CN100402774C - 采用太阳能电池的发光砌块 - Google Patents

Abstract

一种采用太阳能电池的发光砌块，一壳体覆盖发光砌块的外表面，并包括光传输部分，通过光传输部分发射和接收光。光发射组件紧接于光传输部分的内表面安装在壳体内。光发射组件允许太阳光通过进行传输。太阳能电池组件紧接于光发射组件安装在壳体内。太阳能电池组件接收太阳光穿过光传输部分和光发射组件，并产生电力。电容器装设在壳体内并存储由太阳能电池组件产生的电力。控制器装设在壳体内，并对供给到光发射组件的存储的电力进行控制。

Description

采用太阳能电池的发光砌块

参照相关申请

本申请要求于2003年8月20日在韩国知识产权局提出的韩国申请NO.2003-0057686的优先权，其内容在此结合参考。

技术领域

本发明涉及采用太阳能电池的发光砌块，更具体地说，本发明涉及光接收区域和光发射区域使用一个表面的发光砌块，通过光接收区域太阳能电池接收光，通过光发射区域，用太阳能电池产生的能量将光发射出。因此可使光发射区域和光接收区域的尺寸最大化。

背景技术

建筑物的地板或墙壁上安装的砖瓦或砌块可制成发光砖瓦或发光砌块，发光砖瓦或发光砌块可具有装饰的效果，以便美化黑暗地区，或者起到简单照明黑暗地区的作用。(在下文说明中所述的术语“发光砌块”也意指发光砖瓦)。

在传统的发光砌块中，在透明的板形砌块的表面部分内安装荧光灯，在装设发光砌块时，用电线将荧光灯电连接到外部电源。

但是，用于这种传统发光砌块的荧光灯寿命有限，因此需要周期性地更换。另外，将荧光灯连接到外部电源的布线操作复杂。最后，如果电源失效则发光砌块不能连续运作。

采用太阳能电池的发光砌块已被研发，以便克服上述存在的问题。采用太阳能电池的发光砌块，在白天太阳能电池接收太阳光，以产生电能。该电能储存在存储电池中，然后在黑夜将存储电池中的电力供给发光砌块。

日本公开专利NOS.1998-219638，1999-175014，2000-290945和2001-115595，公开了采用太阳能电池的发光砌块。

然而，应用这种传统的组件，发光砌块的表面被分成接收太阳光的光接收部分和发射光的光发射部分。更详细地说，根据日本公开专利NOS.1998-219638和1999-175014，将太阳能电池安装到发光砌块前表面的中央、下部区域，通过中央部分接收太阳光。另外，将发光二极管安装在发光砌块前表面边缘的下部，因此通过边缘部分发射光。

在日本公开专利NO.2000-290945中，发光砌块的前表面边缘形成一光接收部分，其中央形成光发射部分。

由于光接收部分和光发射部分限制在发光砌块的整个前表面的中央或边缘，所以光接收和发射部分需要扩大。

在日本公开专利NO.2001-115595中，发光砌块的前表面作为一光接收部分，砌块的后表面形成一光发射部分。因为这样的结构，发光砌块的使用被限制在特定区域，在该区域前和后表面被暴露例如屋顶或遮蓬。即是说，如果将带有这样结构的发光砌块安装在地板或如同墙壁的装置中，或者是前表面或者是后表面中之一被覆盖，并因此不能执行它的功用。

发明内容

按照本发明的实施例，提供一采用太阳能电池的发光砌块，其中扩大了光发射区域。本发明的实施例提供一发光砌块，其中在安装位置或安装方法上不受限制，同时实现了发射光面积的增加。本发明的实施例还提供了采用太阳能电池的一发光砌块，其中光发射区域和光接收区域使用一个表面。

在一个实施例中，本发明是采用太阳能电池的发光砌块，其包括覆盖发光砌块外表面的壳体，并包括一光传输部分。通过光传输部分发射和接收光。光发射组件紧接于光传输部分的内表面安装在壳体内。光发射组件允许太阳光从中传输。太阳能电池组件紧接于光发射组件安装在壳体中。太阳能电池组件接收太阳光穿过光传输部分和光发射组件，并产生电力。电容器设置在壳体内并储存由太阳能电池组件产生的电力。控制器装设在壳体内并对供给到光发射组件的储存的电力进行控制。

光发射组件可包括光导板，其紧接于光传输部分的内表面安装；以及光源，其通过光导板的侧表面辐射光。

光导板可以与光传输部分后表面相接触的方式安装；或者以与光传输部分的内表面分离一预定距离的方式安装。

当光导板以与光传输部分的内表面分离一预定距离的方式安装时，在光导板和光传输部分之间的间距中填充有透明材料，例如聚烯烃(EVA)。

光导板可以由聚碳酸酯、聚烯烃(EVA)和包括聚甲基丙烯酸甲酯的丙烯酸树脂材料中之一种透明材料制成。

光导板包括光反射组件，它大体上平行于光传输部分，并且远离光传输部分通过光导板表面实现，光导板还包括光散射组件，它大体上平行于光传输部分，并靠近光传输部分通过光导板表面实现。

光反射组件可通过突起、镜片或金属薄膜中之一实现。

光散射组件可以是光散射片，在其上通过喷砂工艺形成有微小突起和凹槽。

在光导板表面上涂覆有分色镜，它远离光传输部分并且大体上平行于光传输部分，分色镜有选择地反射特殊波长的光。

发光源是包括灯泡和发光二极管的光发射装置。

壳体可由玻璃和聚碳酸酯中之一制成。

太阳能电池组件通过安装在离光发射组件一预定距离的太阳能电池实现。

太阳能电池组件可包括多个太阳能电池。

电容器用电线电连接太阳能电池组件。

控制器用电线电连接光发射组件。

附图说明

图1A和1B是按照本发明的采用太阳能电池的发光砌块实施例的剖面图；

图2是光导板的剖面图；

图3A、3B和3C是图1A和1B的发光砌块的平面图，表示不同安排的光源；

图4表示本发明的实施例的带有增加梯度的斜表面的突起；

图5表示本发明实施例的电路方块图。

具体实施方式

参照图1A至图4，发光砌块的外部由壳体11限定。光发射组件、太阳能电池、电容器和控制器安装在壳体11中。

可使光通过的光传输部分T在壳体11中构成。通过光传输部分T可实现光的接收和光的发射。为提高光接收效率和光发射效率，光传输部分制做的尽可能的大。典型的壳体尺寸是在斜角方向为20英寸。例如，图1A和1B中，箱形的壳体11具有大致呈四边形剖面，光传输部分T几乎占据了壳体11的全部上表面。光传输部分T除了边缘部分(构成壳体11的侧板的厚度部位)和光源部分外占据了壳体11的全部上表面。壳体11的侧板的厚度由壳体11的材料确定，光源部分很小。

光发射组件、太阳能电池、电容器和控制器以这样的状态安装在壳体中，即壳体11的一个边(如底边)可拆卸。然后重新放上盖12并用粘合剂13将盖12密封到壳体11上。

整个壳体11可由能使光通过的材料制成，或者可构造成仅只传输部分T由能使光通过的材料制成、壳体11的其余部分由不透光的材料制成。图1A和1B中的壳体11，或传输部分T中的插入部分，可由玻璃或聚碳酸酯制成，该材料可使光通过传输并且坚固耐用。

光发射组件紧接于光传输部分T安装在壳体11中。光发射组件包括光导板14和光源15，光导板14大体上平行于光传输部分T安装，并由可传输光的材料制作，光源15通过光导板14的侧表面辐射光。图1A和1B表示光发射组件、太阳能电池组件、电容器和控制器如何安装在壳体中的实例。如图1A和1B所示，光导板14、太阳能电池组件以及其上安装电容器19和控制器18的安装基体17，用例如泡沫材料的减震器准确地配合在壳体11中，这样使组件和安装基体的尺寸设计成与壳体内空间的尺寸相同。可将光源15安装在构成光导板14的沟槽中。电线23分别将光源15与控制器18连接，将具有多个太阳能电池16a的太阳能电池组件16与电容器19连接。

光导板14可与光传输部分T以一预定距离分离进行安装，同时尽可能的接近光传输部分T。在图1A的一个实施例中，光导板14更靠近接触光传输部分T的内表面。另一方面，参照图1B，光导板处的间距S与光传输部分T的内表面隔开，该间距可小于1厘米。可将透明材料26填充到光导板14和光传输部分T之间的间距S中。当光导板14与光传输部分T的内表面隔开一预定距离安装时，将如聚烯烃(EVA)的透明材料填充到光导板14和光传输部分T之间的间距中。

参照图2，光导板还包括光反射组件和光散射组件。更详细地说，光反射组件通过远离光传输部分T大体上平行于光传输部分T的光反射表面14A实现，光散射组件通过更靠近光传输部分T大体上平行于光传输部分T的光散射表面14B实现。

参照图1A、1B和图2，当涂覆光反射组件或镜片或金属薄膜21以改善光的反射时，突起20可形成在光反射表面14A中，微小突起和凹槽(未图示)利用喷砂工艺可形成在光散射表面14B或光散射片22上，如图2所示。光散射片22是一涂覆在光导板14上的层片，以改善光散射。

如果光导板14安装得更紧密接触光传输部分T的内表面，那么，将光传输部分T的内表面进行喷砂，这样所有从光导板14发出的光线通过光传输部分T在没有光损失的情况下进行照明。

可使用多个光源15并根据发光砌块的尺寸和形状适当安排光源15。例如，可将光源15邻近光导板14的全部四个边安装，如图3A所示。优选的是，同时考虑形成在光反射表面14A上的突起20的分布以及光源15的安排来确定，这样可使光从光导板14均匀发射。

例如，参照图3A，可将光源15安装到显示为四边形的光导板14的每个角区。另外参照图3B，光源15可以另一种方式安排到光导板14的侧面区域。

如果发光砌块的尺寸很小，例如在斜角方向为2-3英寸，虽然将光源15安排在沿光导板14的一个侧边的直线上，但也可获得足够均匀的光，如图3C所示。在这种情况下，因为到光源15的距离增加，突起20的分布更加致密，因而使得从光导板14发射的光均匀。这就意味着，由于到光源15的距离增加，所以突起20的数量增加(即突起20更致密地安排在一起)，或者由于到光源15的距离增加，相邻突起20的顶点27之间的距离减小(即突起20具有更加陡的斜坡)。图4显示了具有增大陡度斜坡的突起的实例。

各种发光装置如灯泡和发光二极管都可用作光源15。发光二极管(LEDs)优于灯泡，因为它们的寿命长并产生的热量少。也可采用光导纤维与发光设备一起传输光。

LEDs发射具有特殊波长的光。也就是说，可以是兰、绿和红的LEDs。如果期望从发光砌块发射这种特殊波长的光，可在光导板14的光反射表面14A上涂覆有选择地反射特殊波长的光的分色镜。

例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸树脂可用作为光导板14的透明材料。也可能采用聚烯烃(EVA)或一般在玻璃中使用的聚碳酸酯。

此外，在光导板14和壳体11之间的折射率的差别很小，在这两个元件之间的共界面的光损失也少。因此，最好光导板14是由其折射率与壳体11的折射率相差很小的材料制成。

例如，光导板14用PMMA材料制作，PMMA的折射率为1.5，该折射率与制作壳体11的玻璃或聚碳酸酯的折射率几乎相同。因此，在光导板14和壳体11之间几乎没有发生光折射。

太阳能电池组件16紧接于光导板安装。太阳能电池组件16接收穿过光传输部分T和光导板14的太阳光，并产生电能。

太阳能电池组件16可紧密接触光导板14的表面安装，光导板远离光传输部分T，在一些实施例中也可离光导板一定距离。太阳能电池组件16可离光导板14一预定距离分离安装，以便保护光导板免于受到在太阳能电池运作期间产生的热量。例如，在太阳能电池组件16和光导板14之间的距离D可小于1厘米，如图1A所示。

另外，太阳能电池组件16与光导板14以一预定距离分离的情况下，当从光导板14在分离空间内进入空气时，大多数光都不能传输到空气，而代之以从光导板14的光反射表面14A进行反射。

也就是说，当光从光导板14在空间内通入空气，光导板的折射率大于空气的折射率(PMMA的折射率为1.5，空气的为1)，如果入射角大于临界角，则全部进入的光都被反射。

如图2所示，临界角(θ)时产生全反射满足下述关系：

方程式1

sinθ＝空气折射率/光导板折射率＝1/1.5＝0.67

临界角θ满足sinθ＝0.67，稍大于42度，这就指出，在光到达的入射角42度或稍大时产生全反射。

再参照图2，光源15从光导板14的横截面宽度的中心点C发射光，如果Y是光导板14横截面宽度的一半距离(即从光反射表面14A的中心点C到最外表面的距离)，X是从光导板14的边缘沿光反射表面14A最外表面的距离，沿光导板14的边缘画出点C到光反射表面14A上光到达的点，如果X大于约0.9Y，则发生全反射现象。

由于从光导板14侧面发射的光满足上述条件，即光到达的入射角是42度或稍大于40度，大多数的光将全反射。形成在光导板14的光反射表面14A的突起20也有助于光的反射。

穿过光传输部分T和光导板14的光被收集并在太阳能电池组件16中构成电力。虽然进入太阳能电池组件16的太阳光，由于光导板14上形成的突起20和涂覆的分色镜的散射和反射而有部分损失，但大多数的太阳光进入太阳能电池组件16。通过将多个太阳能电池并联组合而获得太阳能电池组件16。

另外，电容器/控制器单元17安装在壳体11中。电容器部件存储由太阳能电池组件11产生的电力，而控制器部件控制供给到光发射组件的存储在电容器中的电力。图5显示电路方块图的实例。如上所述，电容器19和控制器18安装在安装基体17上。此外，过电压保护电路31、反向电流防护二极管32、稳压电路33、升压电路34、发射控制电路35、以及转换装置SW1和SW2包括控制器单元18。

蓄电池或双层电容器可用于电容器。双层电容器优于蓄电池，这是由于它具有更长的寿命和更大的可靠性。

下面说明上述结构的发光砌块的运作。

在白天，太阳光穿过壳体11的光传输部分T和光导板14，并进入太阳能电池组件16。由于形成在发光砌块整个上表面或外表面上的光传输部分T，光接收区域几乎对应于发光砌块的整个上表面或外表面。

太阳能电池组件16收集太阳光，产生电力，并将电力存储在电容器/控制器单元17的电容器部件中。

如果发光砌块周围区域变得黑暗，则电容器/控制器单元17的控制器部件发出ON(打开)信号给光源15。因此，将存储在电容器中的电能传输到光源15，然后光源15工作以便发射出光。

从光源15发射的光穿过光导板14的侧表面并到达其光反射表面14A上。大多数的光从光反射表面14A上进行反射，并且光在光散射表面14B上进行散射，以穿过光传输部分T并照明发光砌块前方的面积(区域)。

采用这种结构，光发射区域和光接收区域是一致的，并对应于接近发光砌块的整个前表面。

在上述本发明的发光砌块中，对于光接收区域和光发射区域使用相同部位、光接收区域收集太阳光、用太阳能电池产生的电能通过光发射区域发射光。因此，光发射部位和光接收部位的尺寸可以最大化。

另外，光发射区域几乎占据了整个发光砌块的前表面，实现了照明面积的增加，可将多个发光砌块进行组合以形成大面积的光照明。

虽然通过加大发射面积而增加了电能的消耗，但通过同时扩大光接收区域的尺寸可能使太阳能电池组件的电容量增加而满足了电能的需要。在这种情况下需要增加电容器的电容量，但由于电容器位于太阳能电池组件的后面，所以，其尺寸的增加并不影响光发射和光接收区域的尺寸。

虽然本发明的实施例已在上面详述，应清楚地理解，对于本领域的技术人员，基于本发明的许多改变和/或改型，都将落入由附加权利要求书所限定的本发明的构思和范围内。

Claims (17)

1.一种采用太阳能电池的发光砌块，包括

一包括一光传输部分的壳体，通过光传输部分发射光和接收光；

一安装在壳体内并邻近光传输部分的内表面的光发射组件，光发射组件容许太阳光通过光传输部分传输；

一安装在壳体内邻近光发射组件的太阳能电池组件，太阳能电池组件接收穿过光传输部分和光发射组件的太阳光，并产生电力；

一电容器，装设在壳体内，并存储由太阳能电池组件产生的电力；以及

一控制器，装设在壳体内，并控制供给到光发射组件的存储的电力，

其中所述光发射组件包括光导板和光源，光导板邻近光传输部分的内表面安装，光源通过光导板侧表面辐射光。

2.如权利要求1所述的发光砌块，其中所述光导板以与光传输部分的内表面接触的方式安装。

3.如权利要求1所述的发光砌块，其中所述光导板以与光传输部分内表面分离一预定距离的方式安装。

4.如权利要求3所述的发光砌块，其中透明材料填充在光导板和光传输部分内表面之间的间距内。

5.如权利要求4所述的发光砌块，其中所述透明材料是聚烯烃。

6.如权利要求1所述的发光砌块，其中所述光导板是一种透明材料。

7.如权利要求6所述的发光砌块，其中所述透明材料是聚碳酸酯、聚烯烃和包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸树脂中的一种。

8.如权利要求1所述的发光砌块，其中所述光导板包括光反射组件和光散射组件，光反射组件大体上平行于光传输部分，并远离光传输部分通过光导板表面实现，光散射组件大体上平行于光传输部分，并靠近光传输部分通过光导板表面实现。

9.如权利要求8所述的发光砌块，其中所述光反射组件通过突起、镜片和金属薄膜中之一实现。

10.如权利要求8所述的发光砌块，其中所述光散射组件是光散射片，在其上带有用喷砂工艺形成的微小突起和凹槽。

11.如权利要求1所述的发光砌块，其中分色镜远离光传输部分涂覆在光导板表面上，并且大体上平行于光传输部分，该分色镜有选择地反射特殊波长的光。

12.如权利要求1所述的发光砌块，其中所述光源是包括灯泡和发光二极管的发射光装置。

13.如权利要求1所述的发光砌块，其中所述壳体是由玻璃和聚碳酸酯中之一制成。

14.如权利要求1所述的发光砌块，其中所述太阳能电池组件通过与光发射组件离开一预定距离安装的太阳能电池实现。

15.如权利要求1所述的发光砌块，其中所述太阳能电池组件包括多个太阳能电池。

16.如权利要求1所述的发光砌块，其中所述电容器采用电线与太阳能电池组件电连接。

17.如权利要求1所述的发光砌块，其中所述控制器采用电线与光发射组件电连接。

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