CN106849840B - 抗风太阳能屋顶 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗风太阳能屋顶,包括设置在屋顶上的由多个光伏组件构成的太阳能电池板；光伏组件包含间隔排列的浮动光伏组件和固定光伏组件；当风经过时对浮动光伏组件产生的升力小于等于该浮动光伏组件在与升力相反的方向上受到的力时，太阳能电池板处于第一状态，固定光伏组件的上表面和与其相邻的浮动光伏组件的上表面处于同一平面；当风经过时对浮动光伏组件产生的升力大于该组件在与升力相反的方向上受到的力时，太阳能电池板处于第二状态，浮动光伏组件上浮以允许来自固定光伏组件上表面的风通过与之相邻的浮动光伏组件的下方。本发明通过产生能够过风的空隙，大大减少了电池板的风阻，延长了电池板和太阳能电池板的使用寿命。

Description

抗风太阳能屋顶

技术领域

本发明涉及建筑太阳能应用技术领域，具体涉及一种抗风太阳能屋顶。

背景技术

随着人们环保意识的增强和对绿色低碳替代能源的日益重视，太阳能的开发和利用也将成为未来的主要清洁能源之一，太阳能电池板(Solar panel)是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置，相对于普通电池和可循环充电电池来说，太阳能电池属于更节能环保的绿色产品。曾有全国政协委员在全国政协会议上提交一份有关建议城市高层建筑合理利用太阳能的提案。由于现代城市以多层和高层住宅为主，并且高层建筑越来越多，越来越高，目前全国总能耗中有30％以上是建筑能耗，显然太阳能的利用是实现建筑节能减排目标的有效手段。但目前高层建筑利用太阳能电池板建造的太阳能屋顶的总体利用率不高，普遍存在着防雨、防风等安全隐患，现有的太阳能电池板及其光伏组件安装方式不能够抵御强风的吹袭，很容易出现太阳能电池板由于大风的外力作用使得电池板松脱甚至损坏的现象，造成安全隐患。因此开发和推广适合高层建筑、高密度住宅的抗风式太阳能屋顶、利用太阳能资源是节能环保工作的当务之急。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷和问题，本发明提供一种抗风太阳能屋顶，包括光伏组件和架设在屋顶上用于支撑光伏组件的支座。其中浮动光伏组件通过连杆连接位于支座内的卡块，在屋顶风力作用下光伏组件拉动连杆移动，发生上浮动作，使得浮动光伏组件与支座上表面之间产生能够过风的空隙。本发明大大减少了屋顶电池板的风阻，显著降低了由于外界风力导致光伏组件松脱甚至损坏的故障率，延长太阳能电池板的使用寿命。

本发明采用以下技术方案：

抗风太阳能屋顶,包括设置在屋顶上的由多个光伏组件构成的太阳能电池板；所述光伏组件包含间隔排列的浮动光伏组件和固定光伏组件；当风经过太阳能电池板时对浮动光伏组件产生的升力小于等于该浮动光伏组件在与升力相反的方向上受到的力时，太阳能电池板处于第一状态，所述固定光伏组件的上表面和与其相邻的浮动光伏组件的上表面处于同一平面；当风经过太阳能电池板时对浮动光伏组件产生的升力大于该浮动光伏组件在与升力相反的方向上受到的力时，太阳能电池板处于第二状态，浮动光伏组件上浮以允许来自固定光伏组件上表面的风通过与之相邻的浮动光伏组件的下方。

所述浮动光伏组件通过长度可变的伸缩支座与屋顶连接，所述固定光伏组件通过长度固定的固定支座与屋顶连接。

所述伸缩支座包含支座外壳、连杆、挡板和支座底板；所述支座底板固定在屋顶上；所述支座外壳的下端固定在所述支座底板上；所述挡板中部具有通孔；所述挡板设置于所述支座外壳的上端，并且与所述支座外壳围合构成上表面留有通孔的腔体；所述连杆穿过所述挡板的通孔，所述连杆上端与浮动光伏组件的下表面固定连接，所述连杆下端具有位于所述腔体内并能够在所述腔体内上下移动的卡块，所述连杆的横截面尺寸小于所述通孔的尺寸以允许所述连杆在所述通孔内滑动，所述卡块的尺寸大于所述通孔的尺寸以防止所述卡块通过所述通孔。

所述伸缩支座具有锁紧装置，当锁紧装置处于未锁紧状态时，所述伸缩支座长度可变，用于安置浮动光伏组件；当锁紧装置处于锁紧状态时，所述伸缩支座长度固定并转变为固定支座，用于安置固定光伏组件。

所述伸缩支座具有套接在连杆上且位于腔体内部的弹簧，所述弹簧的上端与所述挡板连接，所述弹簧的下端与所述卡块连接。

当所述太阳能电池板处于第一状态时，所述弹簧处于拉伸状态，用于减小所述浮动光伏组件在与升力相反的方向上受到的力。

当所述太阳能电池板处于第一状态时，所述卡块下表面与所述支座底板之间留有空间。

所述挡板上表面具有弹性垫片，用于缓冲浮动光伏组件对支座的冲击。

一种用于太阳能屋顶的抗风方法，包括：

S100，提供所述的抗风太阳能屋顶；

S200，将浮动光伏组件和固定光伏组件间隔设置在屋顶上。

在一些实施方式中，在S200中，所述固定光伏组件通过锁紧装置处于锁紧状态的伸缩支座固定在屋顶上；

并且所述方法还包括：

S300，在设定时间后，将S200中的浮动光伏组件的伸缩支座的锁紧装置从未锁紧状态转变为锁紧状态使得相应的浮动光伏组件转变为固定光伏组件；和/或，将S200中的固定光伏组件的伸缩支座的锁紧装置从锁紧状态转变为未锁紧状态使得相应的固定光伏组件转变为浮动光伏组件。

进一步地，所述固定光伏组件和浮动光伏组件皆是规则形状，两种光伏组件外形可以相同或不同。每个光伏组件在所述第一状态下完全覆罩其下方的挡板。

进一步地，所述弹簧的上端与所述挡板之间设有套接在所述连杆上的垫片；所述弹簧的下端与所述卡块之间设有套接在所述连杆上的垫片。本发明技术效果：

1、本发明通过实现太阳能电池板在屋顶风力作用下与支座之间产生相对位移，进而在光伏组件与支座之间腾出能够过风的空隙，使得来自固定光伏组件上表面的风能够通过与之相邻的浮动光伏组件的下方。大大减少了屋顶上的强风对光伏组件以及电池板的阻力，显著降低了由于外界风力导致光伏组件松脱甚至损坏的故障率，提高了使用太阳能电池板的安全性。

2、由于本发明主要是通过浮动光伏组件有益疏导屋顶大风来实现抗风的效果，有效地减少风阻，因此能够延长电池板和太阳能电池板的使用寿命。

3、更进一步，当风经过太阳能电池板时对浮动光伏组件产生的升力大于该浮动光伏组件在与升力相反的方向上受到的力时，对于浮动光伏组件而言，下方空间增大，阻力减小，由此通过浮动光伏组件上方和下方的风速接近，升力也随之减小；对于固定光伏组件而言，周边浮动组件上浮，增加了阻力，减小了通过固定光伏组件上方的风速，同时周边浮动组件上浮产生的空隙使得固定光伏组件下方的风速增加，也就是说通过固定光伏组件上方和下方的风速接近，升力也随之减小；由此避免了升力对光伏组件的损害。

4、本发明中的卡块下表面与支座底板之间留有空间，加之将挡板设计为由弹性材料制成，有效地减少了太阳能电池板在屋顶刮风状态下与支座的接触摩擦，起到了减震降噪的良好效果。

5、本发明设计巧妙，制作简洁，成本低廉，有助于大范围推广使用。

附图说明

图1是本发明抗风太阳能屋顶实施例的总体结构示意图。

图2是无强风状态下图1的局部结构示意图。

图3是强风状态下图2的状态变化示意图。

图4是本发明抗风太阳能屋顶实施例的固定光伏组件在无风或有风状态下的结构示意图。

图5是本发明抗风太阳能屋顶实施例的浮动光伏组件在有风状态下的结构示意图。

附图标记说明：

1—屋顶、2—光伏组件、3—挡板、4—连杆、5—通孔、6—支座外壳、7—弹簧、8—卡块、9—支座底板。

具体实施方式

目前高层建筑或普通屋顶所使用的太阳能电池板往往不能够抵御强风的吹袭，很容易出现太阳能电池板由于大风的外力使得光伏组件松脱甚至损坏的现象，造成安全隐患。解决此类问题的常用方法通常选择加固光伏组件支座或支脚或者严格控制强风地域的太阳能电池板的使用数量，诸多方法通常没有从根本上减少屋顶强风对光伏组件的破坏阻力，只是阻风，没有做到有益疏导，治标不治本。本发明提供一种抗风太阳能屋顶，本发明结合发明人长期观测，从屋顶上光伏组件受到的向上浮力(或者升力)角度思考，由于风通过光伏组件下表面的风速较低、压力较高而风通过光伏组件上表面的风速较高、压力较低，二者的压力差便形成了类似于飞机起飞时所受到的一种升力。为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：

抗风太阳能屋顶,包括设置在屋顶上的由多个光伏组件(2)构成的太阳能电池板；光伏组件包含间隔排列的浮动光伏组件和固定光伏组件；当风经过太阳能电池板时对浮动光伏组件产生的升力小于等于该浮动光伏组件在与升力相反的方向上受到的力时，太阳能电池板处于第一状态，所述固定光伏组件的上表面和与其相邻的浮动光伏组件的上表面处于同一平面；当风经过太阳能电池板时对浮动光伏组件产生的升力大于该浮动光伏组件在与升力相反的方向上受到的力时，太阳能电池板处于第二状态，浮动光伏组件上浮以允许来自固定光伏组件上表面的风通过与之相邻的浮动光伏组件的下方。

通常屋顶上无风状态属于第一状态，此时浮动光伏组件和固定光伏组件皆保持原始的静止状态。当屋顶有风吹过，浮动光伏组件与固定光伏组件的状态出现了区别。浮动光伏组件在风力的作用下向上浮动，与支座之间腾出空间，使得来自固定光伏组件上表面的风能够通过与之相邻的浮动光伏组件的下方。参照附图：图1示出了本发明提供的太阳能电池板的组合装置，固定在屋顶(1)上的多个光伏组件按照一定次序排列安装，为了便于理解，将每个光伏组件标有不同数字，即图1中的每个小方框代表一块光伏组件。其中，一种实施方式为，数字2、4、6、8代表浮动光伏组件，1、3、5、7、9代表固定光组件，两种光伏组件组合成如图1所示的整体太阳能电池板。进一步地，参考图5，光伏组件通过连杆连接位于支座内的卡块(8)，浮动光伏组件在第二状态下拉动连杆(4)向上移动，与支座之间产生相对位移，使得浮动光伏组件与支座上表面之间产生能够过风的空隙。通过实现光伏组件在屋顶风力作用下与支座之间产生相对位移，进而在光伏组件与支座之间腾出能够过风的空隙，大大减少了屋顶上的强风对电池板的阻力，显著降低了由于外界风力导致电池板松脱甚至损坏的故障率，提高了使用光伏组件乃至太阳能电池板的安全性。

进一步地，参考图4，伸缩支座包含支座外壳(6)、连杆(4)、挡板(3)和支座底板(9)，支座外壳(6)固定设置于所述支座底板(9)。支座外壳(6)的下端固定在支座底板(9)上；挡板中部具有通孔(5)；挡板设置于支座外壳的上端，并且与所述支座外壳围合构成上表面留有通孔的腔体；连杆(4)穿过挡板(3)的通孔(5)，连杆上端与浮动光伏组件的下表面固定连接，连杆下端具有位于腔体内并能够在所腔体内上下移动的卡块(8)，连杆的横截面尺寸小于通孔的尺寸以允许所述连杆在所述通孔内移动，卡块的尺寸大于通孔的尺寸以防止卡块(8)通过通孔(5)。

进一步地，所述浮动光伏组件通过长度可变的伸缩支座与屋顶(1)连接，固定光伏组件通过长度固定的固定支座与屋顶(1)连接。

根据本发明又一具体实施方式，伸缩支座具有锁紧装置，当锁紧装置处于未锁紧状态时，伸缩支座长度可变，用于安置浮动光伏组件；当锁紧装置处于锁紧状态时，所述伸缩支座长度固定并转变为固定支座，用于安置固定光伏组件。

根据具体地域或风力大小不同，可以灵活设计浮动光伏组件数量。如此一来，当有强风刮起时，一部分光伏组件在风力带动下产生相对于支座的位移，另一部分光伏组件由于被锁紧装置固定住而无法产生运动，这样风力就会分别从拉伸高度不同的太阳能电池板的周围刮过，为强风提供了充足的过风空间，大大地减小了风力对整体太阳能电池板屋顶的作用力。更进一步，在第二状态时，对于浮动光伏组件而言，下方空间增大，阻力减小，由此通过浮动光伏组件上方和下方的风速接近，升力也随之减小；对于固定光伏组件而言，周边浮动组件上浮，增加了阻力，减小了通过固定光伏组件上方的风速，同时周边浮动组件上浮产生的空隙使得固定光伏组件下方的风速增加，也就是说通过固定光伏组件上方和下方的风速接近，升力也随之减小；由此避免了升力对光伏组件的损害。

其中一种锁紧装置实施方式是先在卡块上开有一个水平方向通孔，然后与之对应在卡块两边的支座外壳下端分别开设与卡块上的通孔相贯通的能够容纳插销的通孔，选用插销将卡块与横穿支座外壳横穿在一起，使得伸缩支座中的连杆无法产生相对于挡板的位移，此时锁紧装置处于锁紧状态，达到固定伸缩支座长度并将其转变为固定支座的目的。

进一步地，伸缩支座具有套接在连杆上且位于腔体内部的弹簧，弹簧的上端与挡板连接，弹簧的下端与卡块连接。

进一步地，当太阳能电池板处于第一状态时，弹簧处于拉伸状态，用于减小所述浮动光伏组件在与升力相反的方向上受到的力。

根据本发明又一具体实施方式，在第一状态下，当弹簧长度较小，位于伸缩支座的腔体内部的弹簧处于拉伸状态，产生作用于连杆的向上的支持力，抵消了光伏组件及连杆的部分重力。此时浮动光伏组件只需较小风速产生的较小的升力即可向上浮动，从而很大程度地避免了吹向屋顶太阳能电池板的风产生的升力对屋顶的破坏。

根据本发明又一具体实施方式，在第一状态下，当弹簧长度较大，位于伸缩支座的腔体内部的弹簧处于压缩状态，产生作用于连杆的向下的拉力，与光伏组件及连杆的重力相叠加。此时浮动光伏组件需要在外界较大风速产生的较大的升力才能够向上浮动，进而降低浮动光伏组件的动作频率，有利于浮动光伏组件的减损降噪。至于选用哪种长度的弹簧，需要结合屋顶所处的不同地域、不同层高以及太阳能电池板所能够承受的风力等级范围来实际做出判断。

进一步地，当太阳能电池板处于第一状态时，卡块下表面与所述支座底板之间留有空间。

所述挡板上表面具有弹性垫片，用于缓冲浮动光伏组件对支座的冲击。

一种用于太阳能屋顶的抗风方法，包括：

S100，提供所述的抗风太阳能屋顶；

S200，将浮动光伏组件和固定光伏组件间隔设置在屋顶上。

根据所述的用于太阳能屋顶的抗风方法，其中，

在S200中，所述固定光伏组件通过锁紧装置处于锁紧状态的伸缩支座固定在屋顶上；

并且所述方法还包括：

S300，在设定时间后，将S200中的浮动光伏组件的伸缩支座的锁紧装置从未锁紧状态转变为锁紧状态使得相应的浮动光伏组件转变为固定光伏组件；和/或，将S200中的固定光伏组件的伸缩支座的锁紧装置从锁紧状态转变为未锁紧状态使得相应的固定光伏组件转变为浮动光伏组件。

进一步地，所述固定光伏组件和浮动光伏组件皆是规则形状，两种光伏组件外形可以相同或不同。每个光伏组件在所述第一状态下完全覆罩其下方的挡板。

进一步地，所述弹簧的上端与所述挡板之间设有套接在所述连杆上的垫片；所述弹簧的下端与所述卡块之间设有套接在所述连杆上的垫片。

根据本发明又一实施方式，固定光伏组件被与之相对应的挡板固定锁住，也可以在浮动光伏组件的周围，相邻设置有1个或两个或更多个与各自对应支座固定连接的光伏组件。根据本发明又一实施方式，光伏组件与卡块之间设置有套接在连杆上且位于支座内部的弹簧(7)。此处弹簧的选择范围较广，只要能够满足连杆拉伸时发生弹性形变即可，例如压缩弹簧。进一步地，弹簧(7)的一端连接挡板的位于支座内部的下表面，另一端连接卡块(8)的下表面。

根据本发明的又一具体实施方式，卡块下表面与支座底板(9)之间留有空间。此处留有空间一方面为了减震防噪音，一方面为了支座内部腔体的压强不至于过大。

根据本发明的又一具体实施方式，挡板由弹性材料制成，能够有效地减少了太阳能电池板在屋顶刮风状态下光伏组件与挡板上表面的接触摩擦，起到了减震降噪的良好效果。

根据本发明的又一具体实施方式，弹簧(7)的上端与挡板之间设有套接在连杆上的垫片；弹簧的下端与卡块之间设有套接在连杆上的垫片。这样设计既对弹簧与挡板之间的接触起到隔离缓冲左右，又能够将压缩弹簧限位在挡板(3)下方的支座内。同时起到缓冲、限位的作用。

根据本发明的又一具体实施方式，连杆可以包括长连杆或短连杆，与长连杆连接的光伏组件与挡板无接触面，即使在无风状态下，光伏组件与挡板之间留有空间，空气中的气流能够利用该空间通过整个太阳能电池板的组合装置。与短连杆连接的光伏组件在无风状态下与所述挡板的上表面相贴合。图4所示出的连杆属于短连杆。

根据本发明的又一具体实施方式，根据挡板上表面的凸凹程度不同，含有短杆的电池板在无风状态下水平或倾斜放置时，光伏组件下方与挡板的上表面或许会留有很小的缝隙。

为了使得太阳能电池板的吸热率更高，本发明又一实施方式将太阳能电池板的板面设计为规则形状，例如长方形或是正方形，也可以在特殊需求下设计为圆形，在无风状态下太阳能电池板将板体下方的挡板上表面完全覆罩。无论是含有短杆的电池板或是含有长杆的电池板，在无风状态下，从高层建筑屋顶上空俯视看去，太阳能电池板充分铺设在太阳能屋顶上面，光伏组件将下面的挡板等组件完全覆盖不可见。

本发明提供的高层建筑抗风太阳能电池板结构新颖、成本低廉、抗风效果显著，彻底解决了太阳能电池板由于高层建筑顶部大风的外力使得电池板松脱甚至损坏问题。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明实施范围；凡依本发明申请专利范围及创作说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.抗风太阳能屋顶,其特征在于，包括设置在屋顶上的由多个光伏组件构成的太阳能电池板；所述光伏组件包含间隔排列的浮动光伏组件和固定光伏组件；当风经过太阳能电池板时对浮动光伏组件产生的升力小于等于该浮动光伏组件在与升力相反的方向上受到的力时，太阳能电池板处于第一状态，所述固定光伏组件的上表面和与其相邻的浮动光伏组件的上表面处于同一平面；当风经过太阳能电池板时对浮动光伏组件产生的升力大于该浮动光伏组件在与升力相反的方向上受到的力时，太阳能电池板处于第二状态，浮动光伏组件上浮以允许来自固定光伏组件上表面的风通过与之相邻的浮动光伏组件的下方。

2.根据权利要求1所述的抗风太阳能屋顶，其特征在于，所述浮动光伏组件通过长度可变的伸缩支座与屋顶连接，所述固定光伏组件通过长度固定的固定支座与屋顶连接。

3.根据权利要求2所述的抗风太阳能屋顶，其特征在于，所述伸缩支座包含支座外壳、连杆、挡板和支座底板；所述支座底板固定在屋顶上；所述支座外壳的下端固定在所述支座底板上；所述挡板中部具有通孔；所述挡板设置于所述支座外壳的上端，并且与所述支座外壳围合构成上表面留有通孔的腔体；所述连杆穿过所述挡板的通孔，所述连杆上端与浮动光伏组件的下表面固定连接，所述连杆下端具有位于所述腔体内并能够在所述腔体内上下移动的卡块，所述连杆的横截面尺寸小于所述通孔的尺寸以允许所述连杆在所述通孔内滑动，所述卡块的尺寸大于所述通孔的尺寸以防止所述卡块通过所述通孔。

4.根据权利要求3所述的抗风太阳能屋顶，其特征在于，所述伸缩支座具有锁紧装置，当锁紧装置处于未锁紧状态时，所述伸缩支座长度可变，用于安置浮动光伏组件；当锁紧装置处于锁紧状态时，所述伸缩支座长度固定并转变为固定支座，用于安置固定光伏组件。

5.根据权利要求3所述的抗风太阳能屋顶，其特征在于，所述伸缩支座具有套接在连杆上且位于腔体内部的弹簧，所述弹簧的上端与所述挡板连接，所述弹簧的下端与所述卡块连接。

6.根据权利要求5所述的抗风太阳能屋顶，其特征在于，当所述太阳能电池板处于第一状态时，所述弹簧处于拉伸状态，用于减小所述浮动光伏组件在与升力相反的方向上受到的力。

7.根据权利要求5或6所述的抗风太阳能屋顶，其特征在于，当所述太阳能电池板处于第一状态时，所述卡块下表面与所述支座底板之间留有空间。

8.根据权利要求3或4所述的抗风太阳能屋顶，其特征在于，所述挡板上表面具有弹性垫片，用于缓冲浮动光伏组件对支座的冲击。

9.一种用于太阳能屋顶的抗风方法，包括：

S100，提供根据权利要求1-8任一项所述的抗风太阳能屋顶；

S200，将浮动光伏组件和固定光伏组件间隔设置在屋顶上。

10.根据权利要求9所述的用于太阳能屋顶的抗风方法，其中，

在S200中，所述固定光伏组件通过锁紧装置处于锁紧状态的伸缩支座固定在屋顶上；

并且所述方法还包括：

S300，在设定时间后，将S200中的浮动光伏组件的伸缩支座的锁紧装置从未锁紧状态转变为锁紧状态使得相应的浮动光伏组件转变为固定光伏组件；和/或，将S200中的固定光伏组件的伸缩支座的锁紧装置从锁紧状态转变为未锁紧状态使得相应的固定光伏组件转变为浮动光伏组件。