CN110731047A - 具有光伏装置的建筑砌块 - Google Patents

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Abstract

描述了一种建筑砌块(10)，其包括输入壁(16)和与输入壁(16)间隔开的输出壁(22)、在输入壁(16)和输出壁(22)之间形成的空隙32，其中输入壁(16)具有多个与其一体形成的突起(18)，突起(18)朝向输出壁(22)延伸但在输出壁(22)附近停止，并且用于破坏在空隙(32)中形成的对流，突起(18)中的至少一个包括太阳能聚光器，该太阳能聚光器上安装有光伏装置(28)。

Description

具有光伏装置的建筑砌块
本发明涉及一种用于建筑物的建筑砌块，该砌块优选地是透明的、透光的形式，并且包括光伏装置，能够发电。
众所周知，可以在建筑物中使用透明的(通常为玻璃)砌块形成内部隔断，同时允许光穿过隔断，或者在形成允许光透过的外壁部分中使用透明的(通常为玻璃)砌块。这样的砌块有时是实心玻璃形式的，还已知砌块可以是其他布置——中空形式，这种布置减小重量和材料成本，因此是有利的。
将光伏电池结合到建筑结构之中或之上以实现发电也是众所周知的。例如，大型光伏面板通常位于建筑物的屋顶上或结合到建筑物的屋顶中，或者安装在建筑物的外墙上。
还已知这样的布置：将光伏面板或电池与可再充电电池或其类似物、以及可电操作的发光装置(例如发光二极管)一起结合到玻璃砌块中，形成太阳能灯，该太阳能灯可结合到例如建筑物的墙壁或地板结构中。然而，在这种布置中，面板或电池和其他部件基本上阻止了光完全穿过或透过砌块，因此这种装置不适合用于形成透光的墙壁或地板部分。
大型太阳能电池通常是不透明的，因此将这种面板或电池结合到透明砌块中会阻止光从砌块的一个表面透过另一表面。因此，显然，将大型太阳能电池并入旨在用于构造透光区域或墙壁、地板或隔断部分的透明砌块中是不合适的。
还已知这样的布置：使用太阳能收集器装置以允许使用较小尺寸的光伏装置并因此允许一定量的光完全穿过砌块。这样的布置能够发电，同时适合用于构造透光隔断。
在用于建筑物的外墙的一部分的情况下，不仅期望透明砌块允许光在其相对表面之间透射以实现使光入射到建筑物的期望功能，而且期望其具有良好的隔热性能以避免对使用它们的建筑物的整体隔热性能产生明显的负面影响。已知装置的绝热性能相对较差，因此不适合在这种应用中使用。
本发明的目的是提供一种适用于此类应用的砌块，该砌块至少克服了一些已知砌块的缺点或减少其影响。
本发明提供了一种砌块，所述砌块包括输入壁和与所述输入壁间隔开的输出壁、在所述输入壁和所述输出壁之间形成的空隙，其中所述输入壁具有与其一体形成的多个突起，所述突起朝向所述输出壁延伸并用于破坏在所述空隙中形成的对流，所述突起中的至少一个包括太阳能聚光器，所述太阳能聚光器上安装有光伏装置。
突起优选地在输出壁的附近停止，但是可能的布置是：突起基本上延伸到输出壁的位置，与输出壁间隔开的距离仅足以允许将光伏装置安装在其上。通过在输出壁的附近停止，避免或限制了热能在砌块上的输入壁与输出壁之间传导。
应当理解的是，在这种布置中，由于光伏装置安装在太阳能聚光器上，所以不必具有大尺寸。因此，大量的光能够通过光伏装置，从输入壁穿过输出壁，因此该砌块适用于需要允许光进入建筑物而又能产生电能的应用。通过提供突起，破坏在空隙中形成的对流，提高了砌块的绝热性能。
突起优选地延伸至与输入壁间隔开的位置为输入壁与输出壁之间的间隔的至少25％。优选地，它们延伸至与输入壁间隔开的位置为所述间隔的30-60％。这样的布置是有利的，因为在使用中，突起可很大程度地破坏对流的形成。如上所述，避免或限制了热能在输入壁与输出壁之间传导。
输入壁和输出壁中的至少一个优选具有与其一体形成的外周壁，该外周壁朝向输入壁和输出壁中的另一个延伸。优选地，外周壁与输入壁和输出壁都相关联，外周壁彼此接合以使输入壁和输出壁彼此间隔开，输入壁、输出壁和外周壁共同限定了空隙。外周壁可以彼此冷熔合。但是必要时也可以使用其他固定技术。
突起可以布置为规则的阵列。但是必要时也可以使用其他样式。
当从输入壁观察时，由太阳能聚光器和光伏装置形成的砌块的部分将显示为黑点或暗区。通过适当地定位突起，可以实现期望的视觉外观。例如，黑点可以呈现为黑线的外观。必要时某些突起可以不具有与其相关联的光伏装置。取而代之的是，它们可以具有与其相关联的着色元件，使得砌块看起来在其上或其中具有着色点或着色区域。同样地，通过突起的适当位置，可以实现期望的视觉外观。
输入壁的外表面可以包括与突起对准的圆顶区域。圆顶区域可以用于增加入射角，使光能够进入突起。
输出壁可以被图案化以提供期望的视觉效果。例如，它可以被纹理化以提供模糊的上釉效果。或者，通过使用安装在突起上的着色元件使砌块产生一系列着色点或像素的效果。
在存在多个光伏装置的情况下，它们方便地连接在一起，并且来自装置的输出导体优选地被布置成从砌块中穿过，例如通过在输出壁中或在输入壁和输出壁之间形成的开口。
突起可以采用多种形式。在用作太阳能聚光器的情况下，它们优选地以这样的方式成形：限定例如基本上为圆形或椭圆形的输入侧和例如基本上为正方形或矩形的输出侧。尽管可以方便地使用前述形状，但是也可以使用其他形状。例如，输入侧和/或输出侧可以是多边形的，例如是六边形的，或者它们可以是不规则的形状。光伏装置优选具有与输出侧基本上相同的尺寸。相邻的太阳能聚光器的输入侧优选彼此间隔开。
在太阳能聚光器的输入侧和输出侧之间，突起优选地限定弯曲形式的侧壁。例如，它们可以是双曲线弯曲形式。侧壁的弯曲形式是有利的，因为太阳能聚光器允许来自大范围入射角的光从输入侧透过输出侧。例如，入射角范围可以大到大约150°。相反，在使用平边突起的情况下，入射角范围可能低至2°。
以下通过示例并参考附图进一步描述本发明，其中：
图1是根据本发明实施例的建筑砌块的前视图；
图2是图1的砌块的侧视图；
图3是图1的砌块的剖视图；
图4是图1的砌块的一部分的透视图；
图5是示例突起布置的一系列视图；
图6a至图6c示出本发明的修改实施例；和
图7a和图7b示出了另一实施例。
首先参考图1至图4，示出了建筑砌块10，建筑砌块10为基本透明的形式，主要由透明玻璃材料制成。砌块10旨在用于形成建筑物的墙壁的透光部分。这些部分可以采取内部隔断或地板或其一部分的形式，但是该砌块具有如本文所述的良好的隔热性能，特别适合用于外墙。砌块10在使用中并不旨在承受很大的载荷，因此通常将过梁等放置在该部分上方以支撑建筑物的较高部分。
砌块10包括前部12和后部14，两者均是模制玻璃形式。前部12的被成形为限定输入壁16，该输入壁在使用中面向建筑物的外部。一系列突起18与输入壁16一体形成。外周壁20围绕输入壁16的外周一体形成。如图2和图3所示，在该实施例中，外周壁20的高度比突起18略大。
在所示的布置中，输入壁16的外表面是略微凹陷的形式，使得其中心部分相比其外周部分向内隔开。
后部14包括输出壁22和一体的外周壁24。因此，后部14具有与前部12类似的形式，除了后部14不包括突起18。
如图所示，输入壁和输出壁16、22基本上是正方形的，其拐角经过稍微倒圆。然而，本发明在这方面不受限制，其他形状也是可能的。例如，在不脱离本发明范围的情况下，矩形砌块10是可能的。类似地，砌块10可以是六边形或三角形的形式，这种形状的优点在于它们可以嵌合。然而，本发明在这方面不受限制，砌块可以是其他形状，例如圆形横截面形状。
如图2和图3所示，外周壁20、24与输入壁和输出壁16、22的边缘向内隔开，使得在成品中，浅通道26围绕砌块10延伸。取决于在形成透光壁部分时使用的建造技术，该通道在使用中可包含用于将砌块10固定或粘合在适当位置的粘合材料，和/或可包含安装框架部件等。在使用中将砌块10固定在适当位置的方式与本发明无关，因此本文将不再详细描述。
在所示的布置中，每个突起18采用太阳能聚光器的形式，每个突起18被成形为包括基本上为椭圆或圆形形式的输入侧18a(在图1至图4所示的布置中为圆形)和正方形或矩形形式的输出侧18b(在图1至图4所示的布置中为正方形)，以及在输入侧18a和输出侧18b之间延伸、弯曲的、双曲线形式的侧壁。突起18的形状使得输入侧18a上的入射光进行多次内部反射，并且会聚在输出侧18b上。该形状允许来自宽入射角范围的光(例如150°范围内)从输入侧18a穿过输出侧18b。这是有利的，因为在大部分的白天，阳光能够通过输出侧18b。太阳能聚光器的精确形状可以取决于砌块待安装的位置和方向，以使在输出侧18b处的入射光最大化。尽管图中示出了突起18的特定形状，但是应当理解，本发明在这方面不受限制。侧壁可以是例如抛物线形式或线性形式，输入侧可以是例如圆形形式(如图5所示)或多边形形式，而输出侧可以是例如正方形(如图5所示)或其他形状。图7a和图7b示出了输入侧18a为正方形的布置。在图7a和图7b的布置中，突起18相对紧密地堆积，在它们之间仅存在较小空间。然而，应当理解，必要时它们可以进一步间隔开，并且可以以类似于图5所示的方式布置成期望的样式。
突起18成形为使得输出侧18b的面积占输出壁22的面积的占比远远小于10％。因此，当光入射到砌块10的输入壁上时，砌块10的输出壁侧将具有明亮的外观。
在每个突起的输出侧18b上安装有相应的光伏装置28。装置28可以采用多种形式，但是方便地是具有在20-25％范围内的性能的硅太阳能电池技术。这种材料的成本相对较低。方便地，装置28可以例如通过适当的粘合剂永久地安装在突起18的输出侧18b上。布置装置28，使得入射在其上的光产生电输出，并且提供将多个装置28互连的导体30a，通过提供该导体可以经由在输出壁22中形成的开口，将电输出提供至砌块10的外部，必要时，从那里供应到远处。
通过将装置28和导体30a，30b正确地安装在适当的位置，将前部和后部12、14彼此固定，而前部10的外周壁20的自由边缘邻接后部14的外周壁24的自由边缘。在该位置，自由边缘彼此冷熔合，或者以其他方式彼此固定以形成成品砌块。
如图所示，突起18延伸到与输入壁16间隔开一定距离的位置，该间隔大于输入壁16和输出壁22之间的距离的25％。实际上，该间隔优选地落入所述距离的30％至60％的范围，并且在所示的布置中为距离的约45％。通过将突起18布置成从输入壁16突出相当大的距离，应当理解，破坏了在前部12和后部14之间限定的空隙32中的空气(或其他气体)形成的对流。通过破坏对流的形成，减少了输出壁22和输入壁16之间的热能损失，因此提高了砌块10的绝热性能。然而，通过确保突起18在输出壁22的附近明显停止，可以限制或避免在输入壁16和输出壁22之间的热能传导。因此进一步提高了砌块10的隔热性能。
在使用中，在使用上述形式的砌块10构造透光墙部分的情况下，入射在输入壁16上的一些光将在输入壁16和输出壁22之间透射，使得光能够通过透光墙部分进入建筑物。另外，入射在输入壁16上的一些光，在突起18的输入侧18a的区域中，会入射到光伏装置28上，从而产生电输出，以经由导体30从砌块10输出。因此，砌块10用于允许光进入建筑物，同时还用于发电。如上所述，在空隙32内存在从输入壁16延伸的突起18可用于破坏空隙32内的空气中对流的形成，因此提高了砌块10的绝热性能。
当从砌块10的输入壁侧观察时，通过突起18观察的通常呈深色形式的装置28的存在导致砌块10在其上似乎具有一系列黑点或暗区，每个输入侧18a呈现黑点或暗区。由于在所示的布置中，突起18被布置成规则阵列，黑点或暗区在砌块10上或砌块10中以规则阵列出现。必要时可以布置突起以实现期望的样式或视觉外观，例如形成线条或其他样式。图5示出了许多其他可能的布置的一系列视图。应当理解，这些仅是示例，本发明还涵盖许多其他布置。
尽管在所示的布置中，每个突起18具有安装在其上的装置28，但是，必要时一个或多个突起可以替代地具有安装在其上的着色材料元件，使得当从输入壁侧观察时，砌块10看起来在其上或其中具有一个或多个着色点或着色区域。可以根据砌块的预期用途来选择颜色，并且如上所述，可以选择突起18的位置，并且因此可以选择点或区域的位置，以获得期望的视觉印象。
类似地，当从输出壁22观察时，装置28和/或着色元件的存在可以导致砌块10具有图案化的视觉外观，通过适当地定位突起18、装置28和着色元件，可以实现期望的视觉外观。必要时输出壁22可以纹理化，以提供模糊的上釉外观或薄雾外观，例如，和/或可以是着色或有色形式。
在所示的布置中，邻近输入侧18a的输入壁16是基本上为平面的。光通过入射角可以入射到突起18，为了增加该入射角，可以将圆顶区域结合到输入壁16中，并与每个输入侧18a对准。
图6a至图6c示出了替代设计。在图6a至图6c的布置中，不是将部分12、14彼此直接熔合，而是在其间定位中间框架部件40，输出导体30b穿过该中间框架部件40延伸。如图所示，导体30b设有连接器，以允许一系列砌块10彼此电连接。
应当理解，尽管在此描述了特定的布置，但是在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对该砌块进行多种修改和变更。

Claims (17)

1.一种砌块，所述砌块包括输入壁和与所述输入壁间隔开的输出壁、在所述输入壁和所述输出壁之间形成的空隙，其中所述输入壁具有与其一体形成的多个突起，所述突起朝向所述输出壁延伸并用于破坏在所述空隙中形成的对流，所述突起中的至少一个包括太阳能聚光器，所述太阳能聚光器上安装有光伏装置。
2.根据权利要求1所述的砌块，其中，所述突起基本上延伸到所述输出壁，所述突起中的至少一个与所述输出壁稍微间隔开以容纳所述光伏装置。
3.根据权利要求1所述的砌块，其中，所述突起在所述输出壁的附近停止。
4.根据权利要求3所述的砌块，其中，所述突起延伸至与所述输入壁间隔开的位置为所述输入壁与所述输出壁之间的间隔的至少25％。
5.根据权利要求4所述的砌块，其中，所述突起延伸至与所述输入壁间隔开的位置为所述间隔的30-60％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的砌块，其中，所述输入壁和所述输出壁中的至少一个具有与其一体形成的外周壁，所述外周壁朝向所述输入壁和所述输出壁中的另一个延伸。
7.根据权利要求6所述的砌块，其中，所述外周壁与所述输入壁和所述输出壁都相关联，所述外周壁彼此接合以使所述输入壁和所述输出壁彼此间隔开，所述输入壁、所述输出壁和所述外周壁共同限定了所述空隙。
8.根据权利要求7所述的砌块，其中，所述外周壁彼此冷熔合。
9.根据前述权利要求中任一项所述的砌块，其中，所述突起布置为规则的阵列。
10.根据前述权利要求中任一项所述的砌块，其中，当从所述砌块的所述输入壁侧观察时，所述突起为所述砌块提供预定的视觉外观。
11.根据前述权利要求中任一项所述的砌块，其中，所述突起中的至少一个具有设置在其上的着色元件。
12.根据前述权利要求中任一项所述的砌块，其中，所述输入壁的外表面包括与所述突起对准的圆顶区域。
13.根据前述权利要求中任一项所述的砌块，其中，所述突起中的至少一个以如下方式成形：限定基本上为圆形或椭圆形、正方形或矩形的输入侧以及基本上为正方形或矩形的输出侧。
14.根据权利要求13所述的砌块，其中，所述光伏装置具有与所述输出侧基本相同的尺寸。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的砌块，其中，所述太阳能聚光器中的相邻太阳能聚光器的所述输入侧彼此间隔开。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的砌块，其中，每个突起包括在所述输入侧和所述输出侧之间延伸的侧壁，所述侧壁具有弯曲轮廓。
17.根据前述权利要求中任一项所述的砌块，其中，所述输入壁和所述输出壁具有正方形、矩形、六边形或三角形的形状。
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