[发明专利]一种自维持可调长度和角度的光伏外遮阳装置及调控方法

说明书

技术领域

本发明属建筑材料类和太阳能利用领域,具体涉及一种可利用太阳能发电的外遮阳装置(或称光伏外遮阳系统)。

背景技术

建筑能耗在总能耗中占有很大的比重，建筑能耗在很大一定程度上取决于围护结构的保温隔热效果。不管是冬季还是夏季，由于窗户得热或失热而造成的负荷量比较大。夏季主要体现在太阳通过窗户传递到室内的热量很多，如果没有遮阳措施遮挡太阳辐射量，室内的的热负荷会极度增加，从而采用空调系统降温会消耗更多的电能；同样在冬季也会消耗很多的电能。

发展绿色节能建筑已成为建筑行业的一种趋势，得到国家和政府的大力支持。通过以上分析可以看出，合理有效的安装遮阳装置可以明显地减少建筑的负荷，从而降低能耗。

发明内容

本发明的目的是解决发电效果和遮阳效果不能够兼具的问题。

为实现本发明的技术效果，采用的方案是一种自维持可调长度和角度的光伏外遮阳控制方法：

包括一块安装在建筑物窗户上方的遮阳光伏发电板。所述遮阳光伏发电板的一个边铰接在建筑物窗户的上方。

还包括安装在遮阳光伏发电板表面的光照强度感应器和太阳角度追踪器。

该自维持式光伏外遮阳装置中遮阳光伏发电板所获得的能量用于其自身的方位调节；

当光照强度感应器感应到太阳光强度超过设定阈值时，太阳角度追踪器获取当前太阳高度角Ψ。

设遮阳光伏发电板的长度为X、宽度为L，遮阳光伏发电板的遮阳面积为S。

S＝LX(cosα+sinαtanΨ)，通过用户设定S的大小，计算出角度α。

调整遮阳光伏发电板的摆动角度，使得遮阳光伏发电板与下方墙面的夹角为α。

值得说明的是，在遮阳装置中外遮阳的效果最为明显，因此本发明提出了可调节长度和角度的光伏外遮阳装置。本发明不仅为建筑室内环境起到遮阳的效果，并且安装了遮阳光伏发电板，在遮阳的同时，还可以利用可再生新能源太阳能进行发电，遮阳光伏发电板所获得的能量用于其自身的方位调节，实现自维持式调节，节能效果更加明显。

本发明提供另外一种可以实现上述目的的自维持可调长度和角度的光伏外遮阳控制方法，包括一块安装在建筑物窗户上方的遮阳光伏发电板。所述遮阳光伏发电板的通过球坐标型机械手臂铰接在建筑物窗户的上方。

1)地球坐标系中太阳位置计算：

建立包括k轴、i轴和j轴的地球坐标系，地球坐标系的原点Ο为地心，k轴是地球自转轴，k轴指向北极，i-Ο-j平面是赤道平面，k-Ο-j始终为太阳的入射平面，太阳的纬度为γ，则太阳的位置表示为：

式中，太阳纬度1≤d≤365。d为天数。

安装有所述装置的建筑位于地球表面，在地球坐标系中，该建筑所在地的表达式为：

式中，a为地球半径，φ为建筑所在地和地心连线与k轴的夹角，φ与建筑所在地纬度N的关系为φ＝90゜－N，θ为建筑所在地和地心连线在赤道平面上的投影与i轴的夹角，ω为建筑所在地的太阳时角，θ与ω的关系为：θ＝90゜+ω，

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

其中，T_s为建筑所在地的太阳时，计算公式为：

式中，“+”适用于西半球。“-”适用于东半球，式中，T_is为建筑所在地的标准时间，单位为h。L_st为建筑所在地的标准时间的纬度线，单位为゜。L_t为建筑所在地的纬度线，单位为゜。E为时差，单位为min，计算公式为：

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

式中，b＝(d-1)2π/365，1≤d≤365。

2)建筑所在地坐标系中太阳位置计算：

以建筑所在地为原点，建立一个坐标系s-e-u，其中，s轴为正南向，e轴为正东向，u轴为地心指向建筑所在地点的方向。

该坐标系在s轴方向的单位矢量为：

该坐标系在e轴方向的单位矢量为：

该坐标系在u轴方向的单位矢量为：

在该坐标系s-e-u中，太阳位置可表示为：

式中，太阳光线与s轴的夹角为ζ，计算公式为：

太阳光线与e轴的夹角为ξ，计算公式为：