一种建筑立面的光伏幕墙系统

摘要

本申请实施例公开了一种建筑立面的光伏幕墙系统。所述系统包括由至少两个光伏组件拼接而成的光伏幕墙，其中，每块光伏组件边缘嵌套框架，其中每个框架上均安装有操作执行机构，用于控制光伏组件开启或关闭，其中所述操作执行机构的运行由光伏开启装置控制；当全部光伏组件的操作执行机构处于关闭状态时，光伏幕墙与建筑内墙体之间形成隔热空腔，其中隔热空腔的底部和/或顶部设置有通风散热装置，其中，所述光伏开启装置，用于根据隔热空腔内的温度变化，对通风散热装置和操作执行机构进行控制。

权利要求

1.一种建筑立面的光伏幕墙系统，包括由至少两个光伏组件拼接而成的光伏幕墙，其中，每块光伏组件边缘嵌套框架，其中每个框架上均安装有操作执行机构，用于控制光伏组件开启或关闭，其中所述操作执行机构的运行由光伏开启装置控制；当全部光伏组件的操作执行机构处于关闭状态时，光伏幕墙与建筑内墙体之间形成隔热空腔，其中隔热空腔的底部和/或顶部设置有通风散热装置；其中：所述光伏开启装置，用于根据隔热空腔内的温度变化，对通风散热装置和操作执行机构进行控制；

所述系统在工作模式为冬季模式时，所述光伏组件吸收太阳光进行发电；所述通风散热装置关闭；在隔热空腔内的空气温度升高至空气源热泵热水机的运行参数时，启动空气源热泵热水机使得高温热空气进入所述空气源热泵热水机的吸风口；和/或，所述系统在工作模式为夏季模式时，控制操作执行机构调整光伏组件角度，使其发电效率最大化；打开通风散热装置；当隔热空腔内的温度信息与室外温度的差值符合预设的差值判断条件时，开启空腔热利用风机，降低光伏组件背板温度；

所述系统在工作模式为设备维护模式时，执行如下一种操作，包括：在接收到清洗光伏板的请求后，控制全部光伏组件的操作执行机构调整光伏组件角度到垂直角度，控制光伏组件及光伏开启装置断电；

在接收到恶劣天气的通知信息后，控制全部光伏组件的操作执行机构处于关闭状态；

和/或，控制光伏组件及光伏开启装置断电；

在接收建筑消防系统监测信号，执行如下至少一个操作，包括：控制全部光伏组件的操作执行机构处于打开状态，控制通风散热装置处于工作状态，控制光伏组件及光伏开启装置断电；

在接收到设备归位请求后，控制全部光伏组件的操作执行机构处于关闭状态。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述光伏开启装置，用于为全部光伏组件的操作执行机构提供24伏直流动力电源，并输出24伏直流控制信号，用以控制光伏幕墙的开启或关闭。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述光伏开启装置，用于将24伏直流控制信号经电路分配给n个输出通道，其中每个输出通道对应一个光伏组件的操作执行机构，其中n为光伏组件的总数。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光伏开启装置包括：控制器，用于生成用于光伏幕墙开启或关闭的指令；

输出电路，包括数字量输出卡件和继电器，其中，在数字量输出卡件的指令输入回路接收控制器的指令后，控制继电器输出回路端子的电源极性变化，其中所述数字量输出卡件的输出回路端子的电源极性用于控制光伏幕墙的开启或关闭。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述输出电路中的继电器的数量为2个，其中：在未接收到控制器的指令时，第一继电器和第二继电器均无动作，输出回路的第一端子和第二端子的电源极性均为负；

在接收到控制器的指令为开启时，第一继电器触发第一端子的电源极性变化为正，第二继电器无动作；

在接收到控制器的指令为关闭时，第一继电器无动作，第二继电器触发第二端子的电源极性变化为正。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述光伏开启装置通过数字量输出卡件提供的输出通道输出n个24伏直流动力电源和24伏直流控制信号。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光伏组件的形状为规则性形状。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，通风散热装置为电动百叶装置和/或风机。

说明书

一种建筑立面的光伏幕墙系统

技术领域

[0001] 本申请实施例涉及信息处理领域，尤指一种建筑立面的光伏幕墙系统。

背景技术

[0002] 太阳能在建筑中的应用可分为光热利用和光电利用。其中，光热利用主要是利用太阳能采暖和制冷，进行空气温度调节；光电技术利用则是利用太阳能发电，为建筑物提供照明用电等。

[0003] 太阳能幕墙装配技术将太阳能光伏组件与建筑结构有机融为一体，太阳能光伏组件既能够进行光伏发电，将太阳能转为电能为建筑提供能量，又可以实现减少太阳光对建筑室内的辐照，降低夏天室内温度，冬季还可以进行空腔取热，获得热收益。

[0004] 因此，如何充分利用太阳能且能同时利用幕墙空腔取热的是本领域技术人员重点需要关注的问题。

发明内容

[0005] 为了解决上述任一技术问题，本申请实施例提供了一种建筑立面的光伏幕墙系统。

[0006] 为了达到本申请实施例目的，本申请实施例提供了一种建筑立面的光伏幕墙系统，包括由至少两个光伏组件拼接而成的光伏幕墙，其中，每块光伏组件边缘嵌套框架，其中每个框架上均安装有操作执行机构，用于控制光伏组件开启或关闭，其中所述操作执行机构的运行由光伏开启装置控制；当全部光伏组件的操作执行机构处于关闭状态时，光伏幕墙与建筑内墙体之间形成隔热空腔，其中隔热空腔的底部和/或顶部设置有通风散热装置；其中：

[0007] 所述光伏开启装置，用于根据隔热空腔内的温度变化，对通风散热装置和操作执行机构进行控制。

[0008] 上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

[0009] 利用光伏开启装置控制操作执行机构的运行，实现光伏组件的开启和关闭的控制，结合对通风散热装置的控制，实现对热量的动态排除或回收，在实现对热量管理的同时，提高了光伏组件的发电效率。

[0010] 本申请实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

[0011] 附图用来提供对本申请实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例的实施例一起用于解释本申请实施例的技术方案，并不构成对本申请实施例技术方案的限制。

[0012] 图1为本申请实施例提供的建筑立面的光伏幕墙系统的结构示意图；

[0013] 图2为本申请实施例提供的光伏开启装置的示意图。

具体实施方式

[0014] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请实施例的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

[0015] 在实现本申请过程中，发明人对相关技术进行了技术分析，发现相关技术至少存在如下问题，包括：

[0016] 相关技术中安装于建筑外立面采用光伏组件外挂幕墙，光伏板采用竖直固定安装，不能变动方向和角度，太阳能利用效率较低；同时，光伏板在发电的过程中不断散热，致使背板温度不断升高，加热了幕墙空腔内的空气，幕墙空腔与大气不相通，存在散热、采光等问题。

[0017] 基于上述分析，本申请实施例提供一种太阳能幕墙控制方法及其装置，可以充分利用太阳光，提高光伏发电效率；充分利用空腔热能，实现建筑内外部热环境的热平衡，从而降低了建筑能源消耗。

[0018] 图1为本申请实施例提供的建筑立面的光伏幕墙系统的结构示意图。如图1所示，一种建筑立面的光伏幕墙系统，包括由至少两个光伏组件拼接而成的光伏幕墙，其中，每块光伏组件边缘嵌套框架，其中每个框架上均安装有操作执行机构，用于控制光伏组件开启或关闭，其中所述操作执行机构的运行由光伏开启装置控制；当全部光伏组件的操作执行机构处于关闭状态时，光伏幕墙与建筑内墙体之间形成隔热空腔，其中隔热空腔的底部和/或顶部设置有通风散热装置；其中：

[0019] 所述光伏开启装置，用于根据隔热空腔内的温度变化，对通风散热装置和操作执行机构进行控制。

[0020] 在一个示例性实施例中，光伏组件的形状可以为规则性形状，可以为长方形、正方形，便于拼接。

[0021] 在一个示例性实施例中，通风散热装置可以为电动百叶装置和/或风机。

[0022] 在上述示例性实施例中，每块光伏组件边缘嵌套金属框架，其底部设置组件开启操作执行机构，由光伏组件组成光伏幕墙。当全部光伏组件的操作执行机构处于关闭状态时，光伏幕墙与建筑内墙体之间形成隔热空腔。空腔底部和顶部设计若干电动百叶装置及风机利于通风散热，具有自然通风和强制通风模式。

[0023] 光伏开启装置可以根据隔热空腔内温度的变化，利用通风散热装置、空腔密闭、光伏板智能开启相结合的方式，排除或回收热量；另外，在对热量进行管理的同时，可以辅助改善光伏组件的工作环境，利于光伏组件的工作，提高了光伏组件的发电效率。

[0024] 本申请实施例提供的系统，利用光伏开启装置控制操作执行机构的运行，实现光伏组件的开启和关闭的控制，结合对通风散热装置的控制，实现对热量的动态排除或回收，在实现对热量管理的同时，提高了光伏组件的发电效率。

[0025] 在一个示例性实施例中，所述系统在工作模式为冬季模式时，所述光伏组件吸收太阳光进行发电；所述通风散热装置关闭；在隔热空腔内的空气温度升高至空气源热泵热水机的运行参数时，启动空气源热泵热水机使得高温热空气进入所述空气源热泵热水机的吸风口；和/或，

[0026] 所述系统在工作模式为夏季模式时，控制操作执行机构调整光伏组件角度，使其发电效率最大化；打开通风散热装置；当隔热空腔内的温度信息与室外温度的差值符合预设的差值判断条件时，开启空腔热利用风机，降低光伏组件背板温度。

[0027] 在工作模式为冬季模式时，关闭光伏幕墙，光伏组件吸收太阳光进行发电；关闭自然通风模式，空腔内的空气温度逐渐升高，当温度达到空气源热泵热水机运行参数时，开启强制通风取热，高温热空气进入热水机吸风口，提高了空气源热泵热水机的制热效率，又实现建筑内外热环境的热平衡，达到节能的目的。

[0028] 在工作模式为夏季模式时，控制光伏组件的操作执行机构调整光伏组件角度，使其发电效率最大化；打开自然通风模式，降低空腔内温度；当空腔内平均温度高于室外温度5℃时，空腔热利用风机开启，开启强制通风取热，降低光伏组件背板温度，提高发电效率，同时也降低室内温度。

[0029] 本申请实施例提供的方法在控制光伏幕墙时，工作模式除了具有夏季模式和冬季模式之外，还有清洗模式、保护模式、消防模式及归位模式等多种用于设备维护的工作模式。

[0030] 在一个示例性实施例中，所述系统在工作模式为设备维护模式时，执行如下一种操作，包括：

[0031] 在接收到清洗光伏板的请求后，控制全部光伏组件的操作执行机构调整光伏组件角度到垂直角度，控制光伏组件及光伏开启装置断电；

[0032] 在接收到恶劣天气的通知信息后，控制全部光伏组件的操作执行机构处于关闭状态；和/或，控制光伏组件及光伏开启装置断电；

[0033] 在接收建筑消防系统监测信号，执行如下至少一个操作，包括：控制全部光伏组件的操作执行机构处于打开状态，控制通风散热装置处于工作状态，控制光伏组件及光伏开启装置断电；

[0034] 在接收到设备归位请求后，控制全部光伏组件的操作执行机构处于关闭状态。

[0035] 在工作模式为清洗模式时，控制光伏组件的操作执行机构调整光伏组件角度到垂直角度，光伏组件及光伏开启装置断电，利于清洗机器人对组件进行清洗安全作业，清洗过程中保持关闭状态，禁止其它任何操作；打开自然通风模式，降低空腔内温度。光伏板定期清洗，既可保证光伏幕墙外观美化，又可保障光伏组件发电效率。

[0036] 在工作模式为保护模式时，可以接收气象预测及环境监测信息，如遇雨雪、风(如，风力大于5级)、沙尘暴等不利天气或其它特殊情况下，自动输出保护信号，控制光伏组件的操作执行机构动作使得光伏组件自动保持关闭状态，情况严重时光伏组件及光伏开启装置断电，确保建筑及其设备安全。

[0037] 在工作模式为消防模式时，可以接收建筑消防系统监测信号，如遇消防警报或其它特殊情况下，自动触发保护信号，控制光伏组件的操作执行机构动作使得光伏组件自动保持打开状态，隔热空腔设置的电动百叶保持自然通风模式，情况严重时光伏组件及光伏开启装置断电，确保建筑及其设备安全。

[0038] 在工作模式为归位模式时，如夜晚条件下，光伏组件不再发电，控制光伏组件的操作执行机构动作使得光伏组件自动保持关闭状态，确保建筑及其设备安全。

[0039] 上述控制方式，基于研究建筑幕墙空腔的物理机制、结构形式、运行策略与模式及建筑安全，实现空腔的运行模式转向智能化主动式控制。高性能建筑物设计的关键要求是将建筑物作为一个集成能源系统去进行严格的设计和运行。这种集成能源系统有良好的室内环境去满足相应的功能。本控制方法通过对太阳能辐射的传播进行有效利用，结合智能光伏开启装置进行控制。通过对被动式和主动式的结合，对太阳能获取进行有效控制。通过仿真模拟计算与实验相结合研究建筑物内外热流和能量流，包括通过外墙、室内的热传导；通过空腔取热与热泵机组产生的热传递。由于被动式与主动式设计的结合，提高了光伏发电效率，同时通过回收热量提高空气源热泵的能效比，达到了对光伏发电、光热利用、建筑内外部热环境的热平衡。

[0040] 在一个示例性实施例中，所述光伏开启装置，用于为全部光伏组件的操作执行机构提供24伏直流动力电源，并输出24伏直流控制信号，用以控制光伏幕墙的开启或关闭。

[0041] 为光伏组件的操作执行机构提供24VDC动力电源，并同时输出24VDC控制信号进行操作，将传统设备的控制电源及信号电源集成一路电源，节省了大量光伏开启装置到光伏组件开启执行机构电机的电缆；另外，使用24VDC电源，电压等级低，在安全电压范围以内，不会导致漏电造成的触电风险。设计使用软硬件极性连锁双重保护，避免电机烧毁。光伏开启装置最多可以同时支持16台设备的控制，有利于电缆敷设及其布线美观。

[0042] 在一个示例性实施例中，所述光伏开启装置，用于将24伏直流控制信号经电路分配给n个输出通道，其中每个输出通道对应一个光伏组件的操作执行机构，其中n为光伏组件的总数。

[0043] 可接入数字量输出卡件的指令输出，同时接入24VDC电源，经过电路分配，将电源分配给每一个输出通道，实现对光伏组件的开启或关闭的控制。

[0044] 在一个示例性实施例中，所述光伏开启装置包括：

[0045] 控制器，用于生成用于光伏幕墙开启或关闭的指令；

[0046] 输出电路，包括数字量输出卡件和继电器，其中，在数字量输出卡件的指令输入回路接收控制器的指令后，控制继电器输出回路端子的电源极性变化，其中所述数字量输出卡件的输出回路端子的电源极性用于控制光伏幕墙的开启或关闭。

[0047] 通过控制数字量输出卡件的输出实现输出端子为正、负顺序时，光伏组件开启操作执行机构电机正转，光伏幕墙打开；通过控制数字量输出卡件的输出实现输出端子为负、正时，光伏组件开启操作执行机构电机反转，光伏幕墙关闭。

[0048] 在一个示例性实施例中，所述输出电路中的继电器的数量为2个，其中：

[0049] 在未接收到控制器的指令时，第一继电器和第二继电器均无动作，输出回路的第一端子和第二端子的电源极性均为负；

[0050] 在接收到控制器的指令为开启时，第一继电器触发第一端子的电源极性变化为正，第二继电器无动作；

[0051] 在接收到控制器的指令为关闭时，第一继电器无动作，第二继电器触发第二端子的电源极性变化为正。

[0052] 图2为本申请实施例提供的光伏开启装置的示意图。如图2所示，光伏开启装置接入24VDC电源时，通过数字量输出卡件的指令输入回路控制继电器动作，从而控制继电器输出回路端子电源极性变化。当数字量输出卡件无输出指令时，光伏开启装置中继电器A和B都不动作，输出回路端子极性为负、负，电机不动作；当数字量输出卡件输出开指令时，光伏开启装置中继电器A动作，继电器B不动作，输出回路端子极性为正、负，电机正转；当数字量输出卡件输出关指令时，光伏开启装置中继电器B动作，继电器A不动作，输出回路端子极性为负、正，电机反转。通过硬件设计实现光伏开启装置单回路电源端子输出，同时软件程序实现数字量输出卡件开、关指令输出互锁，避免电机因输入电源原因而损坏。

[0053] 本申请实施例提供的系统，将自动控制技术、光伏发电与建筑幕墙空腔热利用有机结合，对建筑幕墙热利用进行分析和研究，设计多种场景工作模式，灵活应对各种工作状况。控制方法设计充分利用空腔取热，有效排出幕墙空腔内的热空气，利用空气源热泵回收热量,热空气由于温度高于室外,提高了热泵的制热效率,从而降低了压缩机的功耗，提高热泵能效比。在回收热量的同时，降低了光伏组件背板温度，提高了光伏组件的发电效率。

[0054] 本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD‑ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。