智能型太阳能遮阳板

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1、智能型太阳能遮阳板设计说明书设计者：张剑秋，张雨，张赟，姚大军，肖忠霞指导教师：张辅仁（重庆交通大学机电与汽车工程学院学院，重庆 南岸区，400074）作品内容简介目前夏季正午太阳光强度能达到约106lx，大量的阳光直接照射进室内，不仅会给室内 带来光污染，还是造成夏季室内热负荷升高的原因之一。因此对于夏季室内进光量的控制和 利用将有着非常大的社会、环境和经济效益。本设计为智能太阳能遮阳板，通过光照传感器 感应人类在室内工作区域的光照强度的大小和人类生活最适宜的光照强度进行比较，来调节 遮阳板的长度和角度，从而实现遮阳的目的和最大限度的使用太阳能，起到节能减排的作用。联系人：联系电话：EMAI

2、L：1 研制背景及意义太阳能处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输，其总量位居现今世 界上可开发能源之最。 太阳的能量是用之不竭的， 且开发利用太阳能不会造成环境 污染，它是最清洁的能源之一， 在环境污染越来越严重的今天，它的这一特点使其 具有极高的利用价值。 在众多的太阳能应用技术中， 太阳能光伏发电是一种最简单 的方式，光伏发电指利用太阳能电池组件将太阳光能直接转化为电能， 光伏发电具 有转化环节少、资源蕴含量取之不尽、能源质量高、建设周期短、发电方式接近零 排放等优势。在夏季遮阳板可有效降低夏季空调 、冰箱能耗达 30%左右，在冬季可保温防 风，大幅度减少室内温度流失， 降低取暖器

3、的耗电量，防止阳光照射时间过长引起 室温过高及人体的不适，实验证明，在闭窗的情况下，有、无遮阳室温平均差值达 1.4C。遮阳板还可以防止阳光直射造成室内装饰品的变形和褪色，防止阳光高度 照射时产生的眩目。 对周围环境来说，遮阳板可以分散玻璃反射光，避免玻璃反光 造成的光污染。日照造成室内外温差较大， 因此理想的尺寸应根据当地冬季和夏季 的太阳照射高度角变化分别计算， 使其夏季既能满窗遮阳， 冬季又能保证充足的日 照和采暖 【1】。智能型遮阳板体现了太阳能光伏建筑一体化 BIPV 的概念思想，可以说在可 再生能源中，光伏发电是最绿色最环保这是最值得期待的一项技术 【2】。因此它的 发展前景非常可

4、观并有显著的现实意义、2 设计 方案本装置设计思路：本装置的目的是不仅要实现遮阳功效，而且遮阳板上的电池片最 大限度的把太阳光转换成电能储存起来，实现遮阳和发电的双重功效。这种太阳能遮阳板是由固定支架，遮阳板，驱动装置，智能控制电路组成。所述的 智能控制电路电连接驱动装置；所述的固定支架共有两个，一个安装在窗户顶上的墙壁 上，一个安装在窗户侧面的墙壁上，固定支架上通过自动伸缩驱动装置控制遮阳板使遮 阳板达到遮阳目的。智能型太阳遮阳板中的固定支架固定在窗户正上方的墙壁上以及相应需要遮光的 侧面墙壁上，智能拉伸杆通过自动伸缩驱动装置连接在固定支架上，伸缩杆另一端与推 遮阳板活动链接。所述的遮阳板为

5、带太阳能电池片可翻转可伸缩的遮阳板，它主要由遮阳板骨架，太 阳能电池片，带钢化玻璃，铝合金材料组成。所述的太阳能电池片通过EVE和TPT压在 钢化玻璃上，形成太阳能电池组片，把太阳能电池片安装在遮阳板骨架上，再用铝合金 材料把太阳能电池组片和遮阳板骨架封装成一个整体。采用上述方案后本实用新型有以下优点：智能型遮阳板是通过改变遮阳板和太阳的角度和遮阳板的面积协调作用，从 而实现最大限度的遮挡阳光。遮阳板的伸缩功能还可以满足室内的最大采光度，在阴 雨天保证室内的采光.为了充分达到节能的目的，我们在遮阳板正对太阳一面安装太阳能电池片，不仅 实现遮阳的目的，而且部分太阳能转化成电能。从而实现遮阳与发点

6、的双重功效。2.1 机械部分如图 1、2 所示，本实用新型是一种智能型太阳能遮阳板，它主要由智能控制电路（图 4、图 5）、电动推拉杆 1、水平遮阳板 2、水平遮阳板 3、电动推拉杆 4、固定杆 5、固定角型架 6，转轴 7，固定支架 8，固定支架 9 组成；所述的电动推拉杆 4 安装在遮阳板的下表面并与它紧贴，智能控制电路会根 据阳光照射进室内的进光量不同来调节遮阳板的角度，通过控制遮阳板下面的电 动推拉杆调节水平遮阳板的长度，以达到该时刻遮阳的最佳长度。电动推拉杆 1 通过固定支架 9 固定在墙面上，智能控制电路会根据阳光照射 角度的不同，通过控制伸缩驱动装置 4 以调节自动伸缩杆 5的进

7、给量，自动伸缩 杆 5 即可带动遮阳板 2 改变其角度。所述的智能遮阳板 2 为带有太阳能电池片的可伸缩可调角度的遮阳板，它主 要由遮阳板骨架、太阳能电池片、铝合金型材、带钢化玻璃组成。太阳能电池片 压在钢化玻璃上，形成太阳能电池组件，该太阳能组件安装在遮阳板骨架上，再 由铝合金型材把太阳能组件和遮阳板骨架封装成为一个整体。2.2 智能电路控制把室内光照传感器放在靠在窗边人类经常活动的区域，通过光照传感器输入的光照 强度与单片机中设定的2001000lx （人体最舒适的光照强度）进行对比，当输入的光 照强度大于lOOOlx时，单片机输出信号，控制遮阳板角度的伸缩装置中的电机正转， 当输入的光照

8、强度小于 200lx 时，控制遮阳板角度的伸缩装置中的电机反转。如图控 制遮阳板角度的电路原理图（图4）当遇到阴雨天，室外的光照强度达不到 10000lx 的时候，放在室外的光照传感器输入 的光照强度与单片机设定的 25005000lx 进行对比，当室外的光照强度小于 2500lx， 单片机输出信号，控制遮阳板伸长量的伸缩装置的电机反转，遮阳板遮阳面积变小，不妨碍室内采光，当输入的光照强度大于设定值5000lx，单片机输出信号，控制遮阳板伸长量的伸缩装置的电机正转。如控制遮阳板伸长量的电路原理图（图5）盅畫畫畫3=臨需IK雷雷 丄丄丄士士士厶主土土 土豈:一丄一亠一亠一：一严亠亠.亠 亠”亠-

9、一.一.亠 RM舉衆融rwrH鬻常器雷厂云h仃呂5営匚 阿E 曲 皿控制遮阳板伸长量 的电路原理图3 理论设计计算窗户的冷负荷计算 通过窗户进入室内的得热量有瞬变传热得热和日射得热量两部分，日射得热量又分成两部 分：直接透射到室内的太阳辐射热qt和被玻璃吸收的太阳辐射热传向室内的热量qa。窗户日射得热形成的冷负荷 日射得热取决于很多因素，从太阳辐射方面来说，辐射强度、入射角均依纬度、月份、日期、时间的不同而不同。从窗户本身来说，它随玻璃的光学性能，是否有遮阳装置以及窗户结构（钢、木窗，单、双层玻璃）而异。此外，还与内外放热系数有关。工程中用下式计算：本装置是通过外遮阳挡住全部大部分的太阳直射辐

10、射热和部分太阳辐射散射辐射。即太阳直射形成的冷负荷通过无遮阳玻璃窗的太阳辐射得热HG应该包括透过的全部和吸收中一部分【3,即gHG = HG + HG W / m 2gPaHG = I +1P Di Di d dHGa(I a +1 a )Di Di d darSSG 二 I gDi Di DiSSG = I gd d dRSSG 二(I t +1 t ) +-a(I a +1 a )Di Di d dDi Di d daya ) +1 (t +Did)7 / R二 I(T+aDiDi R + RayRa ad d R + Ra y二 IDlgDl+ Idgd二 SSG + SSGDi d推导

11、中各符号的含义：I 射到玻璃表面上的太阳直射辐射强度，入射角为i Wm DiI 投射到玻璃上的太阳散射辐射强度；dT 玻璃对入射角为i的太阳直射辐射的透过率; DiT 玻璃对太阳散射辐射的透过率；da 玻璃对入射角为i的太阳直射辐射的吸收率；Dia d 玻璃对太阳散射辐射的吸收率；gDi 不同入射角i的条件下，太阳直射辐射标准太阳得热率;Dig 对于太阳散射辐射的标准太阳得热率；dSSG 对标准透光材料，太阳直射辐射得热量；DiSSG 对标准透光材料，太阳散射辐射得热量；dSSG 标准玻璃太阳得热量。如表5为某年7 月21日北京地区（晴）南向标准玻璃窗玻璃的透射得热（地面反射率取 0.2）表

12、5项目符号单位北京地区标准时间910111213141516入射ideg83.6077.9374.2072.7473.6976.9682.2589.15角垂直76.00155.8212.4235.2220.3170.394.188.91面直IDiW/m256595射辐射太阳gDi0.2650.4570.5520.5830.5630.4840.3160.031直射84577488得执八、率太阳SSGdW/m220.2071.29117.3137.3124.282.5229.840.283直射8047得热垂直IdW/m2132.6149.3159.9164.0161.4152.1136.6115.

13、6面总02882253散射散射gd0.7490.7490.7490.7490.7490.7490.7490.749得热率66656666太阳SSGdW/m299.40111.9119.9122.9121.0114.0102.486.67散射329033得热由表格分析，按照遮阳率为60%计算，则遮阳板所遮挡太阳辐射量约为3.2MJ/m2。50w单晶太阳能电池板，工作电压17.6V,工作电流2.8A，开路电压21.6V，短路电流3.34A，尺寸 630x550x30mm,净重 4.5KG。如果一天按照6小时的工作时间计算，产电量在0.30.4kwh,对于电压为12v电容量为 8AH的蓄电池，3小时

14、可以充电完毕。4 工作原理及性能分析对于室内智能电路来看，室外太阳直射到室内，通过光照传感器感知，并发送信号到单 片机ATMEGA16中，以设定好的程序经处理加工，再输出信号给控制直流电机的L298驱动器。 当ENA引脚为高电平时，IN1/IN2=（1，0）则电机正转，IN1/IN2= （0,1）则电机反转（其 中1代表引脚为高电平,0代表引脚为低电平）;当ENA引脚为高电平时,IN1=IN2,即IN1/IN2= （0，0）或（1，1）时电机快速过度到停止状态；当 ENA 引脚为低电平时，电机不受 IN1 与IN2控制，自由运行状态逐渐过渡到停止状态。电机的转速通过向ENA引脚输入PWM信号来调节【4】。当遮阳板的角度和长度发生