CN104090587B - 一种自维持可调长度和角度的光伏外遮阳装置及调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自维持可调长度和角度的光伏外遮阳装置及调控方法。在传统外遮阳装置上面安装遮阳光伏发电板，可根据太阳高度角和方位角进行多方位自动调节，保证遮阳效果最优，同时遮阳光伏发电板调节的能源来自于自身的光伏发电。可调外遮阳光伏发电板是由三段伸缩的遮阳光伏发电板构成，可以太阳辐射强度和居民的遮阳需求调节遮阳光伏发电板的伸缩长度；同时根据太阳直射方位角和室内遮阳效果的需求，遮阳光伏发电板可以进行竖向和横向的调节。通过结合外遮阳光伏发电板长度、横向角度和竖向角度的合理调节，能有起到最佳的遮阳效果，并且遮阳光伏发电板能够吸收更多的太阳热量。

Description

一种自维持可调长度和角度的光伏外遮阳装置及调控方法

技术领域

本发明属建筑材料类和太阳能利用领域,具体涉及一种可利用太阳能发电的外遮阳装置(或称光伏外遮阳系统)。

背景技术

建筑能耗在总能耗中占有很大的比重，建筑能耗在很大一定程度上取决于围护结构的保温隔热效果。不管是冬季还是夏季，由于窗户得热或失热而造成的负荷量比较大。夏季主要体现在太阳通过窗户传递到室内的热量很多，如果没有遮阳措施遮挡太阳辐射量，室内的的热负荷会极度增加，从而采用空调系统降温会消耗更多的电能；同样在冬季也会消耗很多的电能。

发展绿色节能建筑已成为建筑行业的一种趋势，得到国家和政府的大力支持。通过以上分析可以看出，合理有效的安装遮阳装置可以明显地减少建筑的负荷，从而降低能耗。

发明内容

本发明的目的是解决发电效果和遮阳效果不能够兼具的问题。

为实现本发明的技术效果，采用的方案是一种自维持可调长度和角度的光伏外遮阳控制方法：

包括一块安装在建筑物窗户上方的遮阳光伏发电板。所述遮阳光伏发电板的一个边铰接在建筑物窗户的上方。

还包括安装在遮阳光伏发电板表面的光照强度感应器和太阳角度追踪器。

该自维持式光伏外遮阳装置中遮阳光伏发电板所获得的能量用于其自身的方位调节；

当光照强度感应器感应到太阳光强度超过设定阈值时，太阳角度追踪器获取当前太阳高度角Ψ。

设遮阳光伏发电板的长度为X、宽度为L，遮阳光伏发电板的遮阳面积为S。

S＝LX(cosα+sinαtanΨ)，通过用户设定S的大小，计算出角度α。

调整遮阳光伏发电板的摆动角度，使得遮阳光伏发电板与下方墙面的夹角为α。

值得说明的是，在遮阳装置中外遮阳的效果最为明显，因此本发明提出了可调节长度和角度的光伏外遮阳装置。本发明不仅为建筑室内环境起到遮阳的效果，并且安装了遮阳光伏发电板，在遮阳的同时，还可以利用可再生新能源太阳能进行发电，遮阳光伏发电板所获得的能量用于其自身的方位调节，实现自维持式调节，节能效果更加明显。

本发明提供另外一种可以实现上述目的的自维持可调长度和角度的光伏外遮阳控制方法，包括一块安装在建筑物窗户上方的遮阳光伏发电板。所述遮阳光伏发电板的通过球坐标型机械手臂铰接在建筑物窗户的上方。

1)地球坐标系中太阳位置计算：

建立包括k轴、i轴和j轴的地球坐标系，地球坐标系的原点Ο为地心，k轴是地球自转轴，k轴指向北极，i-Ο-j平面是赤道平面，k-Ο-j始终为太阳的入射平面，太阳的纬度为γ，则太阳的位置表示为：

式中，太阳纬度1≤d≤365。d为天数。

安装有所述装置的建筑位于地球表面，在地球坐标系中，该建筑所在地的表达式为：

式中，a为地球半径，φ为建筑所在地和地心连线与k轴的夹角，φ与建筑所在地纬度N的关系为φ＝90゜－N，θ为建筑所在地和地心连线在赤道平面上的投影与i轴的夹角，ω为建筑所在地的太阳时角，θ与ω的关系为：θ＝90゜+ω，

将ω＝180°（T_s-12)/12代入θ＝90°+ω得：θ＝（T_s-6)π/12，

其中，T_s为建筑所在地的太阳时，计算公式为：

式中，“+”适用于西半球。“-”适用于东半球，式中，T_is为建筑所在地的标准时间，单位为h。L_st为建筑所在地的标准时间的纬度线，单位为゜。L_t为建筑所在地的纬度线，单位为゜。E为时差，单位为min，计算公式为：

E＝229.2(0.000075+0.001868cosb-0.0320775sinb-0.014615cos2b-0.04089sin2b)

式中，b＝(d-1)2π/365，1≤d≤365。

2)建筑所在地坐标系中太阳位置计算：

以建筑所在地为原点，建立一个坐标系s-e-u，其中，s轴为正南向，e轴为正东向，u轴为地心指向建筑所在地点的方向。

该坐标系在s轴方向的单位矢量为：

该坐标系在e轴方向的单位矢量为：

该坐标系在u轴方向的单位矢量为：

在该坐标系s-e-u中，太阳位置可表示为：

式中，太阳光线与s轴的夹角为ζ，计算公式为：

太阳光线与e轴的夹角为ξ，计算公式为：

太阳光线与u轴的夹角为δ，计算公式为：

3)以所述球坐标型机械手臂(2)的手臂部分(11)的转轴的中心为原点，建立建筑坐标系。所述建筑坐标系中，垂直于安装了遮阳光伏发电板的墙面的水平方向为x轴、平行于安装了遮阳光伏发电板的墙面的水平方向为y轴、垂直于水平面的方向为z轴。

建筑朝向是指x轴与e轴的夹角λ，单位为゜，这样，在建筑坐标系内太阳方向矢量为：

cosA＝cosζcosλ+cosξsinλ

cosB＝-cosζsinλ+cosξcosλ

cosC＝cosδ

在上述建筑坐标系中找出遮阳光伏发电板所在平面的解析表达式，表示为：mx+ny+lz+p＝0，其中，m、n、l和p均为常数。根据遮阳光伏发电板的实际可调节面积所占的位置，确定x和y的取值范围。

把被遮阳窗户平面等分为q块，q≥4，每一块的中心点坐标设为(x_o，y_o，z_o)，o＝1、2……q，每一块的中心点与太阳的连线为 $\frac{x-x_o}{\cos A}=\frac{y-y_o}{\cos B}=\frac{z-z_o}{\cos C}..$

4)根据遮阳光伏发电板摆动的角度和转动的角度，计算出遮挡比例：o分别取1、2……q，

联立q个方程组 $\left\{\begin{array}{c}mx+ny+lz+p=0,x_1<x<x_2,y_1<y<y_2\\ \frac{x-x_o}{\cos A}=\frac{y-y_o}{\cos B}=\frac{z-z_o}{\cos C}\end{array}\right.$ 求解。

有解的方程组个数为Q个，无解的方程组个数为q－Q个。

窗户被遮挡部分的比例为：

①方程组有解，表示光线照射在遮阳光伏发电板上。

②方程组无解，表示光线照射在窗户上。

5)重复步骤1)～4)若干次，每一次均要改变步骤3)中遮阳光伏发电板上下摆动的角度α_i、旋转的角度μ_i和板长X_i，即i＝1、2……kn，kn为自然数，得到若干个窗户被遮挡部分的比例η_i。

6)求得{η₁、η₂……η_kn}中的最大值MA，获得最大值MA对应的{η_ma1、η_ma2……η_maln}，1≤ln≤kn，{η_ma1、η_ma2……η_maln}∈{η₁、η₂……η_kn}。获得{η_ma1、η_ma2……η_maln}中每一个值对应的遮阳光伏发电板上下摆动的角度α_mali、旋转的角度μ_mali和板长X_li，li＝1、2……ln。

7)让遮阳光伏发电板实际的上下摆动的角度为α_mali的同时，遮阳光伏发电板实际的旋转角度为μ_mali、遮阳光伏发电板板长为X_mali，li＝1、2……ln。通过所述辐射传感器，依次获得太阳辐射量{W_ma1、W_ma2……W_maln}。找出{W_ma1、W_ma2……W_maln}中最大值对应的遮阳光伏发电板上下摆动的角度α、旋转角度μ和板长X。

本发明还提供一种用以实现上述方法的自维持可调长度和角度的光伏外遮阳装置，包括一块遮阳光伏发电板和球坐标型机械手臂。所述球坐标型机械手臂的底座固定在窗户的上方。所述球坐标型机械手臂的手臂部分连接所述遮阳光伏发电板。

本发明还提供另外一种用以实现上述方法的自维持可调长度和角度的光伏外遮阳装置，包括伸缩框架、球坐标型机械手臂和至少两块遮阳光伏发电板。所述伸缩框架至少包括两个子框架。所述子框架上安装遮阳光伏发电板。

所述伸缩框架的一端为固定端、另一端为伸缩端。所述球坐标型机械手臂的底座固定在窗户的上方。所述球坐标型机械手臂的手臂部分连接所述伸缩框架的固定端。

本发明还提供第三种用以实现上述方法的自维持可调长度和角度的光伏外遮阳装置，其特征在于：包括第伸缩框架、球坐标型机械手臂、一遮阳光伏发电板、第二遮阳光伏发电板和第三遮阳光伏发电板。

所述伸缩框架由三个子框架组成。第一遮阳光伏发电板、第二遮阳光伏发电板和第三遮阳光伏发电板分别安装在伸缩框架的三个子框架中。

所述伸缩框架的一端为固定端、另一端为伸缩端。所述球坐标型机械手臂的底座固定在窗户的上方。所述球坐标型机械手臂的手臂部分连接所述伸缩框架的固定端。

本发明的技术效果是毋庸置疑的。所述的遮阳光伏发电板的调节可以通过智能系统调节，也可以根据住户的需求进行人为调节。自动调节中，可以在遮阳光伏发电板上安装太阳照射强度感应器，通过感应器得知太阳辐射量以及最强辐射量的方位，智能控制系统从而对光伏遮阳光伏发电板的长度和角度进行调节；若进行人为调节，则居民可以通过调控末端调节遮阳光伏发电板的长度和角度。

附图说明

图1为本发明的安装示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图1的运动状态示意图；

图4为图2的运动状态示意图；

图5为遮阳光伏发电板的遮阳面积的示意图；

图6为机械手臂的示意图；

图7为伸缩框架的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种自维持可调长度和角度的光伏外遮阳控制方法：

包括一块安装在建筑物窗户上方的遮阳光伏发电板；所述遮阳光伏发电板的一个边铰接在建筑物窗户的上方。实施例中，所述遮阳光伏发电板为矩形，其一个边通过转轴铰接在建筑物窗户的上沿。所述遮阳光伏发电板能够绕固定在建筑物窗户的上沿的那个边摆动一定角度。当太阳照射建筑物时，遮阳光伏发电板能够发电。另外，由于遮阳光伏发电板安装在窗户上，能够为该窗户阻挡阳光。

还包括安装在遮阳光伏发电板表面的光照强度感应器和太阳角度追踪器。

当光照强度感应器感应到太阳光强度不超过设定阈值时，即遮阳光伏发电板不被阳光照射、不发电时，太阳角度追踪器不工作，遮阳光伏发电板摆动的角度可以由人为调节。

当光照强度感应器感应到太阳光强度超过设定阈值时，即遮阳光伏发电板被阳光照射、发电时，太阳角度追踪器获取当前太阳高度角Ψ。

设遮阳光伏发电板的长度为X、宽度为L，遮阳光伏发电板的遮阳面积为S，S大致地等于投影在窗户上的阴影面积。

S＝LX(cosα+sinαtanΨ)，通过用户设定S的大小，计算出角度α。

调整遮阳光伏发电板的摆动角度，使得遮阳光伏发电板与下方墙面(窗户的表面)的夹角为α。实施例中，所述遮阳光伏发电板通过转轴铰接在窗户上方的墙面上，调整遮阳光伏发电板的摆动角度可以通过安装在转轴上的步进电机实现。实施例中，遮阳光伏发电板所获得的能量供所述步进电机、传感器等用电部件使用，遮阳光伏发电板利用太阳能发的电能用于其自身的方位调节，实现自维持式调节，

当遮阳光伏发电板与下方墙面的夹角为α时，不仅达到了用户设定的遮阳面积S，而且遮阳光伏发电板发电的效果最好。实现了遮阳效果与发电效果的兼顾。

实施例2：

一种自维持可调长度和角度的光伏外遮阳控制方法，包括一块安装在建筑物窗户上方的遮阳光伏发电板。所述遮阳光伏发电板的通过球坐标型机械手臂2铰接在建筑物窗户的上方。设窗户宽度为L＝1.2m，高度为H₀＝1.5m。遮阳光伏发电板宽度取窗户宽度的140％，即L₁＝1.68m，遮阳光伏发电板宽度根据当地太阳方位角与高度角选取。

参见图2和图7，该遮阳光伏发电板是由三块可以伸缩的光伏发电板组成，三块光伏发电板长度均取窗户高度的20％，即X＝0.3m，则当仅伸出第一块光伏发电板(另外两块光伏发电板缩入第一块光伏发电板之下或之中)时，该遮阳光伏发电板长度即等于第一块光伏发电板的长度X₁＝0.3m；当伸出两块光伏发电板时，遮阳光伏发电板长度为X₂＝0.6m；当伸出三块光伏发电板时，遮阳光伏发电板长度为X₃＝0.9m。因此，所述遮阳光伏发电板的长度可以在0.3m～0.9m之间变化。

机械臂摆动角度α在0～90゜之间变化，转动角度μ顺时针转动为正，逆时针转动为负，在-90゜～90゜之间变化。

1)地球坐标系中太阳位置计算：

建立包括k轴、i轴和j轴的地球坐标系，地球坐标系的原点Ο为地心，k轴是地球自转轴，k轴指向北极，i-Ο-j平面是赤道平面，k-Ο-j始终为太阳的入射平面，太阳的纬度为γ，则太阳的位置表示为：

式中，太阳纬度1≤d≤365。

安装有所述装置的建筑位于地球表面，在地球坐标系中，该建筑所在地的表达式为：

式中，a为地球半径，φ为建筑所在地和地心连线与k轴的夹角，φ与建筑所在地纬度N的关系为φ＝90゜－N，θ为建筑所在地和地心连线在赤道平面上的投影与i轴的夹角，ω为建筑所在地的太阳时角，θ与ω的关系为：θ＝90゜+ω，

将ω＝180゜(T_s-12)/12代入θ＝90゜+ω得：θ＝(T_s-6)π/12，

其中，T_s为建筑所在地的太阳时，计算公式为：

式中，“+”适用于西半球。“-”适用于东半球，式中，T_is为建筑所在地的标准时间，单位为h。L_st为建筑所在地的标准时间的纬度线，单位为゜。L_t为建筑所在地的纬度线，单位为゜。E为时差，单位为min，计算公式为：

E＝229.2(0.000075+0.001868cosb-0.0320775sinb-0.014615cos2b-0.04089sin2b)

式中，b＝(d-1)2π/365，1≤d≤365。

2)建筑所在地坐标系中太阳位置计算：

以建筑所在地为原点，建立一个坐标系s-e-u，其中，s轴为正南向，e轴为正东向，u轴为地心指向建筑所在地点的方向。

该坐标系在s轴方向的单位矢量为：

该坐标系在e轴方向的单位矢量为：

该坐标系在u轴方向的单位矢量为：

在该坐标系s-e-u中，太阳位置可表示为：

式中，太阳光线与s轴的夹角为ζ，计算公式为：

太阳光线与e轴的夹角为ξ，计算公式为：

太阳光线与u轴的夹角为δ，计算公式为：

3)以所述球坐标型机械手臂2的手臂部分11的转轴的中心为原点，建立建筑坐标系。所述球坐标型机械手臂2处于初始位置时，遮阳光伏发电板处于水平位置。参见附图7，球坐标型机械手臂2的底座9在电机驱动下旋转时，可以使得遮阳光伏发电板转动角度μ；球坐标型机械手臂2的手臂部分摆动时，可以使得遮阳光伏发电板摆动角度α。

所述建筑坐标系中，垂直于安装了遮阳光伏发电板的墙面的水平方向为x轴、平行于安装了遮阳光伏发电板的墙面的水平方向为_y轴、垂直于水平面的方向为z轴。

建筑朝向是指x轴与e轴的夹角λ，单位为゜，这样，在建筑坐标系内太阳方向矢量为：

cosA＝cosζcosλ+cosξsinλ

cosB＝-cosζsinλ+cosξcosλ

cosC＝cosδ

设定好遮阳光伏发电板摆动的角度α和转动的角度μ，在上述建筑坐标系中找出遮阳光伏发电板所在平面的解析表达式，表示为：mx+ny+lz+p＝0，其中，m、n、l和p均为常数。根据遮阳光伏发电板的实际可调节面积所占的位置，确定x和y的取值范围，即x₁<x<x₂，y₁<y<y₂，以确定遮阳光伏发电板的大小。

把被遮阳窗户平面等分为q块，q≥4(优选地，q大于25)每一块的中心点坐标设为(x_o，y_o，z_o)，o＝1、2……q，每一块的中心点与太阳的连线为 $\frac{x-x_o}{\cos A}=\frac{y-y_o}{\cos B}=\frac{z-z_o}{\cos C}..$

4)在设定好的遮阳光伏发电板摆动的角度α和转动的角度μ，计算出遮挡比例：

o分别取1、2……q，

联立q个方程组 $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{mx}+ny+lz+p=0,x_1<x<x_2,y_1<y<y_2\\ \frac{x-x_o}{\cos A}=\frac{y-y_o}{\cos B}=\frac{z-z_o}{\cos C}\end{array}\right.$ 求解。

有解的方程组个数为Q个，无解的方程组个数为q－Q个。

窗户被遮挡部分的比例为：

值得说明的是，上述方程组有解，表示光线照射在遮阳光伏发电板上。而方程组无解，表示光线照射在窗户上。

根据上式的联立结果，分别判断遮阳窗户平面的q块面积中有多少块被遮阳。设被遮阳块数为Q。在预先设定的角度α和转动的角度μ下，窗户被遮挡的面积占总面积的即遮阳率。

5)重复步骤1)～4)若干次，每一次均要改变步骤3)中遮阳光伏发电板上下摆动的角度α_i、旋转的角度μ_i和板长X_i，即i＝1、2……kn，kn为自然数，得到若干个窗户被遮挡部分的比例η_i；

6)求得{η₁、η₂……η_kn}中的最大值MA，获得最大值MA对应的{η_ma1、η_ma2……η_maln}，1≤ln≤kn，{η_ma1、η_ma2……η_maln}∈{η₁、η₂……η_kn}；获得{η_ma1、η_ma2……η_maln}中每一个值对应的遮阳光伏发电板上下摆动的角度α_mali、旋转的角度μ_mali和板长X_li，li＝1、2……ln；

7)让遮阳光伏发电板实际的上下摆动的角度为α_mali的同时，遮阳光伏发电板实际的旋转角度为μ_mali、遮阳光伏发电板板长为X_mali，li＝1、2……ln；通过所述辐射传感器，依次获得太阳辐射量{W_ma1、W_ma2……W_maln}；找出{W_ma1、W_ma2……W_maln}中最大值对应的遮阳光伏发电板上下摆动的角度α、旋转角度μ和板长X。

实施例3：

设窗户宽度为L＝1.2m，高度为H₀＝1.5m。遮阳光伏发电板宽度取窗户宽度的140％，即L₁＝1.68m。

参见图2和图7，该遮阳光伏发电板是由三块可以伸缩的光伏发电板组成，三块光伏发电板长度均取窗户高度的20％，即X＝0.3m，则当仅伸出第一块光伏发电板(另外两块光伏发电板缩入第一块光伏发电板之下或之中)时，该遮阳光伏发电板长度即等于第一块光伏发电板的长度X₁＝0.3m；当伸出两块光伏发电板时，遮阳光伏发电板长度为X₂＝0.6m；当伸出三块光伏发电板时，遮阳光伏发电板长度为X₃＝0.9m。因此，所述遮阳光伏发电板的长度可以在0.3m～0.9m之间变化。

取6月22日当天下午14时的太阳位置，该建筑所在地取重庆，建筑计算窗户朝向为正南向，纬度N＝29.58゜，就算日在一年中的日期序号n＝173，μ＝-90゜

1)地球坐标系中太阳位置计算：

建立包括k轴、i轴和j轴的地球坐标系，地球坐标系的原点Ο为地心，k轴是地球自转轴，k轴指向北极，i-Ο-j平面是赤道平面，k-Ο-j始终为太阳的入射平面。

太阳纬度1≤n≤365

其中，n＝173，γ＝23.5゜。

而太阳的位置表示为：

所以，

安装有所述装置的建筑位于地球表面，在地球坐标系中，φ为建筑所在地和地心连线与k轴的夹角，φ与建筑所在地纬度N的关系为φ＝90゜－N，其中N＝29.58゜，所以φ＝60.42゜，θ为建筑所在地和地心连线在赤道平面上的投影与i轴的夹角，

其中，T_s为建筑所在地的太阳时，重庆位于东半球，计算公式为：

T_is＝14h，重庆子午线经度L_st＝106.47゜该时区中央子午线经度L_t＝105゜，E为时差，单位为min，计算公式为：

E＝229.2(0.000075+0.001868cosb-0.0320775sinb-0·014615cos2b-0·04089sin2b)

式中，d＝173，所以E＝-4.233，由此得出T_s＝13.831h，则有θ＝117.465゜。

该建筑所在地的表达式为：

式中，a为地球半径，

2)建筑所在地坐标系中太阳位置计算：

以建筑所在地为原点，建立一个坐标系s-e-u，其中，s轴为正南向，e轴为正东向，u轴为地心指向建筑所在地点的方向。

该坐标系在s轴方向的单位矢量为：

该坐标系在e轴方向的单位矢量为：

该坐标系在u轴方向的单位矢量为：

在该坐标系s-e-u中，太阳位置可表示为：

式中，太阳光线与s轴的夹角为ζ，计算公式为：

太阳光线与e轴的夹角为ξ，计算公式为：

太阳光线与u轴的夹角为δ，计算公式为：

3)以所述球坐标型机械手臂2的手臂部分11的转轴的中心为原点，建立建筑坐标系。所述球坐标型机械手臂2处于初始位置时，遮阳光伏发电板处于水平位置。参见附图7，球坐标型机械手臂2的底座9在电机驱动下旋转时，可以使得遮阳光伏发电板转动角度μ；球坐标型机械手臂2的手臂部分摆动时，可以使得遮阳光伏发电板摆动角度α。

所述建筑坐标系中，垂直于安装了遮阳光伏发电板的墙面的水平方向为X轴、平行于安装了遮阳光伏发电板的墙面的水平方向为Y轴、垂直于水平面的方向为Z轴。

建筑朝向是指X轴与e轴的夹角λ，单位为゜，取正南向，则λ＝-90゜。这样，在建筑坐标系内太阳方向矢量为：

cosA＝cosζcosλ+cosξsinλ＝0·423cosB＝-cosζsinλ+cosξcosλ＝0·055

cosC＝cos6＝0·511

由此可得出太阳方向为(0.423，0.055，0.511)。

设定好遮阳光伏发电板摆动的角度α和转动的角度μ，在上述建筑坐标系中，设该外遮阳板方程过(0，0，0)点，法向为(0，0，1)，即α＝90゜，μ＝0

(1)当仅伸出一块遮阳光伏发电板时，遮阳板所在面方程为：

Z＝0(-0.84<y<0.84，0<x<0.3)

将窗户划分为四块，编号分别为①、②、③、④，

1)在①块中点，该点(0，-0.3，-0.375)，

由①块中点反太阳方向作出的直线为：

$\frac{x-0}{-0.423}=\frac{y+0.3}{-0.055}=\frac{z+0.375}{-0.511}$

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{0.423}{0.055}(y+0.3)=\frac{0.423}{0.511}(z+0.375)\\ z=0(-0.84<y<\mathrm{0.84,0}<x<0.3)\end{array}\right.$

该方程解得：x＝0.310421>0.3,y＝-0.25964,z＝0

表示该点被太阳光直接照射，未被遮阳光伏发电板遮挡住

2)在②块中点，该点(0，0.3，-0.375)，

由②块中点反太阳方向作出的直线为：

$\frac{x-0}{-0.423}=\frac{y-0.3}{-0.055}=\frac{z+0.375}{-0.511}$

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{0.423}{0.055}(y-0.3)=\frac{0.423}{0.511}(z+0.375)\\ z=0(-0.84<y<\mathrm{0.84,0}<x<0.3)\end{array}\right.$

该方程解得：x＝0.310421>0.3,y＝0.340362,z＝0

表示该点被太阳光直接照射，未被遮阳光伏发电板遮挡住

3)在③块中点，该点(0，-0.3，-1.125)，

由③块中点反太阳方向作出的直线为：

$\frac{x-0}{-0.423}=\frac{y+0.3}{-0.055}=\frac{z+1.125}{-0.511}$

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{0.423}{0.055}(y+0.3)=\frac{0.423}{0.511}(z+1.125)\\ z=0(-0.84<y<\mathrm{0.84,0}<x<0.3)\end{array}\right.$

该方程解得：x＝0.931262>0.3,y＝-0.17891,z＝0

表示该点被太阳光直接照射，未被遮阳光伏发电板遮挡住

4)在④块中点，该点(0，0.3，-1.125)，

由④块中点反太阳方向作出的直线为：

$\frac{x-0}{-0.423}=\frac{y-0.3}{-0.055}=\frac{z+1.125}{-0.511}$

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{0.423}{0.055}(y-0.3)=\frac{0.423}{0.511}(z+1.125)\\ z=0(-0.84<y<\mathrm{0.84,0}<x<0.3)\end{array}\right.$

该方程解得：x＝0.931262>0.3,y＝0.421086,z＝0

表示该点被太阳光直接照射，未被遮阳光伏发电板遮挡住

所以，总共有0块被遮阳光伏发电板遮挡住，遮挡效率为：0％

(2)当伸出两块遮阳光伏发电板时，遮阳板所在面方程为：

Z＝0(-0.84<y<0.84,0<x<0.6)

将窗户划分为四块，编号分别为①、②、③、④，

1)在①块中点，该点(0，-0.3，-0.375)，

由①块中点反太阳方向作出的直线为：

$\frac{x-0}{-0.423}=\frac{y+0.3}{-0.055}=\frac{z+0.375}{-0.511}$

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{0.423}{0.055}(y+0.3)=\frac{0.423}{0.511}(z+0.375)\\ z=0(-0.84<y<\mathrm{0.84,0}<x<0.6)\end{array}\right.$

该方程解得：x＝0.310421,y＝-0.25964,z＝0

表示该点是被遮阳光伏发电板遮挡住的阴影部分

2)在②块中点，该点(0，0.3，-0.375)，

由②块中点反太阳方向作出的直线为：

$\frac{x-0}{-0.423}=\frac{y-0.3}{-0.055}=\frac{z+0.375}{-0.511}$

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{0.423}{0.055}(y-0.3)=\frac{0.423}{0.511}(z+0.375)\\ z=0(-0.84<y<\mathrm{0.84,0}<x<0.6)\end{array}\right.$

该方程解得：x＝0.310421,y＝0.340362,z＝0

表示该点是被遮阳光伏发电板遮挡住的阴影部分

3)在③块中点，该点(0，-0.3，-1.125)，

由③块中点反太阳方向作出的直线为：

$\frac{x-0}{-0.423}=\frac{y+0.3}{-0.055}=\frac{z+1.125}{-0.511}$

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{0.423}{0.055}(y+0.3)=\frac{0.423}{0.511}(z+1.125)\\ z=0(-0.84<y<\mathrm{0.84,0}<x<0.6)\end{array}\right.$

该方程解得：x＝0.931262>0.6,y＝-0.17891,z＝0

表示该点被太阳光直接照射，未被遮阳光伏发电板遮挡住

4)在④块中点，该点(0，0.3，-1.125)，

由④块中点反太阳方向作出的直线为：

$\frac{x-0}{-0.423}=\frac{y-0.3}{-0.055}=\frac{z+1.125}{-0.511}$

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{0.423}{0.055}(y-0.3)=\frac{0.423}{0.511}(z+1.125)\\ z=0(-0.84<y<\mathrm{0.84,0}<x<0.6)\end{array}\right.$

该方程解得：x＝0.931262>0.6,y＝0.421086,z＝0

表示该点被太阳光直接照射，未被遮阳光伏发电板遮挡住

所以，总共有两块被遮阳光伏发电板遮挡住，遮挡效率为：

$\frac{2}{4}\&times;100\%=50\%$

(3)当伸出三块遮阳光伏发电板时，遮阳板所在面方程为：

Z＝0(-0.84<y<0.84,0<x<0.9)

将窗户划分为四块，编号分别为①、②、③、④，

1)在①块中点，该点(0，-0.3，-0.375)，

由①块中点反太阳方向作出的直线为：

$\frac{x-0}{-0.423}=\frac{y+0.3}{-0.055}=\frac{z+0.375}{-0.511}$

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{0.423}{0.055}(y+0.3)=\frac{0.423}{0.511}(z+0.375)\\ z=0(-0.84<y<\mathrm{0.84,0}<x<0.9)\end{array}\right.$

该方程有解，解得：x＝0.310421,y＝-0.25964,z＝0

表示该点是被遮阳光伏发电板遮挡住的阴影部分

2)在②块中点，该点(0，0.3，-0.375)，

由②块中点反太阳方向作出的直线为：

$\frac{x-0}{-0.423}=\frac{y-0.3}{-0.055}=\frac{z+0.375}{-0.511}$

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{0.423}{0.055}(y-0.3)=\frac{0.423}{0.511}(z+0.375)\\ z=0(-0.84<y<\mathrm{0.84,0}<x<0.9)\end{array}\right.$

该方程解得：x＝0.310421,y＝0.340362,z＝0

表示该点是被遮阳光伏发电板遮挡住的阴影部分

3)在③块中点，该点(0，-0.3，-1.125)，

由③块中点反太阳方向作出的直线为：

$\frac{x-0}{-0.423}=\frac{y+0.3}{-0.055}=\frac{z+1.125}{-0.511}$

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{0.423}{0.055}(y+0.3)=\frac{0.423}{0.511}(z+1.125)\\ z=0(-0.84<y<\mathrm{0.84,0}<x<0.9)\end{array}\right.$

该方程解得：x＝0.931262>0.9,y＝-0.17891,z＝0

表示该点被太阳光直接照射，未被遮阳光伏发电板遮挡住

4)在④块中点，该点(0，0.3，-1.125)，

由④块中点反太阳方向作出的直线为：

$\frac{x-0}{-0.423}=\frac{y-0.3}{-0.055}=\frac{z+1.125}{-0.511}$

$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{0.423}{0.055}(y-0.3)=\frac{0.423}{0.511}(z+1.125)\\ z=0(-0.84<y<\mathrm{0.84,0}<x<0.9)\end{array}\right.$

该方程解得：x＝0.931262>0.9,y＝0.421086,z＝0

表示该点被太阳光直接照射，未被遮阳光伏发电板遮挡住

所以，总共有两块被遮阳光伏发电板遮挡住，遮挡效率为：

$\frac{2}{4}\&times;100\%=50\%$

将上述三种不同伸长遮阳板块数情况整理，列表如下所示：

注：遮阳情况一栏中，被遮住的块为“√”，为被遮住的块为“X”

改变不同的α、μ、X值，按照上述步骤，分别计算各个情况下的遮阳效率。找到最大的遮阳效率值以及它们所对应的遮阳光伏发电板上下摆动的角度α_mali、旋转的角度μ_mali和板长X_li。

让遮阳光伏发电板实际的上下摆动的角度为α_mali的同时，遮阳光伏发电板实际的旋转角度为μ_mali、遮阳光伏发电板板长为X_mali，li＝1、2……ln；通过所述辐射传感器，依次获得太阳辐射量{W_ma1、W_ma2……W_maln}；找出{W_ma1、W_ma2……W_maln}中最大值对应的遮阳光伏发电板上下摆动的角度α、旋转角度μ和板长X。

实施例4：

本实施例公开一种能够实现上述方法的自维持可调长度和角度的光伏外遮阳装置，包括一块遮阳光伏发电板和球坐标型机械手臂2。所述球坐标型机械手臂2的底座9固定在窗户的上方。所述球坐标型机械手臂2的手臂部分11连接所述遮阳光伏发电板。

实施例5：

本实施例公开一种能够实现上述方法的自维持可调长度和角度的光伏外遮阳装置，包括伸缩框架1、球坐标型机械手臂2和至少两块遮阳光伏发电板。所述伸缩框架1至少包括两个子框架。所述子框架上安装遮阳光伏发电板。

所述伸缩框架1的一端为固定端、另一端为伸缩端。所述球坐标型机械手臂2的底座9固定在窗户的上方。所述球坐标型机械手臂2的手臂部分11连接所述伸缩框架1的固定端。

实施例6：

本实施例公开一种能够实现上述方法的自维持可调长度和角度的光伏外遮阳装置，包括第伸缩框架1、球坐标型机械手臂2、一遮阳光伏发电板3、第二遮阳光伏发电板4和第三遮阳光伏发电板5。

所述伸缩框架1由三个子框架组成。第一遮阳光伏发电板3、第二遮阳光伏发电板4和第三遮阳光伏发电板5分别安装在伸缩框架1的三个子框架中。

所述伸缩框架1的一端为固定端、另一端为伸缩端。所述球坐标型机械手臂2的底座9固定在窗户的上方。所述球坐标型机械手臂2的手臂部分11连接所述伸缩框架1的固定端。

实施例7：

本实施例公开一种能够实现上述方法的自维持可调长度和角度的光伏外遮阳装置，本实施例主要包括外遮阳装置，三段可收缩的遮阳光伏发电板、第三段遮阳光伏发电板、第二段遮阳光伏发电板、第一段遮阳光伏发电板，连接外遮阳装置的可转动球形固定轴，感应太阳辐射强度和方向的光感应器，以及调节遮阳光伏发电板伸缩长度和角度的智能调控末端等构件。

光伏外遮阳装置，材料可以选择木质框架、铝合金框架或者玻璃框架。光伏外遮阳装置通过可转动球形固定轴固定在窗户上沿的外墙体上，球形固定轴与室内的智能调控末端相连接。感应太阳辐射强度和方向的光感应器放置在窗户外表面，或外遮阳装置上，感应器并与室内智能调控末端相连接。

该种自维持可调长度和角度的光伏外遮阳调控方法，是根据室外太阳光光照方位角、高度角以及辐射强度决定的。下面分析在不同太阳光照方位角，高度角，以及光伏外遮阳发电板长度，竖向角度，横向角度的情况下，遮阳光伏发电板在墙体上的投影面积，从而可以得出光伏外遮阳的遮阳效果。

实施例8：

本实施例公开一种能够实现上述方法的自维持可调长度和角度的光伏外遮阳装置，外遮阳转置中三段遮阳光伏发电板伸缩实施方式，参考图2或4。

所述的光伏外遮阳装置中的三段遮阳光伏发电板可进行自由伸缩，可以只利用第一段遮阳光伏发电板，也可同时利用第二段遮阳光伏发电板、第一段遮阳光伏发电板，还可以同时利用第三段遮阳光伏发电板、第二段遮阳光伏发电板、第一段遮阳光伏发电板。需要根据室外太阳辐射量和辐射面积进行决定。

在窗户外表面设置的太阳光照辐射感应器，可以随时感应太阳不同时刻的辐射强度，感应器将接收到的信号传递到室内智能控制装置，智能控制系统合理做出调节，调节遮阳光伏发电板的伸缩长度，实现最佳遮阳效果。

Claims (1)

1.一种自维持可调长度和角度的光伏外遮阳装置的调控方法，其特征在于：

该装置包括伸缩框架（1）、球坐标型机械手臂（2）、第一遮阳光伏发电板（3）、第二遮阳光伏发电板（4）和第三遮阳光伏发电板（5）；

所述伸缩框架（1）由三个子框架组成；第一遮阳光伏发电板（3）、第二遮阳光伏发电板（4）和第三遮阳光伏发电板（5）分别安装在伸缩框架（1）的三个子框架中；

所述伸缩框架（1）的一端为固定端、另一端为伸缩端；其中固定端所对应的边铰接在建筑物窗户的上方；

所述第一遮阳光伏发电板（3）、第二遮阳光伏发电板（4）、第三遮阳光伏发电板（5）和伸缩框架（1）共同构成遮阳光伏发电板整体；

所述球坐标型机械手臂（2）的底座（9）固定在窗户的上方；所述球坐标型机械手臂（2）的手臂部分（11）连接所述伸缩框架（1）的固定端；

遮阳光伏发电板整体的表面上安装有光照强度感应器和太阳角度追踪器；

该调控方法如下：

该装置中遮阳光伏发电板整体所获得的能量用于其自身的方位调节；

当光照强度感应器感应到太阳光强度超过设定阈值时，太阳角度追踪器获取当前太阳高度角Ψ；

设遮阳光伏发电板整体的长度为X、宽度为L，遮阳光伏发电板整体的遮阳面积为S；

，通过用户设定S的大小，计算出角度；

调整遮阳光伏发电板整体的摆动角度，使得遮阳光伏发电板整体与下方墙面的夹角为。