CN102468351B - 安装在建筑物上的太阳能*** - Google Patents

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Abstract

一种安装在建筑物上的太阳能***，包括：包括多个光伏板的电池板阵列，所述电池板阵列被构造成安装在建筑物的外壁上，并具有与太阳光照射方向相反的背面；张拉膜，所述张拉膜上设有多个通孔，并且所述张拉膜的至少两个相对的端部固定在所述建筑物的外壁上；支撑装置，所述支撑装置被构造成支撑所述张拉膜，以在所述张拉膜与建筑物的所述外壁之间限定抽吸空腔；以及至少一个排气通道，所述排气通道与所述抽吸空腔连通，以将从所述电池板阵列的背面流入所述抽吸空腔的空气排出所述抽吸空腔。本发明的太阳能***将多孔膜和光伏板结合在一起，实现了对光伏板的冷却降温，又可以对光伏板产生的热能进行再利用。

Description

安装在建筑物上的太阳能***
技术领域
本发明涉及一种基于光伏电池形成的太阳能***，特别是，涉及一种安装在建筑物上的太阳能***。
背景技术
光伏建筑物一体化(BIPV)***是一种将太阳能***安装在建筑物上的可再生能源利用***。然而，在这种将光伏电板与建筑物结合的太阳能***中，随着光伏发电过程的进行，太阳能以热量的形式进行转换，这就造成了光伏板的背板温度不断升高，导致光伏发电效率逐渐降低；另外，由于建筑物的实体墙作为用于安装光伏板的安装基面，对光伏板的温度升高不能进行有效冷却，造成了能源的浪费。
已研发了多种冷却技术来降低光伏板的温度，例如在光伏板的背板上安装散热片、水循环***等，但这些解决方案增加了整个太阳能***的复杂性，而且没有对产生的热能进行再利用。
目前，一种膜结构正广泛应用于建筑物上，这种膜结构又称为索膜结构、张拉膜、张力膜或空间膜。一般地，将这种强度高、柔性好的膜结构与支撑***相结合形成具有一定刚度的稳定曲面，从而形成一种能够承受一定外载荷的空间结构。这种膜结构通常是利用纤维编织成织物基材并在基材的两个表面上用树脂作为涂层材进行加工固定而形成的，织物基材包括聚酯纤维及玻璃纤维，而作为涂层材料一般包括例如聚氯乙烯树脂(PVC)、硅酮(silicon)及聚四氟乙烯(PTFE)之类的树脂。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种安装在建筑物上的太阳能***，将多孔膜和光伏板结合在一起，实现了对光伏板的冷却降温，又可以对光伏板产生的热能进行再利用。
根据本发明的一个方面的实施例，提供一种安装在建筑物上的太阳能***，包括：包括多个光伏板的电池板阵列，所述电池板阵列被构造成安装在建筑物的外壁上，并具有与太阳光照射方向相反的背面；张拉膜，所述张拉膜上设有多个通孔，并且所述张拉膜的至少两个相对的端部固定在所述建筑物的外壁上；支撑装置，所述支撑装置被构造成支撑所述张拉膜，以在所述张拉膜与建筑物的所述外壁之间限定抽吸空腔；以及至少一个排气通道，所述排气通道与所述抽吸空腔连通，以将从所述电池板阵列的背面流入所述抽吸空腔的空气排出所述抽吸空腔。
在上述太阳能***中，所述排气通道包括切换装置，以有选择地将抽吸空腔中的空气排放到所述建筑物内或者建筑物外。
在上述太阳能***中，所述支撑装置包括：至少两个张紧装置，所述张紧装置设置在所述抽吸空腔内，并且所述张紧装置的一端固定在所述建筑物上，另一端与所述张拉膜接触，以将所述张拉膜保持在张紧状态。
在上述太阳能***中，所述张紧装置包括：伸缩装置，所述伸缩装置的一端固定在所述建筑物上；以及具有一定长度的接触装置，所述接触装置以其长度方向与所述伸缩装置的伸缩方向垂直的方式安装在所述收缩装置的另一端，所述接触装置与所述张拉膜接触。
在上述太阳能***中，所述接触装置可转动地安装在所述伸缩装置上。
在上述太阳能***中，所述伸缩装置包括液压缸、气压缸、推杆、丝杠、蜗轮蜗杆中的任何一种。
在上述太阳能***中，所述伸缩装置包括弹簧。
在上述太阳能***中，所述支撑装置包括：支撑框架，所述支撑框架设置在所述抽吸空腔内，并且所述支撑框架固定在所述建筑物上；以及拉伸装置，所述张拉膜的固定在所述建筑物的外壁上的端部与拉伸装置连接，以将所述张拉膜在所述支撑框架上保持在张紧状态。
在上述太阳能***中，所述排气通道中设有电动排气装置。
根据本发明的安装在建筑物上的太阳能***，将多孔膜和光伏板结合在一起，构成了一种太阳能和柔性张拉膜一体化的***，实现了对光伏板的冷却降温，又可以对光伏板产生的热能进行再利用。
附图说明
为了使本发明的目的、特征及优点能更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，其中：
图1是显示根据本发明的一种示例性实施例的太阳能***的平面示意图；
图2是显示图1所示的太阳能***的一种实施例的侧部剖视示意图；
图3是显示图1所示的太阳能***的另一种实施例的侧部剖视示意图；以及
图4是显示根据本发明的一种示例性实施例的太阳能***的工作原理示意图。
具体实施方式
虽然将参照含有本发明的较佳实施例的附图充分描述本发明，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获得本发明的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本发明所描述的示例性实施例。
参照图1-2，其中图1是显示根据本发明的一种示例性实施例的太阳能***的平面示意图；图2是显示图1所示的太阳能***的一种实施例的侧部剖视示意图。根据本发明的一种示例性实施例的安装在建筑物上的太阳能***，包括：包括多个光伏板的电池板阵列1，所述电池板阵列1被构造成例如通过安装框架安装在建筑物的外壁2上，并具有与太阳光照射方向相反的背面；张拉膜3，所述张拉膜3上设有多个通孔，并且其至少两个相对的端部31固定在建筑物的外壁2上；支撑装置，所述支撑装置被构造成支撑张拉膜3，以在张拉膜3与建筑物的外壁2之间限定抽吸空腔4；以及至少一个排气通道5，所述排气通道5与所述抽吸空腔4连通，以将从电池板阵列1的背面流入抽吸空腔4的空气排出抽吸空腔。
根据本发明的示例性实施例，电池板阵列1包括多个依次电连接的光伏板，相邻的光伏板之间可以紧密连接也可以间隔预定距离，并且在电池板阵列1和墙壁2之间具有预定距离以形成抽吸空腔4。电池板阵列1和张拉膜3之间可以存在预定的距离，以使空气可以在电池板阵列1和张拉膜3之间的光伏板11的背面上流动。
根据本发明的示例性实施例，张拉膜3为具有一定弹性的薄膜结构，例如是利用纤维编织成织物基材并在织物基材的两个表面上用树脂作为涂层材进行加工固定而形成的，能够进行一定程度的拉伸。织物基材包括但不限于聚酯纤维和玻璃纤维，而作为涂层材料一般包括例如聚氯乙烯树脂(PVC)、硅酮(silicon)及聚四氟乙烯(PTFE)之类的树脂。在张拉膜3上例如通过针刺形成许多通孔，以使空气可以从张拉膜3的一侧流动到另一侧。进一步地，多个通孔可使张拉膜3产生呼吸效应，以吸收光伏板11中的热量。另外，张拉膜3上的涂层可以为吸热率高的耐火性材料制成，以吸收光伏板11的辐射热和太阳能辐射热。在本发明一种可替换的实施例中，张拉膜也可以由普通的柔性膜制成，但防水性能较差。根据本发明的一种示例性实施例，张拉膜包括三层并形成两个空间，空气在一个靠近电池板阵列1的空间内流动，而在另一个空间内不流动。
根据本发明的太阳能***100，如图4所述，由于抽吸空腔4中存在的负压，空气从电池板阵列1中的相邻光伏板11的缝隙12流动到电池板阵列1的背面，在光伏板11上吸收热量后从张拉膜3的通孔进入抽吸空腔4，进入抽吸空腔4的热空气在抽吸空腔4中形成的烟囱效应，并快速上升，并通过排气通道5排出，从而实现了对电池板阵列1的光伏板11的冷却。进一步地，排气通道5中设有例如排风扇之类的排气装置51，从而使抽吸空腔4中的烟囱效应增强，加速空气的流动，进而提高对光伏板11的降温效果。通过空气在光伏板11背面的流动，可以从光伏板11的背面吸收热量，降低光伏板的温度，根据光伏性能，光伏板温度的降低，会提高光伏板的发电效率，提升了太阳能的综合利用效率，并延长光伏板的使用寿命。可以理解，由多孔型张拉膜3、具有排气装置52的排气通道5、建筑物的保温墙体的外壁2、支撑装置等组成了一种空气集热器。这种空气集热器既可以降低光伏板11的温度，也可以储存一定的热能进行再利用。
在进一步的实施例中，排气通道5包括切换装置，以有选择地将抽吸空腔4中的空气排放到建筑物内或者建筑物外。例如，在冬季，操作切换装置，使得热空气进入建筑物内，即可以提高建筑物内的温度，还可以为建筑物提供新鲜舒适的空气，提升室内的舒适度。而在夏季，一般通过切换装置将抽吸空腔4内的空气通过排气通道5排放到建筑物之外。
在本发明的太阳能***中，在支撑装置上设有铁丝网或塑料等支撑性结构，支撑装置将张拉膜3支撑成与电池板阵列1保持预定距离并具有大致长方形的表面，并在负压和大风天气下依然可以保持平整。
参见图2，在本发明进一步的示例性实施例中，支撑装置包括：至少两个可以伸缩的张紧装置，所述张紧装置设置在抽吸空腔4内，并且张紧装置的一端固定在建筑物的外壁2上，另一端与张拉膜3接触。由于张拉膜3的端部31利用例如拉锁结构32将张拉膜3固定在墙壁2上，当张紧装置向外张开时，将驱动张拉膜3保持在张紧状态。这样，处于张紧状态的张拉膜3可以额外地作为建筑物的一层保温结构，例如在夏季，可以阻隔太阳光对建筑物室内的辐射，降低室内的温度。另外，张拉膜3还能够提升建筑物的隔音、防水、防火等多种建筑性能。
在本发明的一种示例性实施例中，张紧装置包括：伸缩装置6，所述伸缩装置的一端固定在建筑物的外壁2上；以及具有一定长度的接触装置7，接触装置7以其长度方向与伸缩装置6的伸缩方向垂直的方式安装在伸缩装置6的另一端，并且接触装置7与张拉膜3接触。进一步地，接触装置7通过滑轮结构可转动地安装在伸缩装置6上。伸缩装置6例如包括液压缸或者气压缸，例如，一个整体的张拉膜3由四个自动伸缩的液压缸或者气压缸控制。这样，当伸缩装置6的液压缸或者气压缸在伸缩装置6中伸缩时，将驱动接触装置7移动，从而使得接触装置7在张拉膜3的表面上平滑地转动，张拉膜3由此放松或者张紧。可以理解，例如根据张拉膜3在冬天和夏天的吸热效率不同，伸缩装置6的伸缩移动也可以调节张拉膜3的平面与电池板阵列1之间的距离，以使张拉膜3的吸热效率达到最佳。另外，可替换地，伸缩装置6也可以包括弹簧结构，这种弹簧结构始终驱动接触装置7使张拉膜3处于张紧状态。在进一步的实施例中，所述伸缩装置6可以包括推杆、丝杠、蜗轮蜗杆、机械耦合部件等机械或者电动结构。
参见图3，在本发明的另一种示例性实施例中，支撑装置包括：支撑框架8，所述支撑框架8设置在抽吸空腔4内，并且所述支撑框架固定在所述建筑物的外壁2上；以及例如弹簧之类的拉伸装置9，张拉膜3的固定在所述建筑物的外壁2上的端部连接到拉伸装置9，以将张拉膜3在支撑框架8上保持在张紧状态。在一种实施例中，在支撑框架8之间安装例如钢丝网之类平面支撑装置，以使张拉膜3保持平整和稳定的形状。进一步地，支撑框架8的与张拉膜3接触的拐角部位设有转动机构，所述转动机构具有预定的长度，这样支撑框架8与张拉膜3通过转动机构接触，可使张拉膜3与支撑框架平滑地接触，避免对张拉膜3造成损伤。
根据本发明的安装在建筑物上的太阳能***，薄膜太阳能电池的光伏板采用不锈钢或塑料衬底的柔性太阳电池，由于设置了柔性的张拉膜，使整个太阳能***都是柔性，从而增加了建筑物的艺术性、使建筑物的设计更加灵活。
在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本发明亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。

Claims (9)

1.一种安装在建筑物上的太阳能***，包括：
包括多个光伏板的电池板阵列，所述电池板阵列被构造成安装在建筑物的外壁上，并具有与太阳光照射方向相反的背面，并且所述电池板阵列和建筑物的外壁之间具有预定距离以形成抽吸空腔；
张拉膜，所述张拉膜上设有多个通孔，并且所述张拉膜的至少两个相对的端部固定在所述建筑物的外壁上；
支撑装置，所述支撑装置被构造成支撑所述张拉膜，以在所述张拉膜与建筑物的所述外壁之间限定所述抽吸空腔；以及
至少一个排气通道，所述排气通道与所述抽吸空腔连通，以将从所述电池板阵列的背面流入所述抽吸空腔的空气排出所述抽吸空腔。
2.如权利要求1所述的太阳能***，其中，所述排气通道包括切换装置，以有选择地将抽吸空腔中的空气排放到所述建筑物内或者建筑物外。
3.如权利要求1或2所述的太阳能***，其中，所述支撑装置包括：
至少两个张紧装置，所述张紧装置设置在所述抽吸空腔内，并且所述张紧装置的一端固定在所述建筑物上，另一端与所述张拉膜接触，以将所述张拉膜保持在张紧状态。
4.如权利要求3所述的太阳能***，其中，所述张紧装置包括：
伸缩装置，所述伸缩装置的一端固定在所述建筑物上；以及
具有一定长度的接触装置，所述接触装置以其长度方向与所述伸缩装置的伸缩方向垂直的方式安装在所述伸缩装置的另一端，所述接触装置与所述张拉膜接触。
5.如权利要求4所述的太阳能***，其中，所述接触装置可转动地安装在所述伸缩装置上。
6.如权利要求4所述的太阳能***，其中，所述伸缩装置包括液压缸、气压缸、推杆、丝杠、蜗轮蜗杆中的任何一种。
7.如权利要求4所述的太阳能***，其中，所述伸缩装置包括弹簧。
8.如权利要求1所述的太阳能***，其中，所述支撑装置包括：
支撑框架，所述支撑框架设置在所述抽吸空腔内，并且所述支撑框架固定在所述建筑物上；以及
拉伸装置，所述张拉膜固定在所述建筑物的外壁上的端部与拉伸装置连接，以将所述张拉膜在所述支撑框架上保持在张紧状态。
9.如权利要求1所述的太阳能***，其中，所述排气通道中设有电动排气装置。
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