CN115218167A - 基于光伏发电的亮化系统、方法和光伏发光组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光伏发电的亮化系统，该系统包括多个光伏模组、光伏发电控制模块、发光控制模块和储能模块，光伏模组包括光伏发电单元、LED发光单元和LED驱动单元，光伏发电控制模块的一端与储能模块连接，光伏发电控制模块的另一端与多个光伏模组连接，光伏发电控制模块可以将光伏模组产生的电能处理后存储到储能模块，并可以将储能模块中储存的电能输送给LED驱动单元和发光控制模块；发光控制模块与光伏模组中的LED驱动单元连接，用于按照预设发光程序或自定义发光程序控制LED驱动单元驱动LED发光单元发光。该系统既能够充分利用太阳能产生的电能实现自主发光运行，又能通过交互终端实现交互式亮化。

Description

基于光伏发电的亮化系统、方法和光伏发光组件

技术领域

本发明涉及太阳能亮化技术领域，具体涉及一种基于光伏发电的亮化系统、方法和光伏发光组件。

背景技术

太阳能光伏玻璃是一种通过层压入太阳能电池，能够利用太阳辐射发电，并具有相关电流引出装置以及电缆的特种玻璃。将光伏玻璃作为建筑的幕墙能够实现光伏与建筑的结合。现有的光伏幕墙一般为单纯的为建筑物提供太阳能供电，忽视了光伏模组自身的功能性和美观性；而传统的LED点光源形成的亮化系统一般采用市电供电，不利于节能环保。

因此，需要一种基于光伏发电的亮化系统，能够将光伏发电与LED发光有机结合，既能通过光伏模组储存电能又能为LED发光单元提供电能，并且可以对LED发光单元实现交互式亮化，以解决以上现有技术中存在的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于光伏发电的亮化系统、方法和光伏发光组件。

根据本发明的一个方面，提供一种基于光伏发电的亮化系统，包括多个光伏模组、光伏发电控制模块、发光控制模块和储能模块。其中，光伏模组包括光伏发电单元、LED发光单元和LED驱动单元，光伏发电控制模块的一端与多个光伏发电单元和LED驱动单元连接，光伏发电控制模块的另一端连接储能模块，光伏发电控制模块适于将光伏发电单元生成的电能储存到储能模块中，还适于将储能模块中存储的电能输送给发光控制模块和LED驱动单元；发光控制模块与LED驱动单元连接，适于按照预设发光程序或自定义发光程序控制LED驱动单元驱动LED发光单元发光。

可选地，LED发光单元包括分别集成设置于光伏发电单元两侧的第一LED发光单元和第二LED发光单元，光伏发电单元为透明或半透明光伏玻璃，LED发光单元为RGB LED灯。

可选地，亮化系统还包括网络连接的交互终端和云端服务器，云端服务器与发光控制模块网络连接，交互终端用于将用户在交互设计界面选择的预设发光图案或自定义发光图案上传到云端服务器，云端服务器适于获取交互终端上传的发光图案，并将发光图案转换为灯光控制程序发送给发光控制模块。

可选地，交互终端为手机、平板电脑或远程计算设备，交互终端提供发光图案交互设计界面。

可选地，发光控制模块包括路由器、计算设备和LED灯光控制器，计算设备通过路由器与云端服务器进行数据通信，计算设备适于运行云端服务器发送的灯光控制程序，LED灯光控制器与LED驱动单元连接，LED灯光控制器适于根据灯光控制程序控制每个光伏模组的发光状态。

可选地，LED灯光控制器与多个LED驱动单元中的任意一个相连，多个LED驱动单元通过数据线相互连接。

可选地，多个光伏模组矩阵排列，适于按照LED灯光控制器的灯光控制程序指令形成具有预设发光图案或自定义发光图案的发光幕墙。

可选地，亮化系统还包括逆变模块，逆变模块适于将储能模块中储存的直流电转变为交流电并入电网中。

根据本发明的另一个方面，提供一种基于光伏发电的亮化方法，适于在服务器中执行，在该方法中，首先，接收用户在交互终端上传的发光图案；然后，将发光图案转换为灯光控制程序；最后，将灯光控制程序发送给LED灯光控制器，以便LED灯光控制器按照灯光控制程序控制多个光伏模组中的LED驱动单元驱动对应的LED发光单元发光，使矩阵排列的多个光伏模组形成具有发光图案的发光幕墙。

根据本发明的又一个方面，提供一种光伏发光组件，其特征在于，包括多个矩阵排列的光伏模组，每个光伏模组包括光伏发电单元、LED发光单元和LED驱动单元，LED发光单元包括分别设置于光伏发电单元两侧的第一LED发光单元和第二LED发光单元，光伏发电单元为透明或半透明光伏玻璃，LED发光单元为RGB LED灯，LED驱动单元适于根据如上所述的基于光伏发电的亮化方法点亮LED发光单元，以形成具有发光图案的发光幕墙。

根据本发明的方案，通过将光伏发电单元和LED发光单元集成为一个光伏发光组件，既能够充分利用太阳能产生的电能实现自主发光运行，提高亮化系统的环保型；又能通过交互终端实现交互式亮化，提高亮化系统的交互性、趣味性和个性化定制，增加了亮化系统的应用场景，有利于提升用户体验。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的基于光伏发电的亮化系统100的结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的交互模式下基于光伏发电的亮化系统200的结构示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的基于光伏发电的亮化方法300的流程示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的光伏发光组件示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

楼宇亮化工程是城市夜景亮化工程的重要组成部分，以LED灯作为主体的楼体亮化改变了建筑物在夜晚的形象，丰富了城市夜景。但是现有的LED亮化系统一般需要市电供电，这样无疑造成能源的额外耗费，不利于环保。本方案提出一种基于光伏发电的交互式亮化系统，能够将光伏发电模组与LED发光模组有机结合，既能够充分利用太阳能电池产生的电能，又能实现建筑物的交互式亮化，提高了该亮化系统运行的自适应性和智能化。

图1示出了根据本发明一个实施例的基于光伏发电的交互式亮化系统100的结构示意图。如图1所示，该亮化系统100包括多个光伏模组，示例性的，图1示出了三个光伏模组（第一光伏模组、第二光伏模组和第三光伏模组）、光伏发电控制模块、发光控制模块和储能模块，光伏发电控制模块一端分别连接多个光伏模组，具体地，光伏发电控制模块分别连接第一LED驱动单元、第二LED驱动单元、第三LED驱动单元，光伏发电控制模块的另一端连接储能模块。光伏发电控制模块一方面可以将多个光伏模组中光伏发电单元产生的电能输送到储能模块中进行电能储存。另一方面可以将储能模块储存的电能经过转化调节后输送给发光控制模块和LED驱动单元。储能模块可以是锂电池、铅炭电池、铅酸蓄电池等储能设备，当储能模块中储存的电能充足时，还可以通过逆变模块将储能模块中储存的直流电转换为交流电并入电网。逆变模块可以包括逆变器及其保护控制电路。逆变器可以将直流电转换成220V交流电，保护电路可以防止电能转换过程中电流冲击、电压冲击等。

发光控制模块与LED驱动单元连接，适于按照预设灯光控制程序或自定义灯光控制程序控制多个光伏模组中的LED驱动单元驱动对应的LED发光单元发光。其中光伏模组的数量可以根据实际需要设定，光伏模组包括集成于一体的光伏发电单元、LED发光单元和LED驱动单元，该光伏模组可以是透明或半透明光伏玻璃嵌套安装RGB LED灯构成，具有透光、太阳能发电、双面发光的功能。多个光伏模组可以矩阵排列成具有特定形状的光伏发光幕墙。白天光伏模组可以将太阳能转换为电能，并将电能储存到储能模块；晚上储能模块可以释放电能给发光控制模块控制光伏模组中的LED发光单元亮化，亮化的方式可以是预设模式或交互模式，在预设模式下，LED驱动单元按照既定的发光程序点亮LED发光单元形成预设的图案；在交互模式下，该亮化系统还可以包括交互终端和云端服务器，交互终端可以接收用户自定义的发光图案并发送到云端服务器，由云端服务器将自定义的发光图案处理成灯光控制程序，然后发送到发光控制模块控制LED发光单元按照自定义的图案点亮，最终在光伏模组上呈现出自定义的画面，从而实现交互式亮化。

图2示出了根据本发明一个实施例的交互模式下基于光伏发电的亮化系统200的结构示意图。如图2所示，该交互模式下基于光伏发电的亮化系统200包括包括多个光伏玻璃发光模组、光伏发电控制模块、发光控制模块、储能模块、交互终端和服务器。其中交互终端用于将预设发光图案或自定义发光图案上传到服务器，服务器可以获取交互终端上传的发光图案，并将发光图案转换为灯光控制程序发送给发光控制模块。交互终端可以是手机、iPad等移动设备，也可以是远程计算机等计算设备，移动终端或计算设备上可以提供交互设计界面，用户在交互设计界面上可以通过点选或创作灯光显示图案，或者手机终端可以通过扫描二维码进入设计界面或者在应用程序端口进入交互设计界面，用户可以在设计界面选择预设的图案，也可以自主创建新的图案，最后将设计的图案数据通过网络上传到云端服务器。

光伏玻璃发光模组可以包括光伏发电单元、LED发光单元和LED驱动单元，即第一光伏玻璃发光模组包括第一光伏发电单元、第一LED发光单元和第一LED驱动单元，第二光伏玻璃发光模组包括第二光伏发电单元、第二LED发光单元和第二LED驱动单元，第三光伏玻璃发光模组包括第三光伏发电单元、第三LED发光单元和第三LED驱动单元。光伏发电控制模块可以将第一光伏发电单元、第二光伏发电单元、第三光伏发电单元生成的电能经整流处理后储存到储能模块中，还适于将储能模块中存储的电能输送给发光控制模块和第一LED驱动单元、第二LED驱动单元、第三LED驱动单元；发光控制模块与第一LED驱动单元连接，第一LED驱动单元连接第二LED驱动单元，第二LED驱动单元连接第三LED驱动单元，发光控制模块可以按照预设发光程序或自定义发光程序控制LED驱动单元驱动LED发光单元发光。LED驱动单元用于按照发光控制模块发送的发光程序驱动对应的LED发光单元点亮，发光程序中包括需要点亮的LED单元在发光矩阵中所处的位置、发光波段、发光强度等信息。

为了实现亮化系统的交互式灯光显示，发光控制模块可以包括路由器、计算设备和LED灯光控制器，其中，LED灯光控制器通过数据线分别与多个光伏玻璃发光模组中的LED驱动单元连接，用于控制每个光伏玻璃发光模组的发光状态。在本发明的实施例中，LED灯光控制器通过数据线连接第一LED驱动单元，各LED驱动单元通过数据线相连（第一LED驱动单元连接第二LED驱动单元，第二LED驱动单元连接第三LED驱动单元，以此类推），用于传输LED灯光控制器发送的控制信号。

计算设备可以是具有无线网络链接功能的单片机等微处理器，能够通过路由器网络连接到服务器进行交互式数据通讯。路由器可以是4G或5G无线路由器，以达到更高的数据传输速度，从而使发光图案的显示更加流畅。计算设备上运行灯光控制程序，每一个RGBLED灯有红绿蓝三个LED，每个LED的亮度可以变化，可以通过PWM控制LED发光单元的亮度。服务器分别与发光控制模块和交互终端通过网络连接，云端服务器可以获取交互终端自定义的LED显示图案数据信息，然后将LED显示图案数据信息转换为LED灯光控制程序后发送给发光控制模块，实现多个光伏玻璃发光模组的不同发光状态，形成自定义图案的光伏发光幕墙。

在本发明的一个实施例中，光伏发电单元可以采用透明光伏发电玻璃，既能保证较高的透光率，又能将光能转换为电能。光伏发电单元的外形可以自定义，例如可以是菱形、矩形、蜂巢形等任意一种形状，透明光伏发电玻璃的透光度越高，发电效率一般越低，可以根据透光度和发电效率的权益占比，选择50%-10%的透光度。LED发光单元可由设置在光伏发电单元前部（正面）的第一LED单元和设置在光伏发电单元后部（背面）的第二LED单元组成双面显示的LED显示屏，前部的第一LED单元将光线正面射出，光照强度高；后部的第二LED单元将光线投向背面的建筑物形成泛光，光照强度弱，泛光透过透明光伏发电玻璃与前部的第一LED单元呼应形成前部光源的背景光，使整个光伏玻璃发光模组的光照效果凸显前后景深的视觉立体感。其中，LED发光单元可以是RGB LED灯，以红绿蓝三色混光达到白光效果，当需要显示某一波段的灯光时，RGB的混色可以根据需要设定比例，达到多种波段灯光显示的效果。

图3示出了根据本发明一个实施例的基于光伏发电的亮化方法300的流程示意图。如图3所示，该方法始于步骤S310，接收用户在交互终端设置的发光图案。用户可以通过扫描二维码或者点击应用程序进入交互设计界面，交互设计界面可以提供多种预设的发光图案，也可以提供用户自定义设计界面，用户可以在自定义设计界面上选择图案的形状、文字的大小、发光颜色、亮度、显示效果等，显示效果包括动态切换不同的发光图案或者文字固定、滚动、渐变或闪烁显示等。

随后执行步骤S320，将发光图案转换为灯光控制程序。计算设备中的发光程序可以将用户上传的发光图案解析并转换为PWM脉冲控制信号。

接着执行步骤S330，将灯光控制程序发送给LED灯光控制器，以便LED灯光控制器按照灯光控制程序控制多个光伏模组中的LED驱动单元驱动对应的LED发光单元发光，使矩阵排列的多个光伏模组形成具有发光图案的发光幕墙。

图4示出了根据本发明一个实施例的光伏发光组件的示意图。如图4所示，光伏发光组件包括多个矩阵排列的光伏模组，光伏模组阵列可以设置在支撑物上，也可以直接内嵌于建筑物的窗户上，通过阵列中不同光伏模组的点亮状态形成不同的发光图案或文字内容。光伏发光组件的形状可以是带状、块状等平面结构，也可以是球形、柱形等立体结构，矩阵中光伏模组的形状可以是矩形、菱形、三角形、蜂巢形等任意一种。每个光伏模组包括光伏发电单元、LED发光单元和LED驱动单元，LED发光单元包括分别设置于光伏发电单元两侧的第一LED发光单元（前部光源）和第二LED发光单元（后部光源），前部光源将光线正面射出光照强度高；后部光源将光线投向背面的建筑物形成泛光，泛光透过光伏发电单元与前部光源呼应形成前部光源的背景光，光照强度弱，使整个光伏玻璃发光模组的光照效果凸显前后景深的视觉立体感。光伏发电单元为透明或半透明光伏玻璃，LED发光单元为RGB LED灯，LED驱动单元可以根据如上所述的基于光伏发电的亮化方法点亮LED发光单元。

根据本发明提供的方案，通过将光伏发电单元和LED发光单元集成为一个光伏发光组件，既能够充分利用太阳能产生的电能实现自主发光运行，提高亮化系统的环保型；又能通过交互终端实现交互式亮化，提高亮化系统的交互性、趣味性和个性化定制，增加了亮化系统的应用场景，有利于提升用户体验。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。

因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种基于光伏发电的亮化系统，其特征在于，包括多个光伏模组、光伏发电控制模块、发光控制模块和储能模块，所述光伏模组包括光伏发电单元、LED发光单元和LED驱动单元，所述光伏发电控制模块的一端分别与所述多个光伏发电单元和LED驱动单元连接，所述光伏发电控制模块的另一端与所述储能模块连接，所述光伏发电控制模块适于将光伏发电单元生成的电能储存到所述储能模块中，还适于将储能模块中存储的电能输送给所述发光控制模块和所述LED驱动单元；所述发光控制模块与所述LED驱动单元连接，适于按照预设灯光控制程序或自定义灯光控制程序控制多个光伏模组中的LED驱动单元驱动对应的LED发光单元发光。

2.根据权利要求1所述的亮化系统，其特征在于，所述LED发光单元包括分别集成设置在所述光伏发电单元两侧的第一LED发光单元和第二LED发光单元，所述光伏发电单元为透明或半透明光伏玻璃，所述LED发光单元为RGB LED灯。

3.根据权利要求1所述的亮化系统，其特征在于，所述亮化系统包括交互终端和云端服务器，所述交互终端和云端服务器通过网络连接，所述云端服务器与所述发光控制模块网络连接，所述交互终端用于将用户在交互设计界面上选择的预设发光图案或自定义发光图案上传到所述云端服务器；所述云端服务器适于获取交互终端上传的发光图案，并将所述发光图案转换为灯光控制程序发送给所述发光控制模块。

4.根据权利要求3所述的亮化系统，其特征在于，所述交互终端为手机、平板电脑或远程计算设备，所述交互终端提供发光图案交互设计界面。

5.根据权利要求3所述的亮化系统，其特征在于，所述发光控制模块包括路由器、计算设备和LED灯光控制器，所述计算设备通过所述路由器与所述云端服务器进行数据通信，所述计算设备适于运行所述云端服务器发送的灯光控制程序，所述LED灯光控制器与所述LED驱动单元连接，所述LED灯光控制器适于根据灯光控制程序控制每个光伏模组的发光状态。

6.根据权利要求5所述的亮化系统，其特征在于，所述LED灯光控制器与所述多个LED驱动单元中的任意一个相连，所述多个LED驱动单元通过数据线相互连接。

7.根据权利要求5所述的亮化系统，其特征在于，所述多个光伏模组矩阵排列，适于按照所述LED灯光控制器的灯光控制程序指令形成具有预设发光图案或自定义发光图案的发光幕墙。

8.根据权利要求1所述的亮化系统，其特征在于，所述亮化系统还包括逆变模块，所述逆变模块适于将储能模块中储存的直流电转变为交流电并入电网中。

9.一种基于光伏发电的亮化方法，适于在服务器中执行，其特征在于，所述方法包括：

接收用户在交互终端上传的发光图案；

将所述发光图案转换为灯光控制程序；

将所述灯光控制程序发送给LED灯光控制器，以便所述LED灯光控制器按照所述灯光控制程序控制多个光伏模组中的LED驱动单元驱动对应的LED发光单元发光，使矩阵排列的多个光伏模组形成具有发光图案的发光幕墙。

10.一种光伏发光组件，其特征在于，包括多个矩阵排列的光伏模组，每个光伏模组包括光伏发电单元、LED发光单元和LED驱动单元，所述LED发光单元包括分别设置于所述光伏发电单元两侧的第一LED发光单元和第二LED发光单元，所述光伏发电单元为透明或半透明光伏玻璃，所述LED发光单元为RGB LED灯，所述LED驱动单元适于根据如权利要求9所述的基于光伏发电的亮化方法点亮所述LED发光单元，以形成具有发光图案的发光幕墙。

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