CN104018627A - 太阳能建筑屋顶 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能建筑屋顶,包括架设于屋梁上的金属框架;该框架包括一个矩形框;矩形框内由横梁、纵梁分割成一系列框格;矩形框、横梁、纵梁,均由开口槽向上的槽钢构成,各槽钢的开口槽在相交处相互连通;各槽钢的开口槽的两条上边沿上设有橡皮垫;各框格的形状、尺寸匹配一个光伏板组件;光伏组件包括一个开口朝上的框盒,该框盒内铺设有光伏晶片,框盒上方封盖有一块玻璃盖板;框盒的四周向外延伸有倾斜向下的帽檐;将两个光伏板组件嵌入相邻的两个框格后,该两个光伏板组件的帽檐之间留有缝隙;各光伏板组件的接线盒电性连接充电器、蓄电池。该屋顶可以提供大面积的采光,且施工建设简便,结构强度大,还具有优越的排水、防风效果。

Description

太阳能建筑屋顶
 
技术领域
本发明涉及太阳能建筑设施领域,特别地,是涉及一种太阳能建筑屋顶。
 
背景技术
随着全球能源危机的日益加剧,节能环保概念已经得到了广泛地推广;特别地,对于太阳能的利用,已经十分普及。
其中光伏屋顶的概念也已经开始广泛建设实施。然而,目前的光伏屋顶,主要存在的问题是,光伏板与建筑屋面相互独立,在安装光伏板时,必须在砖瓦或混凝土结构的屋面上首先搭建金属支架,然后再铺设光伏板组件。该种结构的缺点是:一、屋面负担极其沉重,以至于较多一部分屋面根本无法建设;二、防风性能十分薄弱,难以抵御强台风。另外,该种结构的施工很不方便,建设速度慢,建设成本高。
鉴于上述原因,目前已存在一些专利技术文件,对光伏屋顶进行了改进;典型的,如申请号为:201120171039.1,名称为:一种嵌入式光伏屋顶组件;其特点是,在光伏板组件的四周加装有框架,左右框架为可以相互扣住的公母沟槽形结构,这样,正如其说明书中所言,在安装时,可以将光伏组件当作瓦片一样覆盖在屋面上,使相邻的光伏组件通过他们的左右边框相互勾结,以导流雨水。
对于上述的专利申请,确实可以减轻屋顶承重负担;但是,说明书中并没有记载如何建设安装该种光伏组件,从其结构特点来看,该中光伏组件要安装到屋面上,仍然需要通过螺栓等连接件将光伏组件固定在屋面上,否则,仅仅依靠光伏组件底面与屋顶砖面的摩擦配合,以及相邻光伏组件的公母边框的搭扣配合,根本无法承受大风的袭击。另一方面,对于上下相邻的光伏组件,说明书中并没有给出一种配合方式,且根据其光伏组件的结构,也难以推断出一种合适的配合方式,使得上下相邻的光伏组件之间可以防水搭接,因为光伏板组件较瓦片而言要厚很多,对于上下相邻的光伏板组件,是无法与瓦片一样,将下方光伏板组件的上边沿,压在上方光伏板组件的下边沿之下的;由此可见,对于该种光伏板组件,实际上存在着明显的施工困难;另外,该种依靠公母边框搭扣的配合方式,在暴雨天气下,很容易由于来不及排水而使屋面积水漫过搭扣缝隙,造成屋顶漏水。
 
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种太阳能建筑屋顶,该屋顶可以提供大面积的采光,并且,施工建设简便,结构强度大,还具有优越的排水、防风效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该太阳能建筑屋顶包括架设于屋梁上的金属框架;该金属框架包括一个与屋面尺寸相适应的矩形框;所述矩形框内由等距分布的横梁,以及等距分布的纵梁分割成一系列框格;所述矩形框、横梁、纵梁,均由开口槽向上的槽钢构成,各槽钢的开口槽在相交处相互连通;各槽钢的开口槽的两条上边沿上设有橡皮垫;各所述框格的形状、尺寸匹配一个光伏板组件;所述光伏组件包括一个开口朝上的框盒,该框盒内铺设有光伏晶片,该框盒上方封盖有一块玻璃盖板;所述框盒的四周向外延伸有倾斜向下的帽檐;将两个所述光伏板组件嵌入相邻的两个所述框格后,该两个光伏板组件的帽檐之间留有缝隙;各所述光伏板组件的接线盒以并联或串并联混合的方式电性连接充电器、蓄电池。
作为优选,所述金属框架以北高南低的位置倾斜设置,以提供一个良好的采光角度;在此情况下,进一步地,所述横梁、纵梁均相对于所述矩形框的上边沿、下边沿之中心连线倾斜分布,且所有横梁与所有纵梁关于所述矩形框的上边沿、下边沿之中心连线对称;该结构改变了传统的光伏板组件上下边沿水平设置的格局,使光伏板组件处于非常规位置状态,其所获得的好处在于:一、使各所述框格对于光伏板组件的支承边从一条变成了两条,提高了结构强度;二、对于冲击在屋面上的雨水,在往下流动的过程中,在所述横梁、纵梁的开口槽内的状态完全对称,使横梁、纵梁的开口槽都可以完全发挥排水功能。
作为优选,所述框盒、玻璃盖板所封闭成的、设有所述光伏晶片的密封腔内被抽成真空,所述光伏晶片通过导热胶粘贴在所述框盒的金属底板上;从而获得以下技术效果:当雨水打击在玻璃盖板上时,玻璃盖板上的振动无法透过所述密封腔内的空气,传递至屋面下方,仅能通过框盒的帽檐作用到所述框格四周的开口槽上的橡皮垫上,并被橡皮垫所吸收,这样,即便屋面上方暴雨如注,屋面下方基本听不到雨水冲击屋面的声音,具有优越的隔音效果。
作为优选,所述光伏晶片通过导热胶粘贴在所述框盒的金属底板上,而所述金属底板朝向室内的表面上贴设有蛇形导热水管,而且该朝向室内的表面被镀成反射面;各所述框盒的金属底板上的导热水管相互串联后,再串接一个循环泵,然后串接至由一个保温水箱和一个冷却塔并联而成的能源设备的两端,所述能源设备的两端设有总电磁阀,所述冷却塔的两端还设有分电磁阀;所述导热水管构成的串路的中间位置设有一个可以探测该串路中间位置的水温的水温传感器,该水温传感器耦合至一个控制器,所述控制器依据所述水温传感器所传感到的水温,控制所述循环泵、总电磁阀、分电磁阀;当所述水温高于N℃(N=50~60)时,启动所述循环泵,总电磁阀,否则关闭循环泵、总电磁阀;当所述水温高于M ℃(M>N)时,打开所述分电磁阀,否则关闭所述分电磁阀。该优选方案的优点在于:所述光伏晶片采集到太阳能后,15%左右用于发电,剩余的85%左右太阳能被转化为热能,被所述导热水管所吸收,集中于所述金属底板的下方,此后,导热水管的将一部分热量以热辐射的形式向四周发射,由于所述金属底板朝向室内的表面被镀成反射面,因此,绝大部分热辐射都被投向室内下方,从而使室内的人感到温暖;而当满足室内温暖情况下,导热水管中温度过高时,多余的热量又被迁移到所述保温水箱内,用于生产热水;而在夏季太阳能极度丰富的情况下,若保温水箱内水温已升至较高,导致导热水管的温度持续升高到限定值时,又通过所述冷却塔对外释放热量,从而使室内始终保持暖而不热的温度状况,具有冬暖夏凉的效果。
作为优选,所述槽钢的底面向两侧对称延伸,形成沿整条槽钢延伸的托板;在所述光伏板组件遇到事故碎裂后,所述框盒将被所述托板托住,从而不至于掉入室内;进一步地,所述托板上沿纵向等距设有螺栓孔,且所述框盒的底板上也对应设有螺栓孔,所述托板、框盒可通过该螺栓孔实现螺栓固定,进一步增强该太阳能建筑屋顶的整体结构稳定性。
本发明的有益效果在于:该太阳能建筑屋顶在构建时,先采用槽钢通过焊接方式形成所述金属框架,则速度远高于混凝土或砖瓦结构;然后,直接将各个光伏板组件直接嵌置在所述金属框架的框格内;这样,各光伏板组件的帽檐恰好扣住围成其对应的框格的槽钢的一圈边沿,利用光伏板组件自身的重力,使所述帽檐与槽钢上边沿的橡皮垫压紧密封;而冲击在各光伏板组件的玻璃盖板上的雨水,恰好向玻璃盖板四周顺着帽檐滑落至构成所述金属框架的各槽钢的开口槽内,获得完善的导流排水性能;由此可见,该屋顶可以提供大面积的采光,施工建设简便,具有优越的排水、防风效果;并且,由于各光伏板组件均嵌置在金属框格内,几乎没有任何挡风部件,因此,结构强度大,防风效果好。
 
附图说明
图1是本太阳能建筑屋顶实施例一的俯视图。
图2是本太阳能建筑屋顶的各槽钢相交处的结构示意图。
图3是本太阳能建筑屋顶的一个光伏板组件的俯视图。
图4是图3的A-A向剖视图。
图5是本太阳能建筑屋顶中相邻两个光伏板组件与槽钢的配合示意图。
图6是本太阳能建筑屋顶中,光伏板组件的一个实施例示意图。
图7是本太阳能建筑屋顶中,由光伏板组件的导热水管形成的串路与能源设备的连接示意图。
图8是本太阳能建筑屋顶实施例二的俯视图。
 
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:
实施例一:
在图1所示的实施例一中,该太阳能建筑屋顶包括架设于屋梁上的金属框架;该金属框架包括一个与屋面尺寸相适应的矩形框21;所述矩形框21内由等距分布的横梁22,以及等距分布的纵梁23分割成一系列框格;所述矩形框21、横梁22、纵梁23,均由开口槽向上的槽钢200构成,各槽钢200的开口槽在相交处相互连通,如图2所示,可以通过焊接的方式连结;各槽钢200的开口槽的两条上边沿上设有橡皮垫(未图示);各所述框格的形状、尺寸匹配一个光伏板组件1;所述光伏组件1如图3、4所示,包括一个开口朝上的框盒13,该框盒13内的密封腔10中,铺设有光伏晶片12,该框盒上方封盖有一块玻璃盖板11;所述框盒13的四周向外延伸有倾斜向下的帽檐111,本实施例中,该帽檐111直接由所述玻璃盖板11向外延伸而成。
如图5所示,将两个所述光伏板组件1嵌入相邻的两个所述框格(图5中,仅画出了两个相邻框格的公共槽钢200)后,该两个光伏板组件的帽檐111搁置在槽钢200的上边沿(已省略橡皮垫),相邻光伏板组件的帽檐之间留有缝隙,以便于施工安装。
各所述光伏板组件的接线盒以并联或串并联混合的方式电性连接充电器、蓄电池。
另外,如图2、图5所示,所述槽钢200的改进型结构是,槽钢200的底面向两侧对称延伸,形成沿整条槽钢延伸的托板2001;在所述光伏板组件遇到事故碎裂后,所述框盒13将被所述托板托住,从而不至于掉入室内; 
进一步地,所述托板2001上还可以沿纵向等距开设螺栓孔,且所述框盒13的底板上也对应开设螺栓孔,所述托板2001、框盒13可通过该螺栓孔实现螺栓固定,进一步增强该太阳能建筑屋顶的整体结构稳定性;由于螺栓孔结构简单,故不再图示。
上述的太阳能建筑屋顶,所述框盒13、玻璃盖板11所封闭成的、设有所述光伏晶片12的密封腔10内被抽成真空,所述光伏晶片12通过导热胶粘贴在所述框盒13的金属底板上;从而获得以下技术效果:当雨水打击在玻璃盖板11上时,玻璃盖板上的振动无法透过所述密封腔10内的空气,传递至屋面下方,仅能通过框盒的帽檐111作用到所述框格四周的开口槽上的橡皮垫上,并被橡皮垫所吸收,这样,即便屋面上方暴雨如注,屋面下方基本听不到雨水冲击屋面的声音,具有优越的隔音效果。
当所述密封腔10被抽成真空后,光伏晶片12发电后剩余的太阳能,将光伏晶片12上向上下两个方向辐射,从而造成热能浪费;因此,可以将所述光伏晶片12通过导热胶粘贴在所述框盒13的金属底板上,而所述金属底板朝向室内的表面上贴设有蛇形导热水管3,如图6所示,而且该朝向室内的表面被镀成反射面;各所述框盒13的金属底板上的导热水管相互串联后,形成串路31,如图7所示,该串路13再串接一个循环泵8,然后串接至由一个保温水箱4和一个冷却塔5并联而成的能源设备的两端,所述能源设备的两端设有总电磁阀6,所述冷却塔5的两端还设有分电磁阀7;所述导热水管构成的串路31的中间位置设有一个可以探测该串路中间位置的水温的水温传感器(未图示),该水温传感器耦合至一个控制器(未图示),所述控制器依据所述水温传感器所传感到的水温,控制所述循环泵8、总电磁阀6、分电磁阀7;当所述水温高于N℃(N=50~60)时,启动所述循环泵8,总电磁阀6,否则关闭循环泵8、总电磁阀6;当所述水温高于M ℃(M>N)时,打开所述分电磁阀7,否则关闭所述分电磁阀7。该方案的优点在于:所述光伏晶片12采集到太阳能后,15%左右用于发电,剩余的85%左右太阳能被转化为热能,被所述导热水管3所吸收,从而将原本将向上辐射的大量热能迁移,并集中于所述金属底板的下方,此后,导热水管3将一部分热量以热辐射的形式向四周发射,由于所述金属底板朝向室内的表面被镀成反射面,因此,绝大部分热辐射都被投向室内下方,从而使室内的人感到温暖;而当满足室内温暖情况下,导热水管3中温度过高时,多余的热量又被迁移到所述保温水箱4内,用于生产热水;而在夏季太阳能极度丰富的情况下,若保温水箱4内水温已升至较高,导致导热水管的温度持续升高到限定值时,又通过所述冷却塔5对外释放热量,从而使室内始终保持暖而不热的温度状况,具有冬暖夏凉的效果。
上述太阳能建筑屋顶在构建时,先采用槽钢200通过焊接方式形成所述金属框架,则速度远高于混凝土或砖瓦结构;然后,直接将各个光伏板组件1直接嵌置在所述金属框架的框格内;这样,各光伏板组件的帽檐111恰好扣住围成其对应的框格的槽钢的一圈边沿,利用光伏板组件1自身的重力,使所述帽檐111与槽钢200上边沿的橡皮垫压紧密封;而冲击在各光伏板组件的玻璃盖板11上的雨水,恰好向玻璃盖板四周顺着帽檐滑落至构成所述金属框架的各槽钢200的开口槽内,获得完善的导流排水性能;由此可见,该屋顶可以提供大面积的采光,施工建设简便,具有优越的排水、防风效果;并且,由于各光伏板组件均嵌置在金属框格内,几乎没有任何挡风部件,因此,结构强度大,防风效果好。
实施例二:
对于实施例二,所述金属框架以北高南低的位置倾斜设置,以提供一个良好的采光角度;在此情况下,其与实施例一的不同之处在于:
如图8所示,所述横梁22、纵梁23均相对于所述矩形框21的上边沿、下边沿之中心连线(即图8中的a-a线)倾斜分布,且所有横梁22与所有纵梁23关于所述矩形框的上边沿、下边沿之中心连线对称;该结构改变了传统的光伏板组件上下边沿水平设置的格局,即,采用了非常规位置铺设了光伏板组件,而其所获得的好处在于:一、使各所述框格对于光伏板组件的支承边从一条变成了两条,提高了结构强度;二、使横梁22与纵梁23的受力状况完全对称,改善了结构稳定性;三、对于冲击在屋面上的雨水,在往下流动的过程中,在所述横梁、纵梁的开口槽内的状态完全对称,使横梁、纵梁的开口槽都可以完全发挥排水功能。
对于实施例二,从结构强度、稳定性、排水能力而言,明显优越于实施例一;但应当注意的是,对于所述金属框架周边的一圈光伏板组件,也需要制作成三角形状,即,整个屋顶需要采用两种规格的光伏板组件,组件的通用性稍微逊色一些。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种太阳能建筑屋顶,该太阳能建筑屋顶包括架设于屋梁上的金属框架;该金属框架包括一个与屋面尺寸相适应的矩形框(21);所述矩形框内由等距分布的横梁(22),以及等距分布的纵梁(23)分割成一系列框格;所述矩形框(21)、横梁(22)、纵梁(23),均由开口槽向上的槽钢(200)构成,各槽钢(200)的开口槽在相交处相互连通;各槽钢的开口槽的两条上边沿上设有橡皮垫;各所述框格的形状、尺寸匹配一个光伏板组件(1);所述光伏组件包括一个开口朝上的框盒(13),该框盒内铺设有光伏晶片(12),该框盒上方封盖有一块玻璃盖板(11);所述框盒的四周向外延伸有倾斜向下的帽檐(111);将两个所述光伏板组件(1)嵌入相邻的两个所述框格后,该两个光伏板组件的帽檐(111)之间留有缝隙;各所述光伏板组件(1)的接线盒以并联或串并联混合的方式电性连接充电器、蓄电池。
2.根据权利要求1所述的太阳能建筑屋顶,其特征在于:所述金属框架以北高南低的位置倾斜设置。
3.根据权利要求2所述的太阳能建筑屋顶,其特征在于:所述横梁(22)、纵梁(23)均相对于所述矩形框(1)的上边沿、下边沿之中心连线倾斜分布,且所有横梁(22)与所有纵梁(23)关于所述矩形框(1)的上边沿、下边沿之中心连线对称。
4.根据权利要求1或3所述的太阳能建筑屋顶,其特征在于:所述框盒(13)、玻璃盖板(11)所封闭成的、设有所述光伏晶片(12)的密封腔(10)内被抽成真空,所述光伏晶片(12)通过导热胶粘贴在所述框盒(13)的金属底板上。
5.根据权利要求4所述的太阳能建筑屋顶,其特征在于:所述金属底板朝向室内的表面上贴设有蛇形导热水管(3),而且该金属底板朝向室内的表面被镀成反射面;各所述框盒(13)的金属底板上的导热水管(3)相互串联后,再串接一个循环泵(8),然后串接至由一个保温水箱(4)和一个冷却塔(5)并联而成的能源设备的两端,所述能源设备的两端设有总电磁阀(6),所述冷却塔(5)的两端还设有分电磁阀(7);所述导热水管(3)构成的串路(31)的中间位置设有一个可以探测该串路中间位置的水温的水温传感器,该水温传感器耦合至一个控制器,所述控制器依据所述水温传感器所传感到的水温,控制所述循环泵(8)、总电磁阀(6)、分电磁阀(7);当所述水温高于N℃(N=50~60)时,启动所述循环泵(8),总电磁阀(6),否则关闭循环泵(8)、总电磁阀(6);当所述水温高于M ℃(M>N)时,打开所述分电磁阀(7),否则关闭所述分电磁阀(7)。
6.根据权利要求1~3中任意一条所述的太阳能建筑屋顶,其特征在于:所述槽钢(200)的底面向两侧对称延伸,形成沿整条槽钢延伸的托板(2001)。
7.根据权利要求4中任意一条所述的太阳能建筑屋顶,其特征在于:所述槽钢(200)的底面向两侧对称延伸,形成沿整条槽钢延伸的托板(2001)。
8. 根据权利要求6所述的太阳能建筑屋顶,其特征在于:所述托板(2001)上沿纵向等距设有螺栓孔,且所述框盒(13)的底板上也对应设有螺栓孔,所述托板(2001)、框盒(13)可通过该螺栓孔实现螺栓固定。
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