CN103410426A - 一种可翻转太阳能窗 - Google Patents

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Abstract

发明公开了一种可翻转太阳能窗，包括薄膜太阳能电池玻璃组件、高透玻璃组件和可旋转窗框，薄膜太阳能电池玻璃组件和高透玻璃组件设有间隙，平行安装在可旋转窗框上，可旋转窗框的上、下端的中部对称设有一个旋转轴，可旋转窗框与外框通过旋转轴连接。发明克服了现有技术的不足，设计简单，结构合理，通过设置旋转轴，应季节温度需要转动，将薄膜太阳能电池玻璃组件与高透玻璃组件的位置进行对调。

Description

一种可翻转太阳能窗
技术领域
发明涉及太阳能利用技术领域，具体属于一种可翻转太阳能窗。 
背景技术
目前，大多使用的窗户只是具有通风透光、遮风挡雨和防寒保暖作用，致使太阳能这一纯天然的、清洁的、取之不尽的良好能源白白浪费掉。目前晶体硅太阳能屋顶、太阳能幕墙多数适合在单体建筑上使用，难以应用于一家一户式楼房，而太阳能窗或封闭阳台窗可一家一户单独安装。目前已经试用的一些太阳能单层窗，太阳能利用率较低。如果能设计出一种新型太阳能窗，既能利用光伏发电，又能利用部分太阳热量，提高窗户太阳能利用率，还不影响窗户的美观和通透性等使用功能，该有多好呀。 
现有利用太阳能节能窗和太阳能幕墙的技术报道，但这些技术能够利用投射到窗面上的太阳辐射，减少太阳辐射直接进入室内，但商业晶硅电池的转换效率只有17％左右，非晶硅电池效率更低，在8％左右，剩下的80％左右的太阳辐射被反射或被转化为热量使太阳能电池的温度升高，在降低电池效率的同时，夏季时其中30％以上的太阳辐射以热能形式进入室内，增加室内热负荷，而冬季时室外温度较低，60％以上的热能又流失到室外。同时由于太阳能窗和太阳能幕墙温度的升高，还将导致靠近幕墙和靠近窗户位置的室内热舒适度大大降低，如机场的候机大厅。 
发明内容
发明的目的是提供了一种可翻转太阳能窗，克服了现有技术的不足，设计布局合理，通过设置旋转轴，使薄膜太阳能电池玻璃组件与高透玻璃组件的位置进行对调，达到夏天降低室内温度冬天保持室内温度的效果。薄膜太阳能双层窗比普通玻璃窗具有发电和保温效果，比普通双层玻璃窗具有发电的功能，比单层太阳能光伏窗保温效果明显，不仅能发电减少传统能源消耗，而且能增强建筑保温隔热效果。 
发明采用的技术方案如下： 
一种可翻转太阳能窗，包括薄膜太阳能电池玻璃组件、高透玻璃组件和可旋转窗框，所述的薄膜太阳能电池玻璃组件和高透玻璃组件平行安装在可旋转窗框上，薄膜太阳能电池玻璃组件和高透玻璃组件之间设有间隙，所述的高透玻璃组件上、下面，左、右面均与可旋转窗框接触，所述的薄膜太阳能电池玻璃组件上、下端与可旋转窗框之间设有空气进出流道，可旋转窗框转动设置于外框上。 
所述的可旋转窗框的上、下端的中部对称设有一个旋转轴，可旋转窗框与外框通过旋转轴连接。 
所述的薄膜太阳能电池玻璃组件采用透明薄膜太阳能非晶硅电池。 
所述的薄膜太阳能电池玻璃组件和高透玻璃组件之间间隙为1-3cm。 
所述的薄膜太阳能电池玻璃组件上、下端通过固定横梁固定于可旋转窗框内。 
所述的外框上设有固定窗，固定窗一侧通过转动轴固定外框上。 
所述的固定横梁和可旋转窗框为一体。 
与已有技术相比，发明的有益效果如下： 
发明通过可旋转窗框设置旋转轴，使薄膜太阳能电池玻璃组件与高透玻璃组件的位置进行对调，达到夏季降温、冬季保温作用。 
附图说明
图1为发明的结构示意图； 
图2为发明夏季工作原理图； 
图3为发明夏季工作原理图； 
图4为发明与普通单层太阳能光伏窗温度对比夏季模式； 
图5为发明与普通单层太阳能光伏窗温度对比冬季模式。 
具体实施方式
参见附图，一种可翻转太阳能窗，包括薄膜太阳能电池玻璃组件1、高透玻璃组件2和可旋转窗框3，薄膜太阳能电池玻璃组件1和高透玻璃组件2平行安装在可旋转窗框3上，薄膜太阳能电池玻璃组件1和高透玻璃组件2之间设有间隙，间隙为1-3cm。高透玻璃组件2上、下面，左、右面均与可旋转窗框3接触，薄膜太阳能电池玻璃组1件上、下端与可旋转窗框3之间设有空气进出流道，可旋转窗框3转动设置于外框4上。可旋转窗框3的上、下端的中部对称设有一个旋转轴301，可旋转窗框3与外框4通过旋转轴连接。薄膜太阳能电池玻璃组件1采用透明薄膜太阳能非晶硅电池。薄膜太阳能电池玻璃组件1上、下端通过固定横梁5固定于可旋转窗框3内。固定横梁5和可旋转窗框3为一体。外框4上设有固定窗6，固定窗6一侧通过转动轴固定外框4上。考虑在模型窗外加装 窗框，既是为了固定窗户使它不随便翻转，同时也可发挥防盗功能。同时为保证玻璃安全，需要像普通窗一样在中间加装支撑，减小区域玻璃面积，提高安全性。所述的可旋转窗框可横向设置，上下进行翻转。还可以利用太阳能发电带动灯泡和风扇，指示还需考虑选择合适大小的薄膜太阳能电池。窗体结构可以是塑钢或型材。 
可翻转太阳能双层窗具有两种工作模式：夏季工作模式和冬季工作模式。 
夏季工作模式工作原理如图2： 
薄膜太阳电池玻璃组件处在室外侧，与高透玻璃之间留有空气流道，空气流道上下两端为空气流通的进出口，通过空气流动对薄膜太阳电池玻璃组件进行冷却。由于透明玻璃对于4微米波长以上的红外辐射是不通透的，红外辐射不会透过透明玻璃进入室内，而是加热空气流道内的空气，使其向上运动，热虹吸作用下使得空气从下通风口进入，从上通风口流出，这种空气的流动带走了部分薄膜太阳电池玻璃组件产生的热量，从而降低了薄膜太阳电池的温度，使薄膜太阳电池保持较高的发电效率，同时降低高透玻璃外部温度，减少对室内的热传递。 
冬季工作模式工作原理如图3： 
相比于夏季，将可翻转太阳能双层窗一百八十度翻转，薄膜太阳电池玻璃组件在室内侧，空气流道内的空气在冷却薄膜太阳电池的同时，又可以将吸收的热量带到室内，增加冬季房间内的热量，同时也降低了窗户向室外散失的热量。 
为对比测试太阳能双层窗与普通单层太阳能窗的发电效率，需要寻找室外封闭房间进行温度对比测试。经过在大学、科研院所反复寻找，终于找到并借用封闭房间安装薄膜太阳能电池玻璃进行测试。 
在两间相同封闭房间分别安装普通薄膜太阳能窗和双层薄膜太阳能窗，并检查封闭性，注意薄膜太阳能电池板的串并联，首先使用红外测温仪测量两扇窗玻璃温度，发现不同测量点的温度有所不同，难以精确测量，经请教老师，改用红外热像仪测量面温度解决了这一问题。 
在测量发电功率过程中，根据物理学W(功率)=U(电压)*I(电流)定理，首先要测量电压和电流，我借用母亲单位的万用表进行测量，开始发现数值很小，两扇窗几乎没有区别，通过选择准确度更高、量程更小的万用表，才将两扇窗的数值明显区别开来。 
在测量功率过程中，我发现光线的入射角度对发电效率影响较大，直射时发电效率高，入射角大时发电效率低，我就想在开窗换气时手动调节窗户旋转角度追踪太阳光使发电效率最大，这样只能采用左右翻转方式，防止重力影响从而使窗户可以停在任意位置。 
为测试验证可翻转太阳能双层窗相较于普通单层太阳能窗温度和发电效率的提高，我将可翻转太阳能双层窗和普通单层太阳能窗安装在同样朝南房间的墙上，房间温度控制在25±0.5℃，做了两组对比实验。 
实验设备： 
1、红外热像仪FLUKE Ti32 
2、数字万用表FLUKE 
3、红外测温仪Raytek RAYST60XBAP 
4、钢卷尺5M 
研究对象： 
可翻转太阳能双层窗： 
高透玻璃组件：外形尺寸1.2×1.15m，透光率0.92 
薄膜太阳电池玻璃组件：外形尺寸1.2×1.0m，透光率0.2 
风口尺寸：1.2×0.075m 
空气通风流道宽度：0.02m 
普通单层太阳能窗： 
外形尺寸1.2×1.15m 
高透玻璃部分：1.2×0.075m，透光率0.92 
薄膜太阳电池玻璃部分：1.2×1.0m，透光率0.2 
1、两种结构的太阳能窗的温度比对试验 
夏季工作模式 
房间温度基本在25℃左右，两种太阳能光伏窗处在同样的光照条件下，测试时间为上午9点到下午5点，每1小时使用非接触式红外热像仪测量双层太阳能光伏通风窗及普通单层太阳能窗的玻璃表面温度并记录。温度曲线如图4。 
Figure BSA0000094281240000071
表1可翻转太阳能双层窗与普通单层太阳能光伏窗温度数据(夏季模式) 
从记录的数据可以看出，夏季工作模式下，可翻转太阳能双层窗的室内侧玻璃(高透玻璃)的平均温度为30.5℃左右，这与单层太阳能窗光伏玻璃36.9℃相比少了6.4℃。正是可翻转太阳能双层窗中的空气流通带走了大量的热量，才抑制了窗户室内侧玻璃温度的升高，这样传给室内的热量也就减少了。另外可翻转太阳能双层窗的室外侧玻璃(薄膜太阳电池玻璃)的平均温度为36.1℃，这与单层太阳能窗室内侧玻璃(太阳能玻璃)36.9℃相比低了0.8℃。 
冬季工作模式 
房间温度基本在18℃左右，两种太阳能光伏窗处在同样的光照条件下，测试时间为上午9点到下午5点，每1小时使用非接触式红外热像仪测量双层太阳能通风窗及普通单层太阳能窗的玻璃表面温度并记录。温度曲线如图5。 
图5可翻转太阳能双层窗与普通单层太阳能窗温度对比(冬季模式) 
Figure BSA0000094281240000081
表2可翻转太阳能双层窗与普通单层太阳能窗温度数据(冬季模式) 
从记录的数据可以看出，冬季工作模式下，可翻转太阳能双层窗的室内侧玻璃(薄膜太阳电池玻璃)的平均温度为23℃左右，这与单层太阳能窗室内侧玻璃(太阳能玻璃)16℃相比高了7℃。这将提高室内靠近窗户附近的热舒适性，同时通过可翻转太阳能双层窗中的空气通风流道提供给房间的热量将降低室内的采暖负荷。 
2、两种结构的太阳能窗光电功率和光电效率的测试 
夏季工作模式 
测试期间，平均辐照约为400W/m2，由于非晶硅电池的光电效率受温度的影响很小，在两种结构的太阳能窗的光电功率和光电效率的测试中，两种结构的太阳能窗的光电功率和光电效率都很接近，而太阳电池的功率主要受到太阳辐照强度的影响。两种结构的太阳能窗的光电效率一直保持在4.5％左右，尽管这段时间 内太阳电池的温度有10℃左右的变化，考虑到实验中使用的太阳能玻璃中非晶硅电池在标况下效率只有7.0％，这个结果还是不错的。 
我通过测量电路中的电压和电流测量可翻转太阳能双层窗和单层太阳能窗的电功率。经过测量，可翻转太阳能双层窗和单层太阳能窗的太阳电池平均功率分别为21.6W和21.0W，可翻转太阳能双层窗的电池功率比普通单层太阳能光伏窗略高，这表明电池发电效率与电池温度高低还是有一定的相关性。 
冬季工作模式 
测试期间，平均辐照约为420W/m2，两种结构的太阳能窗的光电效率一直保持在4.0％左右，效率有所降低主要是因为翻转后高透玻璃组件在薄膜太阳电池玻璃组件前，减少了部分太阳能的透过到薄膜太阳电池玻璃组件上。 
可翻转太阳能双层窗和普通单层太阳能光伏窗的太阳电池平均功率分别为20.2W和20.8W，因为普通单层太阳能光伏窗温度比薄膜太阳电池玻璃组件低，普通单层太阳能窗比可翻转太阳能双层窗的电池功率略高也是可以预测到的。 

Claims (7)

1.一种可翻转太阳能窗，包括薄膜太阳能电池玻璃组件、高透玻璃组件和可旋转窗框，其特征在于：所述的薄膜太阳能电池玻璃组件和高透玻璃组件平行安装在可旋转窗框上，薄膜太阳能电池玻璃组件和高透玻璃组件之间设有间隙，所述的高透玻璃组件上、下面，左、右面均与可旋转窗框接触，所述的薄膜太阳能电池玻璃组件上、下端与可旋转窗框之间设有空气进出流道，可旋转窗框转动设置于外框上。
2.根据权利要求1所述的一种可翻转太阳能窗，其特征在于：所述的可旋转窗框的上、下端的中部对称设有一个旋转轴，可旋转窗框与外框通过旋转轴连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种可翻转太阳能窗，其特征在于：所述的薄膜太阳能电池玻璃组件采用透明薄膜太阳能非晶硅电池。
4.根据权利要求3所述的一种可翻转太阳能窗，其特征在于：所述的薄膜太阳能电池玻璃组件和高透玻璃组件之间间隙为1-3cm。
5.根据权利要求1所述的一种可翻转太阳能窗，其特征在于：所述的薄膜太阳能电池玻璃组件上、下端通过固定横梁固定于可旋转窗框内。
6.根据权利要求4所述的一种可翻转太阳能窗，其特征在于：所述的外框上设有固定窗，固定窗一侧通过转动轴固定外框上。
7.根据权利要求5所述的一种可翻转太阳能窗，其特征在于：所述的固定横梁和可旋转窗框为一体。
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