CN203911852U - 一种可展屋面自向阳式太阳能利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能追踪及可展结构技术领域，尤其涉及一种可展屋面自向阳式太阳能利用系统，包括控制电路、多块太阳能屋面板、发电设备等；还包括太阳能屋面板移动导轨和太阳能屋面板驱动装置；太阳能屋面板与太阳能屋面板移动导轨滑动连接；太阳能屋面板包括外框、内框和太阳能板，三者自外而内层层相套，外框与内框、内框与太阳能板的转轴正交于几何中心；还包括太阳光追踪装置，追踪装置内置与内、外框架内部。本实用新型工作时由驱动装置驱动在导轨上逐渐展开和闭合，即达到可展屋面的目的，极大改善了建筑物的采光及通风，实现了大型公用建筑降低能耗，提高室内环境品质的预期功能，为发展绿色建筑提供了一种新的技术支撑。

Description

一种可展屋面自向阳式太阳能利用系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能追踪及可展结构技术领域，尤其涉及一种可展屋面自向阳式太阳能利用系统。

背景技术

随着我国综合国力的不断提升，人们的生活水平日益改善，目前人们的需求已经不仅仅是解决温饱问题，而是生活品质的提升。但经济迅速的快速发展带来的环境问题已经开始影响人们的生活质量，另一方面随着传统能源，如石油、天然气、煤炭等资源的日益枯竭，人们开始致力于新能源的开发和利用，而太阳能作为清洁、可持续的能源，具有巨大的市场和应用前景。

目前国家致力于全面建设小康社会，为丰富人民群众精神文明生活，大型体育场馆的建设在国内方兴未艾，如鸟巢、国家大剧院等。类似大型体育场馆的建设，在促进体育事业发展，提高民众身体素质的同时，其能源的消耗也是巨大的。但同时我们注意到，这些体育场馆的建筑面积往往很大，可以利用其建筑屋面进行太阳能发电。而目前，国内外太阳能屋面均将太阳能板静态固定于屋面，由于太阳的高度角和方位角随季节及时辰的更迭不断变化，并不能高效地利用太阳能。如何将太阳能追踪技术与现代建筑技术相结合，以提高建筑屋面太阳能板发电效率，这是本实用新型的关注点之一。

此外，大型体育场馆等公用建筑往往具有复杂的功能要求，其室内空气流通、温度、湿度的调整与保持往往也需要巨大的能源。张合屋面是一种较新颖的建筑结构技术，它可以根据室外气象变化及室内环境要求灵活的对屋面进行开启和闭合。国内，如鄂尔多斯体育馆、南通体育馆，厦门奥林匹克中心，通过采用不同形式的张合屋面技术，使观看条件和舒适度得到了极大的改进。但同时我们注意到，这些具有张合功能的大跨屋面往往由于技术的限制，不能安装太阳能板，从而大大减少了太阳能发电的有效途径。

如能将先进的可展结构建筑技术与太阳能追踪系统结合起来并加以利用，一方面，可以使跨度结构屋面自由张合，满足建筑内在功能及舒适性的要求；同时能利用太阳能高效率的发电，在一定程度上弥补大型公共建筑能源消耗过多的不足。这是一个具有较高工程应用价值的系统工程，也是此实用新型的研究重点和核心技术。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种将张合屋面技术和太阳能追踪技术相结合的新型建筑可展屋面自向阳式太阳能利用系统。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种可展屋面自向阳式太阳能利用系统，包括控制电路、多块太阳能屋面板、发电设备和通过导线与发电设备相连的蓄电池；还包括太阳能屋面板移动导轨和太阳能屋面板驱动装置；所述太阳能屋面板与太阳能屋面板移动导轨滑动连接；所述太阳能屋面板包括外框、内框和太阳能板，三者自外而内层层相套，所述外框与内框、内框与太阳能板的转轴正交于几何中心；所述太阳能屋面板驱动装置包括安装在外框和内框上的电机及电机驱动系统；还包括太阳光追踪装置，所述追踪装置内置与内、外框架内部。

上述技术方案，所述外框外侧长边内安有外框电机及外框电机驱动系统，内侧长边上安有外框C形开关；所述外框电机和外框C形开关与内框通过轴相连。

上述技术方案，所述外框外侧长边左右两端均装有外框滚轮，所述外框和外框滚轮通过外框连接转轴连接；所述导轨内侧还设有传送带，所述外框滚轮设置在导轨的传送带上；所述外框短边中部还装有可转动外框支架，外框支架另一端通过支架滚轮与导轨滚动连接。

上述技术方案，所述传送带起始端的导轨一端开口，另一端设有挡板；所述导轨上还设有斜坡，所述斜坡设置在导轨中部；所述导轨内侧传送带起始端上部还设有头部接触开关；导轨中部内侧传送带尾部上端设有中部接触开关，所述外框滚轮内侧后部设有突起，所述突起和中部接触开关与导轨之间的距离相同。

上述技术方案，所述内框上一侧长边上安有内框电机及内框电机驱动系统，另一侧长边上安有内框C形开关；所述内框电机和内框C形开关与太阳能板通过轴相连。

上述技术方案，所述太阳能板四边上各设有一个光敏电阻，所述光敏电阻将光信号转换成灵敏的电信号，所述太阳能追踪装置以此控制内置于屋面内外框架内的电机驱动外框和内框实现准确向阳。

上述技术方案，所述导轨下部还设有容纳盒，所述容纳盒下部设有引出电线、传动皮带及电线容纳盒；所述引出电线下部与蓄电池相连，所述传动皮带一端与控制电路输出端相连，另一端与导轨上的传动齿轮相连。

上述技术方案，所述控制电路包括依次相连的步进电机 、步进电机驱动器、步进电机控制器、电源、开关；所述传动皮带一端设置在步进电机上，所述控制电路通过传动皮带控制导轨上的传动齿轮和传送带，并控制外框滚轮的运动。

上述技术方案，所述控制电路中开关依次包括展开开关、向阳开关、复位开关和收回开关；所述展开开关、向阳开关、复位开关、收回开关分别控制太阳能屋面板的展开、向阳、复位和收回四个动作。

上述技术方案，所述外框C形开关和内框C形开关相同，所述外框C形开关包括开关轴、滑头与C形片，开关轴穿过滑头与C形片，并位于滑头和C形片中心位置，所述开关轴与滑头固定连接，开关轴与C形片转动连接，滑头设置在C形片上方，且与C形片滑动连接。

采用上述技术方案后，本实用新型具有以下积极的效果：

与现有静态太阳板发电技术和单纯可展结构技术相比，本实用新型在使建筑屋面进行张合，以满足采光、通风等室内环境要求的同时；可最大限度提高太阳能发电的效率，降低建筑物能耗。

为达到此目的，实用新型团队将一种太阳光自动追踪装置与张合屋面技术相结合，设计制作了可展屋面自向阳式太阳能利用系统装置。该装置由太阳能屋面板、发电设备及驱动装置构成。太阳能屋面板由外框、内框、太阳能板构成，三者自外而内层层相套，外框与内框、内框与太阳能板的转轴正交与几何中心，追踪装置及部分控制开关内置于框架之中。这种类似于万向节的机构可以使太阳能板360度旋转，准确追踪并保持与阳光垂直，最大效率利用太阳能。太阳能屋面板在工作时由驱动装置驱动在导轨上逐渐展开和闭合，即达到可展屋面的目的，极大改善了建筑物的采光及通风。

由上述技术方案可看出，可展屋面自向阳式太阳能利用系统，将张合结构技术与太阳能自动追踪技术相结合，通过驱动设备与电路系统的复合设计，实现了大型公用建筑降低能耗，提高室内环境品质的预期功能，为发展绿色建筑提供了一种新的技术支撑。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1 为本实用新型立体图；

图2为本实用新型闭合过程示意图；

图3为本实用新型第一展开过程示意图；

图4为本实用新型第二展开过程示意图；

图5为本实用新型展开向阳示意图；

图6 为本实用新型支架详图；

图7为本实用新型C型开关复位动作进行时示意图；

图8为本实用新型C型开关复位动作完成时示意图；

图9 为本实用新型太阳能板横剖面图；

图10 为本实用新型电路图；

图中1、外框

1-1、外框电机                 1-2、外框C形开关

1-3、外框滚轮                 1-4、外框支架

1-5、外框连接转轴

2、内框

2-1、内框电机                 2-2、内框C形开关

3、太阳能板

3-1、光敏电阻

4、导轨

4-1、传送带           4-2-1、中部接触开关

4-2-2、头部接触开关

5、容纳盒

5-1、引出电线                    5-2、传动皮带

5-3、电线容纳盒

6、蓄电池

7、控制电路

7-1、步进电机                     7-2、步进电机驱动器

7-3、步进电机控制器               7-4、电源

7-5、开关。

具体实施方式

（实施例1）

有关本实用新型的详细说明及技术内容，配合说明如下，然而所附附图仅供参考与说明用，并非对本实用新型加以限制。 

参照图1至图10，本实用新型可展屋面自向阳式太阳能利用系统，包括控制电路、多块太阳能屋面板、发电设备和通过导线与发电设备相连的蓄电池；还包括太阳能屋面板移动导轨和太阳能屋面板驱动装置；所述太阳能屋面板与太阳能屋面板移动导轨滑动连接；太阳能屋面板包括外框1、内框2和太阳能板3，三者自外而内层层相套，外框1与内框2、内框2与太阳能板3的转轴正交于几何中心；太阳能屋面板驱动装置包括安装在外框1和内框2上的电机及电机驱动系统；还包括太阳光追踪装置，追踪装置内置与内、外框架内部。

优选地，外框1外侧长边内安有外框电机1-1及外框电机驱动系统，内侧长边上安有外框C形开关1-2；外框电机1-1和外框C形开关1-2与内框2通过轴相连。

优选地，外框1外侧长边左右两端均装有外框滚轮1-3，外框1和外框滚轮1-3通过外框连接转轴1-5连接；导轨4内侧还设有传送带4-1，外框滚轮1-3设置在导轨4的传送带4-1上；外框1短边中部还装有可转动外框支架1-4，外框支架1-4另一端通过支架滚轮1-4-1与导轨4滚动连接。

优选地，传送带4-1起始端的导轨4一端开口，另一端设有挡板；导轨4上还设有斜坡，斜坡设置在导轨4中部；导轨4内侧传送带4-1起始端上部还设有头部接触开关4-2-2；导轨4中部内侧传送带4-1尾部上端设有中部接触开关4-2-1，外框滚轮1-3内侧后部设有突起，突起和中部接触开关4-2-1与导轨4之间的距离相同。

优选地，内框2上一侧长边上安有内框电机2-1及内框电机驱动系统，另一侧长边上安有内框C形开关2-2；内框电机2-1和内框C形开关2-2与太阳能板3通过轴相连，参加横剖面图9。

优选地，太阳能板3四边上各设有一个光敏电阻3-1，光敏电阻3-1将光信号转换成灵敏的电信号，太阳能追踪装置以此控制内置于屋面内外框架内的电机驱动外框1和内框2实现准确向阳。

优选地，导轨下部还设有容纳盒5，容纳盒5下部设有引出电线5-1、传动皮带5-2及电线容纳盒5-3；引出电线5-1下部与蓄电池6相连，传动皮带5-2一端与控制电路输出端相连，另一端与导轨4上的传动齿轮相连。

优选地，控制电路7包括依次相连的步进电机7-1 、步进电机驱动器7-2、步进电机控制器7-3、电源7-4、开关7-5；传动皮带5-2一端设置在步进电机7-1上，控制电路7通过传动皮带5-2控制导轨4上的传动齿轮和传送带4-1，并控制外框滚轮1-3的运动。

优选地，控制电路中开关7-5依次包括展开开关、向阳开关、复位开关和收回开关；展开开关、向阳开关、复位开关、收回开关分别控制太阳能屋面板的展开、向阳、复位和收回四个动作。

优选地，外框C形开关1-2和内框C形开关2-2相同，外框C形开关1-2包括开关轴1-1-3、滑头1-1-2与C形片1-1-1，开关轴1-1-3穿过滑头1-1-2与C形片1-1-1，并位于滑头1-1-2和C形片1-1-1中心位置，开关轴1-1-3与滑头1-1-2固定连接，开关轴1-1-3与C形片1-1-1转动连接，滑头1-1-2设置在C形片1-1-1上方，且与C形片1-1-1滑动连接。

本实用新型可展屋面自向阳式太阳能利用系统工作过程共包括太阳能屋面展开、太阳能板追踪、太阳能板复位和太阳能屋面收回四个过程，具体如下：

太阳能屋面展开过程：见图1，以简单的4块太阳能屋面板为例，整个装置由下部控制电路7控制，打开“展开”开关（详细电路图见图10），步进电机7-1驱动装置开始工作，通过传送带4-1转动带动太阳能屋面板展开，外框1前部滚轮沿斜坡滚下，见图2，屋面板由水平略微倾斜，见图3当前部滚轮1-3移动到导轨4顶端被“顶住”，电机继续驱动，此时屋面板会被撑起，见图4，当撑起到位后，后部外框滚轮1-3的突起（前部没有）碰到中部接触开关4-2-1，控制电路7发出“停止”信号，电机停止。

太阳能板追踪过程：切换到“向阳”开关，追踪系统电路接通，开始工作。太阳能板3四边上的四个光敏电阻3-1将光信号转换成灵敏的电信号，追踪系统以此控制内置于屋面内外框架的电机实现准确“向阳”,随着太阳的移动，太阳能板一直与阳光垂直，保持发电效率最大，参见图5 。

太阳能板复位过程：当工作结束后，切换到“复位”开关，见图10，追踪系统电路断开，电源7-4直接控制内外框架的电机开始复位（由于屋面实际工作时由于建筑物位置固定，太阳能板向阳旋转的方向是一定的，故可直接反接电源7-4让电机反向转动实现复位)，内置于框架中的内框C形开关2-2可以控制太阳能板与框架在同一水平面时令电机停止。C形开关的开关轴1-1-3与1-1-2固定，再与太阳能板3固定，三者一起旋转，见图7，滑头在C形片1-1-1上滑动，二者接在复位电路中，保持复位电路接通，电机转动，进行复位动作；见图8，当滑头移动到C形片开口处，滑头和C形片断开，电路断开，此时太阳能板边轴线与内框边轴线平行，完成复位动作。内框2与外框1同理。

太阳能屋面收回过程：接下来开关切换到“闭合”开关，见图10，控制电路7发出“反转”信号，步进电机7-1反向驱动太阳能屋面板收回，当到位后再次通过另一个接触开关4-2-2，控制电路发出“停止”信号使电机停止，工作结束。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可展屋面自向阳式太阳能利用系统，包括控制电路、多块太阳能屋面板、发电设备和通过导线与发电设备相连的蓄电池；其特征在于：还包括太阳能屋面板移动导轨和太阳能屋面板驱动装置；所述太阳能屋面板与太阳能屋面板移动导轨滑动连接；所述太阳能屋面板包括外框(1)、内框(2)和太阳能板(3)，三者自外而内层层相套，所述外框(1)与内框(2)、内框(2)与太阳能板(3)的转轴正交于几何中心；所述太阳能屋面板驱动装置包括安装在外框(1)和内框(2)上的电机及电机驱动系统；还包括太阳光追踪装置，所述追踪装置内置于内、外框架内部。 

2.根据权利要求1所述的可展屋面自向阳式太阳能利用系统，其特征在于：所述外框(1)外侧长边内安有外框电机(1-1)及外框电机驱动系统，内侧长边上安有外框C形开关(1-2)；所述外框电机(1-1)和外框C形开关(1-2)与内框(2)通过轴相连。 

3.根据权利要求2所述的可展屋面自向阳式太阳能利用系统，其特征在于：所述外框(1)外侧长边左右两端均装有外框滚轮(1-3)，所述外框(1)和外框滚轮(1-3)通过外框连接转轴(1-5)连接；所述导轨(4)内侧还设有传送带(4-1)，所述外框滚轮(1-3)设置在导轨(4)的传送带(4-1)上；所述外框(1)短边中部还装有可转动外框支架(1-4)，外框支架(1-4)另一端通过支架滚轮(1-4-1)与导轨(4)滚动连接。 

4.根据权利要求3所述的可展屋面自向阳式太阳能利用系统，其特征在于：所述传送带(4-1)起始端的导轨(4)一端开口，另一端设有挡板；所述导轨(4)上还设有斜坡，所述斜坡设置在导轨(4)中部；所述导轨(4)内侧传送带(4-1)起始端上部还设有头部接触开关(4-2-2)；导轨(4)中部内侧传送带(4-1)尾部上端设有中部接触开关(4-2-1)，所述外框滚轮(1-3)内侧后部设有突起，所述突起和中部接触开关(4-2-1)与导轨(4)之间的距离相同。 

5.根据权利要求1所述的可展屋面自向阳式太阳能利用系统，其特征在于：所述内框(2)上一侧长边上安有内框电机(2-1)及内框电机驱动系统，另一侧长边上安有内框C形开关(2-2)；所述内框电机(2-1)和内框C形开关(2-2)与太阳能板(3)通过轴相连。 

6.根据权利要求1所述的可展屋面自向阳式太阳能利用系统，其特征在于：所述太阳能板(3)四边上各设有一个光敏电阻(3-1)，所述光敏电阻(3-1)将光信号转换成灵敏的电信号，所述太阳光追踪装置以此控制内置于屋面内外框架内的电机驱动外框(1)和内框(2)实现准确向阳。 

7.根据权利要求1所述的可展屋面自向阳式太阳能利用系统，其特征在于：所述导轨下部还设有容纳盒(5)，所述容纳盒(5)下部设有引出电线(5-1)、传动皮带(5-2)及电线容纳盒(5-3)；所述引出电线(5-1)下部与蓄电池(6)相连，所述传动皮带(5-2)一端与控制电路输出端相 连，另一端与导轨(4)上的传动齿轮相连。 

8.根据权利要求7所述的可展屋面自向阳式太阳能利用系统，其特征在于：所述控制电路(7)包括依次相连的步进电机(7-1)、步进电机驱动器(7-2)、步进电机控制器(7-3)、电源(7-4)、开关(7-5)；所述传动皮带(5-2)一端设置在步进电机(7-1)上，所述控制电路(7)通过传动皮带(5-2)控制导轨(4)上的传动齿轮和传送带(4-1)，并控制外框滚轮(1-3)的运动。 

9.根据权利要求8所述的可展屋面自向阳式太阳能利用系统，其特征在于：所述控制电路中开关(7-5)依次包括展开开关、向阳开关、复位开关和收回开关；所述展开开关、向阳开关、复位开关、收回开关分别控制太阳能屋面板的展开、向阳、复位和收回四个动作。 

10.根据权利要求1～9任一项权利要求所述的可展屋面自向阳式太阳能利用系统，其特征在于：所述外框C形开关(1-2)和内框C形开关(2-2)相同，所述外框C形开关(1-2)包括开关轴(1-1-3)、滑头(1-1-2)与C形片(1-1-1)，开关轴(1-1-3)穿过滑头(1-1-2)与C形片(1-1-1)，并位于滑头(1-1-2)和C形片(1-1-1)中心位置，所述开关轴(1-1-3)与滑头(1-1-2)固定连接，开关轴(1-1-3)与C形片(1-1-1)转动连接，滑头(1-1-2)设置在C形片(1-1-1)上方，且与C形片(1-1-1)滑动连接。