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基于物联网的太阳能bipvt智能建筑的研究与设计

基于物联网的太阳能BIPVT智能建筑的研究与设计

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作者：陆代泽广西大学

学位级别：硕士

为了摆脱对化石能源的高度依赖、缓解能源供需矛盾、实现“碳中和、碳达峰”的目标,清洁能源的开发利用迫在眉睫。我国建筑能耗高达45.5%,太阳能建筑可以降低建筑能耗,而太阳能光伏光热一体化建筑可提供电能与热能,能源利用率高,是太阳... 详细信息

为了摆脱对化石能源的高度依赖、缓解能源供需矛盾、实现“碳中和、碳达峰”的目标,清洁能源的开发利用迫在眉睫。我国建筑能耗高达45.5%,太阳能建筑可以降低建筑能耗,而太阳能光伏光热一体化建筑可提供电能与热能,能源利用率高,是太阳能利用的重要趋势。本文在bipvt建筑的前期设计阶段,利用Weather Tool、Pvsyst对PV/T组件的安装方位、最佳倾角进行分析。并在Ecotect内置环境之下,搭建bipvt建筑的分析模型,对bipvt建筑必须考虑的太阳运动轨迹、建筑立面日照时数、阴影遮挡范围、年太阳辐照量等因素进行研究与分析,研究结果表明:南侧立面、倾斜立面的日照时间最长、阴影遮挡时段最短、年辐照量最高,是布置太阳能PV/T组件最佳的2个立面。本文构建的分析方法可在bipvt建筑的规划设计阶段,为PV/T组件的布置提供重要参考依据。此外,对比分析了PV/T组件在建筑上的几种结合形式,并对排雨防水结构进行设计。本文还将物联网技术引入bipvt建筑之中,为bipvt建筑构建了一个智能管理系统。通过Home Assisatnt平台进行数据存储与交换,并利用STM32、ESP32、ESP8266等构建了PV/T水循环控制、智能化控制与远程控制、NFC卡片自动控制、语音控制等4种智能控制系统,实现了在任意地点利用手机、电脑、ipad等来对设备进行智能化控制。为了实现串联调光,还设计了一种串联LED灯的故障保护电路,利用Sweet Home 3D设计并绘制了一个建筑内部的3D房间模型,并将模型导入Home Assistant进行调光设计,成功搭建了3D可视化调光系统。在智能管理系统的基础上,基于ESPHome、MQTT客户端等进一步构建2种数据监测系统。详细阐述了电路设计、程序设计、UI显示界面等设计流程,并以ESP8266、STM32、各类传感器等器件进行实验验证,实现了温度、光照强度、电压、电流、PM2.5浓度等各类参数的实时测量与上传。还基于ESP32 CAM设计了PV/T故障监控系统,可实时采集视频数据并上传,确保建筑用户可及时判断PV/T组件是否存在故障。最后,基于Yolo v5算法构建了一个雾焰检测系统,该系统实现了烟雾、火焰的快速检测与识别,并可将结果及时、准确地上传Home Assistant,能够有效预防火灾的发生和减小火灾造成的损失,提高了建筑的安全性能。

关键词：光伏光热 bipvt建筑 Ecotect 物联网技术 Home Assistant

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