一种太阳能驱动的垂直百叶遮阳装置 【技术领域】
本发明创造公开了百叶窗遮阳装置，具体涉及一种太阳能驱动的垂直百叶遮阳装置，属于建筑技术科学领域。玻璃幕墙与太阳能驱动的垂直百叶遮阳一体化构造。该百叶窗遮阳装置可与玻璃幕墙一体安装，并且根据太阳的转动调整百叶板偏转的角度，最大限度利用太阳能，属于建筑科学领域。
背景技术
建筑外窗与遮阳一体化生产与安装可以节省成本，提高现场施工效率，保证安装质量等优势。中国发明专利申请200910106751.0公开了建筑通用外门窗遮阳一体化系统，固定在建筑门窗洞口内的门窗框，及依次安装在所述门窗框内的门窗扇、纱窗层、卷闸层等，其特点为占用面积小、有效面积大，美观可靠，同时满足对隔音、隔热、防火、遮阳节能、节水、安全、防盗、环保、防蚊虫、气密、水密、卷闸自动清洁等各种功能要求，可由室内的控制系统进行智能控制，操作简便。然而针对目前应用越来越广泛的单元式玻璃幕墙系统，仍然缺少幕墙与遮阳构造一体化生产与安装的案例，普遍在现场安装单元式幕墙后，再安装遮阳构件，造成施工效率低下，无法保证安装质量等问题。
建筑遮阳是生态的建筑节能技术，特别是大面积玻璃幕墙安装遮阳构件后，节能效果更加显著。中国实用新型专利200420082981.0公开了一种采光遮阳系统，主要通过设置反光板使室外的散射辐射进入室内，同时遮挡室外的直射辐射，有利于采光和节能。中国发明专利申请200710010821.3公开了一种具有保温、隔声和遮阳功能的外窗遮阳帘，但仍然是遮阳帘与外窗分开安装，遮阳帘无法自动调节，没有利用太阳能。但是上述技术均是被动进行遮阳和采光，不具有主动式和智能化的装置来利用太阳辐射，无法满足现代建筑设计和节能的要求。
在现代建筑设计中，建筑层数越来越高，大面积的玻璃幕墙应用越来越广泛，这种需求使得幕墙和遮阳有机的结合越来越迫切。一方面可以有效遮阳，另一方面也应满足室内基本的采光要求。中国发明专利200610061349.1公开了一种外置的太阳能遮阳板系统，在水平遮阳板上放置太阳能电池板，产生的电量用于调整太阳能电池板的受光面。但该发明并为涉及玻璃幕墙与百叶构件的一体化设计，也未涉及遮阳板转动的智能化控制装置。
中国实用新型专利02240589.5公开了一套百叶窗实用新型构造，它由多个单元联片连接而成，单元联片上设置有太阳能能量转换装置和能量导出装置。由于在百叶窗的单元联片上设置有太阳能能量转换装置和能量导出装置，因此可将照射于百叶窗上的光能竟能量转换装置转换后导出，以用于空调、热水器等，从而解决了现有百叶窗在遮光时光能得不到充分利用的技术问题。但该百叶窗为固定式构造，只能接受某个朝向的太阳辐射能量，对太阳能的利用有限。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种现场作业少、施工成本低、可根据太阳的转动调整百叶板偏转的角度的一种太阳能驱动的垂直百叶遮阳装置。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的。
一种太阳能驱动的垂直百叶遮阳装置，包括支撑架、管状电机、太阳能光电薄膜、垂直百叶板、太阳辐射探头、温度探头、控制器、蓄电池和计算器；所述垂直百叶板通过固定在幕墙上部和下部的支撑架放置在幕墙室外侧，垂直百叶板表面贴附太阳能光电薄膜，太阳能光电薄膜通过控制器与蓄电池连接，对蓄电池充电；安装在垂直百叶板转动轴内的管状电机通过导线与蓄电池电连接；管状电机还与计算器信号连接；太阳辐射探头和温度探头分别安装在垂直遮阳板的顶端，太阳辐射探头和温度探头分别与计算器信号连接，将分别感应的室外实时太阳辐射和空气温度数据传送至计算器，计算器执行如下功能：计算器通过分析太阳辐射和空气温度数据，与用户设定的室外太阳辐射和室外空气温度上限值进行比较，如果大于用户设定的数值，则判断为需要遮阳，反之，则不需要遮阳；如果需要遮阳，则通过计算器计算当前时刻的太阳方位角，并控制垂直百叶板中的管状电机以该方位角转动，进而控制垂直百叶板转动，使垂直百叶板贴附光电薄膜的表面始终朝向太阳入射方向，实现遮阳的同时收集太阳能量。
为进一步实现本发明目的，所述垂直百叶板包括M形状的垂直百叶板骨架、倒V形状的扣板、转轴、弧形连接件和弧形铝板；垂直百叶板骨架通过连接件相连，转轴从上到下贯通连接件，扣板从两边扣到骨架上，弧形铝板固定在遮阳板骨架上。
所述支撑架包括相互垂直第一连接板和第二连接板；第一连接板设有多个螺栓孔，通过螺栓将支撑架固定在幕墙；第二连接板设有通孔，通过螺栓连接垂直百叶板。
所述控制器优选为Phocos CXN太阳能充放电控制器。
所述管状电机优选为BM系列管状电机。
所述计算器优选为可编程单片机。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)单元式幕墙与百叶遮阳系统一体化拼装
在厂房中将单元式幕墙与遮阳系统组装好，运至施工工地，将带有遮阳系统的单元式幕墙一次性安装，节省施工时间，降低施工成本，减少现场作业，提高建筑装饰加工质量水平。
(2)用于调节垂直百叶转动的智能控制系统
垂直百叶装置带有智能控制系统，该智能控制系统由感应器、计算器和转动电机组成。感应器感受室外太阳辐射和温度变化范围，以判断遮阳措施应该遮挡太阳辐射还是透过太阳辐射；计算器计算逐时太阳方位角和高度角等太阳位置数据，根据太阳位置数据及外遮阳系数限值，计算得到垂直百叶板应偏转的角度；转动装置根据计算器计算的最佳角度控制垂直百叶转动，以达到最佳的遮阳和采光的效果。
(3)用于驱动垂直百叶转动的太阳能动力系统
在垂直百叶板正反两面安装太阳能电池，太阳能电池产生的电量首先通过控制器，然后与蓄电池相接，用导线将蓄电池与百叶转动马达相连，驱动垂直百叶转动。产生的多余电量可以供室内其他电器使用。
【附图说明】
图1为玻璃幕墙与太阳能驱动地垂直百叶遮阳一体化构造示意图；
图2为垂直百叶板结构示意图；
图3为智能控制系统流程图；
图4支撑架结构示意图；
图5a为“M”形状的垂直百叶板骨架构造示意图；
图5b为倒“V”形状的垂直百叶板扣板构造示意图；
图5c为弧形的垂直百叶板连接件构造示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限性于实施例表示的范围。
如图1所示，一种太阳能驱动的垂直百叶遮阳装置，包括支撑架1、管状电机2、太阳能光电薄膜3、垂直百叶板4、太阳辐射探头5、温度探头6、控制器7、蓄电池8和计算器9。垂直百叶板4通过固定在幕墙10上部和下部的支撑架1放置在幕墙10室外侧，垂直百叶板4表面贴附太阳能光电薄膜3，太阳能光电薄膜3通过控制器7与蓄电池8连接；太阳能光电薄膜3产生的电流通过导线输入到控制器7，经控制器变压后，输出到蓄电池8，对蓄电池8充电；安装在垂直百叶板转动轴内的管状电机2通过导线与蓄电池8电连接；管状电机2还与计算器9信号连接；当垂直百叶板4需要转动时，则由蓄电池8供给管状电机2电量，以驱动垂直百叶板4转动。太阳辐射探头5和温度探头6分别安装在垂直遮阳板4的顶端，太阳辐射探头5和温度探头6分别与计算器9信号连接，将分别感应的室外实时太阳辐射和空气温度数据传送至计算器9，计算器9通过分析太阳辐射和空气温度数据，然后与用户设定的室外太阳辐射和室外空气温度上限值进行比较，如果大于用户设定的数值，则判断为需要遮阳，反之，则不需要遮阳。用户设定室外太阳辐射和室外温度上限是根据室内温度进行设定，例如，如果室内空调温度为26℃，则当室外空气温度超过26℃时，则应判断为需要遮阳。如果需要遮阳，则通过计算器9计算当前时刻的太阳方位角，并通过数据线控制垂直百叶板4中的管状电机2以该方位角转动，进而控制垂直百叶板4转动，使垂直百叶板4贴附光电薄膜3的表面始终朝向太阳入射方向，可以实现遮阳，同时收集太阳能量。计算器每隔10～60分钟重复上述检测、判断和控制的过程一次，以保证遮阳板始终处于最佳遮阳角度，同时将太阳能转化为电能，供系统自身和其他用电设备使用。
如图2、图5a、5b、5c所示，垂直百叶板4包括“M”形状的垂直百叶板骨架11、倒“V”形状的扣板12、转轴13、弧形连接件14和弧形铝板15；垂直百叶板骨架11通过连接件14相连，转轴13从上到下贯通连接件14，扣板12从两边扣到骨架11上，起到装饰百叶板的效果，用螺钉将弧形铝板15固定在遮阳板骨架11上，并在弧形铝板外侧贴附太阳光电薄膜3，形成太阳能电池与遮阳百叶的一体化构造。
如图4所示，支撑架包括相互垂直第一连接板4-1和第二连接板4-3；第一连接板4-1设有多个螺栓孔4-2，通过螺栓将支撑架1固定在幕墙10；第二连接板4-3设有通孔4-4，通过螺栓连接垂直百叶板4。幕墙10在生产时需要预留用于固定第一连接板4-1的插槽，在安装幕墙10的同时将支撑架1的第一连接板4-1部位插入预留的插槽中，并用螺栓固定，第二连接板4-3用于安装垂直百叶板4，采用螺栓将垂直百叶板4固定在支撑架1上。
如图3所示，太阳辐射探头5和空气温度探头6每隔10分钟(也可以是60分钟，或者是10-60分钟的任意时间)收集室外太阳辐射和空气温度数据，并传送至计算器9，计算器9根据接收到的太阳辐射和空气温度数据与用户设定的室外太阳辐射和室外空气温度上限值进行比较，如果大于用户设定的数值，则判断为需要遮阳，反之，则不需要遮阳。如果不需要遮阳，返回上一步继续进行数据采集；如果需要遮阳，则根据当地经纬度和年月日时刻计算百叶应转动的角度，计算原理为：计算当前时刻的太阳方位角，并以此角度控制垂直百叶板4转动，使垂直百叶板4贴附光电薄膜3的表面始终朝向太阳入射方向，可以实现遮阳，同时收集太阳能量，转动电机为管状电机，可以实现360°转动，以实现最佳遮阳性能，并提高光电转化效率。
太阳能光电薄膜6可选用UNI-SOLAR公司的PVL64T型产品，该产品为柔性薄膜非晶硅太阳能电池，可弯曲，背面带有乙烯丙烯共聚物胶粘剂与微生物抗化剂，可黏贴在金属百叶板上。控制器10可选用伏科公司的Phocos CXN太阳能充放电控制器，管状电机3可选用深圳市格兰德精密电机有限公司生产的BM系列管状电机，太阳辐射探头8可选用LI200X硅辐射仪，温度探头可选用铜-康铜热电偶，计算器可选用可编程单片机，用来采集太阳辐射和温度数据，并判断是否需要遮阳，以及控制管状电机转动角度。
目前常用的建筑外遮阳产品多为固定式遮阳构造，该构造可以实现夏季遮阳的效果，但同时对室内采光质量有所影响，此外，固定式遮阳也会影响冬季用户对太阳光的需要，降低了室内人员的舒适性。活动式遮阳构造是解决该问题的有效途径，但目前活动式遮阳需要消耗额外的电力，并且不具备智能化控制能力，降低了遮阳的节能率。本发明太阳能驱动垂直百叶遮阳装置可以根据室外气象参数智能调节遮阳百叶的偏转角度，在炎热夏季遮挡太阳辐射，降低空调耗电量，而在寒冷冬季则可以透过太阳光，改善人员在室内的舒适性，此外本发明不需要消耗额外电力，百叶转动的电量均来自遮阳板表面所贴的光电薄膜，可以进一步提升遮阳构造的节能潜力，节能率可达18％左右，而普通外遮阳构造节能率为6％左右。