CN101908842B - 提高热通道幕墙光伏发电效率的装置 - Google Patents

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Abstract

一种提高热通道幕墙光伏发电效率的装置，该装置是在双层热通道幕墙内外夹层间的气流通道(13)下方设置带有智能控制系统及伺服机构光伏电池组件(17)，还设有可调角度的开合式入风口百叶(9)；在双层热通道幕墙内外夹层间的气流通道(13)的上方、双层热通道幕墙外层夹胶玻璃(7)的外边设置有阳光自动跟踪器智能控制系统的光伏电池组件(3)，并设有可调角度的开合式出风口百叶(1)，光伏电池组件(3)连接设于双层热通道幕墙内外夹层间的气流通道13上方出口处的控制运行的抽风设备(2)。这样设计充分发挥双层热通道幕墙和光伏电池发电两种新建筑节能技术，提高热通道幕墙光伏发电装置的效率，降低建筑投资成本。

Description

提高热通道幕墙光伏发电效率的装置
技术领域
本发明涉及一种提高光伏发电效率的装置，特别是一种建筑工程上提高双层热通道幕墙光伏发电效率的装置。
背景技术
光伏发电与建筑相结合是目前世界上大规模利用光伏技术发电的研究热点之一。不论是从建筑技术或经济角度出发，太阳能光伏与建筑一体化(BIPV)都有很多优点，它可以有效地利用屋顶及外围护结构等建筑外表面，无需额外用地；还可以缓解电力需求，降低室内空调负荷，改善室内热环境等等。
现有的太阳能光伏电池组件的发电效率并不高，而且随着其工作环境温度的上升而下降。自然通风降温虽然可使太阳能电池工作温度降低，有利于太阳能电池转换效率的提升，但对空间面积和结构牢固等要求较高，不能大面积使用。其他研究降低太阳能电池工作温度的技术措施也有很多，但相对成本都较高，客观上阻碍了光伏发电的广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高热通道幕墙光伏发电效率的装置，充分发挥双层热通道幕墙和光伏电池发电两种新建筑节能技术，提高热通道幕墙光伏发电装置的效率，降低建筑投资成本。
本发明一种提高热通道幕墙光伏发电效率的装置的主要结构包括有：在双层热通道幕墙内外夹层间的气流通道(13)最下方设置可调角度的开合式入风口百叶(9)，在开合式入风口百叶(9)的上方设置下端铰接可变角度的开合式光伏电池组件(17)，在光伏电池组件(17)的后方设置微机控制电动式推杆装置(18)、太阳能光伏电池板智能控制系统及伺服机构(19)；在双层热通道幕墙内外夹层间气流通道(13)的最上方设置有可调角度的开合式出风口百叶(1)，在开合式出风口百叶(1)的下方、双层热通道幕墙外层夹胶玻璃(7)的外边设置有上端铰接可变角度的开合式光伏电池组件(3)，并在光伏电池组件(3)的后方设置风压风速环境参数采集装置(4)、微机控制电动式推杆装置(5)及含阳光自动跟踪器的智能控制系统(6)；光伏电池组件(3)连接设置在开合式出风口百叶(1)后面的控制运行的抽风设备(2)。当然，可变角度的开合式光伏电池组件(3)也可以设置在双层热通道幕墙外层夹胶玻璃(7)的里边，即在双层热通道幕墙内外夹层间的气流通道(13)内，此时可在可变角度的开合式光伏电池组件(3)的下方进行绞接。
如果建筑外立面形式有特殊要求的话，在双层热通道幕墙内外夹层间气流通道(13)的上方、双层热通道幕墙外层夹胶玻璃(7)的外边设置的上端铰接可变角度的开合式光伏电池组件(3)的位置可以进行适当调整，以适应热通道幕墙尺寸及结构上的需要。一种调整方案是：上端铰接可变角度开合式光伏电池组件(3)和可调角度的开合式出风口百叶(1)融合成一体，由光伏电池组件(3)替代可调角度的开合式出风口百叶(1)直接用于热通道气流的出风口控制需要，由含阳光自动跟踪器的智能控制系统(6)联动控制其开合及角度；另一种调整方案是：将在双层热通道幕墙外层夹胶玻璃(7)的外边设置的上端铰接可变角度开合式光伏电池组件(3)改为下端铰接可变角度开合式光伏电池组件(结构上与17相同)。而光伏电池组件(3)连接控制运行的抽风设备(2)也可根据需要设置在双层热通道幕墙内外夹层间的气流通道(13)上方内部，可变角度开合式光伏电池组件(3)上下两个部位。
本发明提高热通道幕墙光伏发电效率装置的技术特点：在原有建筑物层与层之间的结构(10)外侧安装单元式双层热通道幕墙结构(11)。在夏季，系统外层固定的夹胶玻璃(7)和内层关闭的中空玻璃窗(14)之间能形成一个相对封闭的热气流通道(13)，为了优化双层玻璃幕墙热通道对流换热效果，气流通道(13)的尺寸须符合特别的要求，通道宽度与高度比为0.11～0.23而其长度要求是高度的0.27到0.54倍。外侧上下两端设有可调角度已开启的进出风口百叶(1)和(9)；中间夹层上部设置有开启位置和角度都能改变的电动遮光百叶(15)；在通道进风口段位置安装由电动推杆(18)微机控制的活动式高效能太阳能电池板(17)，在内层窗上部隔板(12)对应的建筑外墙上下两层之间格栅处安装由电动推杆(5)控制的活动式高效能太阳能电池板(3)。出(或进)风口还安装有风机(2)，直接使用本系统太阳能电池(3)和(17)供电进行强迫抽(送)风及加强对流换热效果。同时，在双层幕墙内外侧适当部位设置多种传感器组成的太阳光辐射采集装置(8)、气压风速采集装置(4)及表面温度采集装置(16)等的环境参数自动采集子系统，能自动采集多项相关的环境参数，通过微型智能控制系统(含阳光自动追踪器)(6)或(19)实现自动控制进出风口开闭、两块太阳能电池板的朝向角度以及遮光百叶开启状态。当环境自动采集子系统侦测发现工作环境严重影响系统安全时(承受风压过大、雨雪侵袭等)可以自主做出相应动作，维持系统的安全和效率。
本发明装置首次整合了双层热通道幕墙和光伏电池发电两种新建筑节能技术，可充分发挥各自的节能性而投资较低，科学合理地有效解决了双层热通道幕墙主动换气设备电能消耗和太阳能光伏电池组件通风降温等的工程实际问题。本装置优化了热通道幕墙尺寸进而提高光伏发电效率，提出了一种智能型热通道光伏幕墙的解决方案。这样的设计既可以节省投资成本，改善建筑内部及太阳能电池表面的微气候环境，提高建筑内部环境舒适度及维持较高的太阳能电池转换效率，同时还不妨碍玻璃幕墙的外观效果，满足现代建筑的设计需要。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是提高热通道幕墙光伏发电效率的装置的结构示意图。
图2是提高热通道幕墙光伏发电效率的装置的尺寸示意图
具体实施方案.
图1中，本发明装置的结构包括有：在双层热通道幕墙内外夹层间气流通道13的最下方设置有可调角度的开合式入风口百叶9，在开合式入风口百叶9的上方设置有下端铰接可变角度的开合式光伏电池组件17，在光伏电池组件17的后方设置微机控制电动式推杆装置18、太阳能光伏电池板智能控制系统及伺服机构19；在双层热通道幕墙内外夹层间气流通道13的最上方设有可调角度的开合式出风口百叶1，在开合式出风口百叶1的下方、双层热通道幕墙外层夹胶玻璃7的外边设置有上端铰接可变角度的开合式光伏电池组件3，在光伏电池组件3的后边设置风压风速环境参数采集装置4、微机控制电动式推杆装置5及含阳光自动跟踪器的智能控制系统6；光伏电池组件3连接设于设置在开合式出风口百叶1后面的控制运行的抽风设备2。还可根据建筑外立面的特殊需要多种方式调整位置和设计多层次的联动控制系统。另外8为在双层幕墙内外侧适当部位设置多种传感器组成的太阳光辐射采集装置；10为原有建筑层间结构，11为单元式双层热通道幕墙结构；12为双层热通道幕墙内层窗上部隔板；15为中间夹层上部设置有开启位置和角度都能改变的电动遮光百叶；16为表面温度采集装置；14为双层热通道幕墙内层的可开启式中空玻璃窗；20为双层热通道幕墙内层窗下部隔板。
图2中，本发明装置为了促进双层玻璃幕墙热通道对流换热效果最优，对双层热通道幕墙内外夹层间的气流通道13的尺寸进行了优化设计，其尺寸上的特征是双层热通道幕墙内外夹层间的气流通道13宽度Δ与高度H比为0.11～0.23而其长度L要求是高度H的0.27到0.54倍。
本发明装置具有如下积极效果：
一、本装置实现了双层玻璃幕墙热通道气流隔热和太阳能电池通风降温相结合的一体化设计。它不仅可以积极调节阳光辐射，改善建筑内部环境卫生；还能主动利用空气流动散热，起到节约能源的作用。尤其能利用太阳辐射作用下热通道内空气受热质量力驱动下产生自然流动所产生的“烟囱效应”使热气流带走部分热量对建筑进行有效隔热。本该装置为了促进双层玻璃幕墙热通道对流换热效果对热通道部分的尺寸进行了优化设计(双层热通道幕墙内外夹层间的气流通道的宽度与高度比设为0.11～0.23，其长度规定为高度的0.27到0.54倍)，再加上由太阳能电池光伏电能驱动安装在出(入)风口的风机进行机械送(或抽)风进一步主动式增加了热通道气流的流通量，进而利用热气流通风带走热量有效降低太阳能电池板的工作温度，进而保持太阳能电池较高的发电转换效率。
二、本装置在双层幕墙内外侧设置太阳光辐射照度、气流风速及表面温度传感器自动采集多项环境参数，使用微型智能控制系统自动控制通道内太阳能电池板的角度变化和上部遮光百叶的开启状态，还可组合构成智能幕墙系统，而光伏电池阵列正好提供了整个系统的动力保障，不再需要城市电网支持。
三、本装置将光伏电池阵列与双层玻璃幕墙(热通道幕墙)结合起来，将太阳能电池板安装在双层玻璃之间的热通道内，既最大限度利用建筑外墙，不占面积；还有利于系统牢固安全，便于安装。还在建筑外墙不需要通透采光的上下层间格栅部位设置太阳能光伏电池阵列，组成的直接放置于建筑外立面上光伏幕墙。可在阳光跟踪自动控制条件下，使太阳能电池总是以最优角度朝向太阳，直接接受到更高密度的太阳辐射，能最大限度的利用建筑外墙面积增加发电量，如果大面积使用还可以并网发电，带来更大的社会经济效益。
本发明能将所在地太阳入射角度变化历史数据存入微控制器；采集步进电机的转动角度，实时控制步进电机转动角度，调整光伏电池板仰角，使光伏电池板自动跟踪太阳，达到最大限度利用太阳能的目的。由阳光跟踪器控制遮阳百叶(帘)的转角和长度；在双层幕墙内、外侧安装温度传感器，外侧安装照度计、风速传感器及湿度计等。同时控制遮阳百叶(帘)和进、出风口的开启度，通过多参数控制实现最佳工况，达到智能控制的效果，并可对进行能耗分析。建立光伏太阳能电池组件发电的独立采集及存储系统，单晶硅太阳电池板发出的电能可由蓄电池储存起来供驱动进、出风口的抽风机和遮阳百叶使用。由抽风机强迫送风和利用双层幕墙热气流在温差作用下的自然流动，降低热通道温度；同时使单晶硅太阳电池板稳定在一定温度正常工作，发挥最佳效率。

Claims (3)

1.一种提高热通道幕墙光伏发电效率的装置，其特征是在双层热通道幕墙内外夹层间的气流通道(13)最下方设置可调角度的开合式入风口百叶(9)，在开合式入风口百叶(9)的上方设置下端铰接可变角度的开合式光伏电池组件(17)，在光伏电池组件(17)的后方设置微机控制电动式推杆装置(18)、太阳能光伏电池板智能控制系统及伺服机构(19)；在双层热通道幕墙内外夹层间气流通道(13)的最上方设置有可调角度的开合式出风口百叶(1)，在开合式出风口百叶(1)的下方、双层热通道幕墙外层夹胶玻璃(7)的外边设置有上端铰接可变角度的开合式光伏电池组件(3)，并在上端铰接可变角度的开合式光伏电池组件(3)的后方设置风压风速环境参数采集装置(4)、微机控制电动式推杆装置(5)及含阳光自动跟踪器的智能控制系统(6)；上端铰接可变角度的开合式光伏电池组件(3)连接设置在开合式出风口百叶(1)后面的控制运行的抽风设备(2)。
2.如权利要求1所述的提高热通道幕墙光伏发电效率的装置，其特征是上端铰接可变角度的开合式光伏电池组件(3)变更为设置在双层热通道幕墙外层夹胶玻璃(7)的里边，在上端铰接可变角度的开合式光伏电池组件(3)的下方进行绞接。
3.如权利要求1或2所述的提高热通道幕墙光伏发电效率的装置，其特征是双层热通道幕墙内外夹层间的气流通道(13)的宽度Δ与高度H之比为0.11～0.23，而其长度L是高度H的0.27到0.54倍。
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