1.本发明涉及建筑与新能源技术领域，具体说是一种高层建筑风电光伏遮阳一体化结构。
背景技术：
2.高层建筑楼顶风大、光照充足，具有非常好的发展风电和光伏新能源的条件。但由于相对面积较小，且只能选择其中一种，选用光伏发电只能白天使用，选择风电只有在大风天气下使用，再加上建设规模较小，风电和光伏发电的稳定性较差，难以形成规模效应，极大地制约了新能源在高层建筑上的应用。中国专利申请号200610109446.3、公开号101126373a公开了一种《高层建筑风力发电系统》。其利用高层建筑顶部和空闲部分，在风力发电机组上，利用小型框架式风力发电机组合成大型框架式集群风力发电机组，达到“利用高层建筑进行风力发电”的目的。这种风力发电系统虽然理论上说可以无限扩展，由多个小型框架式风力发电机组合成大型框架式集群风力发电机组，但受制于建筑物本身可利用的空间，其发电机组的规模受到限制，另外，城市环境中的风能资源极其不稳定，单一的风力发电不仅受到风力大小和风向的制约，相当长的无风、微风时间使其利用率和经济效益、社会效益大为降低，投入产出比不理想。本人的另一专利申请2022202545239提供了一种《建筑一体化太阳能光伏发电装置》，在建筑物的外立面设置挑出平台，并在挑出平台上安装光伏发电板，可实现建筑物的能源平衡以及净零能耗，同时具有夏季遮阳作用，避免夏季光线直射窗户，有效降低夏季室内的温度。但这种安装在建筑物的外立面上的光伏发电板只有侧面的遮阳作用，对于顶楼住户影响最大的夏季楼顶隔热差、顶层温度高的问题没有任何帮助；另外，这种太阳能光伏发电装置也只能在白天输出电能，夜晚或者阴天的时候无法提供电能，仍然存在发电模式单一、利用率不高的问题。
技术实现要素：
3.本发明的目的是提供一种结构合理、具有风电光伏互补效应、新能源利用率高的高层建筑风电光伏遮阳一体化结构，实现建筑用电近零碳排放，同时还可以改善顶层的隔热、防晒效能，为顶层住户提供更舒适的居住环境。
4.为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：本发明所述高层建筑风电光伏遮阳一体化结构，包括设置在建筑物楼顶的风力发电机和光伏太阳能板，所述建筑物楼顶带有相互平行设置的楼顶挡风墙，所述风力发电机安装在相邻两楼顶挡风墙之间,风力发电机的中轴线穿过两楼顶挡风墙之间的空隙并与楼顶挡风墙平行；所述光伏太阳能板通过偏转机构安装在楼顶挡风墙的顶端，所述偏转机构的转轴与所述楼顶挡风墙的长度方向垂直。
5.所述风力发电机包括固定连接在所述楼顶挡风墙端部的板式框架、设置在所述板式框架上的安装孔、固定安装在所述安装孔中的发电机本体，所述板式框架的外侧面与建筑物的外立面齐平，所述建筑物的外立面的两侧对应于楼顶挡风墙的位置带有对称设置的
竖向挡风墙，所述竖向挡风墙向上延伸并与建筑物楼顶两侧的楼顶挡风墙融为一体。
6.所述光伏太阳能板包括底板、设置在底板端部的转轴、附着在底板上的光伏板，所述转轴通过轴承可旋转地安装在楼顶挡风墙的顶端；所述偏转机构是连接在所述光伏太阳能板上并驱动转轴旋转的蜗轮蜗杆装置。
7.所述蜗轮蜗杆装置包括固定安装在转轴上并同轴设置的全蜗轮、与全蜗轮啮合的蜗杆一以及与蜗杆一传动连接的电机一，所述全蜗轮是360度圆周面均可用于啮合的蜗轮。
8.所述蜗轮蜗杆装置包括固定连接在底板背面的半蜗轮、与半蜗轮啮合的蜗杆二以及与蜗杆二传动连接的电机二，所述半蜗轮是外环面带有啮合齿的半圆环结构。
9.所述楼顶挡风墙的长度与所述建筑物楼顶的跨度相当，楼顶挡风墙的高度为其长度的1/3——1/6。
10.采用上述技术方案以后，架空设置在屋顶的太阳能光伏板可有效阻挡日光直射顶层楼板，有利于提高屋顶的保温隔热效果，为顶层住户提供更舒适的居住环境；风光互补的新能源发电装置可以根据不同气候天气条件选择不同的工作模式，充分利用不同时间段最优质的新能源品种，并能相互促进提高效益，大幅度提高新能源的利用率和投入产出比。
附图说明
11.图1是本发明一个实施例的立体结构示意图。
12.图2是图1中光伏板处于遮阳状态的立体结构示意图。
13.图3是本发明一个实施例的纵向剖视结构示意图。
14.图4是夏季白天的使用状态的示意图。
15.图5是夏季夜晚南风状态下的使用状态的示意图。
16.图6是夏季夜晚北风状态下的使用状态的示意图。
17.图7是冬季白天以光伏发电为主的使用状态的示意图。
18.图8是冬季夜晚或阴天以风力发电为主的使用状态的示意图。
19.图9是风力与光伏发电功率与时间变化关系的曲线图。
具体实施方式
20.如图1所示，本发明所述高层建筑风电光伏遮阳一体化结构包括设置在建筑物楼顶的风力发电机1和光伏太阳能板2，所述建筑物楼顶带有相互平行设置的楼顶挡风墙3，所述楼顶挡风墙3贯穿楼顶平台的两端，所述楼顶挡风墙3的长度与所述建筑物楼顶的跨度相当。相邻的两楼顶挡风墙3构成狭长的通风通道，楼顶的风从两楼顶挡风墙3之间穿过时形成峡谷效应，空气加速通过，其中的风力明显增大。太高的楼顶挡风墙3经济效益差，太矮的楼顶挡风墙峡谷效应不明显，本发明楼顶挡风墙3的高度为其长度的1/3——1/6，其高度既可以满足产生峡谷效应又能允许维修人员通过。所述风力发电机1安装在相邻两楼顶挡风墙3之间,风力发电机1的中轴线穿过两楼顶挡风墙3之间的空隙并与楼顶挡风墙3平行，该风力发电机1可以只有一组安装在楼顶挡风墙3的一端或者中间，也可以如图3所示在楼顶挡风墙3的两端各设置一组风力发电机1；所述光伏太阳能板2通过偏转机构安装在楼顶挡风墙3的顶端，并且所述偏转机构的转轴与所述楼顶挡风墙3的长度方向垂直。为了充分利用自然光，民用住宅建筑大都面南背北，温带季风气候的风向也是以南风或者北风为主，此
时可以将楼顶挡风墙3设置在建筑物楼顶的东西两端，并按照南北走向设置，南风或者北风穿过楼顶挡风墙3之间狭窄通道的时候形成穿堂风，与楼顶挡风墙3垂直的偏转机构的转轴可以带动光伏太阳能板2朝向南面或者北面做俯仰偏转。当然，楼顶挡风墙3不仅设置在建筑物楼顶的东西两端，也可以在东西两端的楼顶挡风墙之间间隔设置多个同样高度和长度的楼顶挡风墙3，形成相互平行的多道楼顶挡风墙结构。
21.所述风力发电机1包括固定连接在所述楼顶挡风墙3端部的板式框架11、设置在所述板式框架11上的安装孔、固定安装在所述安装孔中的发电机本体12，所述板式框架11可以采用一体化结构，其中设置多个安装孔和发电机本体12，也可以采用多个分体的板式框架11，每一板式框架11对应安装一个发电机本体12，这样的多个板式框架11并列设置成一排并固定连接在一起。并且将安装孔的两端设置为喇叭口状，以增大进风量，提高风速。所述板式框架11的外侧面与建筑物的外立面4齐平或者基本齐平，板式框架11的高度与楼顶挡风墙3相当、两端分别固定连接在两楼顶挡风墙3的侧壁上。如图1、图2所示，在楼顶挡风墙3的两端均设置风力发电机1，由楼顶挡风墙3和风力发电机1共同构成矩形框架结构，该矩形框架结构中的楼顶挡风墙3构成不透风的侧边、风力发电机1构成透风并利用风力发电的端部。无论气流从楼顶挡风墙3的那一端吹向建筑物，风力发电机1均可以被气流吹动，实现有效发电。两楼顶挡风墙3之间的狭长通道形成峡谷效应，可有效加大风速，提高风力发电机1的发电效率。
22.如图1、图2所示，所述建筑物的外立面4的两侧对应于楼顶挡风墙3的位置带有对称设置的竖向挡风墙5，所述竖向挡风墙5向上延伸并与建筑物楼顶两侧的楼顶挡风墙3融为一体。如图1中箭头所示，当有风吹向建筑物的外立面4的时候，建筑物的外立面4两侧的竖向挡风墙5可以阻止气流从侧面绕过建筑物、强迫气流吹向建筑物的顶部，加大屋顶的风速，有利于提高风力发电机1的发电效率。
23.如图1所示，所述光伏太阳能板2包括底板21、设置在底板21端部的转轴22、附着在底板21上的光伏板23，该底板21可以是平板结构也可以是板状的框架结构或者镂空的板状结构，只要其中的一面可以固定接收太阳能并发电的光伏板23即可。转轴22焊接在底板21两侧边的边缘。所述转轴22通过轴承可旋转地安装在楼顶挡风墙3的顶端；所述偏转机构是连接在所述光伏太阳能板2上并驱动转轴22旋转的蜗轮蜗杆装置。可以根据楼顶挡风墙3的长度并列设置多组这样的光伏太阳能板2，使其沿着楼顶挡风墙3的长度方向密集排列，直到完全覆盖建筑物楼顶。这样就相当于在建筑物楼顶上增设了一个架空的防晒层，利用光伏太阳能板2与建筑物楼顶之间的空隙起到保温隔热和防晒的作用，尤其在夏天可以有效降低顶层室内的温度。
24.如图3左侧所示，所述蜗轮蜗杆装置包括固定安装在转轴22上并同轴设置的全蜗轮221、与全蜗轮221啮合的蜗杆一222以及与蜗杆一222传动连接的电机一223，所述全蜗轮221是360度圆周面均可用于啮合的蜗轮。全蜗轮221和蜗杆一222都安装在壳体中，转轴22的端部插入壳体中并固定连接在全蜗轮221的中心。在蜗杆一222的两端设置有轴承，蜗杆一222的其中一端穿过壳体延伸到壳体的外部并固定安装从动皮带轮，安装在楼顶挡风墙3的侧壁上或者楼板上的电机一223上安装有主动皮带轮，主动皮带轮与从动皮带轮之间通过传动皮带连接，这样就可以利用电机一223驱动蜗杆一222旋转从而带动全蜗轮221和光伏太阳能板2旋转。当然，电机一223与蜗杆一222之间还可以通过链条或者齿轮传动连接。
在光伏太阳能板2的两端各有一组这样的蜗轮蜗杆装置，可以将其壳体固定安装在楼顶挡风墙3的内侧壁或者外侧壁，也可以将其嵌入到楼顶挡风墙3的上端。使用时两组蜗轮蜗杆装置同步运转，可以驱动光伏太阳能板2做360度旋转。当然，也可以根据需要设置限位机构，限定光伏太阳能板2偏转的最大角度。
25.如图3右侧所示，另一种蜗轮蜗杆装置。这种蜗轮蜗杆装置包括固定连接在底板21背面的不完全蜗轮211、与所述不完全蜗轮211啮合的蜗杆二212以及与蜗杆二212传动连接的电机二213，所述不完全蜗轮211是外环面带有啮合齿的半圆环结构。每个半圆环结构的不完全蜗轮211在底板21背面有两个支撑点，可以更好地支撑光伏太阳能板2的重量。虽然其偏转角度小于正负45度，但对于并不需要太大偏转角的光伏太阳能板2也已完全够用。使用时，这种蜗轮蜗杆装置也是在光伏太阳能板2的两端各有一组，同步运转，通过电机二213正转或者反转控制光伏太阳能板2正向偏转或者反向偏转。将蜗杆二212的两端通过轴承安装在轴座上，轴座则固定在蜗杆二212下方楼顶挡风墙3的内侧壁。蜗杆二212的一端通过联轴器与电机二213连接，电机二213同样固定安装在楼顶挡风墙3的内侧壁上。蜗杆二212上方的光伏太阳能板2可以防止雨水侵蚀，延长使用寿命。当然，为了更好地保护蜗杆二212和电机二213，也可以在其上覆盖罩壳之类的容器。
26.实际使用中，根据天气状况调整光伏太阳能板2的偏转方向及角度。如图4所示，在夏季的白天，如图中双线箭头所示强烈的阳光直射地面，此时以光伏发电和遮阳功能为主，偏转机构将光伏太阳能板2调整到水平状态，大面积的光伏太阳能板2几乎遮蔽整个楼顶，光伏太阳能板2与楼板之间的间隙成为很好的通风隔热层，可有效降低顶层室内的温度。此时无论是否有风，仅光伏发电就已足够，因此无须考虑风向及风力的大小。当然，如图中单线箭头所示，如果有足够的风力发电，也可以将两种清洁能源的电力合并到一起。
27.本发明所述高层建筑风电光伏遮阳一体化结构具有风力发电和光伏发电两种新能源获取手段，并可根据天气及光照条件的变换通过改变光伏太阳能板2的姿态转换不同个工作模式，达到提高新能源利用率、延长新能源使用时间、提高新能源投入产出比的目的。
28.风电与光伏发电互补不仅可以使新能源的利用率提高一倍左右，同时还可以起到平衡发电功率曲线的作用，特别是在晚上用电高峰时，风力发电的补充可以起到很好的平衡作用，减少对电网用电的依赖。如图9所示，图中横轴代表一天中的时间变化，纵轴代表功率输出变化。图中细实线代表光伏太阳能板2的输出功率p1，在一天24小时内，光伏太阳能板2只在6点到18点之间的时间段有功率输出，且在12点左右达到输出峰值；图中虚线代表风力发电机1的输出功率p2，只要有风，全天24小时均有功率输出；两者功率相叠加，总的有功输出时间延长，且功率曲线p3较为平坦，有效改善发电质量。
29.如图5、图6所示，在夏天的夜晚或者阴天的情况下，光照不足，光伏太阳能板2无电力输出。此时需要根据风向调整光伏太阳能板2的倾斜方向。图5所示，刮南风的时候，如图中单线箭头所示，气流方向从右向左，应调整光伏太阳能板2使其右端高而左端低，呈背面迎风的倾斜状，这种倾斜的光伏太阳能板2与两侧的楼顶挡风墙3形成迎风的喇叭口，可增大光伏太阳能板2下方的气流速度，提高风力发电机1的发电效率。同样道理，如图6所示，刮北风的时候，气流方向从左向右，此时可以调整光伏太阳能板2使其左端高而右端低，风力发电机1仍然能够获得较好的发电效率。上述使用状态下光伏太阳能板2的偏转角度可以根
据风力的大小以获得最佳发电效率为原则，随时调整光伏太阳能板2的偏转角度。上述两种模式灵活使用，可以实现理想状态下全天均可输出电能，填补了单一发电模式的不足。
30.如图7所示，在冬季白天仍然以光伏发电为主，但这一季节光线入射角较小，如图中双线箭头所示。此时应调整光伏太阳能板2使其正面带有光伏板23的一面朝向南方，倾斜的角度则由日照的角度确定。此时风向及风力的变化不影响光伏太阳能板2的姿态。
31.如图8所示，在冬季的夜晚或者阴天的情况下，以风力发电为主。此时光伏太阳能板2失去发电能力，应根据风向的变化调整光伏太阳能板2的姿态。其原理与图5、图6相同。
32.上述电机一223、电机二213的控制电路及其工作原理以及风力发电和光伏发电及其逆变电路的工作原理均为现有技术，再次不再赘述。
33.本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
34.以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，作为本发明的保护范围。