建筑光伏一体化木结构壳体系统的制作方法

1.本发明涉及光伏建筑技术领域，特别涉及建筑光伏一体化木结构壳体系统。


背景技术：

2.现有光伏建筑大多为光伏组件与钢筋混凝土结构或钢结构进行组合，在经济性、建筑外观、设计寿命、屋面受力、防水可靠性、施工难度和速度、屋面运营维护等方面均需完善。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出一种建筑光伏一体化木结构壳体系统，将木结构与光伏组件结合，兼顾美观与功能性，降低施工难度，提高施工效率，方便屋面运营维护。
4.为实现上述目的，本发明提出一种建筑光伏一体化木结构壳体系统，包括：
5.木壳结构，包括底座和多个壳板，相邻的两个所述壳板呈夹角设置，多个所述壳板彼此拼接以共同形成一壳体，所述壳体固定至所述底座上，以与所述底座共同围合形成一腔室，所述腔室的一侧设有开口；
6.连接结构，设于相邻的两个所述壳板之间，用以使多个所述壳板彼此固定；以及，
7.光伏组件，固定至所述壳体的外表面。
8.可选地，各所述壳板的材质为胶合木；和/或，
9.每相邻的两个所述壳板通过榫卯结构拼接。
10.可选地，至少部分所述壳板呈六边形设置；和/或，
11.所述壳体的外表面呈曲面设置。
12.可选地，所述连接结构包括第一连接结构，所述第一连接结构包括多个紧固螺栓，各所述紧固螺栓穿设固定于相邻的两个所述壳板相对的侧端。
13.可选地，每相邻的两个所述壳板相对的侧面均为安装侧面，其中一所述安装侧面凸设形成卡凸，另一所述安装侧面凹设形成卡槽，各所述卡凸插至于各所述卡槽内，且每一所述卡凸通过多个螺栓固定在对应的所述卡槽内；
14.所述连接结构包括多个所述卡凸和多个所述卡槽。
15.可选地，至少相邻的三个所述壳板形成一壳板单元，在一所述壳板单元中，每一所述壳板相邻的两个侧边分别与另外两个所述壳板的一侧边相抵接；
16.所述连接结构包括对应多个所述壳板单元设置的多个第二连接结构，每一所述第二连接结构包括三个固定杆，每一所述固定杆穿设连接其中两个所述第一壳板，三个所述固定杆的端部彼此搭接设置。
17.可选地，所述连接结构包括多个卡扣结构，每一所述卡扣结构包括：
18.两个凹槽，分别设于其中两个相邻的壳板相对的侧端的上表面，且两个所述凹槽相对的侧壁贯通设置；以及，
19.两个扣部，两个所述扣部连接为一体，且分别通过螺钉固定至两个所述凹槽内。
20.可选地，所述光伏组件设有多个，多个所述光伏组件电性连接、且与多个所述壳板一一对应；
21.每相邻的两个所述光伏组件之间设有防水结构，各所述防水结构包括安装座，所述安装座固定至所述壳体上，且处在对应的两个所述光伏组件之间，所述安装座的侧表面与对应的两个所述光伏组件之间均填充有密封硅胶。
22.可选地，所述安装槽的底壁通过螺钉固定在所述壳体上；和/或，
23.各所述安装座的上表面凹设形成安装槽，所述建筑光伏一体化木结构壳体系统还包括对应安装至所述安装槽内的柔性灯带；和/或，
24.各所述光伏组件粘附于对应的所述壳板上。
25.可选地，所述建筑光伏一体化木结构壳体系统还包括：
26.用电设备，设于所述腔室内部和/或所述腔室外部，且与多个所述光伏组件电性连接；以及，
27.控制装置，设于所述腔室内，所述控制装置与多个所述光伏组件和所述用电设备电性连接。
28.本发明的技术方案中，木结构生态环保，属于负碳建材，通过所述连接结构的设计使得多个所述壳板组合形成壳体，结构形式灵活多变，所述腔室作为室内空间使用，所述开口处供门窗设置，同时将光伏组件集成到所述壳体上，形成木质壳板与光伏组件结合的建筑形式，兼顾美观与功能性，以建筑属性为主，发电属性为辅，实现光伏一体化设计，降低施工难度，提高施工效率，方便屋面运营维护，示范了零碳城市设施。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
30.图1为本发明提供的建筑光伏一体化木结构壳体系统一实施例的立体示意图；
31.图2为图1中连接结构一实施例的示意图；
32.图3为图1中连接结构另一实施例的示意图；
33.图4为图1中连接结构又一实施例的示意图；
34.图5为图1中防水结构的剖面示意图；
35.图6为图5中光伏组件的电路图。
36.附图标号说明：
[0037][0038][0039]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0040]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0042]
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0043]
现有光伏建筑大多为光伏与钢筋混凝土或钢结构的结合，分为bapv(building attached pv)与bipv(building integrated pv)。bapv即光伏与建筑结合，光伏系统安装在已投入使用的建筑之上，利用建筑闲置空间进行发电，优先考量发电系统的投资效益。bipv即光伏建筑一体化，将光伏产品集成到建筑自身，成为建筑的组成部分，兼顾美观与功能性，通常以建筑属性为主，发电属性为辅，主要包括屋顶、幕墙、玻璃等形式。bipv具有多重优势，但节点连接是一体化技术突破的重点与难点，建筑防水效果、连接强度、耐久性、整体性都受其影响，且有待完善。
[0044]
鉴于此，本发明提供一种建筑光伏一体化木结构壳体系统，将木结构与光伏组件3结合，兼顾美观与功能性，降低施工难度，提高施工效率，方便屋面运营维护。图1至图6为本发明提供的建筑光伏一体化木结构壳体系统的实施例。
[0045]
请参照图1、图5，建筑光伏一体化木结构壳体系统包括木壳结构、连接结构以及光
伏组件3，所述木壳结构包括底座12和多个壳板111，相邻的两个所述壳板111呈夹角设置，多个所述壳板111彼此拼接以共同形成一壳体11，所述壳体11固定至所述底座12上，以与所述底座12共同围合形成一腔室，所述腔室的一侧设有开口，所述连接结构设于相邻的两个所述壳板111之间，用以使多个所述壳板111彼此固定，所述光伏组件3固定至所述壳体11的外表面。
[0046]
本发明的技术方案中，木结构生态环保，属于负碳建材，通过所述连接结构的设计使得多个所述壳板111组合形成壳体11，结构形式灵活多变，所述腔室作为室内空间使用，可作遮阳、休憩用等，所述开口处供门窗设置，同时将光伏组件3集成到所述壳体11上，形成木质壳板111与光伏组件3结合的建筑形式，能够进行太阳能发电，兼顾美观与功能性，以建筑属性为主，发电属性为辅，实现光伏一体化设计，降低施工难度，提高施工效率，方便屋面运营维护，示范了零碳城市设施。
[0047]
具体的，各所述壳板111的材质为clt(cross-laminated timber，胶合木)，clt是一种新型木建筑材料，该材料性能稳定，整体变形可控。
[0048]
进一步的，多个所述壳板111中，每相邻的两个所述壳板111通过榫卯结构拼接。榫卯结构是在两个木构件上所采用的一种凹凸结合的连接方式。凸出部分叫榫(或榫头)；凹进部分叫卯(或榫眼、榫槽)，榫和卯咬合，起到连接作用，在本实施例中，每相邻的两个所述壳板111相对的侧端上，分别设置榫和卯，从而起到咬合拼接的效果，这种拼接方式不但可以承受较大的荷载，而且允许产生一定的变形，在地震荷载下通过变形抵消一定的地震能量，减小结构的地震响应。
[0049]
需要说明的是，上述两个相关联的技术特征：胶合木的材质设置和榫卯结构的拼接方式可以择一设置或者同时设置，本实施例中同时设置，从而具有更好的效果。
[0050]
本发明不限制各所述壳板111的形状，每一所述壳板111均为多边形，但是多个所述壳板111的形状至可以完全相同、或者部分相同、或者各不相同，本发明的一实施例中，至少部分所述壳板111呈六边形设置，如此设置多个所述壳板111拼接后彼此之间的连接更加的紧密，所述壳体11中的边缘部分根据需要设置呈其他形状，需要说明的是，各六边形设置的所述壳板111的尺寸也不做限定，可以为相同尺寸或者不同尺寸，可以为正六边形或者其他不规则的六边形，通过参数化设计和数字化制造将半径为两米的半球壳体划分为若干个多边形，从而形成不同造型、不同大小、自由度极高、可重复拆装的木壳结构。
[0051]
为了提高该建筑光伏一体化木结构壳体系统的强度，所述壳体11的外表面呈曲面设置，一实施例中，所述木壳结构整体呈半球形设置，以仿生学为基础，模仿海胆骨架的几何形状，受力合理，其他实施例中，所述木壳结构整体呈仿花生的外形设置，在此不做限制，可以根据实际需求选择设计不同的曲面造型，需要说明的是，本发明所述的曲面设置为整体曲线，多个壳板111之间的拼接仍可能存在棱角。
[0052]
需要说明的是，上述两个相关联的技术特征，可以同时设置或者择一设置，本实施例中同时设置效果更好，具体的，本实施例中，所述壳体11中部位置的壳板111呈六边形设置，边缘位置呈五边形、四边形和三角形设置。
[0053]
光伏建筑具有多种优势，但节点连接是该技术突破的重点与难点，节点连接的方式对建筑防水效果、连接强度、耐久性、整体性都受其影响，本发明不限制所述连接结构的具体形式，需要说明的是，该连接结构首选可重复拆装连接结构，一实施例中，请参照图2，
所述连接结构包括第一连接结构，所述第一连接结构包括多个紧固螺栓21，各所述紧固螺栓21穿设固定于相邻的两个所述壳板111相对的侧端，多个所述紧固螺栓21形成肋连接，具体的，选用m12、130全牙螺丝进行连接，连接强度好，由于所述壳板111为多边形设置，因此单个所述壳板111的各侧边可以通过一个或多个紧固螺栓21进行连接。
[0054]
进一步的，所述壳体11先通过多个所述壳板111分别拼接形成一中间板、两个侧板，在中间板和两个侧板的相对的侧端上均朝向所述腔室内凸设形成一沿连接筋板，所述第一连接结构中的多个所述固定螺栓21还穿设固定相贴合的两个连接筋板a，每一所述连接筋板a上至少设置三个所述固定螺栓21，以加强结构的强度。
[0055]
在另一实施例中，请参照图3，每相邻的两个所述壳板111相对的侧面均为安装侧面，其中一所述安装侧面凸设形成卡凸221，另一所述安装侧面凹设形成卡槽222，各所述卡凸221插至于各所述卡槽222内，且每一所述卡凸221通过多个螺栓22a固定在对应的所述卡槽222内，所述连接结构包括多个所述卡凸221和多个所述卡槽222。需要说明的是，各所述卡凸221和各所述卡槽222形成拼齿式连接的方式，多个螺栓22a为垂直于对应的所述壳板111设置，从而通过木结构的插接和刚性零件相结合的方式进行连接，增强连接强度。
[0056]
需要说明的是，此实施例中，各所述壳板111上不同的侧面可以分别设置卡凸221或者卡槽222以便于拼接，同时，各所述卡槽222沿所述壳板111厚度方向的其中一侧壁呈贯通设置。
[0057]
在又一实施例中，通过指接式连接的方式，具体的，请参照图4，至少相邻的三个所述壳板111形成一壳板单元11a，在一所述壳板单元11a中，每一所述壳板111相邻的两个侧边分别与另外两个所述壳板111的一侧边相抵接，所述连接结构包括对应多个所述壳板单元11a设置的多个第二连接结构，每一所述第二连接结构包括三个固定杆23，每一所述固定杆23穿设连接其中两个所述第一壳板111，三个所述固定杆23的端部彼此搭接设置，形成三角架结构，具有稳定的支撑效果，可以理解的是，各所述壳板单元11a中存在重复的壳板111。
[0058]
需要说明的是，没以所述固定杆23由一杆部和一端帽组成，所述端帽的直径大于所述杆部，每一所述固定杆23的杆部的侧端搭接在相邻的所述固定杆23中杆部和端帽的连接处，且与所述端帽抵紧。所述固定杆23可以为一个螺栓，在螺栓的螺帽处固定套设一个金属筒。
[0059]
在其他实施例中，请参照图1至图2，所述连接结构包括多个卡扣结构，每一所述卡扣结构包括两个凹槽241和两个扣部242，两个所述凹槽241分别设于其中两个相邻的壳板111相对的侧端的上表面，且两个所述凹槽241相对的侧壁贯通设置，两个所述扣部242连接为一体，且分别通过螺钉固定至两个所述凹槽241内。两个所述扣部242均的截面均为梯形，两个所述扣部242的短边相贴合，所述凹槽241对应呈渐扩设置，从而使得两个所述扣部242整体呈蝴蝶扣，这种结构设计更加牢固，不容易脱出，同时在各所述扣部242上设置通孔供螺钉穿设。
[0060]
需要说明的是，本实施例中的木壳结构中，集成了上述四种实施例所述的连接结构，根据各所述壳板111所在的位置、力学性能要求进行对应连接结构的合理设置，从而通过多种连接结构与木质壳板111相结合的方式实现复杂结构的固定，卡扣结构的连接方式多用于所述壳体11的中部，所述壳体11中部的两侧区域可分别设计第二连接结构、所述卡
凸221和所述卡槽222配合这两种连接方式，所述第一连接结构多用在局部需要加固处。
[0061]
考虑到光伏组件3的美观度和木质结构的防水，一实施例中，请参照图5至图6，所述光伏组件3设有多个，多个所述光伏组件3电性连接、且与多个所述壳板111一一对应，每相邻的两个所述光伏组件3之间设有防水结构4，各所述防水结构4包括安装座41，所述安装座41固定至所述壳体11上，且处在对应的两个所述光伏组件3之间，所述安装座41的侧表面与对应的两个所述光伏组件3之间均填充有密封硅胶4a。从而通过多个所述防水结构4将将多个所述光伏组件3与多个所述壳板111一体化设置，使得多个所述光伏组件3的外形与所述罩壳一致，增加美观度，密封硅胶4a填充在相邻的两个所述光伏组件3的缝隙中能够起到良好的防水效果，保护内部的木壳结构。
[0062]
本发明所述的光伏组件3为单晶硅光伏组件3，包括单晶硅太阳电池单体和封装方框，单晶硅光伏组件3发电效率为20.5％，内部设置光伏控制器，具体采用多种负载控制方式，同时设置蓄电池，用以存储电量以供用电设备使用。每各光伏组件3由72片79mm*39mm的电池板串联，其功率达47w，电压36v。在其他实施例中，也可以设置为薄膜光伏组件3，在此不作限制。
[0063]
本发明不限制所述安装座41固定在所述壳体11上的方式，一实施例中，所述安装槽411的底壁通过螺钉固定在所述壳体11上，其他实施例中，可以通过粘接的方式固定。
[0064]
进一步的，各所述安装座41的上表面凹设形成安装槽411，所述建筑光伏一体化木结构壳体系统还包括对应安装至所述安装槽411内的柔性灯带42，所述柔性灯带42起到装饰作用，保证外观。
[0065]
需要说明的是，所述安装座41为一长条设置的u形槽结构，且相对的两壁面的上端朝向背离彼此的方向延伸形成弯折臂，便于安装，同时便于密封硅胶4a的填充。
[0066]
不仅如此，本发明的一实施例中，各所述光伏组件3粘附于对应的所述壳板111上。从而进一步的加强连接效果，通过点连接和面连接相结合的方式，更加的牢固。
[0067]
上述相关联的几个特征，本实施例中同时设置，在其他实施例中，也可以选择性的设置，本发明对此不做限制。
[0068]
除此之外，所述建筑光伏一体化木结构壳体系统还包括用电设备和控制装置，所述用电设备设于所述腔室内部和/或所述腔室外部，且与多个所述光伏组件3电性连接，所述控制装置设于所述腔室内，所述控制装置与多个所述光伏组件3和所述用电设备电性连接。所述用电设备为灯具、家用电器等，可通过光伏组件3进行电量的自己自足，无需连接外置电源，所述控制装置便于用电设备和电量的集中化管理。
[0069]
本实施例中，该驿站的构成主要分为木壳结构、单晶硅光伏组件3两个部分，所述壳体11由多个六边形板片拼接，木结构与光伏组件3通过节点连接，实现光伏木结构一体化设计，通过光伏产能，为结构外部的柔性灯带42、和内部小型电器发电，所述木壳结构采用预制多边形花旗松正交胶合木制作，通过参数化设计和数字化制造将半径为2m米的半球壳体划分为若干个多边形，并实现复杂连接节点，结合传统榫卯做法与现代木结构的五金件连接，既保证了建筑效果，又增加了节点的强度与刚度，且便于施工。最后围合了一个最高点约2m，面积约10平的半球形空间，空间布局不会受限于梁柱等构件的设置，该产品根据使用功能的不同，可实现板片自由组合、无限延伸，可作遮阳、休憩用等，其结构设计使用rhino软件和grasshopper软件配合，进行板片划分及实时读取重量，最大板块重量34kg，现
场安装时不会对地面造成破坏，所述底座12为槽钢框架和木地板，直接放置在地面上即可。在建筑外观、设计寿命、屋面受力、防水可靠性、施工难度和速度、屋面运营维护等方面均具有优势。
[0070]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。