[發(fā)明專利]一種自維持可調(diào)長度和角度的光伏外遮陽裝置及調(diào)控方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410355549.2
• 申請(qǐng)日: 2014-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN104090587A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喻偉;李百戰(zhàn);張明;曾凡芝;李信儀;賈洪愿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D3/12
• 分類號(hào): G05D3/12
• 代理公司: 重慶大學(xué)專利中心 50201
• 代理人: 王翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬建筑材料類和太陽能利用領(lǐng)域,具體涉及一種可利用太陽能發(fā)電的外遮陽裝置(或稱光伏外遮陽系統(tǒng))。

背景技術(shù)

建筑能耗在總能耗中占有很大的比重，建筑能耗在很大一定程度上取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱效果。不管是冬季還是夏季，由于窗戶得熱或失熱而造成的負(fù)荷量比較大。夏季主要體現(xiàn)在太陽通過窗戶傳遞到室內(nèi)的熱量很多，如果沒有遮陽措施遮擋太陽輻射量，室內(nèi)的的熱負(fù)荷會(huì)極度增加，從而采用空調(diào)系統(tǒng)降溫會(huì)消耗更多的電能；同樣在冬季也會(huì)消耗很多的電能。

發(fā)展綠色節(jié)能建筑已成為建筑行業(yè)的一種趨勢(shì)，得到國家和政府的大力支持。通過以上分析可以看出，合理有效的安裝遮陽裝置可以明顯地減少建筑的負(fù)荷，從而降低能耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決發(fā)電效果和遮陽效果不能夠兼具的問題。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)效果，采用的方案是一種自維持可調(diào)長度和角度的光伏外遮陽控制方法：

包括一塊安裝在建筑物窗戶上方的遮陽光伏發(fā)電板。所述遮陽光伏發(fā)電板的一個(gè)邊鉸接在建筑物窗戶的上方。

還包括安裝在遮陽光伏發(fā)電板表面的光照強(qiáng)度感應(yīng)器和太陽角度追蹤器。

該自維持式光伏外遮陽裝置中遮陽光伏發(fā)電板所獲得的能量用于其自身的方位調(diào)節(jié)；

當(dāng)光照強(qiáng)度感應(yīng)器感應(yīng)到太陽光強(qiáng)度超過設(shè)定閾值時(shí)，太陽角度追蹤器獲取當(dāng)前太陽高度角Ψ。

設(shè)遮陽光伏發(fā)電板的長度為X、寬度為L，遮陽光伏發(fā)電板的遮陽面積為S。

S＝LX(cosα+sinαtanΨ)，通過用戶設(shè)定S的大小，計(jì)算出角度α。

調(diào)整遮陽光伏發(fā)電板的擺動(dòng)角度，使得遮陽光伏發(fā)電板與下方墻面的夾角為α。

值得說明的是，在遮陽裝置中外遮陽的效果最為明顯，因此本發(fā)明提出了可調(diào)節(jié)長度和角度的光伏外遮陽裝置。本發(fā)明不僅為建筑室內(nèi)環(huán)境起到遮陽的效果，并且安裝了遮陽光伏發(fā)電板，在遮陽的同時(shí)，還可以利用可再生新能源太陽能進(jìn)行發(fā)電，遮陽光伏發(fā)電板所獲得的能量用于其自身的方位調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自維持式調(diào)節(jié)，節(jié)能效果更加明顯。

本發(fā)明提供另外一種可以實(shí)現(xiàn)上述目的的自維持可調(diào)長度和角度的光伏外遮陽控制方法，包括一塊安裝在建筑物窗戶上方的遮陽光伏發(fā)電板。所述遮陽光伏發(fā)電板的通過球坐標(biāo)型機(jī)械手臂鉸接在建筑物窗戶的上方。

1)地球坐標(biāo)系中太陽位置計(jì)算：

建立包括k軸、i軸和j軸的地球坐標(biāo)系，地球坐標(biāo)系的原點(diǎn)Ο為地心，k軸是地球自轉(zhuǎn)軸，k軸指向北極，i-Ο-j平面是赤道平面，k-Ο-j始終為太陽的入射平面，太陽的緯度為γ，則太陽的位置表示為：

式中，太陽緯度1≤d≤365。d為天數(shù)。

安裝有所述裝置的建筑位于地球表面，在地球坐標(biāo)系中，該建筑所在地的表達(dá)式為：

式中，a為地球半徑，φ為建筑所在地和地心連線與k軸的夾角，φ與建筑所在地緯度N的關(guān)系為φ＝90゜－N，θ為建筑所在地和地心連線在赤道平面上的投影與i軸的夾角，ω為建筑所在地的太陽時(shí)角，θ與ω的關(guān)系為：θ＝90゜+ω，

將ω＝180°（T_s-12)/12代入θ＝90°+ω得：θ＝（T_s-6)π/12，

其中，T_s為建筑所在地的太陽時(shí)，計(jì)算公式為：

式中，“+”適用于西半球?！?”適用于東半球，式中，T_is為建筑所在地的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，單位為h。L_st為建筑所在地的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的緯度線，單位為゜。L_t為建筑所在地的緯度線，單位為゜。E為時(shí)差，單位為min，計(jì)算公式為：

E＝229.2(0.000075+0.001868cosb-0.0320775sinb-0.014615cos2b-0.04089sin2b)

式中，b＝(d-1)2π/365，1≤d≤365。

2)建筑所在地坐標(biāo)系中太陽位置計(jì)算：

以建筑所在地為原點(diǎn)，建立一個(gè)坐標(biāo)系s-e-u，其中，s軸為正南向，e軸為正東向，u軸為地心指向建筑所在地點(diǎn)的方向。

該坐標(biāo)系在s軸方向的單位矢量為：

該坐標(biāo)系在e軸方向的單位矢量為：

該坐標(biāo)系在u軸方向的單位矢量為：

在該坐標(biāo)系s-e-u中，太陽位置可表示為：

式中，太陽光線與s軸的夾角為ζ，計(jì)算公式為：

太陽光線與e軸的夾角為ξ，計(jì)算公式為：