受信する。ユーザ入力／設定値７０１の例には、占有状態、水加熱設定値、被空調空間用の暖房および冷房設定値、ならびに他の動作設定値が挙げられる。
【００７９】
湿度入力７０２は、例えば、周囲空気、被空調空間、および／またはシステム内の空気流から湿度を検出するように配置されたセンサを介して提供してもよいが、このシステムは、蓄熱器、熱交換器、乾燥ホイールまたは熱回収システムを含んでもよい。
【００８０】
占有情報７０３は、典型的には動き検出器で用いられる超音波または赤外線センサによって自動的に検出してもよい。構造物は、複数のゾーンに分割することができ、占有は、ゾーン単位でコントローラに報告してもよい。この代わりにまたはこれに加えて、占有情報６０３は、例えば、電気負荷６０５の監視を通した器具の使用から推測してもよい。
【００８１】
温度情報７０４は、様々なソースから収集してもよい。１つ以上の実施形態は、温度情報が、システムの確定した最適動作のために行われる測定によって提供可能なようにする。図７の実施形態に関連して、温度情報７０４には、例えば、センサ２５５（図２）を介した周囲温度と、センサ２１５（図２）を介したアレイ出力温度と、流体１２２が熱交換器を通過した後のセンサ２５２（図２）における温度と、センサ２５６（図２）を介した、被空調空間２２１の空気温度と、センサ２５３、２５４（図２）を介した、給湯器における温度と、システムによって要求される可能性がある他の温度測定値と、の報告が含まれる。
【００８２】
フロー情報（または入力）７０５には、システムの特定のダクトまたはセクションを通して流れる空気量、および循環水式ループにおける液体流を識別するかまたは示す情報を含んでもよい。フロー情報７０５は、実際の質量もしくは体積フローの形態、および／またはフローが存在するかどうかに関連する簡単なオン／オフ指標の形態などの様々な形態であってもよい。
【００８３】
電気入力７０６には、例えば、ＰＶモジュール１２４（図１Ｂ）によって供給される電流および電圧、ＤＣ電力システム６０４（図６）からの出力、ＡＣ電力システム６０２からの出力、構造物用の主メータ、および個別または多数の副負荷６０５用の負荷需要が含まれる。副負荷６０５の例には、空調機器、プールポンプ、照明器具、給湯器および／または計測すべき電力消費を伴う任意のものが挙げられる。
【００８４】
コントローラ６０１はまた、インバータ６０３とインタフェースして、インバータの電気性能、インバータ６０３に接続されたＰＶモジュール１２４の電流および電圧特性、ならびにインバータ６０３からＡＣ電力システム６０２への電力搬送に関する動作情報を取得してもよい。
【００８５】
さらに、コントローラ６０１は、リモート入力部からデータを受信することができる。リモート入力部からのデータには、例えば、天気データ、エネルギ価格、およびエネルギ用公益事業からの料金表を含んでもよい。これらおよび他のデータセットは、リモートバス６１０、ユーザ入力部７０１または潜在的にはローカルバス６１１を通じてコントローラに提供してもよい。
【００８６】
図８は、最適化動作を実行するために用いることができるシステムの物理的要素に対応する、コントローラ６０１（図６）用の出力ブロックのブロック図表現である。物理的要素は、ＰＶＴアレイ１１０における発生を最適化するだけでなく、任意の電気負荷８０５または熱出力システム８１４の構成要素の制御および調節を促進または可能にしてもよい。
【００８７】
一実施形態において、コントローラ６０１は、出力ブロック８０５によって示すように、ＤＣ電力システム６０４（図６）またはＡＣ電力システム６０２（図６）に接続された電気負荷８０５のいずれかを調節または調整するように接続される。コントローラ６０１はまた、送風機８０３およびダンパ８０２の任意の組み合わせを操作して、空気流を移動させ、導いて、熱エネルギを伝達してもよい。出力ブロック８０４を介したポンプの操作もまた可能である。補助的熱出力システム８０５に対する制御もまた可能であり、これによって、アレイ１１０およびこれらのバックアップエネルギシステムからの発生の調整が可能になる。構造物内におけるエネルギの発生または利用に影響を及ぼし得る任意のシステム構成要素とインタフェースしかつそれに影響を及ぼすように、必要に応じて、コントローラ６０１用に追加出力ブロックを設けてもよい。
【００８８】
１つ以上の実施形態は、異なる基準に対して戦略または最適化スキームを実行するためのコントローラ６０１の使用を提供する。一実施形態において、コントローラ６０１は、目標位置内の様々な負荷の需要を同時に評価してもよい。これらの負荷には、例えば、水加熱、暖房、換気および電気消費を含んでもよい。負荷は、（ｉ）これらの負荷に供給する電力および熱出力を供給するアレイ１１０の能力と連係して、および任意に（ｉｉ）電気／熱出力を最適化する基準またはパラメータに関連して、評価してもよい。
【００８９】
一実施形態の下で、コントローラ６０１によって要求される最適化は、いくつかの要素に分割することができる。最適化の第１の部分は、コントローラが、アレイ１１０用の換気量Ｖ０を設定することを提供するが、この換気量は、熱および電気動作効率（ηｔｈｅｒｍａｌおよびηｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）、したがって所与の周囲条件セットにおけるアレイ出力を決定する。換気量Ｖ０の設定には、次の考慮の１つ以上を含んでもよい。 
（ｉ）任意の熱負荷に関し、コントローラ６０１は、特定の負荷に供給するために要求される、アレイ出口２０１（図２）で必要な、センサ２５１（図２）における温度を評価すべきである。実際的な目的のために、２５１におけるアレイ出口温度は、伝熱を促進するための合理的な余裕だけ、負荷温度を超えるべきである。代表的な負荷温度の例は、センサ２５３における給湯器（図２）または被空調空間２２１（図２）の温度であろうが、任意の負荷の温度であってもよい。 
（ｉｉ）コントローラは、太陽照度、周囲温度２５５などの主な周囲条件、およびＰＶＴアレイ１１０の性能に影響する可能性がある風速などの他の条件の下で、自身がこのアレイ出口温度２５１を提供できるかどうかを評価してもよい。一実施形態において、この評価は、熱負荷の評価に応じて行ってもよい。センサ２５１におけるアレイ出口温度の評価は、換気量Ｖ０を変えてセンサ２５１における出口温度を監視することによってか、または広範囲な環境条件にわたる動作を説明する、かつコントローラに記憶された、アレイ１１０用の周知の性能マップを参照することによって行ってもよい。
【００９０】
（ｉｉｉ）引き続きまたは応答的に、コントローラ６０１は、アレイ１１０が供給できる負荷によって要求される動作温度におけるアレイ１１０出力と同様に、全体的効率に影響するする、組み合わされた熱および電気動作効率（ηｔｈｅｒｍａｌおよびηｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）を評価してもよい。
【００９１】
一実施形態において、最適化の第２の部分は、コントローラ６０１が、アレイ出口２０１で供給される熱エネルギを、様々な熱負荷の間で順序付けまたは調整する方法に関連する。図２に示すものなど、負荷のほとんどの物理的レイアウトでは、システムは、ＤＨＷサービスおよび暖房を同時に提供することができる。図２に関連して、コントローラ６０１は、熱交換器２０３を介して空気流から可変量のエネルギを抽出するようにポンプ２１６の動作および速度を調整することによって、給湯器２１７に供給されるエネルギ量を調節してもよい。熱交換器２０３を用いて、給湯器２１７用に空気流からより多くのエネルギを引き出すことによって、ダンパ２０６およびベント２１２を通して被空調空間２２１に供給される空調用のエネルギは、より少なくなる。
【００９２】
続いてコントローラは、負荷間のエネルギ調整を決定する際に、どのエネルギ利用がより重要であるかを決定してもよい。給湯器２１７用のバックアップ加熱が電気素子２２０によって提供される、図２に示す実施形態の場合には、この負荷に最優先で供給して、電気素子２２０による電力消費を防ぐようにすることがより重要であり得る。かかる最適化スキームは、被空調空間２２１用のバックアップ暖房システムが、より低コストの天然ガスを用いる高効率炉によって提供される場合には、最もよく実現可能である。しかしながら、暖房システム用のバックアップ手段が電気抵抗加熱を介して提供される場合には、給湯器２１７または被空調空間２２１にエネルギを供給するコストは、実質的には互いに等しくなり得る。したがって、コントローラ６０１は、アレイ出力を最大にするために、どの負荷に供給すべきかを決定してもよい。
【００９３】
別の最適化スキームまたはサブスキームは、アレイ１１０の熱発生および発電に関連して提供してもよい。実施形態は、熱発生を犠牲にしてＰＶ発生を最大にするには、多くの場合に、次の最大換気量Ｖ０が要求されるであろうことを認識している。すなわち、電気出力および効率ηｅｌｅｃｔｒｉｃａｌにおける利得が、少なくとも、送風機２０４における寄生消費によって軽減される実際的なポイントまでの、送風機２０４（図２）による最大換気量Ｖ０である。しかしながら、高換気量Ｖ０で送風機２０４を動作させることは、アレイ用の比較的低い出口温度に帰着する。これらのシナリオでセンサ２５１におけるアレイ出口温度は、空調またはＤＨＷ生成用に利用可能な温度未満である可能性がある。例えば、周囲温度が５℃であり、かつ送風機２０４が全力で動作してＰＶ出力を最大にする場合を想定することができる。かかるシナリオでは、センサ２５１におけるアレイ出口温度は、１８℃になる可能性があり、これは、暖房を提供するには不十分である。送風機２０４の速度をわずかに低下させることによって、センサ２５１における２６℃のアレイ出口温度を達成することが可能であり、この温度は、ＰＶモジュール１２４における効率および発生をわずかだけ低下させるが、被空調空間２２１の暖房および換気にかなり役立つ。
【００９４】
一実施形態において、コントローラ６０１は、送風機２０４およびポンプ２１６の速度、ならびに／またはダンパ２０５および２０６の動作の制御において多変数最適化を実行するように構成してもよい。かかる制御を用いて、熱および電気エネルギ発生の両方においてアレイ１１０の正味エネルギ発生を最大にしてもよい。コントローラは、任意の一モードの１００％サービスから別のモードへと動作モードを必ずしも別個には変更せず、代わりに、しばしば、３つの全ての動作モードのエネルギ利得を同時に調整および最適化する形態で、３重発生を実行可能であることに留意されたい。これは、アレイ１１０が、ＤＣ電力システム６０４への電力、ＤＨＷ生成、および空調を同時に提供できることの結果である。コントローラ６０１は、ダンパ２０５および２０６の位置を実現するのと同様に、送風機２０４およびポンプ２１６の可変速度動作を介して、特定の一発生モードに別のモードに勝る優先度を与えるように構造化してもよい。
【００９５】
コントローラ６０１の動作に関連して、コントローラは、様々な優先度および変数を計算に入れる様々なスキームを実現するように装備されてもよい。これらのスキームは、システムにおける各負荷の単純な重み付けされた優先度から、システム効率、補助エネルギを供給するコスト、占有を含む構造物の物理的特性、負荷プロファイル、および構造物の熱応答の複雑な多変数分析に及んでもよい。さらに、１つ以上の実施形態は、天気データを用いて、アレイ１１０からのエネルギ発生と同様に、天気に敏感な電気負荷６０５および熱負荷６０６で構成され得る負荷の需要を予測し推定することを提供する。
【００９６】
これらの入力および要因が、システムの動作をどのように最適化するかについてのコントローラの決定において重み付けされ得る方法のいくつかの代表的な例が、下記で提供される。
【００９７】
実施形態は、アレイ１１０と連係して負荷にエネルギを供給する補助的熱出力システム６１４のソースおよび効率を認識しているコントローラ６０１の利点を認識している。図２に関連して、例えば、給湯器２１７用の補助的熱システムは、電気加熱素子２２０であるが、他の形態を取ってもよい。かかる場合に、コントローラ６０１は、補助的熱出力システム６１４が、電気、天然ガス、プロパンまたは他のベース燃料形態のエネルギを消費して動作するのを阻止するかまたは減らすように動作してもよい。コントローラ６０１の最適化スキームには、補助的熱出力システムと同様に、それらの動作特性およびエネルギ消費コストを識別する情報を含んでもよい。さらに、バックアップシステムを動作させる燃料のコストを知ることは、装置の効率と組み合わされたとき、コントローラ６０１が任意の負荷に補助電力を供給するコストを決定するのを助ける。補助的熱出力システム６１４のタイプ、それらの効率、および燃料源は、リモートユーザインタフェース６１３、ローカルユーザインタフェース６０９または他の手段のいずれかを用いて、コントローラ６０１にプログラムしてもよい。同様に、これらのシステムを動作させるために用いられる燃料のコストは、同様の手段を介してコントローラ６０１にプログラムするか、またはリモート入力６１２として問い合わせてもよい。
【００９８】
燃料の基本コストに加えて、燃料コストは、エネルギコストが時刻または時節によって変化する時変要素を含んでもよい。例として、いくつかの電気事業は、電気が、１２：００〜１９：００のピーク時に＄０．２９／ｋＷｈかかり、残りの時間のオフピークには＄０．０９／ｋＷｈかかる使用時間レートを提示する。このレート表に、夏期および冬期中の基本電気コストのシフトを重ね合わせることができる。これらのようなレート表は、用いられることが多く、ピーク期間中にエネルギを発生するＰＶモジュール１２４の導入にとっては好都合なことが多い。
【００９９】
１つ以上の実施形態は、かかる時変レートを構造物が（目標位置１５２の）利用していることを認識するように、コントローラ６０１を構成する。かかる実施形態において、コントローラ６０１は、ピーク時間中にＰＶモジュールからの最大の発電のために最適化されるように、かついずれかの負荷の電気使用をピーク後まで延期させる役割を果たすように、構成してもよい。例として、補助的熱出力システム６１４が、（ｉ）天然ガスによって被空調空間２２１を暖房するための炉、および（ｉｉ）電気素子によって電力を供給される給湯器２１７を含む場合には、コントローラ６０１は、ピーク時間中にはＤＨＷ生成のために最適化されて、電気素子がピーク時の電気を消費するのを防ぐように、他方で、天然ガス（これは、従来的には、大幅な時変レートを有さない）で被空調空間２２１を暖房するための補助的システムが動作できるように、構成してもよい。
【０１００】
現在の時変レートは、ほとんど、設定された時刻によって構造化されているが、市場には、リアルタイムでレートを設定するスポット市場アプローチが用いられる「リアルタイム価格」に向けた動きがある。かかる場合には、コントローラ６０１は、リモートバス６１０を通じ、リモート入力６１２としてのリアルタイムレートにアクセスするように、かつアレイ１１０からの熱および電気エネルギ発生のミックスを最適化する際にリアルタイムレートを計算に入れるように構成してもよい。これは、リアルタイムで負荷に供給する補助的熱出力システム６１４、ＡＣ電力システム６０４の動作コストを最小限にする最適化スキームの一部として行ってもよい。
【０１０１】
さらに、別の最適化スキームが、以下のように提供可能である。いくつかの公益事業レート構造において、エネルギコストは、ベースラインを超えると段階的に拡大するレート段階を伴ってベースラインレートが確立されるという点で、「段階状」にされる。コントローラ６０１が、段階構造および構造物のエネルギ消費についての知識を有する場合には、コントローラは、エネルギコストを最小にするその目標において、この使用量の段階状価格に基づいて最適化制御を実現することができる。これは、用いるとより高い段階状レートに接近する燃料を補助的エネルギシステムが使用する負荷に向けて、アレイ１１０の発生に優先度を与えることによって、行うことができる。コントローラ６０１は、リモートユーザインタフェース６１３、リモート入力部６１２、ローカルユーザインタフェース６０９または他の手段を用いて、段階状レート構造の知識を取得してもよい。段階に対して比較されるエネルギ消費についての知識は、主負荷の形態における電気入力部７０６の監視（メータ）または副負荷の監視によって、コントローラに提供することができる。
【０１０２】
別の最適化スキームを決定する際に、１つ以上の実施形態は、公益事業ソースが、目標位置１５２におけるピーク月間電力消費に基づいた固定料金である電力需要料金を有する状況を計算に入れてもよい。かかる需要料金は、目標位置１５２の合計公共料金のかなりの部分を構成する可能性がある。コントローラ６０１が、アレイ１１０からの発電と同様に、入力ブロック７０６を介して様々な負荷の消費を監視する能力を有するので、コントローラ６０１は、同時的な正味電力消費を最小限にするように、構成してもよい。これは、需要料金ひいては合計エネルギコストを低下させることに帰着する。
【０１０３】
アレイ１１０の電気エネルギ出力に関して、構造物の物理的特性は、アレイを物理的に支持すること以外にエネルギ発生にそれほど影響しない。アレイ１１０の熱エネルギ出力に関して、構造物および負荷の物理的特性は、アレイ１１０のエネルギ発生と同様に、補助的熱出力システム６１４の燃料消費に著しい影響を及ぼす可能性がある。これらの特性は、被空調空間２２１の熱質量から、構造物の占有プロファイルおよび給湯器２１７の消費プロファイルにまで及ぶ。コントローラ６０１が、実装戦略または最適化スキームの一部として、これらの物理的特性を利用可能な方法のいくつかの例を、下記に概説する。
【０１０４】
空間占有：多数の機構および手段を用いて、目標位置１５２の占有を検出してもよい。家屋または建物の構造物において、占有は、例えば、占有センサ７０３を用いて検出してもよいが、他の測定値（器具または照明の使用）もまた検出し、利用してもよい。構造物が、非占有と判定された場合には、コントローラは、センサ２５６によって監視される被空調空間２２１の温度が、典型的な範囲の外へと変動できるようにしてもよい。さらに、ＤＨＷ生成は、低減するか、または省いてさえもよい。したがって、コントローラ６０１は、補助的熱出力システム６１４からの空調用エネルギ需要を最小限にする、幅があるが合理的な温度範囲に空間を維持してもよい。同様の方法で、コントローラ６０１は、アレイ１１０からと、同様に補助的熱出力システム６１４との両方からのＤＨＷ生成を完全に回避してもよい。アレイ１１０からの発電は、後の消費用の価値のあるクレジットとして公益事業送電網に蓄積できることが多いので、コントローラ６０１は、ＰＶモジュールの効率ηｅｌｅｃｔｒｉｃａｌを最適化して、後の電気需要のためのクレジットを生成するように構成してもよい。
【０１０５】
構造物が占有されているかまたは非占有であるかの２つの状態に加えて、実施形態は、実際の占有および負荷プロファイルが、一日の間および／または季節的に変わり得ることを認識している。例えば、目標位置１５２（図１Ｂ）が、他のところで働く占有者の住居である場合には、朝および夜の高い需要があり、昼間の需要は、占有者が働いているので、ほとんどない可能性がある。したがって、被空調空間２２１が空の期間が予測される。仕事場では、占有および負荷は、典型的には、この住居の場合と逆にされる。その結果、給湯器２１７からのＤＨＷ生成などの熱負荷は、住居環境に関しては、昼間は低減することができる。同様に、センサ２５６によって監視される被空調空間２２１の温度は、狭く制御される範囲から外れさせてもよく、給湯器２１７は、（上部タンク温度２５４によって監視される）ＤＨＷサービス用の完全な設定値温度である必要がない。アレイ１１０からのエネルギ発生は、厳密な設定値が変化できるようにすることと、これらの負荷が蓄積できるエネルギを増加させるのと同様に、設定値を引き下げて、補助的熱出力システム６１４の使用を最小限にすることとによって、さらに最適化してもよい。
【０１０６】
負荷プロファイル戦略の例として、給湯器２１７は、占有者に朝のシャワーを提供する十分な熱容量を有すると仮定してもよい。しかしながら、朝のシャワーの後で、センサ２５４によって監視される給湯器２１７の上部の温度は、ユーザが提供する設定値７０１より低くなる。実施形態は、エネルギがアレイ１１０から利用可能になる前の早朝に給湯器２１７を充電する電気素子２２０を用いる代わりに、コントローラ６０１を、構造物の占有習慣を推測するように構成してもよいということを認識している。特に、コントローラ６０１は、目標位置（例えば、住居）がいつ非占有であるか（例えば、午前半ばに始まって）を判定し、次に、数時間後に給湯器２１７を加熱するエネルギがアレイ１１０から利用可能になることを予測して、電気素子２２０を使用不可にしてもよい。したがって、コントローラ６０１は、温水を直ちに補給する必要はなく、むしろ、アレイ１１０からより多くのエネルギが利用可能になる、より遅い時刻に補給できることを認識するように構成してもよい。同様の方法で、コントローラ６０１は、センサ２５６によって監視される被空調空間２２１の温度が、非占有時間に低下できるようにしてもよい。
【０１０７】
この代わりにまたはこれに加えて、コントローラ６０１は、センサ２５６によって監視される被空調空間２２１の温度が、占有者が戻ったときに適切なレベルに達するであろうことを理解して、日中は、望ましい設定値温度を超えて、被空調空間２２１を暖房できるようにしてもよい。このようにして、コントローラ６０１は、被空調空間２２１を熱エネルギの貯蔵場所として用いることができる。かかる使用法は、被空調空間２２１において厳密な温度設定値が常に維持される場合には、通常、不可能であろう。
【０１０８】
構造物の占有を推測する最も直接的な方法は、ローカルバス６１１を通じてコントローラと通信できる占有センサ７０３の使用を介した方法である。しかしながら、一実施形態は、例えば、ローカルバス６１１を介してコントローラ６０１がアクセス可能な他のシステムパラメータによって、占有および使用を推測してもよいことを認識している。かかる一方法は、占有に関連し、かつ電気入力部７０６を介して監視される照明または大きな器具（例えば、洗濯機）の使用など、任意の電気負荷６０５の電力需要における変化の数値を求めるであろう。
【０１０９】
図１４は、コントローラ６０１が、目標位置１５２の占有ならびに電気および熱負荷の使用を推測できる手段となる技術の一部として、経時的な温度読み取り値のグラフを示す。特に、図１４は、給湯器２１７の上部温度センサ２５４および下部温度センサ２５３からの読み取り値のプロットを提供する。これらの読み取り値は、傾向線１４０２および１４０１（「水温度傾向線」）によってそれぞれ示される。給湯器２１７からの温水給湯の使用パターンは、傾向１４０１、１４０２が示すように、時間に応じた給湯器温度を監視することによって推測することができる。図１４は、給湯器２１７の典型的な使用日にわたって、これらの傾向をプロットする。
【０１１０】
１４０３が示す期間は、早朝の時間帯に給湯器２１７からの給湯がほとんど、または全くないことを示す。これは、時間の変化（ｄｔ）に対する温度の変化（ｄＴ）によって、またはｄＴ／ｄｔとして説明できる水温度傾向線１４０１、１４０２における安定した最小の変化によって推測することができる。期間１４０３中のＤＴ／ｄｔにおける最小の減少は、給湯器２１７の断熱ジャケットを通した、給湯器２１７の待機熱損失を示す。
【０１１１】
期間１４０４の最初の急なｄＴ／ｄｔは、占有者による給湯器２１７からの温水給湯を示す。ここで、都市本管または井戸から給湯器入口２１８への冷水の導入が、水温度傾向線１４０１、１４０２における急速な低下を引き起こす。なぜなら、温水は、出口２１９で供給されるからである。この給湯は、占有者の給湯器温度設定値（この場合は６０℃）を満たすことができるように加熱素子２２０をトリガするほど十分に大きい。加熱素子２２０を使用可能にすることによって、水温度傾向線１４０２の正のｄＴ／ｄｔがトリガされる。なぜなら、素子２２０が、給湯器２１７の上部を暖めるからである。この給湯パターンの別のサイクルが直ちに続き、その後、ＰＶＴアレイ１１０は、水温度傾向線１４０１の正のｄＴ／ｄｔによって示されるように、給湯器２１７のベースにエネルギを加え始める。昼間に生起する１４０４の全期間を通して、水温度傾向線１４０１、１４０２両方のＤＴ／ｄｔの負の高レートによって示されるように、多数の給湯が、給湯器２１７から行われる。同じ期間に、それぞれ、水温度傾向線１４０１および１４０２のｄＴ／ｄｔの正のレートとして、アレイ１１０および加熱素子２２０の両方からの熱の追加がそれぞれ見られる。
【０１１２】
水温度傾向線１４０１の上昇するｄＴ／ｄｔの終了によって示されるように、アレイ１１０が給湯器２１７の充電を停止した後で、期間１４０５が発生し、２つの小さな給湯イベントが、水温度傾向線１４０１および１４０２の負のｄＴ／ｄｔの短い期間によって示される。
【０１１３】
期間１４０６は、期間１４０３と同様に、給湯器２１７からの給湯が、ほとんどないし全くないことを示す。
【０１１４】
短い期間１４０７は、両方の水温度傾向線１４０１、１４０２のＤＴ／ｄｔの負のレートによって表わされる２つの連続の相次ぐ給湯を示し、加熱素子２２０は、設定値を満たすために、期間の端で使用可能にされる。
【０１１５】
期間１４０８は、期間１４０３および１４０６と同様に、給湯器からの給湯が、ほとんどないし全くないことを示す。
【０１１６】
期間１４０９は、両方の水温度傾向線１４０１、１４０２のＤＴ／ｄｔの負のレートによって表わされる２つの連続の相次ぐ給湯を示し、加熱素子２２０は、設定値を満たすために、期間の端で使用可能にされる。これは、おそらく、翌朝のシャワーの給湯プロファイルを表わす。
【０１１７】
前の説明で示すように、コントローラ６０１は、給湯器２１７に配置されたセンサ２５３、２５４の時間に対する温度の変化（ｄＴ／ｄｔ）を評価することによって給湯器２１７からの温水需要の期間を評価するように、構成してもよい。これは、コントローラ６０１が温水需要を評価し、その優先度を負荷として調節するのを助けるだけでなく、構造物の占有を推測するためにコントローラによって用いることができる。温水が消費されている場合には、コントローラ６０１は、目標位置１５２が占有されていると推測してもよい。これに相当することもまた、用いてもよい。温水給湯がない場合には、コントローラ６０１は、目標位置が非占有であると推測してもよい。給湯器２１７からの給湯のこのような利用は、専用の占有センサ７０３の必要性を補完するか、またはそれに取って代わることができる。水温度傾向線１４０１、１４０２から給湯器２１７の給湯を推測することに加えて、入力ブロック７０５の一部としてのフローメータもまた用いてもよい。
【０１１８】
給湯器２１７からの給湯期間の推測に加えて、水温度傾向線１４０１、１４０２のｄＴ／ｄｔはまた、同様に給湯レートおよび期間を推測するために用いることができる。給湯レートは、入口２１８および出口２１９をそれぞれ通して、冷水が導入され温水が給湯器２１７から取り出される流量に対応してもよい。給湯器２１７が、比較的固定した量の水を含むので、給湯によってエネルギが抽出されるかまたは取り去られるレートは、ｄＴ／ｄｔの形式でセンサ２５３、２５４によって監視される温度変化のレートによって推測することができる。ｄＴ／ｄｔのより高い負のレートは、給湯器２１７からの給湯のより高いレートを示す。給湯の期間はまた、どちらかの水温度傾向線１４０１、１４０２のｄＴ／ｄｔが負のままである期間から推測することができる。
【０１１９】
したがって、１つ以上のセンサの読み取り値から提供される水温度傾向線を用いて、給湯器２１７の使用パターンを推測してもよく、今度は、また、使用パターンを用いて、目標位置１５２の占有パターンを推測してもよい。さらに、給湯レートおよび給湯期間はまた、これらの同じ傾向によって推測してもよく、かつこれらの給湯レートおよび給湯期間によって、コントローラ６０１は、アレイ１１０による給湯器２１７の加熱と同様に、他のところで概説するコントローラ最適化の種々の態様との組み合わせにおける、加熱素子２２０の形態における補助的熱出力システム６１４または他のソースによる給湯器２１７の加熱を最適化することが可能になる。
【０１２０】
この代わりにまたはこれに加えて、１つ以上の実施形態は、次のことを提供する。すなわち、コントローラ６０１は、コントローラの動作ロジックにおいてコントローラを支援可能な予測される太陽照度、周囲温度、または他の要因の形態における近づく天気の予測を、識別または利用できるということである。一例として、コントローラ６０１は、アレイ１１０が熱エネルギを供給することを予測して、給湯器２１７における加熱素子２２０を阻止または使用不可にするデフォルト設定を有してもよい。しかしながら、コントローラ６０１は、天気予報を用いて、そのデフォルト設定を変更するように構成してもよい。例えば、曇りまたは雨が予報される場合には、コントローラ６０１は、たとえ日の出の前であっても、加熱素子２２０をトリガしてもよい。時変レートが考慮される場合には、プログラムに基づいた、かかる決定は、オフピークの＄０．０９／ｋＷｈの電気か、またはピーク時の＄０．２９／ｋＷｈの電気で加熱素子２２０にエネルギを供給することの間で差をつけてもよい。同様の例が、暖房、冷房、および他の負荷に対して存在するが、この場合に、天気は、アレイ１１０からの潜在的エネルギ発生に影響を及ぼすだけでなく、負荷自体に影響を及ぼす。これは、特に、天気の影響を受けやすい暖房および冷房負荷の場合である。
【０１２１】
コントローラは、リモートバス６１０を通じ、リモート入力６１２として天気データにアクセスすることによって、現在および将来の天気データへのアクセスを獲得してもよい。
【０１２２】
リモート６１０またはローカル６１１バスを通じた天気データへのアクセスが不可能な場合には、１つ以上の実施形態は、日の出前に雲量の指標を提供するためにアレイ１１０が夜間に動作することを提供する。夜空に対するアレイ１１０の放射結合は、アレイ１１０が、晴れた夜空を「見る」ことに依存するので、赤外線（ＩＲ）領域では不透明になる周囲空気のどんな雲量または余分な湿度も、アレイ１１０が夜に動作する場合には、その予冷効果を部分的に破壊することになろう。したがって、完全に晴れた低湿度の夜は、センサ２５１によって監視されるアレイ出口と、センサ２５５によって監視される周囲空気温度との間で最大の温度差を生じることになろう。対照的に、曇った湿度の高い夜は、これらの温度間に小さな差異しか生じないだろう。この効果は、夜明け前に、送風機２０４の短期間の動作を介し、コントローラ６０１によってサンプリングおよび記録することができる。かかる記録によって、コントローラ６０１は、接近する日が晴れか曇りかに関して、知識に基づいた推測をすることが可能になる。
【０１２３】
１つ以上の実施形態によると、コントローラ６０１の主な最適化目標は、アレイ１１０からの発生を最大にし、補助的電力システムの燃料使用を最小限にし、かつ占有者の快適さを維持することを目指して、アレイ１１０（すなわち、発生アセット）の熱発生および発電態様を、構造物の様々な熱負荷６０６および電気負荷６０５（すなわちエネルギ消費資源）と適合させることである。コントローラ６０１は、アレイ１１０、負荷６０５、６０６に関する広範囲な入力データ、ならびにローカルおよびリモートデータバス６１０、６１１から集約される補助データへのアクセスを有することによって、かかる目標を達成するように構成またはプログラムしてもよい。これらの入力および物理的システムについての知識に基づいて、１つ以上の実施形態は、コントローラ６０１が、様々な出力部６０５、６１４、８０２〜８０４（図８）を操作して、かかる主な目標を達成できるようにする。
【０１２４】
説明のように、コントローラ６０１は、公益事業料金、占有プロファイル、負荷の熱特性、および天気データを含む一連の要因に基づいて、システム動作を最適化するように構成またはプログラムしてもよい。かかる多変数最適化は、コントローラにとってかなりの困難を提示するが、最近のコントローラは、これらの要因に答えるように上手にプログラムすることができる。さらに、コントローラ６０１などのプログラムされた要素が、入力の範囲および望ましい目標を学習し、それに適合するように設計され得る手段となるアルゴリズムおよびプログラム技術（例えば、ニューラルネットワーク）が存在する。制御スキームの最適化によって提供される１つの利点は、エネルギ発生を増加または最大化することができ、他方で補助的エネルギ消費およびコストを最小化または低減できることである。
【０１２５】
図２に概説するように、暖房および水加熱の基本的な熱サービスを提供することに加えて、実施形態は、アレイ１１０（図１Ｂ）に効果的に結合でき、かつコントローラ６０１によって操作できる他のシステムを提供する。図９〜図１３は、かかる代替システムおよび実装例を示す。
【０１２６】
図９は、空調排気を中間熱質量（ＩＴＭ）を通して送ることができる実施形態を示す。一実施形態において、空調排気は、緩衝装置２０６を介してベント２１２を通過させ、次に、床下暖房構成などのＩＴＭを通して送り、その後、被空調空間２２１に排出してもよい。図９に示す床下暖房構成は、基礎表面９０２の上に吊り下げられた上部表面９０１から構成される。例として、上部表面９０１は床に対応してもよく、基礎表面は、コンクリートスラブに対応してもよい。２つの表面は、結合して空気キャビティ９０３を画定してもよい。一実装例の下では、（ベント２１２を通過する）空調排気は、ダクト９０６を介して空気キャビティ９０３に導入される。ダクト９０６は、ベント２１２をキャビティ９０３に結合して、ＰＶＴアレイの下の空気流から始まる排気が空気キャビティ９０３に入るための管を提供してもよい。空気流が空気キャビティを通って排出ベント９０４の方へ進むので、熱エネルギは、空気流から表面９０１、９０２へ移される。このようにして、熱エネルギは、表面９０１、９０２に蓄積し、後で被空調空間２２１へ解放することができる。
【０１２７】
かかるＩＴＭは、構造物自体が、木造住宅などの低熱質量構成である場合に、有益であり得る。ＩＴＭがなく、構造物自体が低質量を有する場合には、アレイ１１０によって供給される熱エネルギは、被空調空間２２１を過熱する可能性がある。したがって、ＩＴＭの１つの目的は、アレイ１１０からの熱エネルギを蓄積し、このエネルギを、後で、被空調空間２２１の暖房需要がより高いときに解放することである。
【０１２８】
床下暖房構成は、単に、上記の目的を達成できるＩＴＭの一タイプである。ペブルベッドなどの他のタイプの蓄積機構を用いてもよい。ＩＴＭの任意の構成において、コントローラ６０１は、熱蓄積構成要素の熱特性を学習し、次に、それに応じて、システム動作および制御を調整するようにプログラムしてもよい。例として、コントローラ６０１は、センサ２５６によって監視される被空調空間２２１の温度応答が直ちに明らかにならなくても、多量の熱をＩＴＭに導いてもよいことをプログラムによって学習してもよい。なぜなら、熱は、熱質量を有する、床下暖房の上部および下部表面９０１、９０２によって蓄積できるからである。コントローラ６０１は、ＩＴＭへのエネルギおよび温度入力に必要な時間遅延を評価することによって、および被空調空間２２１の温度に関する後の変化を評価することによって、熱質量の投入と放出との間のタイムラグを学習することができる。
【０１２９】
図１０は、本発明の実施形態に従った補助的負荷の取り扱いを示す。補助的負荷の一例は、プール１００５に対応してもよい。給湯器２１７の負荷と同様に、プール１００５は、熱交換器１００１の手段を介して加熱してもよい。一実装例において、熱交換器１００１は、ＤＨＷ熱交換器２０３の後に直列に配置してもよい。コントローラ６０１は、例えば、センサ２５２によって読み取られた温度を用いて、プールの加熱に利用可能な十分なエネルギがあることを検出してもよい。例えば、センサ２５２によって読み取られた温度が、プールセンサ１００７から読み取られた温度より大きい場合には、コントローラ６０１は、ポンプ１００４にエネルギを供給し、熱交換器１００１への供給および戻り管１００２、１００３を通して水を循環させてもよい。これは、空気流からプール１００５へのエネルギ伝達に帰着する。
【０１３０】
プールは補助的負荷を示すために用いられるが、多数の他の種類の補助的負荷が考えられる。熱交換器２０３および１００１の構成によって提示されるものなど、追加負荷または熱交換器を直列に配置することによって、追加熱エネルギは、空気流から抽出して、その後、被空調空間２２１にかまたは排出ベント２１０を通して周囲に排出することが可能になる。
【０１３１】
ＰＶＴコンビシステムは、従来の暖房、換気および空調（ＨＶＡＣ）システムから独立して動作する能力を有しているが、実施形態は、インタフェースし協働して動作する２つのシステムにおける利点を認識している。多くのＨＶＡＣシステムは、空気ベースの設計のものである。これによって、これらのシステムは、被空調空間２２１を空調し、循環させ、フィルタリングすることと同様に、必要に応じて外部の換気空気を供給することが可能になる。これらの機能を含む空気処理ユニット（ＡＨＵ）の導入により、構造物の別個のゾーンを個別に空調するダクトおよび潜在的に電動化されたダンパから構成された分配システムが得られる。この既存のインフラストラクチャを利用することによって、アレイ１１０が被空調空間２２１へ伝達しようとする熱出力用の自由で制御可能な分配システムをアレイ１１０に設けてもよい。
【０１３２】
図１１は、アレイ１１０が、中間熱質量（ＩＴＭ）１１０８と共に、典型的なＡＨＵ１１０６に接続される実施形態を示す。この構成における可能な協働動作モードのいくつかを次のように説明する。
【０１３３】
被空調空間に対するＰＶＴアレイ：アレイの熱出力が被空調空間２２１へ直接達するべきとものコントローラ６０１が決定した場合には、コントローラ６０１は、ダンパ２０５および１１０３を閉じ、他方でダンパ２０６および１１０２を開けてもよい。この構成によって、アレイ１１０からの排気は、ＡＨＵ１１０６を通過し、分配配管１１０７を通して出て行くことが可能になる。この構成は、ＡＨＵ１１０６内の送風機がオフのままにされ、フローが完全に送風機２０４によって提供される状態で実現してもよい。あるいは、ＡＨＵ１１０６内の送風機を送風機２０４と連係して働かせ、この同じ動作モードでより高い流量を提供することができる。さらに、ダンパ１１０２および１１０３の組み合わせを調整して、被空調空間からの循環空気をアレイ１１０からの空気流と混合することができる。送風機２０４が使用不可にされ、かつＡＨＵ１１０６裏側の負の吸気圧力が、ＰＶＴアレイ１１０を通して所望の換気フローＶ０を確立することさえも可能である。
【０１３４】
図１１は、ダンパ２０６および１１０２を通る組み合わせシステム配管に結合された垂直ペブルベッドの形態でＩＴＭ１１０８を示す。ＩＴＭ１１０８を充填することは、ダンパ２０５および１１０２を閉じ、ダンパ２０６を開けた状態で送風機２０４を動作させることによって可能である。この構成において、アレイ１１０からの排気は、ＩＴＭ１１０８に入り、ＩＴＭ１１０８の上部セクションに熱を伝達し、ベント１１０９を通してベースで排出される。
【０１３５】
家庭用水加熱：上述のアレイ動作モードのいずれかにおいて、コントローラ６０１は、前述のように、ポンプ２１６が、熱交換器２０３を介して、給湯器２１７用の空気流から熱を抽出できるようにしてもよい。
【０１３６】
ＩＴＭ対ＡＨＵ：ＩＴＭ１１０８に蓄積されたエネルギは、ＡＨＵ１１０６内の送風機を使用可能にし、かつダンパ１１０２を開いてダンパ２０６および１１０３を閉じることによって、いつでもＡＨＵ１１０６によって利用されるようにしてもよい。この構成において、ＡＨＵ１１０６は、空気を引き込むが、これは、ベント１１０９を通してＩＴＭ１１０８のベースから、前の充填サイクル中に蓄積された熱エネルギを回収した上部から空気が出て行く上方へと、空気を引き込むことによって行われる。次に、ＩＴＭ１１０８からのこの回収熱エネルギは、分配配管１１０７を通して被空調空間２２１へ、ＡＨＵ１１０６によって分配することができる。
【０１３７】
冷房能力の達成：暖房サービスを提供することに加え、またＰＶＴアレイ１１０およびＡＨＵ１１０６の協働的相互作用を用いて、被空調空間２２１に冷房サービスを提供するか、または上記のモードのために説明したのと事実上同じ方法で、ＩＴＭ１１０８を介して冷房サービスを蓄積および解放することができる。
【０１３８】
前述のように、冷房能力は、アレイ１１０の同じ夜間動作を用いて、被空調空間２２１またはＩＴＭ１１０８用に周囲空気を予冷することによって、達成することができる。冷房モード中にＩＴＭ１１０８においてかかる低温を生成するためのある一定のシナリオでは、被空調空間２２１からの空気が、放出モードにおいてこの空間を通して引き込まれるときに、空気が、ＩＴＭ１１０８内で露点に達して凝結する可能性があろう。これは、かびの成長および起こり得る空気品質問題につながる可能性がある。かかる状態は、恐らくまれであるが、センサ２５６で温度を監視することに加えて、被空調空間２２１における空気の相対湿度を監視することによって、回避できる可能性がある。充填モード中に、センサ２５２によって監視されるＩＴＭ１１０８の充填温度プロファイルを知ることによって、コントローラ６０１は、ＩＴＭ１１０８内の温度プロファイルの下限および上限を決定してもよい。この温度領域は、センサ２５６によって監視される被空調空間２２１における空気の露点と比較することができる。ＩＴＭ１１０８の推測される温度プロファイルおよび被空調空間２２１の露点温度が、近すぎる場合には、コントローラ６０１は、ＩＴＭをロックし、内部の水分の放出および潜在的凝結を防ぐように構成してもよい。
【０１３９】
ＩＴＭの熱による除去：実施形態は、凝結を熱的に除去可能なことを認識している。かかる凝結は、夏の冷房動作中の蓄積などを通して、ＩＴＭ１１０８に生じる可能性がある。熱による除去は、アレイ１１０からの熱で日中にＩＴＭ１１０８を加熱することによって達成することができる。このモードは望ましくない熱を被空調空間２２１に加える可能性があるので、これは、空間が非占有のときに動作させてもよい。
【０１４０】
熱のフライホイール効果：アレイ１１０およびＡＨＵ１１０６が、ダンパ位置（例えば、２０５、２０６、１１０２、１１０３を参照）の設定を介して完全に分離される場合であってさえ、やはり機能的な協働があり得る。この一例は、夏の日中に用いるためのＩＴＭ１１０８の潜在的な使用であろう。夏の日に、アレイ１１０は、典型的には単に、給湯器２１７に供給し、ダンパ２０５および排出ベント２１０を通して排出し、空調のためにはＡＨＵ１１０６との相互作用を有さない。かかる場合に、ダンパ２０６および１１０２は、典型的には閉じられ、ＡＨＵ１１０６は、完全に独立して動作している。かかる独立動作では、典型的な新しい建物の軽量構造が急速に温まって、昼下がりまでに被空調空間２２１の冷房の必要性を生じるのが一般的である。日干し煉瓦およびコンクリートなどの高質量の受動的構造物は、この熱利得を後で夜間に相殺する建築材料に大きな熱質量を有することによって、この問題を防ぐ。軽量構造は、かかる防御をその構造に組み込んでなく、これを組み込むコストは、法外になり得る。ＡＨＵ１１０６とＩＴＭ１１０８の統合を介して達成される有利な特性は、軽量構造の構造物に高質量構造としての熱応答を提供するこの組み合わせの能力である。典型的なようにダンパ１１０３を通して戻り空気を引き込む代わりに、ＡＨＵ１１０６の動作中にダンパ１１０３が閉じられ、１１０２が開けられる場合には、戻り空気は、ＩＴＭ１１０８のベースベント１１０９を通して引き込まれ、その熱質量を被空調空間２２１のそれと効果的に結合する。
【０１４１】
アレイ１１０は、主に、熱を供給するように設計されているが、一実施形態は、アレイ１１０を用いるためのシステムが、アレイ１１０を吸収冷房システムと結合することによって、自身の熱容量を冷房容量に変換するように構成可能であることを提供する。かかる結合を図１２のシステムによって示す。吸収システムは、加湿と組み合わされた乾燥を利用して、冷房効果を達成する。加湿／蒸発を介して空気を冷房することは、よく知られており、米国の至る所で、スワンプクーラーで利用されている。
【０１４２】
蒸発冷房効果は、間接および直接蒸発クーラーを共に結合することによって、さらに向上させることができる。図１２に関連して、間接直接蒸発クーラー（Ｉｎｄｉｒｅｃｔ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ  Ｃｏｏｌｅｒ）（ＩＤＥＣ）１２２３は、破線ボックス内のシステムによって示される。直接蒸発セクションを含む下部のＩＤＥＣ段階は、加湿機１２１０および送風機１２１６で構成されて、従来の蒸発クーラーを表わす。送風機１２０８、加湿機１２１１および熱回収ホイール１２０９からなる間接部分は、直接部分に入る空気を予冷するように働く。間接部分は、加湿機１２１１を用いて、被空調空間２２１からの排出空気を飽和させることによって、この予冷を実現し、周囲温度より著しく低い、排出空気の湿球温度に近づくように蒸発冷房を達成する。次に、熱回収ホイール１２０９は、加湿機１２１１を出る、冷えた排気と、ポイント１２２４でＩＤＥＣシステムに入るより暖かい流入周囲空気との間で熱を伝達するが、水分は伝達せず、それによって、直接蒸発セクションのために空気を予冷する。
【０１４３】
ＩＤＥＣ原理に基づく冷房システムは、相対湿度に対する周囲空気の状態と同様に、被空調空間２２１が要求する可能性がある湿度制限によっても制限される。第１の要求は、ＩＤＥＣシステム１２２３が、比較的低湿度空気の気候で動作し、加湿機（１２１０、１２１１）を用い蒸発を介して著しい冷房能力を達成しなければならないということである。これは、乾燥した砂漠気候では自然に生じるが、夏の冷房シーズンに７５〜９０％の相対湿度を経験する可能性がある他のより多くの温帯気候では典型的ではない。別の制限要因は、ＩＤＥＣシステム１２２３が、冷房および換気空気を提供するだけでなく、蒸発冷房を達成するための加湿機１２１０の動作によって、被空調空間２２１に湿度を運ぶことである。ベント１２１７を通しＩＤＥＣシステム１２２３によって供給される空気が、飽和の近くまで過度に加湿された場合には、凝結が被空調空間２２１内で生じる可能性がある。ＩＤＥＣシステム１２２３の動作に対するこれらの潜在的制限は、流入空気が、ＩＤＥＣシステム１２２３に入る前に除湿できる場合には、緩和することができる。周囲空気の除湿は、ＩＤＥＣシステム１２２３の動作を湿潤気候にまで拡張する。アレイ１１０は、乾燥システムによって周囲空気を除湿するために加熱された空気流を供給することができ、アレイ１１０の熱発生は、夏の冷房シーズン中の乾燥システムの負荷要求と一致する。
【０１４４】
図１２は、乾燥ホイール１２０５が空気流の中に配置されて、後に続くＩＤＥＣシステム１２２３用の空気を除湿するアレイ１１０を配置するための一構成を示す。乾燥ホイール１２０５は、通常はベント２１０を通して排出されることになる、アレイ１１０によって供給された流体１２２からの熱および質量、ならびに取り入れ口１２２０を通して入れられたＩＤＥＣシステム１２２３用の周囲空気の両方を伝達するように働く。乾燥ホイール１２０５には、シリカゲルなどの乾燥剤が詰められることが多く、２つの空気流の間で回転される。乾燥剤が、ベント１２２０を通して入れられた流入周囲空気流を通過するときに、乾燥剤は、空気から水分を除去し、飽和される。乾燥ホイール１２０５が、アレイ１１０によって供給される流体１２２の中で回転するときに、熱流体１２２は、乾燥ホイール１２０５から、ベント２１０を通して排出される空気へ水分を追い出し、それによって、乾燥ホイール１２０５を再生する。
【０１４５】
図１２に示すシステム構成は、ダンパ１２０６を開く一方で、ＩＤＥＣシステム１２２３の構成要素１２０８、１２０９、１２１１、１２１０および乾燥ホイール１２０５を単に使用不可にすることによって、冷房モードから暖房モードに変更することができる。次に、ＰＶＴアレイ１１０用の換気量Ｖ０は、ＩＤＥＣ送風機１２１６を動作させることによって提供することができる。これによって、システムは、ＩＤＥＣシステム１２２３の既存の構成要素を用いて、直接暖房モードで動作することが可能になる。
【０１４６】
図１２に示す基本太陽支援ＩＤＥＣ（ＳＡ−ＩＤＥＣ）システムは、様々な構成に組み合わせることが可能で、本出願の他の実施形態において熱質量を取り込むように示される構成要素が、空気処理ユニットと結合し、給湯器と結合し、かつ夜間の冷房動作をＳＡ−ＩＤＥＣ動作と組み合わせて太陽熱冷房をさらに向上させるようにすることができる。ＳＡ−ＩＤＥＣモードは、下記で提示される例によって説明されるように、いくつかの部分モードで動作することができる。
【０１４７】
除湿のみ：場合によっては、蒸発冷房を介した被空調空間２２１の感知可能な負荷を低下（例えば、温度の低下）させるのではなく、換気空気の除湿を介して潜在的負荷（例えば、湿度）を低下させることが必要で望ましい場合もあり得る。これは、乾燥ホイール１２０５のみを作動させ、かつＩＤＥＣシステム１２２３を使用不可にするかまたは単に取り外すことによって、達成することができる。
【０１４８】
除湿＋間接蒸発冷房：感知可能な冷房が除湿に加えて要求される場合には、送風機１２１６および１２０８、熱回収ホイール１２０９ならびに間接加湿機１２１１からなるＩＤＥＣシステム１２２３の間接蒸発構成要素と連係して乾燥ホイール１２０５を作動させて、直接加湿機１２１０に関連する加湿なしに、感知可能および潜在的負荷の両方における低下をもたらすことができる。
【０１４９】
特定の実装例を用いて、乾燥ホイール１２０５と結合されるアレイ１１０の可能性を示したが、乾燥駆動サイクルの他の組み合わせが、固体吸収剤と同様に液体吸収剤を用いて、可能である。かかる一変形は、乾燥ホイール１２０５を、別個の熱交換器およびＬｉ−ＣｌまたはＣａ−Ｃｌなどの液体乾燥剤を用いた空調装置と取り替えて、空気流間で熱および質量を伝達することになろう。
【０１５０】
図２および９〜１２は、供給するためにアレイ１１０を用いることができる実際世界の負荷の様々な構成を示す。これらは、単に、負荷に関連してアレイの動作を説明するために用いられる代表的な実施形態の制限されたセットであり、負荷のタイプまたはそれらの構成に対する限定ではないことを理解されたい。
【０１５１】
図１３は、多数の負荷１３０８〜１３１３が、アレイ１１０の出口と直列および並列に配置された一般的な場合を表わす。負荷１３０８〜１３１３は、空気流の温度を変化させる給湯器２１７またはプール１００５などの別個の負荷に接続された熱交換器の形態を取ってもよく、またはこれらの負荷は、空気流の温度および湿度の両方を変化させる乾燥ホイール１２０５の形態を取ってもよい。あるいは、これらの負荷は、充填層１１０８の形態をした中間熱質量（ＩＴＭ）などの固有の熱質量を含んでもよいが、この充填層１１０８は、空気流からのエネルギを付加および除去することができ、このエネルギを内部質量に伝達することができる。したがって、様々な負荷は、エネルギ消費資源として説明してもよい。
【０１５２】
システムコントローラ６０１の観点からすると、全てのかかる負荷は、それらの物理的な構成から分離され、かつ別個の特徴および特性を有する、目標位置１５２におけるエネルギ消費資源として一般的に定義することができる。負荷１３０８〜１３１３を配置し整列させてシステムを形成する際に、これらの負荷は、直列または並列の組み合わせに整列させることができる。負荷１３０８〜１３１０の構成は、直列構成を表わし、他方で負荷１３１１〜１３１３の構成は、並列構成を表わす。
【０１５３】
負荷１３０８〜１３２０によって示される構成などの直列構成において、各負荷は、アレイ１１０から供給される流体１２２（例えば、空気流）の同じフローを受けるが、空気流は、センサ１３０２〜１３０４によって測定した際に、それぞれ続く負荷の後で異なる温度および湿度を有する。二次側（図１３には示さず）のフローをポンプまたは他の装置によって調整できる場合で、熱交換器を用いるなどして負荷を調整できる場合には、任意の特定の負荷（１３０８、１３０９、１３１０）によって抽出されるエネルギ量を変更して、より多くかまたはより少ないエネルギが、残りの下流負荷へ送られるようにすることができる。コントローラ６０１は、セットとしてこれらの負荷を最適に順序付けまたは調整して、空気流からのエネルギ抽出を最大にすることができる。負荷の直列の段階化は、空気流から様々なレベルの温度または湿度を利用できる負荷には有益である。負荷は、典型的には、アレイからの温度要求が減少していくように配置される。プール熱交換器１００１が図１０におけるＤＨＷ熱交換器２０３から下流に直列に配置された構成は、従来的に３０℃で動作する、より低温のプールが、従来的に５０℃で動作する、より高温の給湯器から出る空気流の余熱を利用できる構成の例である。
【０１５４】
負荷１３１１〜１３１３によって示される構成などの並列構成において、各負荷は、同じ空気流から供給される同一レベルの温度および湿度を受けるが、フローは、各並列ブランチに配置されたダンパ１３１５〜１３１７によって調整されるので、異なる。負荷の並列段階化は、動作のために空気流から同様のレベルの温度および湿度を必要とする可能性がある負荷、被空調空間２２１内の異なるゾーンなどの負荷、または中間熱質量（ＩＴＭ）などの内的に調整できない負荷にとって有益である。各並列ブランチにおけるダンパによって、フローは、負荷間で調整するか、またはもう一方のブランチのダンパを閉じることによって任意の特定の負荷へと順序付けることが可能になる。図１１は、負荷の並列構成を示すが、この場合に、ＩＴＭ１１０８は、並列経路の１つを表わし、ＡＨＵ１１０６は、もう一方を表わす。ＩＴＭ１１０８は調整ができないので、ＡＨＵ１１０６を通る並列ブランチを作製して、必要に応じて、より速やかに熱エネルギを被空調空間２２１に供給することが望ましい。
【０１５５】
並列または直列構成における様々な負荷の実際の配置は、システムの構成中に設定してもよく、優れたデザイン実践、および負荷の熱特性および物理特性の知識を用いて最適化することができる。ひとたび負荷の物理的配置が設定されると、次に、コントローラは、負荷間の調整および順序付けによって、アレイ１１０の熱発生を負荷１３０８〜１３１５に最適に適合させることができる。
【０１５６】
ＰＶＴアレイ空気取り入れ口を第２のソースに結合するための設備：前の実施形態において、アレイ取り入れ口は、それが常に周囲空気を供給されるように、アレイ１１０の先端エッジ１３４を開いておくことによって、設けられた。図１３において、アレイ１１０の取り入れ口設備は、キャップ１２２２、および１つ以上のベント１２２１の形態をした専用空気取り入れ口の設置によって、先端エッジを密閉するように修正された。この構成では、ダンパ１２０２を開け、ダンパ１２０３を閉じることによって、周囲空気をアレイ１１０に入れることが可能である。あるいは、吸気は、ダンパ１２０２を閉じ、ダンパ１２０４を開けることによって、屋根裏などの代替空間２１３から供給してもよい。
【０１５７】
上記で参照したような機械的複雑さを加える１つの理由は、アレイ取り入れ口を代替空間２１３（例えば、屋根裏または他の半空調位置の形態の）に結合した場合に、代替空間２１３の有益な換気が、アレイ１１０の換気の副産物として、得られるということである。
【０１５８】
エネルギフローの監視：アレイ１１０などの太陽モジュールアレイからのエネルギ発生を測定することが、ますます一般的になっている。情報に対するこの欲求は、システムの状態を知りたがっている消費者からだけではなく、障害処理をしたい請負業者、およびアレイがその予測されるエネルギ収量を生成していることを確認するために公益事業および州機関など、インセンティブのある提供者から来る。
【０１５９】
空気ベースシステムにおける熱エネルギは、空気のエネルギ含量と結びつけて空気の流量を知ることによって計算することができるが、このエネルギ含量は、温度および湿度に応じた空気のエンタルピーによって決定される。空気流測定ステーション１３２１は、静圧および速度圧における差異から熱線風速計に及ぶ様々な方法を用いて、流量を測定するために、空気流の中に配置してもよい。任意のポイントにおける空気流のエネルギ含量は、システムダクト内の温度および／または湿度を監視するセンサ１３０１〜１３０７、または周囲空気および被空調空間それぞれのエネルギを測定するセンサ２５５〜２５６を用いて測定することができる。ひとたび流量が、１つ以上のセンサからのエネルギ含量と共に提供されると、次のものを含む様々なエネルギを計算することができる。 
（ｉ）アレイ出力：周囲センサ２５５によって決定されたエネルギをアレイ出口センサ２５１から減じることによって測定される。これは、アレイ１１０の熱発生である。 
（ｉｉ）直列の段階的負荷に供給されるエネルギ：任意で直列の段階的負荷に行くエネルギは、負荷の両端にわたる空気流におけるエネルギ含量の変化として計算することができる。例として、負荷１３０８に供給されるエネルギは、センサ１３０２によって決定されたエネルギをセンサ２５１から減じることによって決定することができる。同様の方法で、負荷１３０９に供給されるエネルギは、センサ１３０３によって決定されたエネルギをセンサ１３０２から減じることによって決定することができる。 
（ｉｉｉ）並列の段階的負荷に供給されるエネルギ：並列の段階的負荷に行くエネルギは、負荷の両端にわたる空気流におけるエネルギ含量の変化として計算することができる。例として、負荷１３１３に供給されるエネルギは、センサ１３０７によって決定されたエネルギをセンサ１３０４から減じることによって決定することができる。かかる計算は、負荷を通過するフローが、空気流測定ステーション１３２１によって知られると仮定する。これは、フロー全体が一度に単一の負荷にのみ供給されるように並列負荷が順序付けされる場合のみに限られる。空気流が、並列負荷の間で調整可能かまたは分割可能な状況では、各ブランチは、空気流測定ステーション１３２１に類似した空気流監視手段を必要とすることになろう。
【０１６０】
多くの他の熱エネルギが、本出願の他のところで記載する他のフローおよび動作モード用に、類似の方法で計算することができるが、コントローラ６０１が、説明の方法で、システム内の様々な熱エネルギ流をどのように正確に測定および記録できるかを知るのは簡単である。
【０１６１】
本明細書で説明する多くの実施形態が、アレイおよびアレイからの出力を利用するためのシステムと協働したコントローラの使用を提供する。図１５は、本明細書で提供する１つ以上の実施形態に従ってコントローラ１５００を示すハードウェア図である。コントローラ１５００は、コントローラ６０１を用いる実施形態で説明した機能を含めて、本明細書で説明する機能を達成するために用いてもよい。多くの構成要素および機能が、下記でコントローラ１５００に対して説明されているが、特定の実施形態または実装例にとって、全ての構成要素および機能が必要とされるわけではないことは、明らかであるはずである。
【０１６２】
一実施形態において、コントローラ１５００には、必要な計算およびロジックを実行して、他のところで概説する手順および最適化を実行できるプロセッサ１５０１が含まれる。これらおよび他のタスクを支援するために、コントローラは、Ｉ／Ｏモジュール１５０６と、オペレーティングシステム１５０３、命令セット１５０４、データ構造１５０５およびＩ／Ｏモジュール１５０６を記憶するための不揮発性形態のメモリ１５０２と、を含んでもよい。メモリ１５０２はまた、プロセッサ１５０１によって要求される一時記憶のために用いられる揮発性構成要素を含んでもよい。コントローラは、コンピュータシステム、専用マイクロコントローラ、またはこの機能もしくは類似の機能を達成できる他の装置の形態を取ってもよい。
【０１６３】
命令セット１５０４は、例えば、Ｉ／Ｏモジュール１５０６の様々な入力および出力の最適化ルーチンおよび管理など、コントローラ１５００によって要求される様々な動作を実行するために必要なコードを含んでもよい。データ構造１５０５は、センサデータ、計算されたエネルギ値、設定値パラメータ、およびコントローラ１５００によって要求される任意の他のデータを含む、システムからの動作データを記憶することができてもよい。
【０１６４】
Ｉ／Ｏモジュール１５０６は、コントローラの外部のシステム、構成要素およびサービスとの通信を提供する。ＩＯモジュールは、これらのアイテムと、リモートまたはローカルデータバス１５１７、１５１９を通してインタフェースしてもよい。
【０１６５】
リモートバス１５２１を通じた通信は、限定するわけではないが、「イーサネット」１５０７、衛星１５０８、セルラーネットワーク１５０９または電話網１５１０を含む１つ以上のプロトコルによって使用可能にしてもよい。これらのプロトコルを実行するハードウェアおよびソフトウェアは、Ｉ／Ｏモジュール１５０６の一部としてコントローラに埋め込むか、またはＩ／Ｏモジュール１５０６を介してコントローラ１５００と通信する別個の構成要素として存在してもよい。コントローラ１５００は、任意の１つまたはそれを超える多数のプロトコル（１５０７〜１５１０）を同時に用い、リモートバス１５２１を通じて通信してもよい。
【０１６６】
ローカルデータバス１５１７は、主に、ローカルセンサ、入力部および構成要素との通信手段として存在する。ローカルバスを通じた通信は、限定するわけではないが、次のものを含む１つ以上のプロトコルによって使用可能にしてもよい。すなわち、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＩＥＥＥ８１０．１５．４などの無線インタフェース１５１１。「イーサネット」、直列通信、並列通信、Ｘ−１０などの電力線搬送等の有線インタフェース１５１２。電圧入力および出力、電流入力および出力などのアナログＩ／Ｏ１５１３。低レベル２進入力および出力、電力リレー、パルス幅変調等を含むデジタルＩ／Ｏ１５１４である。これらのプロトコルを実行するハードウェアおよびソフトウェアは、Ｉ／Ｏモジュール１５０６の一部としてコントローラへ埋め込むか、またはＩ／Ｏモジュール１５０６を介してコントローラ１５００と通信する別個の構成要素として存在してもよい。コントローラ１５００は、多数のプロトコル（１５０７〜１５１０）を同時に用い、リモートバス１５２１を通じて通信してもよい。
【０１６７】
結論
上記の説明には多くの詳細が含まれるが、これらは、本発明の範囲の限定するものとしてではなく、単に、いくつかの実施形態の実例を提供するものとして解釈すべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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