CN103410243A - 一种利用光伏发电的宽通道双层通风外墙 - Google Patents
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Abstract
一种利用光伏发电的宽通道双层通风外墙，属于太阳能发电建筑一体化技术领域。其包括实体墙（6）和通过化学锚栓（3）连接固定在实体墙（6）外侧的太阳能电池板（1），其特征在于：所述的实体墙（6）与太阳能电池板（1）中间预留了空腔（5）。空腔（5）的宽度控制在150~200mm内，空腔（5）上方设置了出风口，出风口处安装出风阀（7），空腔（5）下方设置了进风口，进风口处安装进风阀（8）。本发明针对太阳能电池板与实体外墙相结合的BIPV方式，在太阳能电池板和实体外墙间预留空腔，通过“烟囱效应”带走太阳能电池板发电过程中的产热量，减少对建筑物外墙的热辐射效应。
Description
技术领域
本发明属于太阳能发电建筑一体化（简称BIPV）技术领域，特别涉及一种可降低太阳能光伏组件背板温度的双层通风式外墙。
背景技术
太阳能资源丰富，太阳能利用是缓解能源紧张的一种有效途径，其中太阳能发电建筑一体化（简称BIPV）是当前太阳能利用的主流趋势。太阳能电池板和建筑有效结合成一体，不需要额外的空间，产生的能源就地利用，减少了输送能耗。BIPV的结合方式有多种，光电屋面、光电外墙、光电幕墙、光电遮阳构件等。
然而，太阳能电池板发电过程中产生的热效应，不仅降了自身的发电效率，并且使建筑物本身受到强烈的热辐射，不得不采用空调降温，增加了建筑的运行能耗。
已有相关研究降低BIPV太阳能热效应的方法，多数为太阳能电池板自身结构增加冷却部件，或者太阳能发电系统回收热量，控制太阳能电池板的温度。这些研究没有针对太阳能电池与建筑相结合的特点，没有充分利用建筑物作为载体辅助降温。
一些幕墙厂家针对光电幕墙做了特殊通风降温设计，并申报获取了相应专利。这些专利的原理大致相同，将密闭的光电幕墙改成开敞式幕墙。光电幕墙通常情况下设计成双层结构，外层为太阳能电池板组合而成的光电幕墙，内层（靠近建筑物室内）为透光的玻璃或者其他材料，双层中间预留了空腔，上下增加通风口，利用“烟囱效应”或者强制通风，带走外层光电幕墙的多余热量，减少光电幕墙对内层玻璃的热辐射影响。倘若采用强制通风，可利用部分光电幕墙发电量，给通风扇提供电力供应。上述专利充分利用了BIPV的特点，改善电池板和建筑结合部件和结构组成，值得借鉴。不足之处，为了产生“烟囱效应”，光电幕墙空腔的宽度和高度都必须有严格要求，才能顺利的将热量排走。而强制通风方式，风速的控制也有要求，这些专利均没有涉及。这些专利仅实现了通风的功能，但无法保障通风的效果。
很多BIPV工程更倾向采用太阳能电池板与实体外墙相结合的方式，将太阳能电池板安装在建筑的南立面或者东西立面窗间墙的位置。这种BIPV方式，避免了光电幕墙和室内采光之间的矛盾，更容易被建筑师或业主接受。太阳能电池板在夏季日光强烈的情况下温度上升至70℃~100℃，对内侧为实体外墙也有显著地热辐射效果。为了解决电池板发电对实体外墙的热辐射影响,，本发明提供一种利用光伏发电的宽通道双层通风外墙结构。
发明内容
为了解决太阳能发电过程中，温度升高导致自身发电效率降低和对建筑室内的热辐射影响的问题，本发明设计了一种利用自然通风方式冷却太阳能电池板的双层通风外墙，建 筑朝阳面（多为东立面、南立面和西立面）窗间墙位置安装太阳能光伏电池板，形成双层结构，外层为多块拼接的太阳能电池板，内层为建筑窗间墙。
本发明采用如下技术方案：
一种利用光伏发电的宽通道双层通风外墙，其包括实体墙6和通过化学锚栓3连接固定在实体墙6外侧的太阳能电池板1，所述的实体墙6与太阳能电池板1中间预留了空腔5。空腔5的宽度控制在150~200mm内，空腔5上方设置了出风口，出风口处安装出风阀7，空腔5下方设置了进风口，进风口处安装进风阀8。
空腔内5安装了温度传感器4，温度传感器4地输入端连接到控制器9将监测的温度发送给控制器9。控制器9的控制端与出风阀7和进风阀8连接控制出风阀7和进风阀8的开启和关闭。
太阳能电池板1是由多块电池板拼接组成的方阵，方阵竖向高度控制在8~10米；两个方阵间留有1~2米的间隙，减少方阵之间的热串风现象。
太阳能电池板1的输出端连接控制器9为控制器9供电。
太阳能电池板1为采用多晶硅、单晶硅、薄膜非晶硅或者多元化合物型电池芯片串联组成的太阳能电池板。
化学锚栓3设置于混凝土承重构件中且避开钢筋位置，化学锚栓有效锚固深度不小于8d，d为化学锚栓直径。
倘若非采暖季测量温度超过30℃，控制器开启进风口和出风口，空腔内形成烟囱效应，在热压的驱动力下，冷空气从进风口进入空腔，在太阳能电池板的热辐射下温度升高，热空气从出风口排出。采暖季节进风口和出风口风阀全部关闭，空腔内形成一个温室，增强建筑物本身的保温性能。
本发明针对太阳能电池板与实体外墙相结合的BIPV方式，在太阳能电池板和实体外墙间预留空腔，通过“烟囱效应”带走太阳能电池板发电过程中的产热量，减少对建筑物外墙的热辐射效应。本发明的有益效果（1）降低了太阳能电池板工作温度，提高了发电效率；（2）采用自然通风的方式冷却太阳能电池板，不需要电动通风设备，冷却过程无能量消耗；（3）采用自然通风的方式冷却太阳能电池板，不需要电动通风设备，简化了系统结构，施工安装方便，不需要后续维护维修工作；（4）减少了建筑物外墙的辐射得热量，减少了建筑空调运行能耗；（5）降低了建筑物外墙的表面温度，避免对室内的热舒适效果的负面影响，改善室内的生活质量和提高了工作效率。
附图说明：
图1为宽通道双层通风外墙正视图。
图2为宽通道双层通风外墙局部放大图。
图3为宽通道双层通风外墙剖面图。
图4为宽通道双层通风外墙剖面图（带铆钉）
图5为宽通道双层通风外墙侧视图。
图6宽通道双层通风外墙通风示意图
图中：1、太阳能电池板，2、角钢，3、化学锚栓，4、温度传感器，5、空腔，6、实体墙，7、出风阀，8、进风阀，9、控制器，6-1、外墙混凝土结构，6-2、A级防火保温材料。
具体实施方式：
如图1，太阳能电池板1拼接成方阵，安装在建筑朝阳立面，通常为南立面、西立面或东立面。方阵竖向高度控制在8~10米，从而保证“烟囱效应”达到足够的热压，横向尺度根据建筑物确定。两个方阵间留有1~2米的间隙，减少方阵之间的热串风现象。
实体墙6由外墙混凝土结构6-1外侧黏贴A级防火保温材料6-2构成。如图2，实体墙6由混凝土结构6-1外侧黏贴了A级防火保温材料6-2组成的。
如图3，太阳能电池板1通过角钢2固定在混凝土结构6-1内。。
如图4，太阳能电池板1与混凝土结构6-1通过化学锚栓3连接固定，化学锚栓3设置于混凝土承重构件中且避开钢筋位置，化学锚栓有效锚固深度不小于8d（八倍直径）。
如图4，外墙6和太阳能电池板1之间留有空腔5，空腔5的尺寸控制在150~200mm，从而确保足够的空气流量。空腔5下方设计了进风口和风阀8，空腔上方设计了出风口和风阀7。空腔内安装温度传感器4，通过弱电RVVP线与控制器9相连。其中控制器9为示意位置。
如图5，控制器9根据温度传感器4监测的温度，控制进风口风阀8和出风口风阀7的开启或关闭。
建筑内不需要供暖的情况下，根据传感器4监测的温度值，倘若温度超过30℃，打开进风口风阀8和出风口风阀7，在热压的驱动下冷空气进入空腔5，在空腔5内形成良好的自然通风状态，带走热量后，从出风口流出。由于空腔5宽度和高度的控制，自然通风量的方向和流量均能够得到保障。倘若室内需要供暖，控制器9关闭进风口风阀8和出风口风阀7，空腔5内形成温室。
在夏热冬暖地区等常年不需要供暖的情况下，外墙6-2的材料为面砖、涂料或者其他装饰材料。根据传感器4监测的温度值，倘若温度超过30℃，控制器9打开进风口风阀8和出风口风阀7，在热压的驱动下冷空气进入空腔5，在空腔5内形成良好的自然通风状态，带走热量后，从出风口留出。由于空腔5宽度和高度的控制，自然通风量的方向和流量均能够得到保障。
Claims (6)
1.一种利用光伏发电的宽通道双层通风外墙，其包括实体墙（6）和通过化学锚栓（3）连接固定在实体墙（6）外侧的太阳能电池板（1），其特征在于：所述的实体墙（6）与太阳能电池板（1）中间预留了空腔（5）。空腔（5）的宽度控制在150~200mm内，空腔（5）上方设置了出风口，出风口处安装出风阀（7），空腔（5）下方设置了进风口，进风口处安装进风阀（8）。
2.根据权利要求1所述的利用光伏发电的宽通道双层通风外墙，其特征在于：空腔内（5）安装了温度传感器（4），温度传感器（4）地输入端连接到控制器（9）将监测的温度发送给控制器（9）。控制器（9）的控制端与出风阀（7）和进风阀（8）连接控制出风阀（7）和进风阀（8）的开启和关闭。
3.根据权利要求2所述的利用光伏发电的宽通道双层通风外墙，其特征在于：太阳能电池板（1）是由多块电池板拼接组成的方阵，方阵竖向高度控制在8~10米；方阵间留有1~2米的间隙，减少方阵之间的热串风现象。
4.根据权利要求3所述的利用光伏发电的宽通道双层通风外墙，其特征在于：太阳能电池板（1）的输出端连接控制器（9）为控制器（9）供电。
5.根据权利要求4所述的利用光伏发电的宽通道双层通风外墙，其特征在于：太阳能电池板（1）为采用多晶硅、单晶硅、薄膜非晶硅或者多元化合物型电池芯片串联组成的太阳能电池板。
6.根据权利要求4所述的利用光伏发电的宽通道双层通风外墙，其特征在于：化学锚栓（3）设置于混凝土承重构件中且避开钢筋位置，化学锚栓有效锚固深度不小于8d，d为化学锚栓直径。
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