本發(fā)明涉及建筑太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種抗風(fēng)太陽能屋頂。
背景技術(shù):
隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)和對綠色低碳替代能源的日益重視,太陽能的開發(fā)和利用也將成為未來的主要清潔能源之一,太陽能電池板(Solar panel)是通過吸收太陽光,將太陽輻射能通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接或間接轉(zhuǎn)換成電能的裝置,相對于普通電池和可循環(huán)充電電池來說,太陽能電池屬于更節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)品。曾有全國政協(xié)委員在全國政協(xié)會議上提交一份有關(guān)建議城市高層建筑合理利用太陽能的提案。由于現(xiàn)代城市以多層和高層住宅為主,并且高層建筑越來越多,越來越高,目前全國總能耗中有30%以上是建筑能耗,顯然太陽能的利用是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能減排目標(biāo)的有效手段。但目前高層建筑利用太陽能電池板建造的太陽能屋頂?shù)目傮w利用率不高,普遍存在著防雨、防風(fēng)等安全隱患,現(xiàn)有的太陽能電池板及其光伏組件安裝方式不能夠抵御強(qiáng)風(fēng)的吹襲,很容易出現(xiàn)太陽能電池板由于大風(fēng)的外力作用使得電池板松脫甚至損壞的現(xiàn)象,造成安全隱患。因此開發(fā)和推廣適合高層建筑、高密度住宅的抗風(fēng)式太陽能屋頂、利用太陽能資源是節(jié)能環(huán)保工作的當(dāng)務(wù)之急。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷和問題,本發(fā)明提供一種抗風(fēng)太陽能屋頂,包括光伏組件和架設(shè)在屋頂上用于支撐光伏組件的支座。其中浮動光伏組件通過連桿連接位于支座內(nèi)的卡塊,在屋頂風(fēng)力作用下光伏組件拉動連桿移動,發(fā)生上浮動作,使得浮動光伏組件與支座上表面之間產(chǎn)生能夠過風(fēng)的空隙。本發(fā)明大大減少了屋頂電池板的風(fēng)阻,顯著降低了由于外界風(fēng)力導(dǎo)致光伏組件松脫甚至損壞的故障率,延長太陽能電池板的使用壽命。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
抗風(fēng)太陽能屋頂,包括設(shè)置在屋頂上的由多個(gè)光伏組件構(gòu)成的太陽能電池板;所述光伏組件包含間隔排列的浮動光伏組件和固定光伏組件;當(dāng)風(fēng)經(jīng)過太陽能電池板時(shí)對浮動光伏組件產(chǎn)生的升力小于等于該浮動光伏組件在與升力相反的方向上受到的力時(shí),太陽能電池板處于第一狀態(tài),所述固定光伏組件的上表面和與其相鄰的浮動光伏組件的上表面處于同一平面;當(dāng)風(fēng)經(jīng)過太陽能電池板時(shí)對浮動光伏組件產(chǎn)生的升力大于該浮動光伏組件在與升力相反的方向上受到的力時(shí),太陽能電池板處于第二狀態(tài),浮動光伏組件上浮以允許來自固定光伏組件上表面的風(fēng)通過與之相鄰的浮動光伏組件的下方。
所述浮動光伏組件通過長度可變的伸縮支座與屋頂連接,所述固定光伏組件通過長度固定的固定支座與屋頂連接。
所述伸縮支座包含支座外殼、連桿、擋板和支座底板;所述支座底板固定在屋頂上;所述支座外殼的下端固定在所述支座底板上;所述擋板中部具有通孔;所述擋板設(shè)置于所述支座外殼的上端,并且與所述支座外殼圍合構(gòu)成上表面留有通孔的腔體;所述連桿穿過所述擋板的通孔,所述連桿上端與浮動光伏組件的下表面固定連接,所述連桿下端具有位于所述腔體內(nèi)并能夠在所腔體內(nèi)上下移動的卡塊,所述連桿的橫截面尺寸小于所述通孔的尺寸以允許所述連桿在所述通孔內(nèi)滑動,所述卡塊的尺寸大于所述通孔的尺寸以防止所述卡塊通過所述通孔。
所述伸縮支座具有鎖緊裝置,當(dāng)鎖緊裝置處于未鎖緊狀態(tài)時(shí),所述伸縮支座長度可變,用于安置浮動光伏組件;當(dāng)鎖緊裝置處于鎖緊狀態(tài)時(shí),所述伸縮支座長度固定并轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ㄖё?,用于安置固定光伏組件。
所述伸縮支座具有套接在連桿上且位于腔體內(nèi)部的彈簧,所述彈簧的上端與所述擋板連接,所述彈簧的下端與所述卡塊連接。
當(dāng)所述太陽能電池板處于第一狀態(tài)時(shí),所述彈簧處于拉伸狀態(tài),用于減小所述浮動光伏組件在與升力相反的方向上受到的力。
當(dāng)所述太陽能電池板處于第一狀態(tài)時(shí),所述卡塊下表面與所述支座底板之間留有空間。
所述擋板上表面具有彈性墊片,用于緩沖浮動光伏組件對支座的沖擊。
一種用于太陽能屋頂?shù)目癸L(fēng)方法,包括:
S100,提供根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的抗風(fēng)太陽能屋頂;
S200,將浮動光伏組件和固定光伏組件間隔設(shè)置在屋頂上。
在一些實(shí)施方式中,在S200中,所述固定光伏組件通過鎖緊裝置處于鎖緊狀態(tài)的伸縮支座固定在屋頂上;
并且所述方法還包括:
S300,在設(shè)定時(shí)間后,將S200中的浮動光伏組件的伸縮支座的鎖緊裝置從未鎖緊狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殒i緊狀態(tài)使得相應(yīng)的浮動光伏組件轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ü夥M件;和/或,將S200中的固定光伏組件的伸縮支座的鎖緊裝置從鎖緊狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲存i緊狀態(tài)使得相應(yīng)的固定光伏組件轉(zhuǎn)變?yōu)楦庸夥M件。
進(jìn)一步地,所述固定光伏組件和浮動光伏組件皆是規(guī)則形狀,兩種光伏組件外形可以相同或不同。每個(gè)光伏組件在所述第一狀態(tài)下完全覆罩其下方的擋板。
進(jìn)一步地,所述彈簧的上端與所述擋板之間設(shè)有套接在所述連桿上的墊片;所述彈簧的下端與所述卡塊之間設(shè)有套接在所述連桿上的墊片。本發(fā)明技術(shù)效果:
1、本發(fā)明通過實(shí)現(xiàn)太陽能電池板在屋頂風(fēng)力作用下與支座之間產(chǎn)生相對位移,進(jìn)而在光伏組件與支座之間騰出能夠過風(fēng)的空隙,使得來自固定光伏組件上表面的風(fēng)能夠通過與之相鄰的浮動光伏組件的下方。大大減少了屋頂上的強(qiáng)風(fēng)對光伏組件以及電池板的阻力,顯著降低了由于外界風(fēng)力導(dǎo)致光伏組件松脫甚至損壞的故障率,提高了使用太陽能電池板的安全性。
2、由于本發(fā)明主要是通過浮動光伏組件有益疏導(dǎo)屋頂大風(fēng)來實(shí)現(xiàn)抗風(fēng)的效果,有效地減少風(fēng)阻,因此能夠延長電池板和太陽能電池板的使用壽命。
3、更進(jìn)一步,當(dāng)風(fēng)經(jīng)過太陽能電池板時(shí)對浮動光伏組件產(chǎn)生的升力大于該浮動光伏組件在與升力相反的方向上受到的力時(shí),對于浮動光伏組件而言,下方空間增大,阻力減小,由此通過浮動光伏組件上方和下方的風(fēng)速接近,升力也隨之減??;對于固定光伏組件而言,周邊浮動組件上浮,增加了阻力,減小了通過固定光伏組件上方的風(fēng)速,同時(shí)周邊浮動組件上浮產(chǎn)生的空隙使得固定光伏組件下方的風(fēng)速增加,也就是說通過固定光伏組件上方和下方的風(fēng)速接近,升力也隨之減?。挥纱吮苊饬松夥M件的損害。
4、本發(fā)明中的卡塊下表面與支座底板之間留有空間,加之將擋板設(shè)計(jì)為由彈性材料制成,有效地減少了太陽能電池板在屋頂刮風(fēng)狀態(tài)下與支座的接觸摩擦,起到了減震降噪的良好效果。
5、本發(fā)明設(shè)計(jì)巧妙,制作簡潔,成本低廉,有助于大范圍推廣使用。
附圖說明
圖1是本發(fā)明抗風(fēng)太陽能屋頂實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是無強(qiáng)風(fēng)狀態(tài)下圖1的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是強(qiáng)風(fēng)狀態(tài)下圖2的狀態(tài)變化示意圖。
圖4是本發(fā)明抗風(fēng)太陽能屋頂實(shí)施例的固定光伏組件在無風(fēng)或有風(fēng)狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明抗風(fēng)太陽能屋頂實(shí)施例的浮動光伏組件在有風(fēng)狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明:
1—屋頂、2—光伏組件、3—擋板、4—連桿、5—通孔、6—支座外殼、7—彈簧、8—卡塊、9—支座底板。
具體實(shí)施方式
目前高層建筑或普通屋頂所使用的太陽能電池板往往不能夠抵御強(qiáng)風(fēng)的吹襲,很容易出現(xiàn)太陽能電池板由于大風(fēng)的外力使得光伏組件松脫甚至損壞的現(xiàn)象,造成安全隱患。解決此類問題的常用方法通常選擇加固光伏組件支座或支腳或者嚴(yán)格控制強(qiáng)風(fēng)地域的太陽能電池板的使用數(shù)量,諸多方法通常沒有從根本上減少屋頂強(qiáng)風(fēng)對光伏組件的破壞阻力,只是阻風(fēng),沒有做到有益疏導(dǎo),治標(biāo)不治本。本發(fā)明提供一種抗風(fēng)太陽能屋頂,本發(fā)明結(jié)合發(fā)明人長期觀測,從屋頂上光伏組件受到的向上浮力(或者升力)角度思考,由于風(fēng)通過光伏組件下表面的風(fēng)速較低、壓力較高而風(fēng)通過光伏組件上表面的風(fēng)速較高、壓力較低,二者的壓力差便形成了類似于飛機(jī)起飛時(shí)所受到的一種升力。為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解,下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
抗風(fēng)太陽能屋頂,包括設(shè)置在屋頂上的由多個(gè)光伏組件(2)構(gòu)成的太陽能電池板;光伏組件包含間隔排列的浮動光伏組件和固定光伏組件;當(dāng)風(fēng)經(jīng)過太陽能電池板時(shí)對浮動光伏組件產(chǎn)生的升力小于等于該浮動光伏組件在與升力相反的方向上受到的力時(shí),太陽能電池板處于第一狀態(tài),所述固定光伏組件的上表面和與其相鄰的浮動光伏組件的上表面處于同一平面;當(dāng)風(fēng)經(jīng)過太陽能電池板時(shí)對浮動光伏組件產(chǎn)生的升力大于該浮動光伏組件在與升力相反的方向上受到的力時(shí),太陽能電池板處于第二狀態(tài),浮動光伏組件上浮以允許來自固定光伏組件上表面的風(fēng)通過與之相鄰的浮動光伏組件的下方。
通常屋頂上無風(fēng)狀態(tài)屬于第一狀態(tài),此時(shí)浮動光伏組件和固定光伏組件皆保持原始的靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)屋頂有風(fēng)吹過,浮動光伏組件與固定光伏組件的狀態(tài)出現(xiàn)了區(qū)別。浮動光伏組件在風(fēng)力的作用下向上浮動,與支座之間騰出空間,使得來自固定光伏組件上表面的風(fēng)能夠通過與之相鄰的浮動光伏組件的下方。參照附圖:圖1示出了本發(fā)明提供的太陽能電池板的組合裝置,固定在屋頂(1)上的多個(gè)光伏組件按照一定次序排列安裝,為了便于理解,將每個(gè)光伏組件標(biāo)有不同數(shù)字,即圖1中的每個(gè)小方框代表一塊光伏組件。其中,一種實(shí)施方式為,數(shù)字2、4、6、8代表浮動光伏組件,1、3、5、7、9代表固定光組件,兩種光伏組件組合成如圖1所示的整體太陽能電池板。進(jìn)一步地,參考圖5,光伏組件通過連桿連接位于支座內(nèi)的卡塊(8),浮動光伏組件在第二狀態(tài)下拉動連桿(4)向上移動,與支座之間產(chǎn)生相對位移,使得浮動光伏組件與支座上表面之間產(chǎn)生能夠過風(fēng)的空隙。通過實(shí)現(xiàn)光伏組件在屋頂風(fēng)力作用下與支座之間產(chǎn)生相對位移,進(jìn)而在光伏組件與支座之間騰出能夠過風(fēng)的空隙,大大減少了屋頂上的強(qiáng)風(fēng)對電池板的阻力,顯著降低了由于外界風(fēng)力導(dǎo)致電池板松脫甚至損壞的故障率,提高了使用光伏組件乃至太陽能電池板的安全性。
進(jìn)一步地,參考圖4,伸縮支座包含支座外殼(6)、連桿(4)、擋板(3)和支座底板(9),支座外殼(6)固定設(shè)置于所述支座底板(9)。支座外殼(6)的下端固定在支座底板(9)上;擋板中部具有通孔(5);擋板設(shè)置于支座外殼的上端,并且與所述支座外殼圍合構(gòu)成上表面留有通孔的腔體;連桿(4)穿過擋板(3)的通孔(5),連桿上端與浮動光伏組件的下表面固定連接,連桿下端具有位于腔體內(nèi)并能夠在所腔體內(nèi)上下移動的卡塊(8),連桿的橫截面尺寸小于通孔的尺寸以允許所述連桿在所述通孔內(nèi)移動,卡塊的尺寸大于通孔的尺寸以防止卡塊(8)通過通孔(5)。
進(jìn)一步地,所述浮動光伏組件通過長度可變的伸縮支座與屋頂(1)連接,固定光伏組件通過長度固定的固定支座與屋頂(1)連接。
根據(jù)本發(fā)明又一具體實(shí)施方式,伸縮支座具有鎖緊裝置,當(dāng)鎖緊裝置處于未鎖緊狀態(tài)時(shí),伸縮支座長度可變,用于安置浮動光伏組件;當(dāng)鎖緊裝置處于鎖緊狀態(tài)時(shí),所述伸縮支座長度固定并轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ㄖё?,用于安置固定光伏組件。
根據(jù)具體地域或風(fēng)力大小不同,可以靈活設(shè)計(jì)浮動光伏組件數(shù)量。如此一來,當(dāng)有強(qiáng)風(fēng)刮起時(shí),一部分光伏組件在風(fēng)力帶動下產(chǎn)生相對于支座的位移,另一部分光伏組件由于被鎖緊裝置固定住而無法產(chǎn)生運(yùn)動,這樣風(fēng)力就會分別從拉伸高度不同的太陽能電池板的周圍刮過,為強(qiáng)風(fēng)提供了充足的過風(fēng)空間,大大地減小了風(fēng)力對整體太陽能電池板屋頂?shù)淖饔昧Α8M(jìn)一步,在第二狀態(tài)時(shí),對于浮動光伏組件而言,下方空間增大,阻力減小,由此通過浮動光伏組件上方和下方的風(fēng)速接近,升力也隨之減??;對于固定光伏組件而言,周邊浮動組件上浮,增加了阻力,減小了通過固定光伏組件上方的風(fēng)速,同時(shí)周邊浮動組件上浮產(chǎn)生的空隙使得固定光伏組件下方的風(fēng)速增加,也就是說通過固定光伏組件上方和下方的風(fēng)速接近,升力也隨之減??;由此避免了升力對光伏組件的損害。
其中一種鎖緊裝置實(shí)施方式是先在卡塊上開有一個(gè)水平方向通孔,然后與之對應(yīng)在卡塊兩邊的支座外殼下端分別開設(shè)與卡塊上的通孔相貫通的能夠容納插銷的通孔,選用插銷將卡塊與橫穿支座外殼橫穿在一起,使得伸縮支座中的連桿無法產(chǎn)生相對于擋板的位移,此時(shí)鎖緊裝置處于鎖緊狀態(tài),達(dá)到固定伸縮支座長度并將其轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ㄖё哪康摹?/p>
進(jìn)一步地,伸縮支座具有套接在連桿上且位于腔體內(nèi)部的彈簧,彈簧的上端與擋板連接,彈簧的下端與卡塊連接。
進(jìn)一步地,當(dāng)太陽能電池板處于第一狀態(tài)時(shí),彈簧處于拉伸狀態(tài),用于減小所述浮動光伏組件在與升力相反的方向上受到的力。
根據(jù)本發(fā)明又一具體實(shí)施方式,在第一狀態(tài)下,當(dāng)彈簧長度較小,位于伸縮支座的腔體內(nèi)部的彈簧處于拉伸狀態(tài),產(chǎn)生作用于連桿的向上的支持力,抵消了光伏組件及連桿的部分重力。此時(shí)浮動光伏組件只需較小風(fēng)速產(chǎn)生的較小的升力即可向上浮動,從而很大程度地避免了吹向屋頂太陽能電池板的風(fēng)產(chǎn)生的升力對屋頂?shù)钠茐摹?/p>
根據(jù)本發(fā)明又一具體實(shí)施方式,在第一狀態(tài)下,當(dāng)彈簧長度較大,位于伸縮支座的腔體內(nèi)部的彈簧處于壓縮狀態(tài),產(chǎn)生作用于連桿的向下的拉力,與光伏組件及連桿的重力相疊加。此時(shí)浮動光伏組件需要在外界較大風(fēng)速產(chǎn)生的較大的升力才能夠向上浮動,進(jìn)而降低浮動光伏組件的動作頻率,有利于浮動光伏組件的減損降噪。至于選用哪種長度的彈簧,需要結(jié)合屋頂所處的不同地域、不同層高以及太陽能電池板所能夠承受的風(fēng)力等級范圍來實(shí)際做出判斷。
進(jìn)一步地,當(dāng)太陽能電池板處于第一狀態(tài)時(shí),卡塊下表面與所述支座底板之間留有空間。
所述擋板上表面具有彈性墊片,用于緩沖浮動光伏組件對支座的沖擊。
一種用于太陽能屋頂?shù)目癸L(fēng)方法,包括:
S100,提供根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的抗風(fēng)太陽能屋頂;
S200,將浮動光伏組件和固定光伏組件間隔設(shè)置在屋頂上。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于太陽能屋頂?shù)目癸L(fēng)方法,其中,
在S200中,所述固定光伏組件通過鎖緊裝置處于鎖緊狀態(tài)的伸縮支座固定在屋頂上;
并且所述方法還包括:
S300,在設(shè)定時(shí)間后,將S200中的浮動光伏組件的伸縮支座的鎖緊裝置從未鎖緊狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殒i緊狀態(tài)使得相應(yīng)的浮動光伏組件轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ü夥M件;和/或,將S200中的固定光伏組件的伸縮支座的鎖緊裝置從鎖緊狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲存i緊狀態(tài)使得相應(yīng)的固定光伏組件轉(zhuǎn)變?yōu)楦庸夥M件。
進(jìn)一步地,所述固定光伏組件和浮動光伏組件皆是規(guī)則形狀,兩種光伏組件外形可以相同或不同。每個(gè)光伏組件在所述第一狀態(tài)下完全覆罩其下方的擋板。
進(jìn)一步地,所述彈簧的上端與所述擋板之間設(shè)有套接在所述連桿上的墊片;所述彈簧的下端與所述卡塊之間設(shè)有套接在所述連桿上的墊片。
根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式,固定光伏組件被與之相對應(yīng)的擋板固定鎖住,也可以在浮動光伏組件的周圍,相鄰設(shè)置有1個(gè)或兩個(gè)或更多個(gè)與各自對應(yīng)支座固定連接的光伏組件。根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式,光伏組件與卡塊之間設(shè)置有套接在連桿上且位于支座內(nèi)部的彈簧(7)。此處彈簧的選擇范圍較廣,只要能夠滿足連桿拉伸時(shí)發(fā)生彈性形變即可,例如壓縮彈簧。進(jìn)一步地,彈簧(7)的一端連接擋板的位于支座內(nèi)部的下表面,另一端連接卡塊(8)的下表面。
根據(jù)本發(fā)明的又一具體實(shí)施方式,卡塊下表面與支座底板(9)之間留有空間。此處留有空間一方面為了減震防噪音,一方面為了支座內(nèi)部腔體的壓強(qiáng)不至于過大。
根據(jù)本發(fā)明的又一具體實(shí)施方式,擋板由彈性材料制成,能夠有效地減少了太陽能電池板在屋頂刮風(fēng)狀態(tài)下光伏組件與擋板上表面的接觸摩擦,起到了減震降噪的良好效果。
根據(jù)本發(fā)明的又一具體實(shí)施方式,彈簧(7)的上端與擋板之間設(shè)有套接在連桿上的墊片;彈簧的下端與卡塊之間設(shè)有套接在連桿上的墊片。這樣設(shè)計(jì)既對彈簧與擋板之間的接觸起到隔離緩沖左右,又能夠?qū)嚎s彈簧限位在擋板(3)下方的支座內(nèi)。同時(shí)起到緩沖、限位的作用。
根據(jù)本發(fā)明的又一具體實(shí)施方式,連桿可以包括長連桿或短連桿,與長連桿連接的光伏組件與擋板無接觸面,即使在無風(fēng)狀態(tài)下,光伏組件與擋板之間留有空間,空氣中的氣流能夠利用該空間通過整個(gè)太陽能電池板的組合裝置。與短連桿連接的光伏組件在無風(fēng)狀態(tài)下與所述擋板的上表面相貼合。圖4所示出的連桿屬于短連桿。
根據(jù)本發(fā)明的又一具體實(shí)施方式,根據(jù)擋板上表面的凸凹程度不同,含有短桿的電池板在無風(fēng)狀態(tài)下水平或傾斜放置時(shí),光伏組件下方與擋板的上表面或許會留有很小的縫隙。
為了使得太陽能電池板的吸熱率更高,本發(fā)明又一實(shí)施方式將太陽能電池板的板面設(shè)計(jì)為規(guī)則形狀,例如長方形或是正方形,也可以在特殊需求下設(shè)計(jì)為圓形,在無風(fēng)狀態(tài)下太陽能電池板將板體下方的擋板上表面完全覆罩。無論是含有短桿的電池板或是含有長桿的電池板,在無風(fēng)狀態(tài)下,從高層建筑屋頂上空俯視看去,太陽能電池板充分鋪設(shè)在太陽能屋頂上面,光伏組件將下面的擋板等組件完全覆蓋不可見。
本發(fā)明提供的高層建筑抗風(fēng)太陽能電池板結(jié)構(gòu)新穎、成本低廉、抗風(fēng)效果顯著,徹底解決了太陽能電池板由于高層建筑頂部大風(fēng)的外力使得電池板松脫甚至損壞問題。
以上所述,僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例,不能以此限定本發(fā)明實(shí)施范圍;凡依本發(fā)明申請專利范圍及創(chuàng)作說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾,皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。