CN101949230B - 带有旋转餐厅的观景向日葵光伏电站大厦 - Google Patents

Abstract

高层大厦顶端建造追日旋转平台光伏电站的发电量用于大厦顶层旋转餐厅的旋转、照明、办公、烹调等用电和光伏电站下面的高级广告全部用电；在追日旋转平台和旋转餐厅之间的空间用于大厦集中空调冷却塔和光伏电站配电操作室；在追日旋转平台和旋转餐厅之间的外圆柱面设置高级广告；大厦建筑物外缘设观光电梯。大厦结构的脊梁是大厦横截面几何中心设有混凝土或钢结构的中心柱，该中心柱从地下基础穿越大厦所有楼层一直到与承托追日旋转平台的定心轴装置相联接；大厦结构的重要骨架是旋转餐厅旋转带宽的外侧设计有呈圆圈均布排列的混凝土或钢结构柱子，呈圆圈排列的每根柱子顶端固定有辊轮，辊轮顶支承着固定在追日旋转平台上并随之旋转的水平圆圈轨道。

Description

带有旋转餐厅的观景向日葵光伏电站大厦

一，所属技术领域

与地面平行安装的追日旋转平台的跟踪日光模式；光伏电站；旋转餐厅；观光电梯；PLC可编程序控制器；广告；高层建筑物及其集中空调冷却塔。

二，背景技术

当今世界，在追求可再生能源的一些发达国家里，“太阳能光伏建筑物一体化”不仅流行于太阳能领域，近年来在英文里还有个专用词组BIPV(Building IntegratedPhotovoltaic)，其含义是指将建筑物和太阳能电池板光伏发电设计、建造成一体。

第一节对现有技术的理解及现有技术的应用范围

1，此前国内外应用于建筑物的光伏发电，要么是将太阳能电池板固定放置于屋顶，要么是固定悬挂于墙壁。本案发明人、申请人人于2010年4月21日被授权的发明专利《太阳能电池板追日旋转平台》(专利号ZL200710111312.X)中所述的与地面平行安装的追日旋转平台，属于中国创造的跟踪日光模式。在该追日旋转平台上布阵太阳能电池板，随着旋转平台与地球自转角速度完全连续同步(不同于矩形斜架子模式由步进电机控制的断续同步)，使得旋转平台所载电池板在每个随机时刻都能接受阳光垂直照射，以使电池板最大程度地获取太阳能，与国内外现有的矩形斜架子式样跟踪日光模式相对比具有十项优势已经载明在实质审查文档中。比固定放置于屋顶的太阳能电池板多发电30％左右——追日比不追日的这一增加量已经被世界许许多多光伏专家、光伏公司所证实。这就是选用追日旋转平台光伏电站用于本项目的有力根据。也是比固定不动的光伏电站的优越之处。

2，高档饭店或建筑物上的旋转餐厅已流行世界各地。仅北京辰远技术发展有限公司在2010年度接单的国内外旋转餐厅达三十几个。观光电梯在一些发达国家的豪华商厦和建筑物已屡见不鲜，我国也有个别高档建筑物装设观光电梯。社会进步与日俱增，鉴于我国国情，能招徕人们尤其是孩子们、年青人的乘坐向往。本案在“五，具体实施方式”中的财务计算是：对在旋转餐厅用餐，1小时内加价50元；1.5小时内加价70元；2小时内加价90元。这对大多数中国家庭来说是完全能够承担的。然而在旋转餐厅用餐1小时就能够浏览环城景观，“把酒临风，其喜洋洋者矣”的心旷神怡感觉不亚于宋朝范仲淹笔下对岳阳楼“登斯楼也”的描述。

目前，全世界的高档饭店或建筑物上旋转餐厅用电皆来自电网。尚无由太阳能电站供电的旋转餐厅。更无由向日葵式追日旋转平台光伏电站供电的旋转餐厅。

第二节应对上述需求的解决方案

发明专利《太阳能电池板追日旋转平台》如同巨大的水平放置的向日葵圆盘，布阵太阳能电池板的大圆盘，其旋转速度在每个随机时刻与地球自转角速度完全同步，是采用具有一百万倍数量级减速比的总体机械减速系统实现的，使布阵在旋转平台上的电池板始终连续同步跟踪日光垂直照射，使已有电池板最大程度地获取太阳能，比固定不动的光伏系统多发电30％左右。其独特的旋转平台跟踪日光模式、原理、方法和构造属世界首创，与国内外已有的矩形斜架子跟踪日光装置相比较，在造价低、占地省、跟踪日光系统本身跟踪效果好、用电省、寿命长等十方面具有突出的先进性，在该发明专利文档中已经叙明。尤其是可在追日旋转平台下方建造房屋的特点是矩形斜架子跟踪日光装置所不能具备的。

一些光伏专家载文指出，太阳能与建筑物一体化(Building Integrated Photovoltaic，BIPV)，尤其是太阳能光伏与建筑物一体化是未来太阳能技术发展的方向。在占地圆形、正方形或矩形的地面上建造一座高楼，譬如9层、12层、18层、27层、36层、48层、60层，其顶层设计为旋转餐厅，在旋转餐厅的上方是《太阳能电池板追日旋转平台》光伏电站，该电站发电功率可供旋转餐厅用电及旋转平台和旋转餐厅之间外圆柱面高级霓虹灯广告用电。在旋转餐厅的上方与《太阳能电池板追日旋转平台》之间的立体空间可用于安装集中空调冷却塔、光伏电站配电操作室及其设施，二者之间的外圆柱面可用作高级广告等用途。

本案的设计使光伏电站大厦建筑物顶端的光伏电站供电给其下方的的高级霓虹灯、灯箱广告、射灯广告用电和旋转餐厅用电。

第三节检索

在国际专利数据库网站www.patentics.com输入关键词“太阳能旋转餐厅”、“太阳能观光大厦”，检索CN(中国区)专利。未有任何检索内容结果。国内外专利未出现旋转餐厅用电来自光伏电站的案例，尤其未出现旋转餐厅用电来自追日旋转平台离网光伏电站的案例。

三，发明内容

1，本案标题所述“大厦”可以是建造9层、12层、18层、27层、36层、48层甚至60层的建筑物。可按需求平衡、投资能力和当地情况选择大厦建筑物的层数。大厦主体结构框架设计成钢结构还是混凝土结构都能适应本案的旋转餐厅、追日旋转平台及其光伏电站。

建造大厦建筑物的技术在全世界、在中国是非常成熟的。为了描述方便，可按27层为“五，具体实施方式”的案例。

本案实用新型结构设计点及特点(特点为加粗字体)：

①从占地单位面积的最佳有效利用率考虑，大厦横截面积选择正方形。地下一层停车场；地面第1层为商铺或停车场，暂定为停车场。

第2层至旋转餐厅的下层(具体实施方式案例的第26层)供办公、商务、酒店、娱乐、图书馆、阅览室、休闲、公寓用。

②大厦建筑物顶层(五，具体实施方式案例的第27层)设旋转餐厅(说明书附图图1中的序号4)。所谓旋转餐厅者，并非整个旋转餐厅这层楼在旋转，只是旋转带宽在旋转。在旋转餐厅上方设置追日旋转平台(说明书附图图1中的序号1)。在旋转餐厅与追日旋转平台之间要留有安装集中空调冷却塔和光伏电站配电操作室及其设施的一层空间(说明书附图图1中的序号16)，该层地面有一部电梯(说明书附图图1中的序号6)及步行梯或人孔通向下层的旋转餐厅不发生转动的空间。追日旋转平台上方安装太阳能电池板及其支架系统。

③大厦结构的脊梁是大厦横截面几何中心须有混凝土或钢结构的中心柱(说明书附图图1中的序号10)，该中心柱从地下基础穿越大厦所有楼层一直到与承托追日旋转平台的定心轴装置相联接，对该中心柱做承压计算时，除了承载各楼层，还要考虑追日旋转平台及其所载电池板、电池板支架的重量负荷。对于面积较大的追日旋转平台(五，具体实施方式案例为正二十四边形，其对边高度32米)，按追日旋转平台的重量分配在某直径处的平衡状态选择圆圈轨道直径(五，具体实施方式案例为直径20米处)。由工字钢或槽钢制造的水平圆圈轨道固定在追日旋转平台桁架的龙骨上，在水平圆圈轨道下方由呈圆圈排列均布的辊轮(说明书附图图1中的序号17)支承着，圆圈排列的辊轮被固定在呈圆圈排列均布的混凝土或钢结构柱子(说明书附图图1中的序号11)顶端，呈圆圈均布排列的混凝土或钢结构柱子的圆圈直径设置须避让旋转餐厅的旋转带宽(说明书附图图1中的序号4)(五，具体实施方式案例为在直径20米处均布12根混凝土或钢结构柱子，外直径30米的旋转餐厅带宽4米则旋转餐厅内直径22米，即避开了直径20米处均布的12根柱子)，圆圈柱子还须承载各楼层载荷；有的圆圈柱子上安装有拖动旋转带宽的电机-减速机-主动摩擦轮装置；还有的圆圈柱子上安装有拖动追日旋转平台的电机-减速机-主动销齿轮装置。设计大厦须将呈圆圈排列均布的混凝土或钢结构柱子(五，具体实施方式案例为直径20米处的12根柱子)纳入整体结构进行设计计算。

④设置三部电梯：第一部、第二部电梯设置在建筑物水平截面中部位置。第一部电梯(说明书附图图1中的序号13)由地下一层达顶层(五，具体实施方式案例的第27层)旋转餐厅不发生转动的空间；第二部电梯(说明书附图图1中的序号6)由地下一层达追日旋转平台和旋转餐厅之间的安装光伏电站配电操作室和集中空调冷却塔的一层；第三部电梯为建筑物外缘的观光电梯(说明书附图图1中的序号5)，即由第1层达旋转餐厅的下层(五，具体实施方式案例的第26层)，旋转餐厅与其下层之间设有步行梯。从地下一层达顶层(五，具体实施方式案例的第27层)设有步行梯，兼应急用。

⑤建筑物顶端的光伏电站(说明书附图图1中的序号18)设计成并网。对旋转餐厅的旋转、照明、办公、辅助烹调等用电和光伏电站下面的高级广告全部用电的供电可设计成离网。

⑥旋转餐厅与其上方的追日旋转平台之间的立体空间用于集中空调冷却塔(说明书附图图1中的序号3)及其附属设施的安装；

⑦旋转餐厅与其上方的追日旋转平台之间的立体空间用于光伏电站配电操作室及其设施(蓄电池、逆变器、控制器、监测系统)(说明书附图图1中的序号15)的安装。

⑧旋转餐厅与其上方的追日旋转平台之间的外圆柱面(五，具体实施方式案例的直径30米圆柱面，说明书附图图1中的序号2)按照高级霓虹灯广告、灯箱或广告板结构设计。

⑨顶端追日旋转平台的翼缘上一点(例如光点或模拟线坠)对应地面一半圆周刻度盘，该刻度盘上刻线的180度角对应于时钟。

⑩建筑物外的地面上矗立标桩，铭刻此建筑物的特征。

2，实施本案的有益效果

①开创了“太阳能光伏建筑物一体化”的一个典型实例——《带有旋转餐厅的观景向日葵光伏电站大厦》。

②大厦高层建筑物、旋转餐厅、离网或并网的太阳能电池板发电的光伏电站、观光电梯、各种广告的制造、安装、运行技术在世界、在中国已经是非常成熟的技术。本案有利于提高上述综合技术。本案技术方案是将上述各项技术和工程建造在一栋大厦里面。由制造旋转餐厅的公司同时承制追日旋转平台，从技术上完全可行，也方便组织施工。

③在建筑物上安放太阳能发电装置是国务院一再号召并进行政策扶植，例如我国财政部、科技部、国家能源局在2009年3月23日联合发文，对在建筑物上安装太阳能发电功率超过50千瓦者进行各种政策鼓励，这说明国家提倡的是在建筑物上安装较大功率的发电装置。而占地一亩以上的本案大厦建筑物顶端的光伏电站功率才会超过50千瓦达到政策补贴的标准。可理解为响应了国家号召，为人类社会分忧。

④为温家宝总理2009年12月在哥本哈根会议上向全世界承诺的我国到2020年按单位GDP计算的碳排放量要降低40-45％的目标的实现减轻负担。凡国人皆应为这一目标的实现而尽力。

⑤向日葵光伏电站、旋转餐厅、观光电梯等既丰富了人们的文化休闲生活、社会生活，又带来了非常可观的经济收益。只旋转餐厅这一层楼的收入相当于27层大厦建筑物总收入的百分之三十。

⑥用世界首创的太阳能电池板追日旋转光伏电站为其下层的高级广告和旋转餐厅运行供电，有利于提醒人们低碳生活的理念，或可成为绿色能源一个小光点。

需要附带说明一下，太阳能电池板追日旋转平台的旋转速度是每小时0.041666圈。旋转餐厅的旋转速度是每小时1圈。即追日旋转平台比旋转餐厅慢得多的多，既然旋转餐厅对建筑物和人无负面损害，因此追日旋转平台对建筑物和人也无损害。

综上所述，本案比现有技术具有显著特点和实质性进步。

四，附图说明

说明书附图图1是《带有旋转餐厅的观景向日葵光伏电站大厦》立面图。图中的序号1追日旋转平台；序号2外圆柱面广告板；序号3集中空调冷却塔；序号4旋转餐厅的旋转带宽；序号5观光电梯；序号6由地下一层达追日旋转平台和旋转餐厅之间的安装光伏电站配电操作室和集中空调冷却塔的电梯；序号7大厦第2层；序号8大厦地下层停车场；序号9大厦第1层；序号10大厦中心柱；序号11旋转带宽向中心柱方向的外侧设计有呈圆圈均布排列的混凝土或钢结构柱子，通过固定在柱子顶端的辊轮以支承追日旋转平台圆圈轨道；序号12大厦外缘柱子；序号13由地下一层达顶层旋转餐厅不旋转空间的电梯；序号14旋转餐厅的不发生旋转的空间；序号15光伏电站的配电操作室；序号16旋转餐厅与其上方的追日旋转平台之间的用于集中空调冷却塔和光伏电站配电操作室及其设施安装的立体空间；序号17固定在追日旋转平台桁架龙骨上的水平圆圈轨道及其支承它的辊轮；序号18光伏电站的太阳能电池板及其支架。

说明书附图图2是《带有旋转餐厅的观景向日葵光伏电站大厦》俯视图。图中的序号19即说明书附图图1中的序号2外圆柱面广告板；序号20即说明书附图图1中的序号11旋转带宽在中心柱方向的外侧设计有呈圆圈均布排列的混凝土或钢结构柱子(五，具体实施方式案例中为12根柱子)；序号21即说明书附图图1中的序号1追日旋转平台(五，具体实施方式案例中为正二十四边形，布阵200瓦多晶硅太阳能电池板26排共418块)；序号22即说明书附图图1中的序号17水平圆圈轨道及其支承它的辊轮(五，具体实施方式案例中为直径20米)；序号23即说明书附图图1中的序号5观光电梯；序号24即说明书附图图1中的序号4旋转餐厅的旋转带宽；序号25横截面呈正方形的大厦。

说明书附图图3是说明书附图图1的A区域局部详图。其序号26即说明书附图图1的序号18光伏电站的太阳能电池板及其支架；序号27即说明书附图图1的序号1追日旋转平台；序号28即说明书附图图1的序号17水平圆圈轨道及其支承它的辊轮；序号29即说明书附图图1的序号2外圆柱面广告板；序号30即说明书附图图1的序号17水平圆圈轨道及其支承它的辊轮；序号31拖动追日旋转平台的电机-减速机、主动销齿轮装置；序号32即说明书附图图1的序号16用于集中空调冷却塔和光伏电站配电操作室及其设施安装的立体空间；序号33即说明书附图图1的序号12大厦外缘柱子；序号34旋转餐厅的旋转空间；序号35即说明书附图图1的序号11旋转带宽向中心柱方向的外侧设计有呈圆圈均布排列的混凝土或钢结构柱子；序号36即说明书附图图1的序号4旋转餐厅的旋转带宽；序号37拖动旋转餐厅旋转带宽的电机-减速机、主动摩擦轮装置。

五，具体实施方式

本案发明人已为某地区制订了《带有旋转餐厅的观景向日葵太阳能电站大厦》立项报告。

参照本说明书“三，发明内容”设计大厦结构和选择追日旋转平台、光伏电站。

在占地面积33×33＝1089平方米(1.63亩)上建造27层《带有旋转餐厅的观景向日葵太阳能电站大厦》为例，大厦27层，大厦横截面呈30×30米的正方形，第27层设旋转餐厅Ф30米×Ф22米。圆圈轨道Ф20米。追日旋转平台甲板与旋转餐厅天花板间距5米，其间的4米高净空供安装集中空调冷却塔和光伏电站配电操作室及其设施，其Ф30米圆柱面供作高级广告用(霓虹灯、广告板或灯箱广告)，固定在追日旋转平台外缘翼缘上的射灯由大厦光伏电站离网供电并可随追日旋转平台旋转。追日旋转平台设计为正二十四边形以回避圆形平台的制造难度，正二十四边形对边高度32米，边长4213毫米，见说明书附图图2，电池板功率83.6千瓦。为避免日出后、日落前电池板影子过长遮盖后面电池板，追日旋转平台选择白昼正转(从空中俯视顺时针)10小时(例如8时-18时)150度角，20时至翌日6时反转复位。

从天文资料查取本案大厦安装地的春分日、夏至日、秋分日、冬至日及每天的日落太阳方位角、正午太阳高度角。将每天的日落太阳方位角编入PLC可编程序控制器控制追日旋转平台的每天单向旋转幅度。为确保万一在PLC失控情况下的安全，在最大旋转幅度的两个外侧6度处设置限位开关以限制旋转平台在正转(从空中俯视顺时针)、反转(从空中俯视逆时针)的旋转越位。在旋转平台制作中的技术要求有：在直径20米圆圈轨道上方的辊轮轴线在垂直方向的跳动值允差及圆圈轨道顶面在垂直方向的高度允差。将每天的正午太阳高度角编入PLC可编程序控制器由电机控制电池板支架的仰角转动(通称第二根轴)以跟踪日光直射。

电机-行星针轮摆线减速机-销齿轮传动的选配要素：①电机功率的设定原则，一是计算，二是来自丰富的经验。②总减速比(行星针轮摆线减速机减速比×销齿轮传动比)的选配，最终要达到使旋转平台的角速度与地球自转相同。即10小时转150度角或12小时转半圈。

大厦建筑物的设计须委托当地建筑设计院设计；旋转餐厅系统和追日旋转平台由北京辰远技术发展有限公司(国内制造旋转餐厅的著名厂商)设计、制造；光伏电站委托世界光伏电池产量第七的保定天威英利新能源公司(具有年产70MW硅片、50MW电池片、100MW组件的生产能力)。上述后二个单位均需与建筑设计院在图纸上互相会签。

为使空调冷却塔上部排风扇将热风顺利排入大气，追日旋转平台甲板采用网状格栅。

按在中国的中小城市市区的价格较高地界进行实施来做预算。

①建筑物占地30×30米＝900平方米，从地下一层到第27层旋转餐厅的建筑面积近似等于25200平方米。

②购置土地费用：200万元。

③不计内装修的造价，包含设计、土建、结构、给排水、供电、暖通、燃气、通讯、网络：25200平方米×1250元/平方米＝3150万元。

④地下一层通达第27层电梯两部2×40万元＝80万元(铃木电梯价格)。

⑤第1层通达第26层观光电梯70万元(铃木电梯价格)。

⑥旋转餐厅的旋转带宽系统(外圆直径30米，带宽4米，内圆直径22米)90万元。

⑦追日旋转平台(正二十四边形对边高度32米)110万元。

⑧光伏电站系统130万元。

⑨集中空调系统130万元。

⑩内装修700万元。

以上10项合计总投资4660万元。

计算投资回收期

①国家财政部、科技部、国家能源局规定对建筑物上安装太阳能发电功率超过50千瓦者才能达到补贴的首要标准。本案发电功率83.6千瓦、20元/瓦则获得一次性补贴166万元。

②发电功率83.6千瓦，年发电13.6万度，可供旋转餐厅的旋转、照明、工作、空调、辅助烹调用电和旋转餐厅上方高级广告全部用电。发电产值15.6万元/年。

③地下停车场和一层停车场可同时停放70辆车，平均按50辆计，每天工作10小时，每小时收费5元。

④第2至26层出租。未列入旋转餐厅与追日旋转平台之间的Ф30米圆柱面高级广告收入。

⑤第27层旋转餐厅收入：圆周长90米可放33张饭桌，营业时间10时到24时。每组客人用餐1小时加价50元，1.5小时加价70元，2小时加价90元。平均上座率58％计算：则每天因旋转餐厅的加价费收入33桌×58％×14小时×45元/小时＝12000元。按330天/年计算，仅旋转餐厅加价的年收入1.2×330＝660万元。

⑥缴纳税金计算被包括在内。

投资回收期计算结果是22个月。即便考虑到其它不可预见因素，也可达到24个月的投资回收期。从计算可以明显看出，利润率最大的是旋转餐厅，即旋转桌椅加价那部分。

上述计算结果强有力地证明了本案实用性——具备专利的三要素之一。

在(本案27层的)大厦顶端建造追日旋转平台光伏电站(12小时转半圈)，发电用于其下方的高级广告全部用电和(第27层)旋转餐厅的旋转(一小时转一圈)、照明、办公、烹调等用电；在追日旋转平台和旋转餐厅之间的空间用于大厦集中空调冷却塔和光伏电站配电操作室及其设施；在追日旋转平台和旋转餐厅之间的外圆柱面(五，具体实施方式案例为直径30米处高度约4米的Ф30米圆柱面)设置高级广告等具有明显的新颖性和创造性。

本案所含专业技术种类较多，须按统筹学原理制定严格计划以科学地指导施工组织。

附 关键词：

太阳能电池板(Solar cell panels)，追日旋转平台(Revolving platform to tracking verticalshining of sunlight)，光伏电站(Photovoltaic cell station)，逆变器(Photovoltaic stringinverter)随机时刻(Random moment)，地球自转角速度(Angular velocity of Earth′srotation)，同步跟踪日光(Synchronous tracking solar)，一百万倍数量级减速比(Reduction ratio with 1 million order)，总体机械减速系统(Overall mechanicalreduction system)，跟踪日光模式(Model of tracking solar)，太阳能光伏建筑物一体化(Building Integrated Photovoltaic，BIPV)，地下停车场(Under park)，旋转餐厅(Revolving restaurant)，观光电梯(Sightseeing elevator)，高级广告和霓虹灯广告(High-grade ad and neon lamp)，空调冷却塔(Air condition cooling tower)，标桩(Marking stake)。

Claims (1)

1.一种带有旋转餐厅的观景向日葵光伏电站大厦，在高层大厦顶层的上方建造追日旋转平台光伏电站，在追日旋转平台光伏电站下方有：外圆柱面广告板、集中空调冷却塔、光伏电站配电操作室及其设施、旋转餐厅，其技术方案特征是：追日旋转平台光伏电站与建筑物顶层的旋转餐厅之间设置具有一定高度的空间，该空间外圆柱面设置广告板，在该空间内设置集中空调冷却塔、光伏电站配电操作室及其设施蓄电池、逆变器、控制器、监测系统，在该空间下方即大厦建筑物顶层设置具有圆环形旋转带宽的旋转餐厅用电来自上方的追日旋转平台光伏电站；光伏电站的发电量用于大厦顶层旋转餐厅的旋转、照明、办公、辅助烹调用电和光伏电站下方的高级广告全部用电；大厦结构的横截面几何中心的混凝土或钢结构的中心柱从地下基础穿越大厦所有楼层一直到与承托追日旋转平台光伏电站的定心轴装置相联接；旋转餐厅的旋转带宽在中心柱方向的外侧设计有呈圆圈均布排列的混凝土或钢结构柱子，这些呈圆圈均布排列的柱子从地下基础穿越大厦所有楼层一直到每根柱子顶端与辊轮相联接，呈圆圈均布排列的混凝土或钢结构柱子的每根柱子顶端固定有辊轮，辊轮顶的位置在：固定在追日旋转平台上并随追日旋转平台旋转的水平圆圈轨道的下方；有的圆圈柱子上安装有拖动旋转带宽的电机-减速机-摩擦轮主动轮装置，以及安装有拖动追日旋转平台的电机-减速机-销齿轮主动轮装置。