CN111749405A - 可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置 - Google Patents

可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置，可以应用于工民建筑相关领域。该装置由处理中驱连接的日照追踪中央控制系统、自动防风系统、光照控制系统、远程控制系统、人工调节控制系统、动力升降系统、遮阳棚外框结构、可调节光伏遮阳板组成。此装置可对光伏遮阳板的遮阳角度进行自动/手动调节，提高发电效益，并可以折叠一部分光伏板改变遮阳面积，且可作为外窗防护结构，增加建筑安全性。此装置安装简单，广泛适用于新建/已建建筑，实现建筑光伏遮阳一体化。

Description

可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置
技术领域
本发明涉及工用/民用建筑附属结构领域，尤其涉及一种可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置，利用此可调节的遮阳棚装置，实现建筑光伏一体化，可广泛用于楼层较矮的工用/民用建筑的新建/改建工程中。
背景技术
目前，全球建筑物自身能耗约占世界总能耗的三分之一左右，因此探讨建筑节能是当前节能的主要领域。新型能源形式的引进是引发绿色能源革命和绿色建筑革命的交汇点，是节能的主流，其中将太阳能光伏发电系统应用于建筑就是未来的发展方向，就像石油造就今天人类的发展机会一样。
太阳能的开发利用主要有光热利用、光伏利用、光化学利用等三种形式。光热利用是将太阳能转化为热能，由于热能是一种较低级的能源，并且传送过程中的热损耗很大。而电能是一种高级能源，更容易利用、传送和分配。所以太阳能光伏利用成为太阳能开发利用中最重要的应用领域。
在我国城市化进程快速推进的今天，大量建筑随着城市的迅速扩张占据了地球上大量的土地，如果耗能建筑能转变成产能建筑，将为社会发展提供一个更加便捷和广阔的功能载体。而太阳能光伏发电技术将使其成为可能。光伏建筑遮阳位于建筑物的最外侧，太阳辐射不容易被遮挡，对建筑功能的影响较小，可安装的光伏组件面积较大，且合理对建筑物进行遮阳处理，降低室内温度，进一步降低建筑能耗，应是光伏建筑一体化未来发展的主导方向。
当前建筑遮阳棚存在遮阳角度固定，遮阳效果不够且存在遮阳板日常维护工作难度大的问题，在大风天气存在损坏的可能性。且目前光伏发电领域与建筑遮阳联系不够密切，急需要一种可调节的建筑光伏一体化遮阳棚装置以满足这些需求。
高层建筑常常面临高空坠物危险，对下层居民造成安全隐患。在沿海地区，多发台风等极端天气，大风经常导致窗户破碎甚至脱落问题，对建筑安全以及楼下居民安全造成威胁。且在高层建筑中由于窗口防护措施不够，发生儿童坠楼的事件历历在目。以上问题对生命财产造成了严重的威胁，因此做好建筑外窗的保护措施很有必要。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置，实现了光伏效益最大化，解决了高空坠物、光伏与遮阳的一体化、自动防风、极端天气外窗防护、建筑外窗安全保障等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置，其特征在于：该装置包括日照追踪中央控制系统、自动防风系统、光照控制系统、远程控制系统、动力升降系统、遮阳棚外框结构、可调节光伏遮阳板，以上各部分均与处理中驱连接。用户通过远程控制系统查看日照追踪中央控制系统、自动防风系统、光照控制系统获取的数据，并通过处理中驱控制动力升降系统和可调节光伏遮阳板。
所述遮阳棚外框结构安装在窗户外侧上端；通过方型遮阳棚外框实现与外墙的连接，具体为，遮阳棚外框四角各具有一个转动铰节点，遮阳棚外框近墙端通过遮阳棚外框的两个转动铰节点与外墙连接，远墙端遮阳棚外框的两个转动铰节点各自连接一根固定杆的一端，每根固定杆的另外一端通过一个转动铰节点与上下两个电控液压杆一端连接，下方液压杆另外一端通过转动铰节点与外墙相连，上方液压杆另外一端连接到遮阳棚外框与墙体相连的转动铰节点上，进而通过四点铰节点实现遮阳棚装置与外墙的连接。
所述遮阳棚外框结构中具有若干光伏板支撑杆，光伏板支撑杆上固定有光伏遮阳板，遮阳棚外框内设置有条形滑轨、光伏遮阳板牵引绳、遮阳棚末端卡扣、转扬机。所述条形滑轨安装在遮阳棚外框垂直于墙面的两侧边框内，光伏板支撑杆两端安装在遮阳棚外框的两侧边框内，分别通过转扬机与光伏遮阳板牵引绳等间距均匀连接，在遮阳棚外框两侧边框远墙端各设置一个遮阳棚末端卡扣，遮阳棚外框近墙端具有横杆，其内设置有转扬机，与支撑杆牵引绳相连。
所述可调节光伏遮阳板具有若干块，其数量与光伏板支撑杆对应，每块可调节光伏遮阳板均单独固定在遮阳棚外框结构的光伏板支撑杆上，均匀分布在遮阳棚外框结构表面，光伏遮阳板每侧端部两个角上各连接一条光伏遮阳板牵引绳的两端，通过遮阳棚外框结构中的转扬机转动光伏遮阳板牵引绳使得光伏遮阳板绕着光伏板支撑杆发生转动，实现单块光伏遮阳平铺与倾斜；然后通过处理中驱控制遮阳棚外框近墙端横杆内的转扬机拉动支撑杆牵引绳，同时控制遮阳棚末端卡扣实现光伏遮阳板折叠与伸展调整，进一步控制遮阳棚遮光位置的大小。
四个电控液压杆组成该装置的动力升降系统，通过处理中驱控制液压杆的伸缩配合，使得遮阳棚外框结构实现与外墙夹角从0°到90°的角度变化，角度为0°时遮阳棚外框结构处于向下的收起状态，角度为90°时遮阳棚外框结构处于水平展开的状态。遮阳棚的收缩与展开过程可以保证遮阳棚长时间获得太阳光的直射角度，提高遮阳与发电效果。
进一步地，所述的日照追踪中央控制系统：首先获取安装点的定位，通过联网获取当地日出日落时间，或利用我国农历计时获取日出日落时间，将转动角度180°/日照时长T，得到每秒转动角度，系统通过D/A将数字信号转换成电信号，使得遮阳棚能长时间获得日照直射。日照追踪中央控制系统，可单独使用，也可应用于大面积建筑光伏遮阳棚的统一控制。
进一步地，所述自动防风系统包括风速仪，所述风速仪安装在遮阳棚外框与外墙连接的转动铰节点上方；利用风速仪测量实时风速，将风速信号传入处理中驱，当风力超过6级即风速大于10.7m/s时，处理中驱控制动力升降系统将遮阳棚收起，达到避风效果。
进一步地，所述光照控制系统，由光照度传感器和信号转换器组成；所述光照度传感器安装在遮阳棚外框远墙端的边框上；光照度传感器采集光照信号通过信号转换器传输到处理中驱，当室外光照强度小于1lux处于天黑状态时，处理中驱控制动力升降系统将遮阳棚收起。
进一步地，所述远程控制系统为用户APP，通过室内无线网络与处理中驱连接，在用户的APP应用界面上可以实时查看遮阳棚所处的风速情况、日照强度、遮阳棚所处的角度、发电量。并且用户可以在APP界面上远程操控遮阳棚的收起与展开过程。
进一步地，该装置还包括人工调节控制系统，所述人工调节控制系统为电磁继电器，安装在室内窗口，将控制信号传输给处理中驱，实现对手动控制遮阳棚结构的收起与展开过程，以及光伏板的收起与折叠过程，实现在日照追踪中央控制系统外，满足用户个性需求增大遮光或增大光照。
进一步地，当遮阳板的角度为0°时，也可作为外窗的保护结构，在台风等恶劣天气发生时，可以作为房屋的防护结构。日常中也可作为外窗的防盗网以及放坠落设施，增加居住安全性。且结构简单，适用于新建建筑安装与已有建筑的改造。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明实现了室外风力、光照的测定，当室外环境不适合遮阳时自动收起遮阳棚。
2、本发明采用遮阳棚与用户的远程APP联动，用户通过手机界面可以实时观测遮阳棚所处的室外风力、光照、遮阳棚所处的角度、发电量，可以远程操控遮阳棚的收起与展开过程
3、本发明利用遮阳棚的上下伸展功能，具备遮阳、发电、防坠物、外窗保护结构的功能。
附图说明
图1是可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置工作流程图；从左到右，遮阳棚从展开到逐渐收起的过程；
图2是可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置示意图；
图3是可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置平面结构；
图4是可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置光伏遮阳板牵引结构示意图；
图5是可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置光伏遮阳板转动示意图；
图6是图5沿A-A向的结构剖面详图；
图7是可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置工作系统图；
图中，1、1号液压杆；2、2号液压杆；3、3号液压杆；4、4号液压杆；5、固定杆；6、遮阳棚外框；7、光伏板支撑杆；8、可调节光伏遮阳板；9、光伏遮阳板牵引绳；10、遮阳棚末端卡扣；11、转扬机；12、支撑杆牵引绳；13、电磁继电器按键开关；14、风速仪；15、光照度传感器。
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。
如图1所示，本发明提供了一种可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置，从左到右是遮阳棚逐步向下收起的过程展示图。该装置包括日照追踪中央控制系统、自动防风系统、光照控制系统、远程控制系统、动力升降系统、遮阳棚外框结构、可调节光伏遮阳板8，以上各部分均与处理中驱连接。用户通过远程控制系统查看日照追踪中央控制系统、自动防风系统、光照控制系统获取的数据，并通过处理中驱控制动力升降系统和可调节光伏遮阳板8。
装置示意图如图2所示，自动防风系统主要利用风速仪14将实测风速信号传入处理中驱，进行大风天气判定。主要流程为：当风速仪14测得的实时风速超过10.7m/s且持续事件长达1 分钟，处理中驱则判定为大风天气，通过处理中驱控制动力升降系统将遮阳棚向下收起。此方法可以排除偶发气流的影响，对大风天气进行准确判定。
光照控制系统，由光照度传感器15和信号转换器组成；所述光照度传感器15安装在遮阳棚外框6远墙端的边框上；光照度传感器15采集光照信号通过信号转换器传输到处理中驱，当室外光照强度小于1lux处于天黑状态时，处理中驱控制动力升降系统将遮阳棚收起。
日照追踪中央控制系统，首先获取安装点的定位，获取当地日出日落时间(联网)，或利用我国农历计时获取近似的日出日落时间(离线)，将转动角度180°/日照时长T，得到每秒转动角度，系统通过D/A将数字信号转换成电信号，使得遮阳棚能长时间获得日照直射。日照追踪中央控制系统，可单独使用，也可应用于大面积建筑光伏遮阳棚的统一控制。
远程控制系统通过处理中驱连接用室内网络信号，在用户的APP应用界面上可以实时查看遮阳棚所处的风速情况、日照强度、遮阳棚所处的角度、发电量。并且用户可以在APP界面上远程操控遮阳棚的收起与展开过程。
人工调节控制系统通过安装在室内窗口的电磁继电器按键开关13，将按键信息传入处理中驱，实现对手动控制遮阳棚结构的收起与展开过程，以及光伏板的收起与折叠过程，实现在日照追踪中央控制系统外，满足用户个性需求增大遮光或增大光照。
遮阳棚外框结构安装在窗户外侧上端；通过方型遮阳棚外框6实现与外墙的连接，具体为，遮阳棚外框6四角各具有一个转动铰节点，遮阳棚外框近墙端通过遮阳棚外框6的两个转动铰节点与外墙连接，远墙端遮阳棚外框的两个转动铰节点各自连接一根固定杆5的一端，每根固定杆5的另外一端通过一个转动铰节点与上下两个电控液压杆一端连接，下方液压杆另外一端通过转动铰节点与外墙相连，上方液压杆另外一端连接到遮阳棚外框6与墙体相连的转动铰节点上，进而通过四点铰节点实现遮阳棚装置与外墙的连接。
动力升降系统由四个两排对称分布的电控液压杆组成，通过处理中驱控制液压杆的伸缩配合，使得遮阳棚结构实现从0°到90°的角度变化。具体的实现过程如下：以90°展开状态作为遮阳棚的初始状态，首先是1号液压杆1、2号液压杆2的收缩，实现液压杆共用节点的向下收缩至上方墙面，此时遮阳棚与墙面所成角度为60°；然后1号液压杆1、2号液压杆2伸长同时 3号液压杆3、4号液压杆4同步缩短，实现液压杆共用节点平行于墙面向上直至遮阳棚完全收起至墙面。
如图4、图5所示，遮阳棚外框结构中具有若干光伏板支撑杆7，光伏板支撑杆7上固定有可调节光伏遮阳板8，遮阳棚外框6内设置有条形滑轨、光伏遮阳板牵引绳9、遮阳棚末端卡扣10、转扬机11。具体安装如下：所述条形滑轨安装在遮阳棚外框6垂直于墙面的两侧边框内，光伏板支撑杆7两端安装在遮阳棚外框6的两侧边框内，分别通过转扬机11与光伏遮阳板牵引绳9等间距均匀连接，在遮阳棚外框6两侧边框远墙端各设置一个遮阳棚末端卡扣 10，遮阳棚外框6近墙端具有横杆，其内设置有转扬机11，与支撑杆牵引绳12相连。
如图3-6所示，可调节光伏遮阳板8数量与光伏板支撑杆7对应，每块可调节光伏遮阳板8均单独固定在遮阳棚外框结构的光伏板支撑杆7上，均匀分布在遮阳棚外框结构表面，可调节光伏遮阳板8每侧端部两个角上各连接一条光伏遮阳板牵引绳9的两端，通过遮阳棚外框结构中的转扬机11转动光伏遮阳板牵引绳9使得可调节光伏遮阳板8绕着光伏板支撑杆 7发生转动，实现单块光伏遮阳平铺与倾斜；然后通过处理中驱控制遮阳棚外框近墙端具有横杆内的转扬机11拉动支撑杆牵引绳12，同时控制遮阳棚末端卡扣10实现可调节光伏遮阳板8折叠与伸展调整，进一步控制遮阳棚遮光位置的大小。
此可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置工作系统图如图7所示。
命令优先级别：人工手动开关调节>远程应用人工调节>防风系统自动调节>光照调节>自动追光调节
大风自动控制流程：风速仪判定大风环境→处理中驱→动力升降系统控制遮阳棚向下收起。
夜晚自动控制流程：支架展开状态：光照度传感器判定夜晚状态→处理中驱→动力升降系统控制遮阳棚向下收起。
自动追光调节控制流程：支架展开状态：光照度传感器判定白天状态→日照追踪中央控制系统给出转动角速度→处理中驱→动力升降系统控制遮阳棚向上展开追光。
手动控制遮光范围控制流程：电磁继电器信号→处理中驱→动力升降系统控制遮阳棚收缩与伸展过程。或电磁继电器信号→处理中驱→转扬机→转动光伏遮光板绕着光伏板支撑杆转动→遮阳棚末端卡扣开启→转扬机→拉动支撑杆牵引绳使得光伏遮光板折叠收起。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置，其特征在于：该装置包括日照追踪中央控制系统、自动防风系统、光照控制系统、远程控制系统、动力升降系统、遮阳棚外框结构、可调节光伏遮阳板，以上各部分均与处理中驱连接。用户通过远程控制系统查看日照追踪中央控制系统、自动防风系统、光照控制系统获取的数据，并通过处理中驱控制动力升降系统和可调节光伏遮阳板。
所述遮阳棚外框结构安装在窗户外侧上端；通过方型遮阳棚外框实现与外墙的连接，具体为，遮阳棚外框四角各具有一个转动铰节点，遮阳棚外框近墙端通过遮阳棚外框的两个转动铰节点与外墙连接，远墙端遮阳棚外框的两个转动铰节点各自连接一根固定杆的一端，每根固定杆的另外一端通过一个转动铰节点与上下两个电控液压杆一端连接，下方液压杆另外一端通过转动铰节点与外墙相连，上方液压杆另外一端连接到遮阳棚外框与墙体相连的转动铰节点上，进而通过四点铰节点实现遮阳棚装置与外墙的连接。
所述遮阳棚外框结构中具有若干光伏板支撑杆，光伏板支撑杆上固定有光伏遮阳板，遮阳棚外框内设置有条形滑轨、光伏遮阳板牵引绳、遮阳棚末端卡扣、转扬机。所述条形滑轨安装在遮阳棚外框垂直于墙面的两侧边框内，光伏板支撑杆两端安装在遮阳棚外框的两侧边框内，分别通过转扬机与光伏遮阳板牵引绳等间距均匀连接，在遮阳棚外框两侧边框远墙端各设置一个遮阳棚末端卡扣，遮阳棚外框近墙端具有横杆，其内设置有转扬机，与支撑杆牵引绳相连。
所述可调节光伏遮阳板具有若干块，其数量与光伏板支撑杆对应，每块可调节光伏遮阳板均单独固定在遮阳棚外框结构的光伏板支撑杆上，均匀分布在遮阳棚外框结构表面，光伏遮阳板每侧端部两个角上各连接一条光伏遮阳板牵引绳的两端，通过遮阳棚外框结构中的转扬机转动光伏遮阳板牵引绳使得光伏遮阳板绕着光伏板支撑杆发生转动，实现单块光伏遮阳平铺与倾斜；然后通过处理中驱控制遮阳棚外框近墙端横杆内的转扬机拉动支撑杆牵引绳，同时控制遮阳棚末端卡扣实现光伏遮阳板折叠与伸展调整，进一步控制遮阳棚遮光位置的大小。
四个电控液压杆组成该装置的动力升降系统，通过处理中驱控制液压杆的伸缩配合，使得遮阳棚外框结构实现与外墙夹角从0°到90°的角度变化，角度为0°时遮阳棚外框结构处于向下的收起状态，角度为90°时遮阳棚外框结构处于水平展开的状态。遮阳棚的收缩与展开过程可以保证遮阳棚长时间获得太阳光的直射角度，提高遮阳与发电效果。
2.根据权利要求1所述的一种可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置，其特征在于，所述的日照追踪中央控制系统：首先获取安装点的定位，通过联网获取当地日出日落时间，或利用我国农历计时获取日出日落时间，将转动角度180°/日照时长T，得到每秒转动角度，系统通过D/A将数字信号转换成电信号，使得遮阳棚能长时间获得日照直射。
3.根据权利要求2所述的日照追踪中央控制系统，其特征在于，日照追踪中央控制系统，可控制单个遮阳棚角度的升降变化，也可应用于大面积多个光伏遮阳棚角度的统一控制。
4.根据权利要求1所述的一种可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置，其特征在于，所述自动防风系统包括风速仪，所述风速仪安装在遮阳棚外框与外墙连接的转动铰节点上方；利用风速仪测量实时风速，将风速信号传入处理中驱，当风力超过6级即风速大于10.7m/s时，处理中驱控制动力升降系统将遮阳棚收起，达到避风效果。
5.根据权利要求1所述的一种可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置，其特征在于，所述光照控制系统，由光照度传感器和信号转换器组成；所述光照度传感器安装在遮阳棚外框远墙端的边框上；光照度传感器采集光照信号通过信号转换器传输到处理中驱，当室外光照强度小于1lux处于天黑状态时，处理中驱控制动力升降系统将遮阳棚收起。
6.根据权利要求1所述的一种可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置，其特征在于，所述远程控制系统为用户APP，通过室内无线网络与处理中驱连接，在用户的APP应用界面上可以实时查看遮阳棚所处的风速情况、日照强度、遮阳棚所处的角度、发电量。并且用户可以在APP界面上远程操控遮阳棚的收起与展开过程。
7.根据权利要求1所述的一种可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置，其特征在于，该装置还包括人工调节控制系统，所述人工调节控制系统为电磁继电器，安装在室内窗口，将控制信号传输给处理中驱，实现对手动控制遮阳棚结构的收起与展开过程，以及光伏板的收起与折叠过程，实现在日照追踪中央控制系统外，满足用户个性需求增大遮光或增大光照。
8.根据权利要求1所述的一种可调节建筑光伏一体化遮阳棚装置，其特征在于：当遮阳板的角度为0°时，也可作为外窗的保护结构，在台风等恶劣天气发生时，可以作为房屋的防护结构。日常中也可作为外窗的防盗网以及放坠落设施，增加居住安全性。且结构简单，适用于新建建筑安装与已有建筑的改造。
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