一種可展屋面自向陽式太陽能利用系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及太陽能追蹤及可展結構【技術領域】，尤其涉及一種可展屋面自向陽式太陽能利用系統，包括控制電路、多塊太陽能屋面板、發電設備等；還包括太陽能屋面板移動導軌和太陽能屋面板驅動裝置；太陽能屋面板與太陽能屋面板移動導軌滑動連接；太陽能屋面板包括外框、內框和太陽能板，三者自外而內層層相套，外框與內框、內框與太陽能板的轉軸正交于幾何中心；還包括太陽光追蹤裝置，追蹤裝置內置與內、外框架內部。本實用新型工作時由驅動裝置驅動在導軌上逐漸展開和閉合，即達到可展屋面的目的，極大改善了建筑物的采光及通風，實現了大型公用建筑降低能耗，提高室內環境品質的預期功能，為發展綠色建筑提供了一種新的技術支撐。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及太陽能追蹤及可展結構【技術領域】，尤其涉及一種可展屋面自向陽 式太陽能利用系統。 -種可展屋面自向陽式太陽能利用系統
【背景技術】
[0002] 隨著我國綜合國力的不斷提升，人們的生活水平日益改善，目前人們的需求已經 不僅僅是解決溫飽問題，而是生活品質的提升。但經濟迅速的快速發展帶來的環境問題已 經開始影響人們的生活質量，另一方面隨著傳統能源，如石油、天然氣、煤炭等資源的日益 枯竭，人們開始致力于新能源的開發和利用，而太陽能作為清潔、可持續的能源，具有巨大 的市場和應用前景。
[0003] 目前國家致力于全面建設小康社會，為豐富人民群眾精神文明生活，大型體育場 館的建設在國內方興未艾，如鳥巢、國家大劇院等。類似大型體育場館的建設，在促進體育 事業發展，提高民眾身體素質的同時，其能源的消耗也是巨大的。但同時我們注意到，這些 體育場館的建筑面積往往很大，可以利用其建筑屋面進行太陽能發電。而目前，國內外太陽 能屋面均將太陽能板靜態固定于屋面，由于太陽的高度角和方位角隨季節及時辰的更迭不 斷變化，并不能高效地利用太陽能。如何將太陽能追蹤技術與現代建筑技術相結合，以提高 建筑屋面太陽能板發電效率，這是本實用新型的關注點之一。
[0004] 此外，大型體育場館等公用建筑往往具有復雜的功能要求，其室內空氣流通、溫 度、濕度的調整與保持往往也需要巨大的能源。張合屋面是一種較新穎的建筑結構技術，它 可以根據室外氣象變化及室內環境要求靈活的對屋面進行開啟和閉合。國內，如鄂爾多斯 體育館、南通體育館，廈門奧林匹克中心，通過采用不同形式的張合屋面技術，使觀看條件 和舒適度得到了極大的改進。但同時我們注意到，這些具有張合功能的大跨屋面往往由于 技術的限制，不能安裝太陽能板，從而大大減少了太陽能發電的有效途徑。
[0005] 如能將先進的可展結構建筑技術與太陽能追蹤系統結合起來并加以利用，一方 面，可以使跨度結構屋面自由張合，滿足建筑內在功能及舒適性的要求；同時能利用太陽能 高效率的發電，在一定程度上彌補大型公共建筑能源消耗過多的不足。這是一個具有較高 工程應用價值的系統工程，也是此實用新型的研究重點和核心技術。 實用新型內容
[0006] 本實用新型的目的是克服現有技術存在的缺陷，提供一種將張合屋面技術和太陽 能追蹤技術相結合的新型建筑可展屋面自向陽式太陽能利用系統。
[0007] 實現本實用新型目的的技術方案是：一種可展屋面自向陽式太陽能利用系統，包 括控制電路、多塊太陽能屋面板、發電設備和通過導線與發電設備相連的蓄電池；還包括太 陽能屋面板移動導軌和太陽能屋面板驅動裝置；所述太陽能屋面板與太陽能屋面板移動導 軌滑動連接；所述太陽能屋面板包括外框、內框和太陽能板，三者自外而內層層相套，所述 外框與內框、內框與太陽能板的轉軸正交于幾何中心；所述太陽能屋面板驅動裝置包括安 裝在外框和內框上的電機及電機驅動系統；還包括太陽光追蹤裝置，所述追蹤裝置內置與 內、外框架內部。
[0008] 上述技術方案，所述外框外側長邊內安有外框電機及外框電機驅動系統，內側長 邊上安有外框C形開關；所述外框電機和外框C形開關與內框通過軸相連。
[0009] 上述技術方案，所述外框外側長邊左右兩端均裝有外框滾輪，所述外框和外框滾 輪通過外框連接轉軸連接；所述導軌內側還設有傳送帶，所述外框滾輪設置在導軌的傳送 帶上；所述外框短邊中部還裝有可轉動外框支架，外框支架另一端通過支架滾輪與導軌滾 動連接。
[0010] 上述技術方案，所述傳送帶起始端的導軌一端開口，另一端設有擋板；所述導軌上 還設有斜坡，所述斜坡設置在導軌中部；所述導軌內側傳送帶起始端上部還設有頭部接觸 開關；導軌中部內側傳送帶尾部上端設有中部接觸開關，所述外框滾輪內側后部設有突起， 所述突起和中部接觸開關與導軌之間的距離相同。
[0011] 上述技術方案，所述內框上一側長邊上安有內框電機及內框電機驅動系統，另一 側長邊上安有內框C形開關；所述內框電機和內框C形開關與太陽能板通過軸相連。
[0012] 上述技術方案，所述太陽能板四邊上各設有一個光敏電阻，所述光敏電阻將光信 號轉換成靈敏的電信號，所述太陽能追蹤裝置以此控制內置于屋面內外框架內的電機驅動 外框和內框實現準確向陽。
[0013] 上述技術方案，所述導軌下部還設有容納盒，所述容納盒下部設有引出電線、傳動 皮帶及電線容納盒；所述引出電線下部與蓄電池相連，所述傳動皮帶一端與控制電路輸出 端相連，另一端與導軌上的傳動齒輪相連。
[0014] 上述技術方案，所述控制電路包括依次相連的步進電機、步進電機驅動器、步進 電機控制器、電源、開關；所述傳動皮帶一端設置在步進電機上，所述控制電路通過傳動皮 帶控制導軌上的傳動齒輪和傳送帶，并控制外框滾輪的運動。
[0015] 上述技術方案，所述控制電路中開關依次包括展開開關、向陽開關、復位開關和收 回開關；所述展開開關、向陽開關、復位開關、收回開關分別控制太陽能屋面板的展開、向 陽、復位和收回四個動作。
[0016] 上述技術方案，所述外框C形開關和內框C形開關相同，所述外框C形開關包括開 關軸、滑頭與C形片，開關軸穿過滑頭與C形片，并位于滑頭和C形片中心位置，所述開關軸 與滑頭固定連接，開關軸與C形片轉動連接，滑頭設置在C形片上方，且與C形片滑動連接。
[0017] 采用上述技術方案后，本實用新型具有以下積極的效果：
[0018] 與現有靜態太陽板發電技術和單純可展結構技術相比，本實用新型在使建筑屋面 進行張合，以滿足采光、通風等室內環境要求的同時；可最大限度提高太陽能發電的效率， 降低建筑物能耗。
[0019] 為達到此目的，實用新型團隊將一種太陽光自動追蹤裝置與張合屋面技術相結 合，設計制作了可展屋面自向陽式太陽能利用系統裝置。該裝置由太陽能屋面板、發電設備 及驅動裝置構成。太陽能屋面板由外框、內框、太陽能板構成，三者自外而內層層相套，外框 與內框、內框與太陽能板的轉軸正交與幾何中心，追蹤裝置及部分控制開關內置于框架之 中。這種類似于萬向節的機構可以使太陽能板360度旋轉，準確追蹤并保持與陽光垂直，最 大效率利用太陽能。太陽能屋面板在工作時由驅動裝置驅動在導軌上逐漸展開和閉合，即 達到可展屋面的目的，極大改善了建筑物的采光及通風。
[0020] 由上述技術方案可看出，可展屋面自向陽式太陽能利用系統，將張合結構技術與 太陽能自動追蹤技術相結合，通過驅動設備與電路系統的復合設計，實現了大型公用建筑 降低能耗，提高室內環境品質的預期功能，為發展綠色建筑提供了一種新的技術支撐。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 為了使本實用新型的內容更容易被清楚地理解，下面根據具體實施例并結合附 圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中
[0022] 圖1為本實用新型立體圖；
[0023] 圖2為本實用新型閉合過程示意圖；
[0024] 圖3為本實用新型第一展開過程示意圖；
[0025] 圖4為本實用新型第二展開過程示意圖；
[0026] 圖5為本實用新型展開向陽示意圖；
[0027] 圖6為本實用新型支架詳圖；
[0028] 圖7為本實用新型C型開關復位動作進行時示意圖；
[0029] 圖8為本實用新型C型開關復位動作完成時示意圖；
[0030] 圖9為本實用新型太陽能板橫剖面圖；
[0031] 圖10為本實用新型電路圖；
[0032] 圖中1、外框
[0033] 1-1、外框電機 1-2、外框C形開關
[0034] 1-3、外框滾輪 1-4、外框支架
[0035] 1-5、外框連接轉軸
[0036] 2、內框
[0037] 2-1、內框電機 2-2、內框C形開關
[0038] 3、太陽能板
[0039] 3-1、光敏電阻
[0040] 4、導軌
[0041] 4-1、傳送帶 4-2-1、中部接觸開關
[0042] 4-2-2、頭部接觸開關
[0043] 5、容納盒
[0044] 5-1、引出電線 5-2、傳動皮帶
[0045] 5-3、電線容納盒
[0046] 6、蓄電池
[0047] 7、控制電路
[0048] 7-1、步進電機 7-2、步進電機驅動器
[0049] 7-3、步進電機控制器 7-4、電源
[0050] 7-5、開關。
【具體實施方式】
[0051] (實施例1)
[0052] 有關本實用新型的詳細說明及技術內容，配合說明如下，然而所附附圖僅供參考 與說明用，并非對本實用新型加以限制。
[0053] 參照圖1至圖10,本實用新型可展屋面自向陽式太陽能利用系統，包括控制電路、 多塊太陽能屋面板、發電設備和通過導線與發電設備相連的蓄電池；還包括太陽能屋面板 移動導軌和太陽能屋面板驅動裝置；所述太陽能屋面板與太陽能屋面板移動導軌滑動連 接；太陽能屋面板包括外框1、內框2和太陽能板3,三者自外而內層層相套，外框1與內框 2、內框2與太陽能板3的轉軸正交于幾何中心；太陽能屋面板驅動裝置包括安裝在外框1 和內框2上的電機及電機驅動系統；還包括太陽光追蹤裝置，追蹤裝置內置與內、外框架內 部。
[0054] 優選地，夕卜框1外側長邊內安有外框電機1-1及外框電機驅動系統，內側長邊上安 有外框C形開關1-2 ;外框電機1-1和外框C形開關1-2與內框2通過軸相連。
[0055] 優選地，外框1外側長邊左右兩端均裝有外框滾輪1-3,外框1和外框滾輪1-3通 過外框連接轉軸1-5連接；導軌4內側還設有傳送帶4-1，外框滾輪1-3設置在導軌4的傳 送帶4-1上；外框1短邊中部還裝有可轉動外框支架1-4,外框支架1-4另一端通過支架滾 輪1-4-1與導軌4滾動連接。
[0056] 優選地，傳送帶4-1起始端的導軌4 一端開口，另一端設有擋板；導軌4上還設 有斜坡，斜坡設置在導軌4中部；導軌4內側傳送帶4-1起始端上部還設有頭部接觸開關 4-2-2 ;導軌4中部內側傳送帶4-1尾部上端設有中部接觸開關4-2-1，外框滾輪1-3內側 后部設有突起，突起和中部接觸開關4-2-1與導軌4之間的距離相同。
[0057] 優選地，內框2上一側長邊上安有內框電機2-1及內框電機驅動系統，另一側長邊 上安有內框C形開關2-2 ;內框電機2-1和內框C形開關2-2與太陽能板3通過軸相連，參 加橫剖面圖9。
[0058] 優選地，太陽能板3四邊上各設有一個光敏電阻3-1，光敏電阻3-1將光信號轉換 成靈敏的電信號，太陽能追蹤裝置以此控制內置于屋面內外框架內的電機驅動外框1和內 框2實現準確向陽。
[0059] 優選地，導軌下部還設有容納盒5,容納盒5下部設有引出電線5-1、傳動皮帶5-2 及電線容納盒5-3 ;引出電線5-1下部與蓄電池6相連，傳動皮帶5-2 -端與控制電路輸出 端相連，另一端與導軌4上的傳動齒輪相連。
[0060] 優選地，控制電路7包括依次相連的步進電機7-1、步進電機驅動器7-2、步進電 機控制器7-3、電源7-4、開關7-5 ;傳動皮帶5-2 -端設置在步進電機7-1上，控制電路7通 過傳動皮帶5-2控制導軌4上的傳動齒輪和傳送帶4-1，并控制外框滾輪1-3的運動。
[0061] 優選地，控制電路中開關7-5依次包括展開開關、向陽開關、復位開關和收回開 關；展開開關、向陽開關、復位開關、收回開關分別控制太陽能屋面板的展開、向陽、復位和 收回四個動作。
[0062] 優選地，外框C形開關1-2和內框C形開關2-2相同，外框C形開關1-2包括開關 軸1-1-3、滑頭1-1-2與C形片1-1-1，開關軸1-1-3穿過滑頭1-1-2與C形片1-1-1，并位于 滑頭1-1-2和C形片1-1-1中心位置，開關軸1-1-3與滑頭1-1-2固定連接，開關軸1-1-3 與C形片1-1-1轉動連接，滑頭1-1-2設置在C形片1-1-1上方，且與C形片1-1-1滑動連 接。
[0063] 本實用新型可展屋面自向陽式太陽能利用系統工作過程共包括太陽能屋面展開、 太陽能板追蹤、太陽能板復位和太陽能屋面收回四個過程，具體如下：
[0064] 太陽能屋面展開過程：見圖1，以簡單的4塊太陽能屋面板為例，整個裝置由下部 控制電路7控制，打開"展開"開關(詳細電路圖見圖10)，步進電機7-1驅動裝置開始工作， 通過傳送帶4-1轉動帶動太陽能屋面板展開，外框1前部滾輪沿斜坡滾下，見圖2,屋面板由 水平略微傾斜，見圖3當前部滾輪1-3移動到導軌4頂端被"頂住"，電機繼續驅動，此時屋 面板會被撐起，見圖4,當撐起到位后，后部外框滾輪1-3的突起(前部沒有）碰到中部接觸 開關4-2-1，控制電路7發出"停止"信號，電機停止。
[0065] 太陽能板追蹤過程：切換到"向陽"開關，追蹤系統電路接通，開始工作。太陽能板 3四邊上的四個光敏電阻3-1將光信號轉換成靈敏的電信號，追蹤系統以此控制內置于屋 面內外框架的電機實現準確"向陽"，隨著太陽的移動，太陽能板一直與陽光垂直，保持發電 效率最大，參見圖5。
[0066] 太陽能板復位過程：當工作結束后，切換到"復位"開關，見圖10,追蹤系統電路 斷開，電源7-4直接控制內外框架的電機開始復位（由于屋面實際工作時由于建筑物位置 固定，太陽能板向陽旋轉的方向是一定的，故可直接反接電源7-4讓電機反向轉動實現復 位），內置于框架中的內框C形開關2-2可以控制太陽能板與框架在同一水平面時令電機停 止。C形開關的開關軸1-1-3與1-1-2固定，再與太陽能板3固定，三者一起旋轉，見圖7， 滑頭在C形片1-1-1上滑動，二者接在復位電路中，保持復位電路接通，電機轉動，進行復位 動作；見圖8,當滑頭移動到C形片開口處，滑頭和C形片斷開，電路斷開，此時太陽能板邊 軸線與內框邊軸線平行，完成復位動作。內框2與外框1同理。
[0067] 太陽能屋面收回過程：接下來開關切換到"閉合"開關，見圖10,控制電路7發出 "反轉"信號，步進電機7-1反向驅動太陽能屋面板收回，當到位后再次通過另一個接觸開關 4-2-2,控制電路發出"停止"信號使電機停止，工作結束。
[0068] 以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一 步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本 實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包 含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種可展屋面自向陽式太陽能利用系統，包括控制電路、多塊太陽能屋面板、發電設 備和通過導線與發電設備相連的蓄電池；其特征在于：還包括太陽能屋面板移動導軌和太 陽能屋面板驅動裝置；所述太陽能屋面板與太陽能屋面板移動導軌滑動連接；所述太陽能 屋面板包括外框（1)、內框（2)和太陽能板（3)，三者自外而內層層相套，所述外框（1)與內 框（2)、內框（2)與太陽能板（3)的轉軸正交于幾何中心；所述太陽能屋面板驅動裝置包括 安裝在外框（1)和內框（2)上的電機及電機驅動系統；還包括太陽光追蹤裝置，所述追蹤裝 置內置于內、外框架內部。
2. 根據權利要求1所述的可展屋面自向陽式太陽能利用系統，其特征在于：所述外框 (1)外側長邊內安有外框電機（1_1)及外框電機驅動系統，內側長邊上安有外框C形開關 (1-2);所述外框電機（1-1)和外框C形開關（1-2)與內框⑵通過軸相連。
3. 根據權利要求2所述的可展屋面自向陽式太陽能利用系統，其特征在于：所述外框 (1) 外側長邊左右兩端均裝有外框滾輪（1-3)，所述外框（1)和外框滾輪（1-3)通過外框連 接轉軸（1-5)連接；所述導軌（4)內側還設有傳送帶（4-1)，所述外框滾輪（1-3)設置在導 軌⑷的傳送帶（4-1)上；所述外框⑴短邊中部還裝有可轉動外框支架（1-4)，外框支架 (1-4)另一端通過支架滾輪（1-4-1)與導軌（4)滾動連接。
4. 根據權利要求3所述的可展屋面自向陽式太陽能利用系統，其特征在于：所述傳送 帶（4-1)起始端的導軌（4) 一端開口，另一端設有擋板；所述導軌（4)上還設有斜坡，所述 斜坡設置在導軌（4)中部；所述導軌（4)內側傳送帶（4-1)起始端上部還設有頭部接觸開 關（4-2-2);導軌（4)中部內側傳送帶（4-1)尾部上端設有中部接觸開關（4-2-1)，所述外 框滾輪（1-3)內側后部設有突起，所述突起和中部接觸開關（4-2-1)與導軌（4)之間的距 離相同。
5. 根據權利要求1所述的可展屋面自向陽式太陽能利用系統，其特征在于：所述內框 (2) 上一側長邊上安有內框電機（2-1)及內框電機驅動系統，另一側長邊上安有內框C形開 關（2-2);所述內框電機（2-1)和內框C形開關（2-2)與太陽能板（3)通過軸相連。
6. 根據權利要求1所述的可展屋面自向陽式太陽能利用系統，其特征在于：所述太陽 能板（3)四邊上各設有一個光敏電阻（3-1)，所述光敏電阻（3-1)將光信號轉換成靈敏的 電信號，所述太陽光追蹤裝置以此控制內置于屋面內外框架內的電機驅動外框（1)和內框 (2)實現準確向陽。
7. 根據權利要求1所述的可展屋面自向陽式太陽能利用系統，其特征在于：所述導軌 下部還設有容納盒（5)，所述容納盒（5)下部設有引出電線（5-1)、傳動皮帶（5-2)及電線 容納盒（5-3);所述引出電線（5-1)下部與蓄電池（6)相連，所述傳動皮帶（5-2) -端與控 制電路輸出端相連，另一端與導軌（4)上的傳動齒輪相連。
8. 根據權利要求7所述的可展屋面自向陽式太陽能利用系統，其特征在于：所述控制 電路（7)包括依次相連的步進電機（7-1)、步進電機驅動器（7-2)、步進電機控制器（7-3)、 電源（7-4)、開關（7-5);所述傳動皮帶（5-2) -端設置在步進電機（7-1)上，所述控制電 路（7)通過傳動皮帶（5-2)控制導軌（4)上的傳動齒輪和傳送帶（4-1)，并控制外框滾輪 (1-3)的運動。
9. 根據權利要求8所述的可展屋面自向陽式太陽能利用系統，其特征在于：所述控制 電路中開關（7-5)依次包括展開開關、向陽開關、復位開關和收回開關；所述展開開關、向 陽開關、復位開關、收回開關分別控制太陽能屋面板的展開、向陽、復位和收回四個動作。
10.根據權利要求1?9任一項權利要求所述的可展屋面自向陽式太陽能利用系統，其 特征在于：所述外框C形開關（1-2)和內框C形開關（2-2)相同，所述外框C形開關（1-2) 包括開關軸（1-1-3)、滑頭（1-1-2)與C形片（1-1-1)，開關軸（1-1-3)穿過滑頭（1-1-2) 與C形片（1-1-1)，并位于滑頭（1-1-2)和C形片（1-1-1)中心位置，所述開關軸（1-1-3) 與滑頭（1-1-2)固定連接，開關軸（1-1-3)與C形片（1-1-1)轉動連接，滑頭（1-1-2)設置 在C形片（1-1-1)上方，且與C形片（1-1-1)滑動連接。
【文檔編號】H02S10/20GK203911852SQ201420043551
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】蘇波, 楊秉鑫, 戴朋, 陳飛, 趙軍, 周建, 梁杰濤, 顧飛飛 申請人:江蘇大學